Исследователи Томского политехнического университета предложили новый способ ускорения зажигания топлива из отходов углеобогащения. Он, по словам ученых, стимулирует зажигание только во время использования топлива и обеспечивает его пожаробезопасное хранение. Результаты исследования опубликованы в журнале Chinese Journal of Chemical Engineering.  

В настоящее время на отвалах обогатительных фабрик в угледобывающих регионах России находится большое количество отходов, которые пытаются использовать в качестве топлива или наполнителей при производстве некоторых стройматериалов. Но существуют определенные сложности с зажиганием таких отходов, так как они содержат в составе очень большое количество пустой породы. Поэтому для зажигания необходимо тратить много энергии на прогрев негорючей минеральной части. Для сравнения, их нужно греть в три раза дольше, чем такого же размера порцию угольного концентрата. 

 
 
Чтобы решить эту проблему, политехники предложили оптимизировать зажигание топлива за счет сверхтонкого дробления его капель при поглощении лазерных импульсов. Данный подход, по их словам, требует заметно меньших энергий импульсов, а также достаточно просто реализуется практически. 

«Серия экспериментов показала, что если обстреливать лазером топливо после того, как его уже вдули в раскаленную печь через форсунку, то пользы от облучения не будет. Поверхность маленькой капли водоугольной смеси в печи быстро сохнет, при этом лазер еще сильнее спекает ее, делая зажигание еще более затрудненным. Для того чтобы предложенный подход заработал, влажность топливной смеси должна быть около 60-70 %. Тогда она не успеет высохнуть ниже критического уровня», — рассказал РИА Новости один из авторов статьи, научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Роман Егоров. ​

При этом непосредственный нагрев топлива лазерным излучением в широком диапазоне энергий импульсов не способен ускорить его зажигание при приемлемом уроне затрат. Единственный эффективный механизм ускорения зажигания, по словам эксперта, состоит в том, что вода, содержащаяся в приповерхностном слое, при попадании импульса мгновенно испаряется. 

«Паровой микровзрыв разбивает маленькую каплю топлива на микроскопические фрагменты, которые загораются в печи значительно быстрее, чем большая капля. Если топливо распыляется в относительно холодной атмосфере (вне горячей зоны топки), то микрофрагментация происходит и при влажности в 30 процентов, но в раскаленной до 500-600°C печи нужно подавать либо более жидкую смесь, либо от воздействия лазерного излучения все станет зажигаться только хуже», — говорит Роман Егоров.​ 

Во время исследования ученые использовали трубчатую муфельную печь, наносекундный импульсный лазер с энергией импульса до 200 мДж, высокоскоростную видеокамеру с макро-оптикой для регистрации процесса взаимодействия импульса с топливом, а также оптическую микроскопию. Также политехники разработали оригинальное программное обеспечение, позволяющее синхронизировать все протекающие процессы в лаборатории. 

В дальнейших планах ученых – рассмотреть аналогичным образом возможность лазерной активации других видов водо-топливных смесей, приготовленных с использованием различных типов горючих промышленных отходов и низкосортных ископаемых топлив (торф, бурый уголь). 

Похожие новости

  • 26/10/2020

    Более 300 ученых обсуждают в ТПУ методы получения изотопной продукции

    ​26 октября в Томском политехническом университете стартовала VI Международная научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Изотопы: технологии, материалы и применение». В конференции принимают участие более 300 молодых ученых, аспирантов и студентов из России, Казахстана, Чехии, Китая, Беларуси.
    1019
  • 26/07/2021

    «Движущая сила науки – интерес»: физик из США в Томске изучает озон

    ​Профессор университета Центральной Флориды (США) Вячеслав Кокоулин приехал в Томский госуниверситет для работы над проектом «Озон: радиационные свойства на пороге диссоциации, процессы формирования, релаксации и распада; спектроскопическое обеспечение для моделирования спутниковых наблюдений».
    282
  • 13/10/2020

    Физики ТГУ улучшили сплавы с памятью формы для космоса и Арктики

    ​Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ первыми в мире получили структуру сплавов, обеспечивающую им особую способность к деформации и восстановлению исходной формы до 15 процентов.
    795
  • 10/02/2021

    Учёные исследуют высокоэнтропийные сплавы – материалы нового класса

    Учёные и аспиранты кафедры естественнонаучных дисциплин СибГИУ (участник НОЦ «Кузбасс») в содружестве с коллегами из Института сильноточной электроники СО РАН, Самарского национального исследовательского университета имени академика С.
    729
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    739
  • 07/12/2020

    Единственное в России производство радиофармпрепарата с таллием-199 запущено на циклотроне ТПУ

    ​На циклотроне Томского политехнического университета запущено производство радиофармпрепарата «Таллия хлорид, 199Tl» на основе радиоактивного изотопа таллия-199. На сегодняшний день оно единственное в России.
    908
  • 25/03/2021

    Как организм спасает центр памяти при ишемии мозга?

    Нейробиологи Томского государственного университета провели исследование, в ходе которого проанализировали процессы, происходящие при тотальном нарушении кровоснабжения головного мозга в гиппокампе – отделе, который называют «менеджером памяти».
    485
  • 10/11/2020

    Грантовые истории: молодые ученые рассказывают о своих научных проектах

    ​​​В нашем материале – о том, какими исследовательскими проектами занимаются молодые ученые и как им в этом помогают гранты. Поглотитель ультрафиолета Константин Липин из Чувашского государственного университета занимается разработкой способных поглощать ультрафиолет веществ – фотостабилизаторов.
    570
  • 24/03/2021

    Учёные ТПУ нашли способ эффективнее прогнозировать свойства изотопологов диоксида хлора

    Ученые Томского политехнического университета провели исследование изотопа 35ClO2 и разработали математическую модель и программное обеспечение, которые позволяют предсказывать его характеристики в десятки раз точнее по сравнению с известными результатами.
    373
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    1652