Специалисты Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН представили экспериментально подтвержденный подход к утилизации жидких углеводородных отходов, который обеспечивает снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания приблизительно на 50 % без потери полноты выгорания топлива. О деталях исследования рассказал заведующий лабораторией экологических проблем теплоэнергетики Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН кандидат технических наук Евгений Павлович Копьев. Работа опубликована в первом номере журнала «Теплоэнергетика» за 2026 г.
Оксиды азота (NOx), образующиеся при высокотемпературном горении, относятся к числу значимых антропогенных загрязнителей: они способствуют закислению почв и являются основным фактором формирования фотохимического смога, токсичного для живых организмов. Одновременно с этим серьезную экологическую проблему представляет накопление жидких углеводородных отходов — нефтешламов и отработанных масел, которые содержат механические примеси и продукты деградации исходного топлива. Традиционное складирование таких материалов сопряжено с риском загрязнения грунтовых вод и почв, однако их прямое сжигание в стандартных горелочных устройствах затруднено из-за нестабильности состава, склонности к коксованию и повышенного образования вредных выбросов.
В основе предложенной технологии лежит горелочная система, в которой распыление топлива осуществляется не механической форсункой, а струей перегретого до 250 °C водяного пара под давлением 0,7 МПа. Паровая газификация в специализированной камере позволяет дробить топливо на мелкодисперсные капли, ускоряя испарение и исключая прямой контакт с нагретыми поверхностями, что предотвращает образование коксовых отложений. Дополнительно в конструкцию интегрирована система рециркуляции дымовых газов. В отличие от классических схем, требующих возврата 20–30 % отработанных газов для подавления NOx, разработанный метод достигает сопоставимого эффекта при доле разбавления всего 5–10 %.
«5–10 % — это не циркуляция, а добавление дополнительных газов, по аналогии с рециркуляцией. Однако вместо того, чтобы добавлять газ с воздухом, как при рециркуляции дымовых газов, в горелках осуществляется распыл водяным паром, что оказывает больший эффект на снижение производства выбросов загрязняющих веществ», — пояснил Е.П. Копьев.
В ходе лабораторных экспериментов исследователи варьировали состав и температуру подаваемых в горелку разбавителей. Установлено, что холодные газы (комнатной температуры) снижали температуру пламени на 150–200 °C и демонстрировали значительно большую эффективность в подавлении образования оксидов азота по сравнению с нагретыми до 250 °C. Согласно выводам авторов, охлаждающий эффект холодных разбавителей замедляет кинетику реакций, ведущих к формированию NOx, тогда как подводимое с горячими газами тепло нивелирует их разбавляющее действие. Режим с принудительным обогащением кислородом, напротив, приводил к росту температуры пламени и увеличению выбросов оксидов азота, хотя и повышал интенсивность горения, что может быть полезно для трудновоспламеняемых топлив. При этом чрезмерное снижение температуры чревато химическим недожогом и ростом концентрации монооксида углерода, поэтому требуется точная настройка теплового режима.
«Исследования проводились на широком спектре жидких топлив: дизель, керосин, отработанное машинное масло, биотоплива, сырая нефть, мазут. Основной проблемой при изучении является организация стабильной подачи высоковязкого топлива в небольшом количестве, необходимого для проведения эксперимента», — сообщил Е.П. Копьев.
Потенциальными областями применения технологии названы нефтеперерабатывающая промышленность, ликвидация нефтяных разливов (где собранная нефть смешана с песком, грунтом и водой), металлургия и энергетика. Исследовательская группа уже изготовила горелку промышленного масштаба и смонтировала ее на котле, мощность которого достаточна для отопления нескольких зданий. Дальнейшие испытания должны подтвердить сохранение заявленных характеристик в условиях, приближенных к реальной эксплуатации. Открытыми остаются вопросы о поведении технологии на крупных промышленных объектах и ее стабильности при постоянной вариативности состава сжигаемых отходов; авторы отмечают, что практический запрос со стороны индустрии может существенно ускорить внедрение.
«Опытно-промышленный образец изготовлен и установлен на испытательном стенде в ИТ СО РАН. Сейчас ведутся работы по определению устойчивости отдельных режимов и подтверждению полученных ранее эффектов на лабораторных образцах», — добавил Е.П. Копьев.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Источник изображения: Magnific
