Ученые из Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН опробовали процесс зажигания частиц угля с помощью лазерных импульсов. Результаты исследования помогут разработать систему безмазутного розжига твердого топлива, которая обеспечит снижение выбросов угольных электростанций.

Авторы исследовали десять марок угля — от бурого, отличающегося наименьшим содержанием углерода, до антрацита, который считается самым ценным видом сырья для угольных электростанций. Ученые преследовали две задачи: отследить начальные этапы зажигания частиц углей и установить энергетические пороги их сжигания. Во время эксперимента на образцы направлялся лазер с длительностью импульса 120 микросекунд, после чего регистрировалась интенсивность излучения пламени в зависимости от времени. На основе выявленных зависимостей ученые выделили три этапа зажигания с наиболее типичными энергетическими порогами и интервалами горения.

«Мы полагали, что во время воздействия лазерного импульса образующиеся пламя и продукты термического разложения экранируют поверхность образца, и этот эффект был зарегистрирован. Также нам удалось определить долю поглощенной энергии импульса лазера пламенем. Зная эту долю, мы установили истинные значения энергетических порогов, необходимых для зажигания частиц углей различных марок. Еще мы экспериментально показали, как происходит первичное зажигание микровыступов на поверхности частиц углей. По результатам работы мы с коллегами создали модель, которая описывает химические процессы, протекающие на каждом этапе зажигания», — цитирует ФИЦ угля и углехимии СО РАН кандидата физико-математических наук Ярослава Крафта.

Большинство традиционных ТЭС используют мазут для розжига угля, что сопряжено с ростом вредных выбросов в атмосферу. Результаты исследования могут помочь создать более экологическую альтернативу и отказаться от применения жидкого топлива. «У нас есть прототип котла на кипящем слое угля, и в этот слой мы направляем лазер и инициируем стационарное горение без использования дополнительных соединений. Технически препятствий для масштабирования технологии для использования на средних ТЭЦ нет, нужна отработка технологии», — приводит ФИЦ угля и углехимии СО РАН слова Ярослава Крафта.

Согласно средневзвешенной оценке Международной группы экспертов по изменению климата (IPCC), выбросы парниковых газов от угольных электростанций составляют 820 граммов CO2-эквивалента, тогда как от газовых ТЭС — 490 граммов CO2-эквивалента. Для минимизации выбросов используются системы улавливания и хранения CO2 (CCS), а также котлы на «ультрасверхкритических» параметрах пара, которые позволяют экономить уголь при выработке электроэнергии.