Челябинские ученые разработали инновационные микротурбины
22 Августа 2019
Фото: Виктолрия Матвейчук, официальный сайт ЮУрГУ
Модернизированные агрегаты мощнее, экономичнее и экологичнее предшественников, расходуют на 10 % меньше природного газа.
Челябинские изобретатели усовершенствовали газовые микротурбины, применяемые для получения тепла и электроэнергии. Изменение конструкции сделало энергоагрегаты более надежными и экологичными: вредные вещества при работе турбины не выделяются и не загрязняют атмосферу.
Микротурбина — это своего рода автономная ТЭЦ в миниатюре, во многом заменяющая теплоэлектростанцию для отдаленных районов, где нет ЛЭП и теплотрасс. Но у нее есть целый ряд недостатков: нестабильный и неполный процесс горения, несовершенство конструкции, низкая надежность, а главное, высокий уровень токсичных выбросов. Челябинские ученые решили проблему, разработав ноу-хау, на которое уже оформлен патент.
— Мы усовершенствовали самую уязвимую часть микротурбин — малоэмиссионную кольцевую камеру сгорания для газовой микротурбины с горелками инновационного типа, — говорит один из авторов изобретения, главный технолог ЮУрГУ Рамзиль Карипов. — Уже изготовили и экспериментальные образцы горелок, не имеющие аналогов в мире по экономичности, экологичности и надежности. Газ сгорает полностью, и выделение токсичных веществ в атмосферу почти не происходит.
Как показали испытания, такие микротурбины на 10 % мощнее обычных, при таком же снижении расхода природного газа. Причем инновационные горелки, по расчетам, будут вдвое дешевле.
Напомним, согласно Киотскому протоколу, подписанному Россией в 1997 году, производственники и энергетики, чтобы остановить глобальное потепление, должны сокращать выбросы парниковых газов. Этому и служит «зеленая» технология челябинцев. Она почти исключает выбросы оксидов азота и углерода, серы и других агрессивных веществ, при традиционном процессе загрязняющих атмосферу, воду и почву.
— Мы уменьшили вредные выбросы за счет конструктивных и технологических усовершенствований, — сообщил доктор технических наук, доцент кафедры инженерной и компьютерной графики ЮУрГУ Виктор Короткий. — При этом происходит не только почти полное сгорание газа, но и подавление токсичных веществ. Возможно и полностью уйти от выбросов, подобрав особый режимам горения. Этого позволяет добиться образование так называемой гомогенной смеси, когда каждая возбужденная молекула газа окружена избыточным количеством молекул воздуха. Как результат — мгновенное и полное сгорание топлива».
Секрет этого — в подаче воздуха и газа в смесительную камеру по специальной траектории, создающей гомогенную газо-воздушную смесь за счет особой формы газового сопла. Струя газа дробится, закручивается по спирали, превращаясь в своего рода искусственный вихрь-торнадо. В числе плюсов — ступенчатое низкотемпературное горение газовой смеси.
По словам ученых, они планируют перейти от экспериментальной стадии к серийному производству. Но еще нужно провести испытания газовой турбины с участием индустриальных партнеров. К ноу-хау уже проявляют интерес «Газпром», «Лукойл», «Роснефть», другие гиганты нефтегазового комплекса. Инновационные «мини-ТЭЦ» также могут найти применение для выработки тепла и электроэнергии в сфере ЖКХ.
Микротурбина — это своего рода автономная ТЭЦ в миниатюре, во многом заменяющая теплоэлектростанцию для отдаленных районов, где нет ЛЭП и теплотрасс. Но у нее есть целый ряд недостатков: нестабильный и неполный процесс горения, несовершенство конструкции, низкая надежность, а главное, высокий уровень токсичных выбросов. Челябинские ученые решили проблему, разработав ноу-хау, на которое уже оформлен патент.
— Мы усовершенствовали самую уязвимую часть микротурбин — малоэмиссионную кольцевую камеру сгорания для газовой микротурбины с горелками инновационного типа, — говорит один из авторов изобретения, главный технолог ЮУрГУ Рамзиль Карипов. — Уже изготовили и экспериментальные образцы горелок, не имеющие аналогов в мире по экономичности, экологичности и надежности. Газ сгорает полностью, и выделение токсичных веществ в атмосферу почти не происходит.
Как показали испытания, такие микротурбины на 10 % мощнее обычных, при таком же снижении расхода природного газа. Причем инновационные горелки, по расчетам, будут вдвое дешевле.
Напомним, согласно Киотскому протоколу, подписанному Россией в 1997 году, производственники и энергетики, чтобы остановить глобальное потепление, должны сокращать выбросы парниковых газов. Этому и служит «зеленая» технология челябинцев. Она почти исключает выбросы оксидов азота и углерода, серы и других агрессивных веществ, при традиционном процессе загрязняющих атмосферу, воду и почву.
— Мы уменьшили вредные выбросы за счет конструктивных и технологических усовершенствований, — сообщил доктор технических наук, доцент кафедры инженерной и компьютерной графики ЮУрГУ Виктор Короткий. — При этом происходит не только почти полное сгорание газа, но и подавление токсичных веществ. Возможно и полностью уйти от выбросов, подобрав особый режимам горения. Этого позволяет добиться образование так называемой гомогенной смеси, когда каждая возбужденная молекула газа окружена избыточным количеством молекул воздуха. Как результат — мгновенное и полное сгорание топлива».
Секрет этого — в подаче воздуха и газа в смесительную камеру по специальной траектории, создающей гомогенную газо-воздушную смесь за счет особой формы газового сопла. Струя газа дробится, закручивается по спирали, превращаясь в своего рода искусственный вихрь-торнадо. В числе плюсов — ступенчатое низкотемпературное горение газовой смеси.
По словам ученых, они планируют перейти от экспериментальной стадии к серийному производству. Но еще нужно провести испытания газовой турбины с участием индустриальных партнеров. К ноу-хау уже проявляют интерес «Газпром», «Лукойл», «Роснефть», другие гиганты нефтегазового комплекса. Инновационные «мини-ТЭЦ» также могут найти применение для выработки тепла и электроэнергии в сфере ЖКХ.
