CC BY
33ГОРЕНИЕ ТОРФА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ
ОКИСЛИТЕЛЯ
Цветков М.В. молодой ученый, Зайченко А.Ю., Подлесный Д.Н., Салганский Е.А., Салганская М.В.
Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка,
tsvetkov@icp. ac. т
DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10055
В России разведано более 65 тысяч торфяных месторождений общей площадью 80.5 млн. га с запасами около 235 млрд. т. или 47 % от всех мировых запасов торфяного сырья, что делает торф важным и стратегически значимым сырьем. Горение торфяников сопровождается большим выбросом парниковых газов, приводит к локальным разрушениям экосистемы и загрязнению воздуха.
В настоящей работе экспериментально исследовали закономерности горения торфа различной проницаемости в условиях естественной конвекции газообразного окислителя.
Эксперименты проводили в вертикальном цилиндрическом реакторе периодического действия, выполненном из кварцевого стекла, внутреннего диаметра 66 мм и длиной 500 мм (рис. 1). В качестве объекта исследования был выбран экструдированный верховой торф Тверской области.
Образец торфа помещали в реактор с открытыми торцами, что обеспечивало возникновение естественной конвекции газообразного окислителя. Масса торфа во всех экспериментах была постоянной и составляла 191 г., высота засыпки равнялась 100, 120, 130, 140±5 мм для фракций торфа 2-3, 3-5, 5-7 и 7-10 мм, соответственно.
Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной установки. 1 - ПК; 2 - АЦП; 3 кварцевый реактор; 4 - металлическая сетка; 5 - засыпка исследуемого горючего материала; 6 -теплоотражающий экран; 7 - инертный негорючий материал (кольца Рашига); 8 -электроспираль; ТП1-ТП4 - хромель-алюмелевые термопары.
108
После прогрева электроспиралью инертной засыпки до заданной температуры осуществляли загрузку торфа. Далее происходило распространение фронта горения по длине реактора. Характеристики образцов торфа различных фракций приведены в табл. 1.
Таблица 1. Характеристики образцов торфа.
Фракция, мм 2-3 3-5 5-7 7-10
Проницаемость, м2 1.3*10е-8 2*10е-8 2.6*10е-8 5.3*10е-8
Насыпная плотность, кг/м3 560 470 430 400
В таблице 2 представлен состав газообразных продуктов горения различных фракций торфа, а также максимальная температура и средняя скорость горения. С увеличением размера частиц происходит повышение максимальной температуры с примерно 500 до 900°С и скорости горения с 8 до 81 мм/ч. Увеличение размера частиц приводит к уменьшению сопротивления слоя засыпки, вследствие чего увеличивается расход воздуха. Увеличение расхода воздуха, в свою очередь, приводит к увеличению температуры и скорости горения торфа.
Таблица 2. Средние значения концентраций газообразных продуктов,
максимальная температура и скорость горения различных фракций торфа.
Фракция, мм Состав газообразных продуктов, об. % Тшах, °С УсошЬ, мм/ч
СО2 О2 СО СН4 Н2
2-3 4.1 16.1 7.8 0.1 0.2 509 8
3-5 6.1 13.9 8.6 0.2 0.5 604 18
5-7 8.8 10.1 9.9 0.3 1.0 733 23
7-10 10.4 5.8 14.7 0.5 2.2 886 81
При увеличении проницаемости слоя торфа с 1.3*10е-8 до 5.3*10е-8 м2 содержание СО2 увеличивается с 4 до 10% об., СО увеличивается с 8 до 15% об., О2 уменьшается с 16 до 6% об. Содержание метана увеличивается с 0.1 до 0.5% об., а водорода с 0.2 до 2.2% об. Горение торфа при естественной конвекции характеризуется невысокими значениями температуры (менее 900°С), что отражается на неполном расходовании кислорода воздуха.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №17-53-04091 белмола и Государственного задания ФАНО №00892014-0031 (государственная регистрация №01201361842).
