Модификация лазерным излучением структуры и характеристик поверхностей нагрева из металлов и сплавов для повышения стойкости к низкотемпературной коррозии и снижения шлакования

Одним из наиболее широко распространенных в мире промышленных способов генерации тепловой и электрической энергии является сжигание энергетического топлива в топках котлов на тепловых электрических станциях и отопительных котельных. Типичными проблемами сжигания твердых, жидких и композиционных топлив (смесь нескольких компонентов) являются коррозия и шлакование поверхностей нагрева. Наиболее актуальной задачей в области теплоэнергетики является снижение выбросов парниковых газов в атмосферу путем вовлечения в топливно-энергетический цикл композиционных топлив на основе низкосортных углей, жидких горючих отходов и биомассы. В случае применения таких топлив на практике (на действующих энергогенерирующих объектах) низкотемпературная коррозия и шлакование поверхностей нагрева неизбежны из-за изменения температурного режима внутри топки котла. Эти негативные последствия возникают из-за свойств минеральной негорючей части композиционного топлива (как жидкой, так и твердой). При относительно высоких температурах внутри топки котла, минеральная часть топлива переходит из твердого состояния в пластичное. Поэтому зола, двигаясь по газо-воздушному тракту топки котла, соударяясь с поверхностями нагрева находящимися как в самой топке, так и в ее конвективной части, осаждается на экранных трубах, пароперегревателе и других поверхностях нагрева, образуя золо-шлаковый слой и тем самым ухудшая характеристики теплопередачи, что, в свою очередь, приводит к снижению всех основных параметров котла и к последующему его аварийному останову. Наряду с этим относительно высокие концентрации влаги в композиционном топливе, которая оказывает положительное влияние на экологические характеристики дымовых газов, ведут к развитию низкотемпературной коррозии в конвективной части топки котла. В мировой практике существуют разные методы борьбы с этими проблемами, но наиболее широко известные способы, как правило, лишь снижают интенсивность протекания процессов. Поэтому проблемы низкотемпературной коррозии и шлакования поверхностей нагрева остаются актуальными на сегодняшнее время. Получение новых знаний в области химической физики и материаловедения способствует не только развитию фундаментальной науки, но и разработке теоретических основ перспективных промышленных технологий. Развитие теории модификации характеристик поверхностей металлов и сплавов лазерным излучением, а также всестороннее изучение процессов горения композиционных топлив в рамках настоящего проекта будет направлено на повышение энерго- и ресурсоэффективности длительно эксплуатирующихся объектов теплоэнергетики (паровых и водогрейных котлов), химической промышленности (реакторов непрерывного действия). Актуальность задач фундаментального характера определяется современными требованиями к повышению энергоэффективности и ресурсосбережения, снижению негативного экологического воздействия на окружающую среду в отраслях промышленной энергетики. К перспективным направлениям развития процессов горения конденсированных веществ и последующего преобразования тепловой энергии относится разработка энергоэффективных способов сжигания композиционных топлив и перспективных методов снижения интенсивности низкотемпературной коррозии и шлакования поверхностей нагрева. Такие мероприятия позволяет повысить производительность энергогенерирующих объектов, уменьшить негативное воздействие газообразных продуктов на окружающую среду. Уже полученные к настоящему времени результаты позволяют сделать вывод, что для решения группы актуальных задач использование новых видов композиционных топлив (смесь низкосортного твердого топлива, жидких горючих отходов, биомассы) и перспективных способов модификации характеристик поверхностей металлов и сплавов (лазерным излучением) находятся вне конкуренции. Научная новизна предлагаемого проекта состоит реализации комплексного подхода к проведению лабораторных и полевых исследований группы взаимосвязанных процессов, протекающих в топках котлов при сжигании композиционного топлива и газовоздушном тракте при движении в нем потока твердых и газообразных продуктов сгорания. Стоит отметить, что в настоящее время в рамках тематик создания перспективных композиционных топлив и эффективных способов снижения интенсивности шлакования и низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева различного назначения работают ведущие научные коллективы международного уровня. Но подходы и методы, развиваемые членами научной группы предлагаемого проекта, постановки задач и получаемые результаты не имеют аналогов в мировом научном сообществе.