Газета Национального исследовательского
Томского политехнического университета
Newspaper of National Research
Tomsk Polytechnic University
16+
Основана 15 марта 1931 года  ♦  FOUNDED ON MARCH 15, 1931
Архив номеров Поиск

Энергетика для экологии

В ТПУ сделают энерготехнологии, снижающие нагрузку на окружающую среду

Новые технологии, разрабатываемые в ТПУ, позволяют превращать в топливо отходы различных производств: лесопереработки, агропромышленности, углепереработки и других.

В УСЛОВИЯХ НЕПРЕРЫВНОГО ПОВЫШЕНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРОБЛЕМА СОКРАЩЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ПРИВЛЕКАЕТ ВНИМАНИЕ УЧЕНЫХ ПО ВСЕМУ МИРУ. В ТПУ ДЛЯ ЕЕ РЕШЕНИЯ НА БАЗЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА СОЗДАНА СТРАТЕГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА «ЭКОЭНЕРГЕТИКА». ЭТО НАУЧНОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ РАЗРАБАТЫВАЕТ НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

— В целом концептуальная задача современных технологий топливосжигания — это сокращение нагрузки на окружающую среду, — говорит заведующий кафедрой парогенераторостроения и парогенераторных установок Александр Заворин. — Россия в этой части отстает от мирового сообщества, у нас экологическое направление энергетики развивается медленнее. Это связано с тем, что наша энергетика не так загружена, чтобы выбросы в атмосферу стали острым вопросом.

Как отмечает Александр Заворин, сейчас перспективным направлением является вовлечение в энергетику низкосортных твердых топлив, которые также называют местными топливами, поскольку их невыгодно перевозить на большие расстояния. К ним относятся торф, биомасса, древесина, опилки, бурые угли низкого качества. Как правило, такие топлива не используются из-за большой зольности, повышенной влажности и других негативных характеристик. Однако с помощью термического облагораживания они могут быть вовлечены в энергетику.

Топливо из отходов

Технологию создания «топлива из отходов» разрабатывает научный коллектив кафедры автоматизации теплоэнергетических процессов под руководством заведующего кафедрой Павла Стрижака. Ученые создают композиционные топлива, включающие сразу несколько элементов.

— В качестве компонентов композиций мы используем четыре группы веществ: твердые горючие компоненты из числа низкосортных углей и отходов углеобогащения, жидкие горючие компоненты, воду, а также пластификатор (стабилизатор). В готовом виде такое топливо представляет собой вязкую массу, которая в дальнейшем будет сжигаться в котельной, — рассказывает Павел Стрижак.

Каждый из четырех компонентов в отдельности непригоден для использования в качестве топлива для «большой» энергетики, но вместе они представляют собой топливо, которое по своим энергетическим характеристикам не уступает традиционному углю, а его экономический и экологический эффект — намного выше.

— Около 80 % композиционного топлива составляют продукты углепереработки — отходы, которые образуются после обогащения угля. Эту угольную массу можно сжигать в чистом виде, но это оказывает повышенное негативное воздействие на окружающую среду. Поэтому мы добавляем к ней другие компоненты, в частности воду.

Вторая группа — это отработанные горючие жидкости (например, нефтешламы, смолы, отработанные масла, в том числе автомобильные, турбинные). Сами по себе они не пригодны для сжигания, поскольку имеют большое количество синтетических примесей.

Вода добавляется в топливо для «связывания» парами опасных антропогенных элементов — оксидов серы и азота. Испаренная вода вступает в реакцию с этими оксидами, в результате чего они образуют золу, а не выходят в атмосферу. Наши эксперименты показали, что не имеет значения, какую именно воду использовать: питьевую, водопроводную, дистиллированную, технологическую или сточную. Поэтому нет необходимости специально очищать воду для использования в наших композиционных топливах.

Наконец, стабилизатор предотвращает расслаивание композиционного топлива, а в мороз — еще и замедляет его замерзание. Сейчас в нашей лаборатории мы также обосновали, что действие пластификатора может быть сведено до нуля, если использовать правильно подобранную горючую жидкость, которая сама может выступать в роли пластификатора, — поясняет заведующий кафедрой. Таким образом, использование композиционных топлив, созданных по технологии политехников, не только является экологичным способом за счет снижения антропогенных выбросов в атмосферу, но и решает ряд дополнительных задач. Так, существенно снижается экономическая нагрузка за счет использования отходов. Кроме того, решается проблема утилизации отходов, которых, по словам ученых, уже накоплено огромное количество.

— Увеличиваются энергетические индикаторы за счет минимизации золы. Именно эту идею мы пытаемся донести до мирового научного сообщества через публикации в топовых международных журналах, например Fuel, Energy, Energy&Fuels, Fuel Processing Technology, Applied Thermal Engineering, Energies и других. Все эти статьи опубликованы в 2016–2017 годах, что говорит о высокой актуальности именно сегодня, — добавляет Павел Стрижак.

Мини-станции для удаленных районов

Также ученые ведут научную работу в рамках одного из последних трендов в экоэнергетике — газификации твердых топлив. Особенность технологии в том, что она не требует качественного дорогостоящего топлива, а, напротив, позволяет использовать низкосортные угли, отходы агропромышленных комплексов и деревообработки.

— Газификация — это процесс, протекающий при достаточно низких температурах (порядка 600–1200 градусов, в то время как классическое сжигание происходит при температуре 1600–1700 градусов). Низкосортное топливо в этом случае имеет преиму- щество перед энергетическими углями, поскольку реакция происходит в диапазоне более низких температур, что благоприятно сказывается на надежности работы эксплуатируемого оборудования, а также имеет минимальную конечную стоимость.

Процесс протекает с недостатком кислорода. При таком термическом разложении топлива выделяется не только тепло, но и синтез-газ, который также может быть использован в мини-турбинах при дополнительном очищении для выработки электроэнергии. Технологии переработки синтез-газа позволяют получать бензин, водород и другие полезные продукты. Таким образом, обычная котельная превращается в мини-ТЭЦ, которая обеспечивает и тепло, и электричество, — рассказывает ассистент кафедры атомных и тепловых электростанций Станислав Янковский.

Кроме того, технология газификации, благодаря глубокой переработке топлива, значительно сокращает вредные выбросы в атмосферу.

Чтобы снизить нагрузку на окружающую среду, мы применяемкомпозитные топлива: традиционные угли в смеси с древесиной (например,щепой), отходами лесопереработки (опилками), отходами агропромышленных комплексов(лузгой овса, гречихи). Известно, что древесина сама по себе имеет гораздоменьшую калорийность, чем уголь, не говоря уже об отходах агропромышленныхкомплексов

Станислав Янковский

Но при определенных концентрациях нам удалось получить топливо, не уступающее традиционному углю. При этом выход вредных веществ от использования композитных топлив снижается в разы, — поясняет С.Янковский.

По словам Станислава, газификация композитных топлив — особенно перспективное направление для небольших населенных пунктов, вблизи которых находятся производственные мощности по переработке древесины иагрокультуры, отходов которых достаточно для обеспечения местных источников энергоснабжения. Если сейчас население таких городов и поселков вынуждено закупать дорогостоящий качественный уголь, то технология политехников позволит использовать местные топлива, таким образом экономя на покупке привозного топлива в 2-3 раза.

ЕлизаветаМуравлева