Ученые Южно-Уральского государственного университета усовершенствовали газовые микротурбины, применяемые для получения электрической энергии и тепла. Благодаря особой конструкции они станут более надежными и экологичными, поскольку токсичные вещества при работе турбины не будут образовываться совсем или же будут технологически подавляться. На изобретение получен патент № 2687475

Микротурбина представляет собой автономную тепловую электростанцию малой мощности. Несмотря на то, что микротурбины производятся по всему миру, на сегодняшний день у них существует ряд недостатков, среди которых нестабильный и неполный процесс горения, несовершенство конструкции, низкая надежность, а также высокий уровень токсичных выбросов в атмосферу. Решение этих проблем найдено учеными Южно-Уральского государственного университета, получившими ряд патентов на изобретение. В их числе малоэмиссионная кольцевая камера сгорания для газовых турбин (патент на изобретение № 2687475).

«Недостатки существующих газовых турбин приводят к тому, что снижается эффективность горелки за счет неполного сгорания топлива, теряется мощность горелки, образуются вредные оксиды, происходит деструкция материала горелки и камер сгорания, что в конечном итоге ведет к отказам турбин. Мы усовершенствовали наиболее уязвимую часть микротурбин — малоэмиссионную кольцевую камеру сгорания для газовой микротурбины, которая будут комплектоваться горелками инновационного типа. Экспериментальные образцы горелок показали высокие результаты как по энергоэффективности, так и по надежности. Происходит полное сгорание газа с минимальным выделением токсичных веществ в окружающую атмосферу, снижается деструкция и коробление металла корпуса инжекционной горелки и камеры сгорания турбины. Таким образом, усовершенствованная нами газовая микротурбина, не имеющая аналогов в своем сегменте, более эффективна и надежна. Кроме того, она не оказывает вреда для окружающей среды», — отмечает автор патента, главный технолог Южно-Уральского государственного университета Рамзиль Карипов.

Усовершенствованные газовые микротурбины будут на 10% мощнее, при этом расходуя природный газ на 10% меньше. Кроме того, горелки для таких турбин будут стоить в 2 раза дешевле, и, что наиболее важно, они экологичнее своих предшественников.

Согласно Киотскому соглашению, подписанному Россией в 1997 году и обязывающему сокращать и стабилизировать выбросы парниковых газов, перед отечественными учеными стоит задача ежегодно снижать загрязняющие выбросы в атмосферу путем внедрения новых, «зеленых» технологий в энергетике и промышленности.

В связи с этим при создании инновационных горелок для газовой турбин ученые уделили особое внимание сокращению количества вредных выбросов при горении природного газа. В их числе оксиды азота и углерода, кроме того, природный газ содержит серу и другие агрессивные компоненты, негативно влияющие на атмосферу, чистоту воды и почвы.

«Снижение вредных выбросов осуществляется за счет конструктивных и режимно-технологических усовершенствований, позволяющих не только обеспечить полное сгорания газа, но и подавить образовавшиеся в процессе горения токсичные вещества или вообще исключить их образование специально разработанными режимами процесса горения. Мы создаем условия для получения гомогенной смеси, чтобы каждая возбужденная молекула газа была окружена избыточным количеством молекул воздуха в соотношении порядка 1:20, в этом случае получается мгновенное и полное сгорание топлива. Ноу-хау заключается в подаче воздуха и газа в смесительную камеру по специальной траектории, обеспечивающей гомогенную газо-воздушную смесь за счет особой формы газового сопла, обеспечивающего дробление сплошной струи газа, вихревой закрутки воздуха-искусственного торнадо, ступенчатого низкотемпературного горения газовой смеси и др. Помимо сокращения выбросов вредных веществ, благодаря особой конструкции газовой горелки также достигается ее большая эффективность», — рассказывает доктор технических наук, доцент кафедры инженерной и компьютерной графики Архитектурно-строительного института ЮУрГУ Виктор Короткий.

В настоящее время учеными изготовлены экспериментальные образцы горелок для газовых турбин и проведены их предварительные испытания. В будущем планируется проведение испытания работы газовой турбины в целом с привлечением индустриальных партнеров. Основным потребителем данной продукции станут такие крупные компании, как «Газпром», «Лукойл», «Роснефть», другие корпорации нефтегазового комплекса и инжиниринговые компании. Кроме того, разработки найдут применение при получении электроэнергии для жилищно-коммунальных хозяйств, офисных и торгово-развлекательных центров, телекоммуникаций и спортивно-оздоровительных комплексов, больниц и образовательных учреждений.