Разработка научно-технологических основ управления процессами получения и использования водоугольных суспензий путём применения экстремальных механо-химических и электрофизических воздействий.

В настоящее время возрастает интерес в нашей стране и в мире к использованию водоугольных суспензий (ВУС) как в теплоэнергетике, так и в глубокой переработке угля с получением синтез-газа. Эффективное применение ВУС в теплоэнергетике ограничивается значительными колебаниями характеристик получаемого топлива, как по гранулометрическому составу, так и по зольности. В результате существенно меняются теплофизические свойства ВУС, что ограничивает их практическое применение. Особенно это сказывается при использовании в качестве исходного сырья угольных шламов, характеристики которых изменяются в широком диапазоне. Предлагаемый проект предназначен для решения указанных проблем и является развитием реализуемого проекта РФФИ 20-43-420016. Проект направлен на разработку научно-технологических основ управления процессами получения водоугольных суспензий с заданными структурно-реологическими и теплофизическими характеристиками. Это достигается путём комплексной обработки исходного материала (уголь, угольный шлам) механохимическим и электроимпульсным воздействиями, что существенно расширит область применения ВУС. Кроме того, в рамках проекта намечается осуществить разработку научно-технологических основ управления процессом использования ВУС в теплоэнергетике и глубокой переработке угля или угольных шламов путем применения генератора низкотемпературной плазмы. На стадии приготовления ВУС намечается исследовать управление механохимической и электроимпульсной обработкой, которая осуществляются одновременно или последовательно. Научная новизна предлагаемых исследований состоит в последовательном и (или) одновременном применении высокоинтенсивных (с частотой не менее 50 с-1) механохимических и электроимпульсных воздействий с использованием напряжений не менее 250 кВ. В этом случае обеспечивается электрический пробой частиц твёрдой фазы (присущий электроимпульсным технологиям) в отличие от теплового пробоя, который реализуется в известном способе приготовления ВУТ методом электрогидравлического удара (эффект Юткина) и применении на порядок более высоких импульсных напряжений 250 – 350 кВ. Кроме того, научная новизна предлагаемого проекта состоит в применении для зажигания, стабилизации горения и газификации в аллотермическом режиме водоугольной суспензии с заданными структурно-реологическими и теплофизическими характеристиками генератора низкотемпературной плазмы, обеспечивающего получение плазменного потока с большим содержанием свободных высокореакционных радикалов (ОН и др.). Намечаемый к применению генератор низкотемпературной плазмы имеет возможность использования высокого напряжения (10 кВ) с частотой воздействия 20 кГц для получения электрического разряда в канале, выполненном из кварцевой трубы. При этом за счет специальных лепестков, смонтированных перед электродами обеспечивается тангенциальное вращение плазменного потока, что усиливает воздействие свободных электронов на газовый поток. Поскольку на основании существующих научных и практических результатов по электроимпульсному разрушению горных пород и искусственных материалов известно, что разряд ориентируется по границам неоднородностей и это позволяет создать технологии разделения и обогащения полезных ископаемых, то результаты, которые будут получены, в данном проекте позволят подойти к реализации технологии получения деминерализованной водоугольной суспензии с заданными структурно-реологическими и теплофизическими характеристиками (диаметр частиц твердой фазы не более 20 мкм, зольность не более 2%, эффективная вязкость не более 300 мПа·с при скорости сдвига 80 с-1, низшая теплота сгорания не менее 4500 ккал/кг (20 МДж/кг). Область применения полученной ВУС существенно расширяется от возможности использования в качестве жидкого угольного топлива для растопки пылеугольных котлов до газификации с получением синтез-газа.