ЗАЖИГАНИЕ ЧАСТИЦ ДРЕВЕСНОЙ БИОМАССЫ В УСЛОВИЯХ СВЧ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВОМ НАГРЕВЕ

Abstract

Ссылка для цитирования: Зажигание частиц древесной биомассы в условиях СВЧ воздействия при высокотемпературном радиационно-конвективом нагреве / С.В. Сыродой, Д.Ю. Малышев, Ж.А. Косторева,  А.А. Косторева, А.А. Омаров // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 5. – С.159-167. Актуальность. Несмотря на активное развитие технологий производства электрической энергии по средствам ветроэлектрогенераторов и солнечных батарей, к 2100 г. все равно большая часть энергии будет вырабатываться на тепловых электрических станциях, сжигающих органическое топливо. Как правило, тепловые электрические станции в качестве топлива используют уголь (около 40 %). Однако стоит отметить, что в процессе сжигании угля в топках паровых и водогрейных котлов интенсивно формируются токсичные оксиды серы и азота. В связи с этим многими учёными мира, работающими в области энергетики, ведутся работы по созданию новых инновационных технологий по эколго- и энергоэффективному производству тепловой и электрической энергии. К последним относятся технологии сжигания древесной биомассы в топках паровых и водогрейных котлов тепловых электрических станций. Использование древесной биомассы позволяет существенно снизить экологическую нагрузку тепловых электрических станций на атмосферу. Однако до настоящего времени еще не создано технологий, позволяющих сжигать древесину с высокой энергоэффективностью. Последнее обусловлено высокой влагонасыщенностью древесной биомассы в ее исходном состоянии. Цель: экспериментальное установление основных этапов и выделение комплекса физико-химических процессов, протекающих совместно в период воспламенения частиц древесной биомассы в условиях СВЧ воздействия при высокотемпературном радиационно-конвективном нагреве. Объект: сухая и насыщенная влагой древесина двух видов (сосна и кедр). Относительная влажность древесины, из которой выполнены частицы (с характерным размером 4 мм), варьировалась от 6 (относительно сухая биомасса) до 42 % (влагонасыщенная древесина). Метод. Для установления основных характеристик процесса воспламенения частицы древесины в условиях СВЧ воздействия при высокотемпературном радиационно-конвективном нагреве разработан специальный экспериментальный стенд, представляющий реакционную трубу с теплоизолированными радиопрозрачными стенками, сквозь которую продувался высокотемпературный окислитель (кислород воздуха). Частица древесины устанавливалась на оси трубы так, чтобы попадать в фокус излучателя. Все процессы регистрировались высокоскоростной видеокамерой. Результаты. Приведены результаты экспериментальных исследований процессов зажигания сухих и влажных частиц древесной биомассы в среде нагретого до высоких температур воздуха в условиях радиационно-конвективного и радиационно-конвективно-микровoлнового нагревов, выполненных с целью обоснования ресурсуэффективности использования в теплоэнергетике древесной биомассы (как базового топлива паровых и водогрейных котлов). Установлено существенное влияние вида древесины на времена задержки зажигания (tign). Также показано достаточно значимое влияние условий нагрева на процессы воспламенения. Так, микроволновое воздействие приводит к ускорению процесса зажигания частиц древесной биомассы. При этом показано, что при воспламенении влажных частиц древесины эффект от воздействия СВЧ-излучения (ускорения зажигания) более значителен по сравнению с процессом зажигания сухих древесных частиц. Также установлено, что влажность (φ) древесной биомассы существенно влияет на значения времен задержки зажигания (увеличение φ приводит к росту значения tign). Установленные в проведенных экспериментах закономерности иллюстрируют перспективности использования в теплоэнергетике древесной биомассы (в том числе и влагонасыщенной) как основного топлива.