Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Томского политехнического университета (ТПУ) изучили эффективность сжигания двух- и трехкомпонентных топливных смесей на основе бурого угля. Оптимальной по итогам эксперимента была признана трехкомпонентная смесь, которая на 30% состояла из частично газифицированного угля — карбонизата. Результаты исследования были опубликованы в Journal of Thermal Analysis and Calorimetry.
Уголь — наиболее углеродоемкий вид сырья для электрогенерации. По оценке Международной группы экспертов по изменению климата (IPCC), выбросы парниковых газов при выработке 1 киловатт-часа (кВт*ч) электроэнергии из угля составляют 820 граммов CO2-эквивалента, тогда как при выработке из природного газа этот показатель составляет 490 граммов CO2-эквивалента на кВт*ч, а при выработке из биомассы – 230 граммов на кВт*ч. Частично снизить выбросы можно за счет комбинированного использования ископаемых и возобновляемых источников энергии: согласно оценке IPCC, сжигание смеси, на 80% состоящей из угля и на 20% — из биомассы, позволяет сократить удельный объем эмиссии парниковых газов до 740 граммов CO2-эквивалента на 1 кВт*ч электроэнергии.
Ученые из СФУ и ТПУ проанализировали иной вид топливной смеси, в которой одна либо две марки бурого угля используются вместе с карбонизатом, являющимся одним из продуктов газификации угля (превращения твердого топлива в горючий газ с помощью кислорода). Чтобы сопоставить эффективность двух- и трехкомпонентных смесей, исследователи применили термогравиметрический анализ, в ходе которого отслеживается изменение массы вещества в зависимости от температуры. Ученые нагревали две разные смеси со скоростью 20 градусов Цельсия в минуту, а затем фиксировали их ключевые характеристики: кислородный индекс (минимальное процентное соотношение кислорода, при котором возможно горение материала), температуру в процессе горения, а также объем выделения и поглощения тепловой энергии на разных стадиях нагревания.
Авторы исследования по итогам эксперимента пришли к выводу, что наибольшая эффективность характерна для трехкомпонентных смесей, в которых две разные марки бурого угля используются наряду с карбонизатом. Такие смеси быстрее воспламеняются и быстрее начинают выделять тепло, чем смеси из двух компонентов. При этом доля карбонизата не должна превышать 30% — в противном случае энергетические характеристики смеси снижаются.
«Вовлечение в топливно-энергетический комплекс высококалорийных карбонизированных углей — это перспективное направление в теплоэнергетике. Но переход на сжигание карбонизата в чистом виде экономически нецелесообразен, это слишком дорого, поэтому мы предлагаем добавлять к бурым углям не более 30% карбонизата для повышения калорийности топливной смеси», — цитирует Минобрнауки РФ Андрея Жуйкова, заведующего учебно-научной лабораторией кафедры теплотехники и гидрогазодинамики СФУ.
