Результаты исследования опубликованы в журнале Chinese Journal of Chemical Engineering.
Ученые отметили, что новый способ стимулирует зажигание только во время использования топлива и обеспечивает его пожаробезопасное хранение.
Сейчас на отвалах обогатительных фабрик в угледобывающих регионах России находится большое количество отходов, которые пытаются использовать в качестве топлива или наполнителей при производстве некоторых стройматериалов.
Однако есть сложности с зажиганием таких отходов - они содержат в составе очень большое количество пустой породы.
Для зажигания необходимо тратить много энергии на прогрев негорючей минеральной части - их нужно греть в 3 раза дольше, чем такого же размера порцию угольного концентрата.
Для решения проблемы ученые предлагают оптимизировать зажигание топлива за счет сверхтонкого дробления его капель при поглощении лазерных импульсов.
Такой подход, по мнению ученых, требует меньших энергий импульсов, а также достаточно просто реализуется практически.
В рамках экспериментов ученые выяснили, 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.
А лазер еще сильнее спекает ее и делает розжиг еще более трудным.
Чтобы предложенный подход заработал, влажность топливной смеси должна быть около 60-70 %.
В этом случае смесь не успеет высохнуть ниже критического уровня.
Хотя обычный нагрев топлива лазерным излучением в широком диапазоне энергий импульсов не может ускорить его зажигание при приемлемом уроне затрат.
Единственный эффективный механизм ускорения зажигания, по мнению ученых, состоит в том, что вода, содержащаяся в приповерхностном слое, при попадании импульса мгновенно испаряется.
Благодаря паровому микровзрыву маленькая капля разбивается 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%, но в раскаленной до 500-600°C печи нужно подавать либо более жидкую смесь.
Иначе лазер только затруднит ситуацию.
В рамках 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.
Разработали также 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).
Автор: А. Шевченко
Источник : Neftegaz.RU