Инновация возрастом 30 лет
Впервые плазмотроны постоянного тока для растопки котлов и подсветки пылеугольного факела разработали и внедряли на ТЭС еще советские ученые — академик Михаил Жуков и доктор технических наук Владимир Мессерле, который в настоящее время работает профессором в Казахском национальном университете им. аль-Фараби и руководит лабораторией плазмохимии Института проблем горения. В конце 1990-х и начале 2000-х годов ученый разрабатывал и налаживал работу мощных плазмотронов постоянного тока на ТЭС Казахстана, России, Украины, Монголии, Китая, Кореи, Словакии и Сербии. Ему принадлежит целый ряд открытий в этой области. В частности, Владимир Мессерле предложил использовать пропан-бутановую смесь для подачи в межэлектродное пространство плазмотрона для увеличения ресурса работы электродов. При этом образовывался наноструктурированный защитный композитный слой, который осаждался на электродах. Подобные разработки делали технологию более надежной, защищая электроды плазмотрона от эрозии и высоких температур.
За последние десятилетия технология плазменного воспламенения угля получила большое развитие во всем мире, и сегодня плазмотроны постоянного тока мощностью 250, 300 кВт и более широко и успешно применяются в Китае и США. Сейчас к пылеугольному топливу постепенно возвращается и Европа в связи с возникшим газовым кризисом.
Суть плазменной технологии состоит в нагреве смеси воздуха и угольной пыли до температуры от 900 до 1300°С, в зависимости от качества угля. Раскаленная пылеугольная смесь образует двухкомпонентное высокореакционное топливо, состоящее из горючего газа и коксового остатка. Когда эта смесь поступает из горелки в котел, то при взаимодействии с окислителем — потоком вторичного воздуха — происходит ее самовоспламенение.
«Технологии с использованием мазута не только очень дорогие, но и вредные, и всем давно понятно, что от них надо уходить. При совместном сжигании мазута и угля образуются вредные оксиды азота, серы и ванадия, которые затем выбрасываются в атмосферу вместе с дымовыми газами. В связи с ростом цен на мазут традиционная растопка котлов сегодня рискует оказаться на грани окупаемости,— комментирует текущую ситуацию на энергетическом рынке старший научный сотрудник Института теплофизики СО РАН, кандидат физико-математических наук Евгений Бутаков.— Плазмотроны намного экономичнее и так же, как мазут, осуществляют нагрев топлива до нужной температуры, но без вреда для экологии и без применения дополнительных высокореакционных топлив (мазута, дизельного топлива и природного газа). Мы в Новосибирске используем небольшие плазменные горелки, с помощью которых пылеугольное топливо нагревают до состояния, когда оно горит в котле самостоятельно. Впрочем, при высокой зольности угольное топливо требует большего нагрева, так что маломощные плазмотроны переменного тока лучше использовать для высокореакционных сибирских бурых углей».