|
|
 |
|
|
 |
Ученые Пермского Политеха впервые нашли способ сделать газотурбинные установки экологичнее
Газотурбинные установки широко используются в энергетике, промышленности и авиации. Однако эксплуатация оборудования сопровождается выбросами вредных веществ. Ученые Пермского Политеха нашли новый способ снизить образование вредных веществ. Они впервые выяснили, как уменьшить уровень угарного газа и оксидов азота.
Статья опубликована в журнале «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации». Исследование проведено в рамках программы «Приоритет 2030».
Энергетика сегодня является основой функционирования современного общества, обеспечивая работу промышленных предприятий, систем жизнеобеспечения городов, транспорта и связи. И несмотря на развитие возобновляемых источников, для производства электроэнергии и тепла в мире широко используется органическое топливо — уголь, природный газ, продукты переработки нефти.
Проблема в том, что процесс сжигания топлива неизбежно сопровождается образованием продуктов горения. Особую опасность представляют два вещества: угарный газ и оксиды азота. Даже в небольших количествах они способные оказывать негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека: блокировать поступление кислорода в кровь и участвовать в образовании смога и кислотных дождей. Концентрация этих веществ нормируется природоохранным законодательством, которое в последние десятилетия ужесточается как в России, так и за рубежом.
Основными источниками таких выбросов в энергетике являются газотурбинные установки, с помощью которых часто вырабатывают электричество и тепло. Их главные преимущества — высокая мощность, относительно небольшие размеры и способность быстро входить в рабочий режим. Но при всех своих достоинствах именно камера сгорания газотурбинной установки является источником образования оксида углерода и оксидов азота.
Для снижения вредных выбросов при использовании установок существует несколько методов. Один из распространенных способов — впрыск воды или пара в зону горения. Это уменьшает образование оксидов азота, но одновременно снижает эффективность установки и требует дополнительных затрат. Еще один способ — использование специальных устройств для очистки выхлопных газов. Однако они часто дорогие и работают эффективно только в определенных режимах, что делает их неприменимыми в условиях постоянного изменения нагрузки.
Помимо этого, инженеры совершенствуют конструкцию самих газотурбинных установок и их камер сгорания — меняют форму, способы подачи топлива и воздуха. Но возможности геометрической оптимизации постепенно исчерпываются, и для дальнейшего улучшения экологических характеристик требуются принципиально новые решения. В итоге ни один из существующих методов не решает проблему комплексно.
Ученые Пермского Политеха нашли новый способ сделать газотурбинные установки экологичнее. Они впервые комплексно подошли к решению проблемы и выяснили, как снизить объемы и угарного газа, и оксидов азота. Это позволит уменьшить выбросы в среднем до 30% и сократить экологические платежи за негативное воздействие на окружающую среду.
Ученые исследовали два ключевых параметра в работе камеры сгорания — температуру топлива и ее длину. Именно они в большей степени влияют на образование вредных веществ. Однако раньше инженеры рассматривали эти факторы по отдельности, и никто не изучал, как они влияют друг на друга.
Первый параметр — температура топлива. Если газ подогреть, он лучше смешивается с воздухом и полнее сгорает: угарного газа становится меньше. Но из-за высокой температуры активнее образуются оксиды азота. Второй параметр — длина камеры сгорания. Чем она длиннее, тем дольше газы находятся в горячей зоне. Если для угарного газа это хорошо, поскольку у него есть время догореть, то для оксидов азота плохо — у них появляется больше времени на образование.
Чтобы понять, как эти два противоречивых условия работают в связке и можно ли подобрать их сочетание так, чтобы снижать оба вида выбросов сразу, ученые построили трехмерные модели камеры сгорания. Они меняли температуру топлива и рассматривали варианты с разной длиной, чтобы выявить оптимальные параметры установок.
— В ходе расчетов задавались три варианта геометрии камеры и значения температуры топлива на входе: 20, 50, 100 и 200 градусов Цельсия. Для каждого сочетания этих параметров проводили отдельный расчет и получали подробную картину того, как распределяются внутри камеры температура, скорость потоков и концентрация вредных веществ. На выходе из камеры фиксировали итоговые значения выбросов, чтобы понять, как разные режимы влияют на итоговые показатели, — отметил Дмитрий Безбог, аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ.
В результате моделирования ученые доказали, что повышение температуры топлива приводит к снижению концентрации угарного газа в продуктах сгорания, причем независимо от того, какой длины камера. Однако важно, что при повышении до 200 градусов в самой маленькой камере концентрация оксидов азота также снизилась. Объясняется это тем, что в коротком варианте время пребывания газов в зоне горения ограничено. В результате условия для образования оксидов азота ухудшаются, даже несмотря на общий нагрев.
Противоположная ситуация сложилась в самой длинной камере. Там при максимальном нагреве топлива выбросы оксидов азота, наоборот, оказались самыми высокими. Здесь оба вредных фактора совпали: высокая температура и много времени, чтобы реакция успела пройти.
— Так, именно в короткой камере при максимальной температуре топлива удается добиться снижения сразу двух видов выбросов. Результаты исследования доказывают, что управляя подогревом и подбирая правильную длину камеры, можно найти идеальное сочетание, при котором уровень и угарного газа, и оксидов азота будут в норме, — дополнил Николай Бачев, кандидат технических наук, доцент кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ.
Как показало исследование, предложенный подход позволяет снизить выбросы в среднем на 30%. Для крупных энергетических и нефтегазовых компаний, эксплуатирующих десятки и сотни газотурбинных установок, это означает прямую экономическую выгоду.
Уменьшение выбросов ведет к снижению экологических платежей, которые рассчитываются исходя из фактического объема загрязняющих веществ. С учетом масштабов работы отечественной энергетики это решение способно существенно снизить отчисления предприятий за негативное воздействие на окружающую среду.
Контактное лицо: Макарова Татьяна Андреевна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 15:52, 03.04.2026
Количество просмотров: 343
Страна: Россия
| Ученый Пермского Политеха рассказал про комету C/2025 R3⁠⁠, ПНИПУ, 22:00, 28.04.2026, Россия |
326 |
| 19 апреля комета C/2025 R3 прошла перигелий, а уже 26 числа максимально приблизится к Земле. Считается, что она прибыла из Облака Оорта – гигантского «ледяного хранилища» из окраин Солнечной системы. Ученый ПНИПУ рассказывает, в чем ее отличие от других астрономических тел, «разомкнута» ли ее орбита и что ждет ее. |
|
| Микробиом кишечника влияет на мозг и психику: ученая Пермского Политеха объяснила, как это работает, ПНИПУ, 21:46, 28.04.2026, Россия |
32 |
| 23 апреля — День заботы о микробиоте. Бактерии влияют на обмен, настроение, психику. Ученая ПНИПУ рассказала, как работает блуждающий нерв, правда ли, что серотонин и дофамин вырабатываются в кишечнике, к каким болезням нервной системы ведет воспаление в ЖКТ, когда идти к врачу и какие привычки внедрить для счастья. |
|
| Зеленые преступники: ученая Пермского Политеха назвала 8 растений, которые нельзя выращивать на участке, ПНИПУ, 21:38, 28.04.2026, Россия |
27 |
| С началом тепла дачники едут на участки, не подозревая, что среди сорняков и семян могут быть запрещённые виды: четыре инвазивных сорняка-агрессора и четыре психотропных растения, вызывающих зависимость. Учёная Пермского Политеха объясняет, почему они в чёрном списке, с чем их путают и как случайно не нарушить закон. |
|
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
