Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В течение второго года реализации проекта был выполнен полный объем запланированных работ, включающих лабораторные исследования, полевые испытания и разработка модулей программного комплекса. Выполняемая работа характеризуется новизной, поскольку ранее не проводилось комплексное исследование механических, эксплуатационных, энергетических и экологических характеристик композиционных пеллет и гранул, изготовленных из отходов различных отраслей промышленности. 1. Проведены лабораторные исследования характеристик процессов приготовления и сжигания композиционных пеллетированных топлив при варьировании доли основных и добавочных компонентов. Рассматривались древесные пеллеты, в которых доля компонентов из числа отходов варьировалась от 10 до 50 мас%. Выделены два наиболее перспективных компонента из группы сельскохозяйственных и бытовых отходов: солома и картон. Регистрировались прочностные характеристики, параметры зажигания и горения, а также проведен анализ кинетики горения композиционных пеллет на основе биомассы и отходов. Установлено, что применение картона и соломы в составе древесных пеллет в количестве 30 и 50 мас% способствовало росту плотности пеллет на величину до 15%. Выявлено, что для достижения максимальной ударопрочности и устойчивости пеллет к колебательным и вибрационным нагрузкам рекомендуется использовать композиции с картоном в количестве 30 и 50 мас%. Экспериментально доказано, что при сжигании смесевых пеллет снижались времена задержек зажигания на величину до 33% по сравнению с пеллетами без добавок. Совместное сжигание соломы и древесины привело к снижению выбросов СО2 и SO2 на 8-36% в сравнении с древесными пеллетами. Исследования влияния связывающих добавок (натрий-карбоксиметилцеллюлоза, подсолнечный жмых) показали, что добавка подсолнечного жмыха в составе пеллет на основе древесины и соломы способствовала росту плотности образцов на 2-8%. Добавка карбоксиметилцеллюлозы увеличила коэффициент ударопрочности и твердости пеллет на величину от 10 до 55% относительно пеллет без добавок. Концентрации оксидов серы уменьшились на 7-64 % при использовании связывающих добавок в процессе сжигания смесевых пеллет. Установлено, что добавка карбоксиметилцеллюлозы также привела к снижению выбросов оксидов азота на 15% для пеллет с картоном и соломой. Применение связывающей добавки в виде подсолнечного жмыха в составе пеллет на основе опилок и картона оказывало положительное влияние на времена задержки газофазного зажигания (времена снизились до 32%). 2. Продолжены испытания на пилотной установке по сжиганию гранулированного топлива на базе университета. На основе результатов лабораторных исследований выбирались 2 состава композиционных гранул: «70 мас% опилки, 30 мас% картон» и «70 мас% опилки, 30 мас% солома», результаты сжигания которых сравнивались с данными для древесных гранул без добавок. Установлено, что средняя температура в камере сгорания при сжигании пеллет с картоном и соломой была выше на 60 и 24 °С, соответственно, чем при сжигании древесных гранул без добавок. Полученный результат связан с большей плотностью образцов, и, как следствие, более длительной и равномерной стадией тления. Анализ состава дымовых газов показал, что пеллеты с картоном характеризовались повышенными концентрациями СО2 (до 27%) в виду высокого содержания целлюлозы в картоне. При этом выбросы SO2 были на 60%. По сравнению с древесными гранулами композиции с соломой характеризовались минимальными концентрациями оксидов серы (концентрации снизились на 78%). Выбросы оксидов азота при этом оказались на 20% выше. Сравнительный анализ данных показал, что установленные в лабораторных условиях закономерности и тенденции для пеллет сохраняются при сжигании гранул в пилотной установке. 3. Выполнено изготовление топливных гранул с применением стенда на основе промышленного гранулятора марки ГГД-НМ165-2-11-380. Гранулятор производил цилиндрические гранулы, диаметр которых составлял 10 мм, а длина варьировалась в диапазоне 15–20 мм. Для готовых гранул проводилась оценка эксплуатационных характеристик (плотность, твердость, прочность, гигроскопичность). Установлено, что замещение 30 мас% опилок на картон способствовало росту плотности гранулированного топлива на 7.5%. Испытание прочности пеллет показало, что у смесевых топлив устойчивость к ударным и вращательным воздействиям выше (96-98%), чем у древесных гранул без добавок (95%). Установлено, что показатель твердости для смесевых гранул с картоном превышал аналогичный показатель для древесных топлив в 4 раза. 4. Проведена многофакторная оценка перспектив использования топливных гранул и пеллет с учетом данных. Рассчитаны и проанализированы комплексные показатели эффективности композиционных пеллет, приготовленных на основе расширенной номенклатуры компонентов по совокупности механических, энергетических, экологических и экономических параметров. По результатам проведенного многофакторного анализа получено, что максимальными значениями комплексного показателя эффективности характеризовались смесевые пеллеты с картоном, массовая доля которого составляла 30 и 50 мас%. Значения комплексного показателя оказались выше на величину до 15% в сравнении с результатами, полученными для древесных пеллет без добавок. Показано, что значения показателя эффективности для пеллет, изготовленных в лабораторных условиях, и гранул, полученных с помощью гранулятора, оказались практически идентичными. Полученный результат свидетельствует о хорошей корреляции результатов лабораторных исследований и полевых испытаний. 5. Разработаны модули интеллектуального программного комплекса на основе многофакторного анализа. Первый модуль предназначался для работы с экспериментальными данными и включал в себя базу исходных данных и комплекс методов классификационного анализа данных. Второй интеллектуальный модуль использовался для ввода требуемых заказчиком характеристик пеллетированного топлива и выбора состава, удовлетворяющего заданным параметрам. Таким образом разработанный модуль автоматизирует процесс поиска оптимальных решений на основе множества параметров. 6. По результатам выполнения научных исследований опубликовано 5 статей (3 работы в изданиях 1 квартиля). Результаты исследований апробированы на 6 ведущих всероссийских и международных конференциях. 7. Результаты исследований иллюстрируют большие перспективы вовлечения отходов в топливно-энергетический цикл. Комплекс установленных характеристик необходим для разработки конкретных практических решений и проведения более масштабных экспериментов. Результаты научного проекта полезны и представляют интерес для преодоления недостатка знаний в области энергетического использования пеллетированного и топлива из индустриальных, сельскохозяйственных и коммунальных отходов.