Уникальные разработки для российской энергетики
Развитие энергетики невозможно без внедрения инновационных решений. В настоящее время, в связи с объявленным государством курсом на импортонезависимость, появляется все больше отечественных разработок. Мы узнали у российских ученых, над какими интересными и перспективными технологиями, которые могут принести пользу топливно-энергетическому комплексу, они сейчас работают.
Технология сжигания, не имеющая аналогов.
Специалисты разработали уникальную, не имеющую аналогов в мире технологию по сжиганию жидких отходов и топлив в струе перегретого пара.
«Суть заключается в создании условий частичной паровой газификации продуктов неполного термического разложения углеводородов, — рассказывает старший научный сотрудник с возложением обязанностей заведующего Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, руководитель гранта РНФ №23-79-10029, к. т. н. Евгений Копьев. — Основной идеей нашего подхода является, во-первых, непосредственное взаимодействие топлива со струей перегретого водяного пара, в режиме так называемого «парового распыления». Во-вторых, наличие конструктивно небольшой области, обеспечивающей поддержание условий, необходимых для протекания реакции паровой газификации (камера газогенерации). За счет этого обеспечивается устойчивое воспламенение различных горючих отходов и топлива. Вместе с тем, отмечается высокая полнота сгорания топлива — снижается уровень эмиссии твердых углеродных частиц (сажи), уменьшается содержание оксидов азота в дымовых газах. Подобный подход позволяет сжигать трудновоспламеняемые топлива в условиях пониженной нагрузки, а также в режиме открытого пламени, применяемого при утилизации различного типа отходов, в том числе в нештатной ситуации, например при ликвидации разливов путем сжигания».
Уже проведен большой комплекс исследований, получены экспериментальные данные о ключевых параметрах работы горелочного устройства с применением технологии сжигания жидких отходов и топлив в струе перегретого пара. Исходя из этих результатов, ведется разработка прототипа практически применимого горелочного устройства малой мощности (до 40 кВт), которое позволит демонстрировать преимущества технологии непосредственно на котельной установке.
Разработка сибирских ученых получила серебряную медаль в конкурсе «Лучший инновационный проект и лучшая разработка года» в Санкт-Петербурге. Исследования также поддержал Российский научный фонд. Данная технология может быть полезна для решения задач обеспечения высокой полноты сгорания, утилизации трудновоспламеняемых жидких углеводородных отходов и топлив в режимах с пониженной нагрузкой или в условиях открытого пламени, в том числе для задач розжига угольных котлов низкосортным топливом или ликвидации разливов путем сжигания.
Отходы превратятся в энергоресурсы.
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ КазНЦ РАН, что называется, «мал, да удал». В составе подразделения всего пять лабораторий: энергетических систем и технологий, прочности, механики деформирования и разрушения, гидродинамики и теплообмена, теплофизики и волновых технологий; однако об их научной и исследовательской деятельности знают как в России, так и за рубежом.
«Сейчас в нашей лаборатории разрабатывается уникальная для страны технология энергетической утилизации отходов. Она сочетает биологическую и термохимическую переработку отходов в энергоресурсы. В максимально короткие сроки можно получить: водород, горючий газ, бионефть и твердый углеродистый остаток», — говорит заведующая лабораторией энергетических систем и технологий ФИЦ Каз НЦ РАН, к. т. н. Юлия Караева.
При этом реализуется каскадный подход, когда отходы одной стадии являются сырьем для следующего этапа переработки. Предлагаемая технология может использоваться для утилизации отходов промышленных предприятий с получением дополнительного источника энергии.
«К примеру, российский масложировой комбинат планирует утилизацию отбельной глины, склонной к самовозгоранию, для получения дополнительной тепловой энергии, — комментирует Юлия Караева. — Крупнейшую компанию по производству пальмового масла заинтересовала наша комплексная технология с получением биогаза и бионефти для последующего получения из нее авиационного топлива».
В зависимости от перерабатываемого сырья можно получить продукты с высокой добавленной стоимостью. Особое внимание уделяется жидкому продукту или бионефти. Например, из биомассы амаранта, растения-космополита, растущего на всех континентах, была получена бионефть с высоким содержанием углеводородов, что обычно не характерно для растений. Следовательно, открываются перспективы для получения жидких топлив из этого сырья.
«Сфера использования бионефти чрезвычайно широка, — продолжает Юлия Караева. — В нашем институте ее еще применяют для получения новых полимерных композиционных материалов, обладающих высокой механической прочностью, химической и коррозионной стойкостью к агрессивным средам, отличными диэлектрическими, термическими, акустическими, виброизоляционными свойствами, низкими коэффициентами трения.
Задачи экономичности и экологической полноценности вполне могут не противоречить друг другу, если рассматривать, например, в качестве модификаторов продукты утилизации растительных отходов. При этом возможно улучшение экономических показателей за счет удешевления материала и снижения расходов на охрану окружающей среды. С учетом больших и доступных запасов отходов растительного сырья актуальными являются работы, направленные на поиск новых путей рационального использования этих отходов в полимерных композиционных материалах с прогнозируемыми физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. Они находят широкое применение в теплоэнергетике и нефтедобывающей отрасли.
Нет универсальных технологий. Поэтому комбинирование различных способов переработки позволит добиться более эффективных результатов. Дополнительные источники энергии, удобрения, новые композиционные материалы, модифицированные покрытия для энергетического оборудования, адсорбенты и многие другие полезные продукты могут быть получены из отходов».
Фото из архива ИТ СО РАН. На фото: лабораторная установка Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН. Слева направо: ученый секретарь, к.ф.-м.н. Максим Макаров, старший научный сотрудник с возложением обязанностей заведующего лабораторией, руководитель гранта РНФ №23-79-10029, к. т. н. Евгений Копьев, инженер-исследователь Иван Садкин.