В Институте теплофизики СО РАН испытали горелку для сжигания нефтешламов и масел с меньшими выбросами NOx

Исследователи Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН разработали и экспериментально проверили метод сжигания жидкого топлива и углеводородных отходов. В лабораторных условиях он позволил сократить выбросы оксидов азота почти на 50% при сохранении высокой полноты сжигания.

Речь идет в том числе о нефтешламах и отработанных маслах. Такие отходы остаются горючими, но их состав нестабилен: от партии к партии меняется доля примесей, воды, песка, грунта и продуктов износа. Из-за этого обычные горелки работают неустойчиво, повышается риск недожога, роста выбросов и коксования — образования твердого осадка, который засоряет каналы подачи топлива.

Для отрасли переработки и вторсырья такая технология важна как возможный способ обращения с трудными жидкими отходами, которые нельзя просто вернуть в оборот без подготовки. Хранение нефтесодержащих остатков создает экологические риски, а сжигание без контроля выбросов переносит проблему из резервуаров в атмосферу. Поэтому рыноку нужны решения, которые одновременно уменьшают объем опасных отходов и ограничивают вредные выбросы.

В основе разработки — горелка, где топливо распыляется не механической форсункой, а струей перегретого водяного пара в небольшой камере газогенерации. Пар температурой 250 °C при давлении 0,7 МПа дробит топливо на мелкие капли и ускоряет его испарение. При этом конструкция исключает прямой контакт топлива с нагретыми поверхностями, что снижает риск коксования.

К этой схеме ученые добавили рециркуляцию дымовых газов. В энергетике такой прием используют для снижения температуры пламени и подавления образования оксидов азота. Отличие нового метода в том, что сопоставимый эффект достигается при меньшей доле разбавления: 5–10% вместо традиционных 20–30%.

В ходе испытаний исследователи сравнили подачу холодных и нагретых разбавителей, а также режим с дополнительным кислородом. Холодные разбавители снижали температуру пламени на 150–200 °C и заметнее подавляли образование NOx. Нагретые до 250 °C разбавители почти не меняли температурный профиль пламени, поскольку охлаждающий эффект компенсировался подводимым теплом. Обогащение кислородом, наоборот, повышало температуру и увеличивало выбросы оксидов азота, хотя такой режим может быть полезен для трудновоспламеняемых топлив.

Авторы подчеркивают, что важно не переохладить зону горения. Если температура пламени упадет слишком сильно, начнется недожог топлива и вырастут выбросы угарного газа. Поэтому технология требует точной настройки под конкретный состав отходов и режим работы.

Основными потенциальными потребителями разработки названы нефтеперерабатывающие предприятия. Также она может быть применима при ликвидации нефтяных разливов, где собранная нефть смешана с водой, грунтом и песком. Для металлургии и энергетики интерес представляет возможность более чистого сжигания сложных жидких топлив и отходов в тепловых установках.

По словам заведующего лабораторией экологических проблем теплоэнергетики Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН Евгения Копьева, исследователи уже создали горелку промышленного масштаба и установили ее на котел, мощности которого достаточно для отопления нескольких зданий. На этой установке планируют проверить, сохраняются ли преимущества метода в условиях, близких к реальным.

До широкого внедрения остаются вопросы: как система поведет себя на крупных объектах, насколько стабильно будет работать при постоянной смене состава отходов и какой режим окажется оптимальным для промышленной эксплуатации. Если испытания подтвердят лабораторные результаты, технология может стать одним из инструментов снижения экологических рисков при обращении с нефтесодержащими отходами.

Фото: https://www.itp.nsc.ru/news/sibirskie_uchenye_nashli_sposob_snizit_vrednye_vyb.html