|
|
 |
|
|
 |
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: 396
Страна: Россия
| Ученые ПНИПУ нашли новый способ очищать воду от стронция, ПНИПУ, 21:28, 13.10.2026, Россия |
58 |
| Сегодня нередко в стоки и водоёмы попадают ионы стронция, способные вызывать у человека тяжелые заболевания. Но удалять их одновременно дёшево и быстро пока не получается. Ученые ПНИПУ создали новый материал для удаления стронция из воды. Их сорбент связывает больше ионов и работает в 3 раза быстрее аналогов. |
|
| «Поток-сирота»: ученый Пермского Политеха рассказал о звездопаде Дельта-Ауригиды, ПНИПУ, 21:26, 13.10.2026, Россия |
36 |
| В ночь с 10 на 11 октября можно будет увидеть Дельта-Ауригиды — один из самых интригующих, но малоизвестных звездопадов осени. Его радиант располагается в созвездии Возничего, а пик активности приходится на 11 октября. О том, почему Дельта-Ауригиды называют «потоком-сиротой» и как его не пропустить, рассказывает ученый Пермского Политеха. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали, на что смотреть при покупке незамерзайки для машины, ПНИПУ, 21:15, 13.10.2026, Россия |
39 |
| С наступлением холодов перед каждым водителем встает вопрос: какую стеклоомывающую жидкость залить в бак, чтобы она не замерзла, справлялась с грязью и не навредила ни машине, ни людям в салоне. О том, из чего состоит незамерзайка и на что ориентироваться при ее выборе, рассказали ученые Пермского Политеха. |
|
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
