Загрязнение окружающей среды токсичными продуктами сгорания – это одна из важнейших проблем современной теплоэнергетики. Сейчас в атмосферу в год выбрасывается 140 тысяч тонн оксидов азота, который негативно влияет на здоровье живых организмов. Согласно экологической политике России его концентрация в выхлопных газах не должна превышать 30 мг/м3. Однако ни одна газотурбинная установка 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%.
Схематичная схема системы селективного каталитического восстановления. Источник фото: пресс-служба ПНИПУ
Статья с результатами опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления».
Газотурбинные установки превращают энергию входящего воздуха в механическую работу вала, тем самым обеспечивая движение электрогенератора. Они широко применяются в ракетах и на электростанциях в качестве источника энергии. Однако при ее работе происходят большие выбросы продуктов сгорания в атмосферу. В их состав входит оксид азота – токсичный парниковый газ, который способствует глобальному потеплению.
В России для очистки выбросов газотурбинных установок применяют метод сухого подавления оксидов азота с помощью специальных встроенных камер сгорания. Но 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.
Ученые ПНИПУ предлагают систему селективного каталитического восстановления. Метод заключается в том, что помимо реагентов, в газы добавляют еще и катализаторы. Они многократно усиливают эффект очистки, снижают расходы реагентов и температуру, повышают стабильность процесса. Это подходит для уже действующих и для газотурбинных двигателей нового поколения.
При таком способе идет 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.
– 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, – поделился аспирант кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ Никита Черепанов.
Политехники отмечают, что чем выше расход реагента, тем лучше эффективность. Также при увеличении частоты вращения турбины улучшается результат, если использовать в качестве реагента «аммиачную воду», и ухудшается при использовании «мочевины».
Проведенные учеными ПНИПУ расчеты доказали, что применение системы селективного каталитического восстановления благоприятно сказывается на очистке продуктов сгорания от оксидов азота. Так как концентрация выхлопов от отечественных газотурбинных установок превышает допустимые нормы, грамотная реализация технологии и учет всех необходимых параметров работы уменьшат степень загрязнения окружающей среды токсичными отходами.
Источник информации и фото: пресс-служба ПНИПУ