Российские ученые предложили метод эффективного снижения выбросов оксидов азота от газотурбинных установок

Москва, 10 янв - ИА Neftegaz.RU. Проведенные учеными Пермского Политеха (ПНИПУ) расчеты доказали, что применение системы селективного каталитического восстановления благоприятно сказывается на очистке продуктов сгорания от оксидов азота.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления».

В настоящее время в атмосферу выбрасывается 140 тыс. т/год оксидов азота, при этом:

• согласно экологической политике России, концентрация оксидов азота в выхлопных газах не должна превышать 30 мг/м³;
• ни одна газотурбинная установка (ГТУ) отечественного производства не может обеспечить соблюдение таких норм.

Чтобы значительно снизить концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания, ученые Пермского Политеха спроектировали систему очистки, эффективность применения которой более 90%.

Газотурбинные установки

• превращают энергию входящего воздуха в механическую работу вала, тем самым обеспечивая движение электрогенератора,
• широко применяются в ракетах и на электростанциях в качестве источника энергии,
• при их работе происходят большие выбросы продуктов сгорания в атмосферу,
• в состав выбросов входит оксид азота – токсичный парниковый газ, который способствует глобальному потеплению.

В России для очистки выбросов ГТУ применяют метод сухого подавления оксидов азота с помощью специальных встроенных камер сгорания.
Этот способ возможен только в установках нового поколения, где наличие таких камер предусмотрено сразу при производстве.
В другом методе, добавлении реагентов в выхлопные газы, появляется сложность в получении однородной смеси для качественной очистки.

Система селективного каталитического восстановления

Селективное каталитическое восстановление (SCR) означает преобразование оксидов азота (NO_x), с помощью катализатора в двухатомный азот (N₂) и воду (H₂O).
Восстановитель, обычно безводный аммиак (NH₃), водный аммиак (NH₄OH) или раствор мочевины (CO(NH₂)₂), добавляется в поток дымовых или выхлопных газов и вступает в реакцию с катализатором.
По мере того, как реакция приближается к завершению, образуются азот (N₂) и диоксид углерода (CO₂), в случае использования мочевины.

Селективное каталитическое восстановление NO_x с использованием аммиака в качестве восстановителя было запатентовано в США Engelhard Corporation в 1957 г.
SCR используется в дизельных двигателях, которые установлены на больших судах, тепловозах, газовых турбинах и автомобилях и являются предпочтительным методом для соответствия стандартам уровня 4 Final и ЕВРО-6.

Пермяки помимо реагентов решили добавить в газы еще и катализаторы.

Действие катализаторов:

• многократно усиливают эффект очистки,
• снижают расходы реагентов и температуру,
• повышают стабильность процесса.

Процесс подходит для уже действующих и для газотурбинных двигателей (ГТД) нового поколения.

Технология предполагает химическое восстановление газов с помощью реагентов (мочевина, аммиак) до простейших составляющих – паров воды, углекислого газа, азота.
Реагент вводится в поток дымовых газов до катализатора, на поверхности которого происходит очищение.

Тезисы аспиранта кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ Н. Черепанова:

• мы определяли концентрации оксидов азота на разных режимах работы газотурбинной установки до и после системы восстановления;
• при этом меняли расход реагента, впрыскивая его в выхлопы;
• все теоретические и экспериментальные исследования подтвердили 100% эффективность очистки выхлопных газов от оксидов азота при применении системы восстановления на режиме 0,5 мощности установки;

Результаты:

• чем выше расход реагента, тем лучше эффективность;
• при увеличении частоты вращения турбины улучшается результат, если использовать в качестве реагента аммиачную воду и ухудшается при использовании мочевины.

Так как концентрация выхлопов от отечественных газотурбинных установок превышает допустимые нормы, грамотная реализация технологии и учет всех необходимых параметров работы уменьшит степень загрязнения окружающей среды.

Ранее ученые ПНИПУ предложили перспективный теплозащитный материал с использованием редкоземельных элементов (РЗЭ) для газотурбинных двигателей.
Исследование показало, что применение соединения циркония и редкоземельных элементов является перспективным для создания керамического слоя теплозащитного покрытия, способного выдерживать высокие температуры до 1400 °С.