Сотрудники Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН разработали и испытали новую паровую горелку, которая позволяет утилизировать жидкие горючие отходы с низким выбросом оксида углерода и оксида азота. Получаемое тепло можно использовать для обогрева помещений. Результаты исследования опубликованы в Fuel.
«Над этой тематикой в нашем институте работают уже более десяти лет. Предыдущие горелки, основанные на принципе испарения топлив, были ориентированы на более легкие виды жидких топлив: дизельное, отработанное масло. Но когда в них сжигали, например, мазут, там оставались недогоревшие частицы. В новом устройстве мы решили увеличить камеру сгорания, а за счет этого и время пребывания частиц внутри горячей зоны. Тем самым мы повысили полноту сжигания топлив», — рассказывает младший научный сотрудник ИТ СО РАН кандидат технических наук Евгений Павлович Копьев.
Установка работает следующим образом: подается сверхзвуковая струя водяного пара, и в ее основание запускается топливо. За счет этого происходит распыление. Получаются топливные частички размером порядка 20 микрон, которые легко сгорают в горелке. С помощью новой установки ИТ СО РАН можно утилизировать отработанные масла: трансмиссионные, турбинные, автомобильные, от различных машинных двигателей. В будущем создатели надеются приспособить ее для утилизации отходов нефтехимии.
При тщательной сортировке отработанные масла можно перерабатывать. Но зачастую такой сортировки нет, все масла сливаются в одну емкость, и тогда наиболее дешевый способ утилизировать их — это сжигание.
Сейчас жидкие горючие отходы в основном сжигаются. Имеются котлы, работающие только на воздухе и предназначенные для отработанных масел. Таким способом отапливают изолированные помещения, например гаражи, к которым не подведено центральное отопление. Однако для такого способа сжигания «отработки» характерны высокие температуры пламени и зачастую недожог топлива. При высоких температурах азот из воздуха вступает в реакцию с кислородом. Получаются так называемые оксиды азота (NOх), опасные для здоровья. Кроме того, недостаточное сжигание топлива влечет за собой большие выбросы оксида углерода (CO). Установка ИТ СО РАН позволяет снизить эти негативные эффекты.
«Проблема тяжелых топлив в том, что они имеют длинные углеводородные цепочки, которые очень сложно разрушить и окислить. Если же при сжигании жидких топлив использовать водяной пар, то возможно интенсифицировать этот процесс. Кроме того, поскольку у водяного пара довольно большая теплоемкость, он позволяет снизить температуру процесса. За счет этого уменьшается образование термических оксидов азота, которые возникают при высоких температурах», — говорит Евгений Копьев.
Килограмм отработанного масла на паровой горелке ИТ СО РАН дает порядка 12,5 киловатт тепла. По стоимости это сопоставимо с центральным отоплением, а в некоторых случаях выходит даже дешевле.
Технология запатентована, и сейчас ученые исследуют ее в разных вариациях: с различными камерами сгорания и способами подачи воздуха. Если первые модели паровых горелок ИТ СО РАН были небольшими и автономными (для их работы не требуется ни электрическая подача, ни компрессоры для сжигания), то затем исследователи перешли к моделям, позволяющим контролировать и регулировать множество параметров работы устройства.
«Последняя модель — это уже достаточно большая лабораторная установка, — рассказывает Евгений Копьев. — В основном интерес к ней проявляют крупные компании, которые работают с котлами большой мощности. Сейчас мы работаем на лабораторных мощностях порядка 10—20 киловатт. Непонятно, насколько эта установка будет работоспособна и экономически оправдана, когда ее мощность возрастет до мегаватт или десятков мегаватт. Нам важно показать и доказать в цифрах, что это устройство масштабируемо и на крупных установках оно также будет иметь конкурентные преимущества перед традиционным воздушным сжиганием».
Новая паровая горелка ИТ СО РАН создавалась в рамках гранта РНФ. Этот грант продлен, закуплен полупромышленный котел. Ученые планируют сделать горелочное устройство, которое в перспективе можно будет монтировать на уже готовые промышленные котлы. В целях — разработать образец прототипа для демонстрации потенциальным заказчикам. Кроме того, сейчас осуществляется математическое моделирование существующей лабораторной паровой горелки.
Информация предоставлена Управлением по пропаганде и популяризации научных достижений СО РАН
Источник фото: ru.123rf.com
