Исследователи из Института теплофизики СО РАН разработали горелку, которая распыляет топливо перегретым паром и возвращает часть дымовых газов обратно в зону горения. Выбросы оксидов азота падают почти на 50 процентов. Об этом «Хайтеку» сообщили в СО РАН.
Оксиды азота нарушают кислотность почв и служат главной причиной фотохимического смога. Одновременно с этим промышленность накапливает миллионы тонн жидких углеводородных отходов. Нефтешламы и отработанные масла содержат песок, грунт и продукты износа топлива. Значительную их часть до сих пор складируют. Один литр отработанного масла способен загрязнить до тысячи тонн грунтовых вод. Нефтешламы при попадании в почву и водоёмы отравляют их. Любая утечка из резервуара грозит катастрофой. При этом по своей природе эти отходы остаются горючими углеводородами, которые могли бы давать тепловую энергию.
Обычные горелки не справляются с таким топливом. Они настроены на стабильный состав, а у отходов он меняется от партии к партии. Процесс горения дестабилизируется, растут выбросы вредных веществ, возникает коксование. Отходы превращаются в твёрдый материал, который забивает каналы подачи топлива.
Учёные из Института теплофизики имени Кутателадзе СО РАН собрали горелку, в которой топливо распыляется не механической форсункой, а струёй перегретого водяного пара. Пар, нагретый до 250 градусов при давлении 0,7 мегапаскаля, дробит топливо на мельчайшие капли и ускоряет испарение. Конструкция исключает прямой контакт топлива с нагретыми поверхностями и предотвращает коксование. К горелке добавили систему рециркуляции дымовых газов. Часть отработанных газов возвращается в зону горения и снижает температуру пламени, подавляя образование вредных веществ. В отличие от традиционных систем, где требуется возвращать 20–30 процентов газов, новый метод достигает того же эффекта при доле разбавления всего 5–10 процентов.
Эксперименты показали, что холодные разбавители комнатной температуры снижают температуру пламени на 150–200 градусов и гораздо эффективнее подавляют оксиды азота, чем горячие. Заведующий лабораторией экологических проблем теплоэнергетики института Евгений Копьев объяснил: чем холоднее поступающий газ, тем интенсивнее он охлаждает зону горения и тем сильнее замедляются реакции, ведущие к вредным выбросам. Нагретые разбавители практически не влияли на температуру пламени, поскольку их эффект нивелировался подводимым теплом. Обогащение кислородом давало обратный результат: температура росла, и выбросы оксидов азота увеличивались. Впрочем, этот режим может пригодиться при работе с трудновоспламеняемыми видами топлива, так как растёт интенсивность горения. Слишком сильное снижение температуры пламени приводит к недожогу топлива, и вместо оксидов азота растут выбросы угарного газа. Поэтому нагрев реакции нужно корректировать точечно.
Технология в первую очередь ориентирована на нефтеперерабатывающие предприятия. Она также подходит для ликвидации нефтяных разливов, где собранная нефть смешивается с песком, грунтом и водой. Метод применим в металлургии и энергетике, где требуется максимально эффективно сжигать топливо с минимальным вредом для экологии.
Исследователи уже построили горелку промышленного масштаба и установили её на котёл, мощности которого хватает для отопления нескольких зданий. На этой установке проверят, сохранятся ли все преимущества метода при переходе к условиям, приближенным к реальным. Предстоит выяснить, как технология поведёт себя на крупных промышленных объектах и насколько стабильной окажется при постоянной смене состава отходов. Результаты опубликованы в журнале «Теплоэнергетика».
Читать далее:
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Испытания ракеты Starship Илона Маска вновь закончились взрывом в небе
Сразу четыре похожих на Землю планеты нашли у ближайшей одиночной звезды
Обложка: фото предоставлено исследователями
