更快、更实用、更安全:科学家改进了点燃废物中燃料的方法

© 照片 : TPUЕгоров со стендом для исследования процессов зажигания в лаборатории моделирования процессов тепло-массопереноса ТПУ
Егоров со стендом для исследования процессов зажигания в лаборатории моделирования процессов тепло-массопереноса ТПУ  - 俄罗斯卫星通讯社, 1920, 01.04.2021
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托木斯克理工大学(TPU)的科学家们提出了一种快速点燃洗煤废物中燃料的新方法。据作者介绍,开发的方法仅在燃料使用时刺激点火,从而确保了燃料储存的安全性。结果发表在《Chinese Journal of Chemical Engineering 》杂志上。

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如今,在俄罗斯煤炭产区选矿厂的垃圾场堆积了数百万吨废物;人们试图将其用作燃料或建筑填充材料。然而,正如科学家所指出的,使用此类废物作燃料受到点火困难的限制。

洗煤废物的成分中含有大量的煤矸石,因此,点火需要消耗大量的能量来加热不燃烧的矿物质。例如,要使此类废物燃烧,在相同条件下,加热的时间是精煤的三倍。——研究人员解释说。

为了解决这个问题,托木斯克理工大学的科学家们提出了一种方法,在吸收激光脉冲时,通过超细粉碎燃料液滴使燃料更易点然。他们认为,这种方法与以前俄罗斯同行以及中国、土耳其和欧洲研究人员提出的对激光束中的燃料进行普通加热相比,需要的脉冲能量要少得多,而且在实践中也很容易实现。

“一系列实验表明,如果通过喷射器将燃料喷入炽热的炉子后用激光射击该燃料,那么辐照不会带来任何好处。炉子中一小滴水-煤混合物的表面很快变干,而激光会进一步烧结,使点火更加困难。要使建议的方法发挥作用,燃料混合物中的湿度必须约为60-70%,这样就不会干燥到临界水平以下。 “  ——托木斯克理工大学高能过程物理研究所研究员罗曼·叶戈罗夫介绍说。

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通过激光辐射以大范围的脉冲能量直接加热燃料,无法以可接受的成本加速点火。正如研究人员所指出的,加速点火的唯一有效机制是,当脉冲撞击时,近表层的水立即蒸发。

“蒸汽微喷射将一小滴燃料分解成极微小的碎片,这些碎片在炉子中点燃的速度比一大滴燃料快得多。如果燃料在相对较冷的环境中(炉膛高温区外)喷出,则在30%的湿度下也会发生微碎片化,但是在加热到500-600°C的炉子中,需要提供更液态的混合物。否则由于激光辐射的影响,点燃会变得更糟。”——叶戈罗夫评论道。

在研究中使用了管状马弗炉、脉冲能量高达200 mJ的纳秒脉冲激光器、记录脉冲与燃料相互作用过程的带有微距光学元件的高速摄像机、以及光学显微镜。此外,科学家还开发了独特的软件,可以在实验室同步所有流程。

研究人员强调说:“废物利用现在不只是能源问题,而且还关系到我们如何将这个世界留给我们的后代。这意味着,在处理废物时必须做出的努力和付出的成本将在未来得到回报。”

今后,科学家计划以类似的方式研究由各种可燃性工业废物和低级化石燃料(泥炭,褐煤)制备的其它水-燃料混合物的激光活化的可能性。

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