Об этом сообщила пресс-служба вуза.
Проблема заключается в том, что при работе такого оборудования в атмосферу попадают угарный газ и оксиды азота. Даже незначительные объемы этих веществ мешают усвоению кислорода кровью и провоцируют появление смога и кислотных дождей. Природоохранные нормы в России и за рубежом постоянно ужесточаются, а основным источником подобных загрязнений в энергетике выступают газотурбинные установки. Они востребованы благодаря высокой мощности, компактности и быстрому выходу на режим, но именно их камеры сгорания порождают наиболее опасные выбросы.
Существующие способы борьбы с выбросами имеют серьезные недостатки. Впрыск воды или пара в зону горения снижает содержание оксидов азота, однако падает КПД установки и растут затраты. Применение очистных устройств для выхлопных газов обходится дорого и эффективно лишь при стабильной нагрузке. Инженерные попытки изменить геометрию камер и способы подачи топлива почти исчерпали свой потенциал. Ни одно из этих решений не дает комплексного результата.
Ученые Пермского Политеха впервые в России исследовали два параметра в их взаимосвязи - температуру подаваемого топлива и протяженность камеры сгорания. Подогрев газа улучшает его смешение с воздухом и полноту сгорания, сокращая объем угарного газа, но увеличивая образование оксидов азота. Более длинная камера, наоборот, дает больше времени на догорание угарного газа, однако способствует росту оксидов азота из-за длительного пребывания газов в высокотемпературной зоне. Ранее эти факторы изучались изолированно.
Для выявления оптимального сочетания исследователи построили 3D-модели. Они перебирали три варианта длины камеры и четыре уровня температуры топлива на входе - 20, 50, 100 и 200 °C. Для каждой комбинации рассчитывали распределение температуры, скорости потоков и концентрации вредных веществ. Как уточнил аспирант кафедры ракетно-космической техники и энергетических систем ПНИПУ Д. Безбог, на выходе из камеры фиксировали итоговые показатели выбросов, чтобы оценить влияние разных режимов.
Моделирование показало, что рост температуры топлива всегда ведет к падению концентрации угарного газа, вне зависимости от длины камеры. При этом в самой короткой камере при нагреве до 200 °C содержание оксидов азота также снизилось - ограниченное время пребывания газов в горячей зоне не позволяет им образоваться в большом количестве даже на фоне высокой температуры. Противоположная картина наблюдалась в самой длинной камере: там при максимальном подогреве выбросы оксидов азота оказались наибольшими, поскольку совпали два фактора - жар и достаточное время для протекания реакции.
Для российских энергетических и нефтегазовых компаний, эксплуатирующих десятки и сотни газотурбинных установок, такой подход дает ощутимую экономию. Экологические сборы за негативное воздействие на окружающую среду в России индексируются ежегодно, а их базовая ставка умножается на массу выброшенного вещества. Сокращение объема загрязнений на 1/3 при неизменной мощности оборудования позволяет компаниям существенно уменьшить регулярные отчисления в бюджет без дополнительных капитальных затрат на дорогостоящие очистные системы.
Автор: А. Шевченко
































