Лазерная физика и лазерная оптика

Спектральные характеристики свечения пламен угольных частиц на различных этапах зажигания во время и после воздействия лазерных импульсов

Б. П. Адуев, Д. Р. Нурмухаметов, Я. В. Крафт, З. Р. Исмагилов

Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения РАН, 650000 Кемерово, Россия

Аннотация: Представлены результаты измерений спектрально-кинетических характеристик свечения пламен восьми марок каменных углей Кузнецкого угольного бассейна (Россия) в ряду метаморфизма и антрацита во время и после воздействия импульсов неодимового лазера (1064 nm, 120 $\mu$s). На первой стадии при значениях критической плотности лазерной энергии $H_{\mathrm{cr}}^{(1)}$ происходит зажигание реакционно-активных микровыступов на поверхности угольных частиц. Показано, что на второй стадии при достижении критической плотности энергии $H_{\mathrm{cr}}^{(2)}$ во время импульса излучения происходит воспламенение поверхности угольных частиц и распространение пламени высотой 3–4 mm. Форма спектров свечения пламени связана со вкладом нескольких компонентов: горящих углеродных частиц, возбужденных молекул H$_2$O$^*$, H$_2^*$ и CO$^*$. Наиболее вероятно, что данная стадия связана с термохимическими реакциями в алифатической части макромолекулы угля. На третьей стадии при повышении плотности лазерной энергии до значения $H_{\mathrm{cr}}^{(3)}$ высота пламени достигает 3–4 cm. На расстояниях больше 4 mm от поверхности в спектрах свечения наблюдается один компонент во временном интервале более 1 ms, спектр которого описывается формулой Планка. Предполагается, что процессы в частицах угля, происходящие на третьей стадии, связаны с зажиганием ароматической части макромолекул углей.

Ключевые слова: уголь, лазер, зажигание, пламя, летучие вещества, степень углефикации, коксовый остаток.

Поступила в редакцию: 13.02.2023
Исправленный вариант: 29.10.2023
Принята в печать: 29.10.2023

DOI: 10.61011/OS.2023.12.57402.4617-23

Реферативные базы данных:

•