CC BY
51Папуша А.И.
д.т.н., профессор, академик РАЕН
Папуша И.А.
инженер-эколог
НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ЭКОЭНЕРГЕТИКИ
НА БАЗЕ ТРАНСЗВУКОВОГО ГОРЕНИЯ1
Ключевые слова: экология, инновационное развитие, экоэнергетика, высокоскоростное горение, переработка отходов.
Отличительной особенностью предлагаемого подхода является опора на отечественный интеллектуальный и производственный потенциал с более эффективным использованием конверсии оборонных отраслей промышленности. Учитывая повсеместный характер экологических проблем предполагается также более тесное сотрудничество на межотраслевом, межрегиональном и международном уровнях.
Обобщенно предлагаемый подход сводится к принципам:
ИННОВАЦИЯ - КОНВЕРСИЯ - ИНТЕГРАЦИЯ
В первую очередь предлагается обновление базового инструментария исполнительных технических средств, которым служит горение (> 90% практической деятельности). Объективной причиной неудовлетворительного и даже кризисного состояния в природоохранной деятельности являются недостаточные или даже исчерпанные возможности традиционного горения. Учитывая, что параллельно с поступательно усугубляющимся экологическим кризисом происходит обострение топливно-энергетических проблем, связанных с накоплением огромных количеств неосвоенных и невостребованных топлив, также составляющее экологическую нагрузку. В связи с этим представляется целесообразным объединенное решение экоэнергетических проблем. Их решение представляет весьма сложную комплексную проблему. Следует подчеркнуть, что даже высшие достижения самой передовой ракетно-космической техники оказались недостаточными для решения современных экоэнергетических проблем.
Выходом из создавшегося положения представляется поиск принципиально новых решений и подходов как в научно-технической, так и в организационно-политических сферах.
К разряду высоких прорывных технологий мирового уровня отнесена советская (российская) конверсионная разработка высокоскоростного высокотемпературного горения (точнее - трансзвукового горения). Сущность его состоит в переводе рабочего процесса горения в область трансзвуковых течений, с искусственным инициированием волновых процессов и управляемого температурного режима. При создании самого мощного в мире 800 тонного жидкостного ракетного двигателя была создана самая крупная в мире камера сгорания (дожигания СО) с суммарным расходом 10 т/сек, обеспечивающая дожигание СО от 1000 кг/сек до 1 кг/сек (Приложение 1). В ее основу впервые был заложен новый тип трансзвукового горения.
Техническое воплощение в установках осуществляется на базе высоких достижений ракетно-космической, а в дальнейшем - авиационной техники. В результате выполненных работ в последние десятилетия удалось кардинальным образом улучшить качество горения и существенно изменить технический облик исполнительных средств (Приложение 2). Об этом свидетельствуют основные показатели:
• Эффективность горения с рекордно высоким показателем полноты сгорания 99,9999%, удовлетворяющую самым строгим национальным и международным нормативам;
• Универсальность - по широте спектра обрабатываемых веществ, не имеющую аналогов в мировой практике, включая: практически весь спектр особо опасных веществ, декларированными международными директивами в виде Конвенций и Протоколов (химического оружия, стойких органических загрязнителей (диоксинов), озоноразру-шающих веществ, парниковых газов и т.п.);
• Мобильность исполнительных комплексов, обусловленную компактностью исполнительных средств, позволяющую работать непосредственно в местах нахождения обрабатываемых веществ, исключая их транспортировку. Рассмотрены и показаны перспективы формирования мобильных комплексов автомобильного, железнодорожного, воздушного и водного базирования.
Подтверждением перспектив широкомасштабного внедрения являются полученные опытные данные и результаты фрагментарного промышленного внедрения (Приложение 3). По экологическим (на порядок выше традиционных достижений), экономическим (кратно или на порядок дешевле) и эксплуатационным показателям (мобильности, не
1 Доклад, представленный на Межведомственный круглый стол по научно-технологическому развитию Москвы и Московской области.
имеющей аналогов) уже достигнут или превзойден уровень высоких мировых показателей. Разработка запатентована в ряде дружественных стран и включена в список ООН рекомендуемых технологий под именным названием автора «Papusha Rocket Technology».
Опираясь на полученные результаты и предшествующий опыт эпохальных достижений советской (российской) ракетно-космической техники, предлагается, в первую очередь, сформировать комплекс первоочередных проектов и программ в области экоэнергетики, корреспондирующий с государственными и международными программами. Основными направлениями комплекса экоэнергетических проектов являются:
I. Экология - обезвреживание супертоксикантов, включая выполнение практически всех директивных документов, декларированных международными Конвенциями и Протоколами.
II. Энергетика - решение комплекса топливно-энергетических проблем сведенных в предлагаемую схему
Потенциал практического внедрения трансзвукового горения в топливноэнергетической сфере представлен в Приложении 4.
III. Специальные проекты - ликвидации опасных затоплений и ЧС, формирование комплексов морского базирования по добыче гидрометана.
Таким образом, представляется реальная возможность динамичного формирования нового поколения природоохранной техники на базе трансзвукового горения с использованием высокотехнологичных конверсируемых изделий.
Предполагается создание масштабируемого по размерности последовательного ряда исполнительных средств мобильного базирования: от миниустановок (с габаритами письменного стола); средней размерности (уже созданные см. выше); вплоть до крупномасштабного комплекса морского базирования. Создание мобильных комплексов может кардинально изменить парадигму соотношения стационарных и мобильных комплексов, повысив уровень экологической культуры в целом.
Промышленное внедрение
На основе высоких достижений российской ракетно-космической техники был разработан и фрагментарно доведен до промышленного использования новый тип трансзвукового высокотемпературного горения.
Самая крупная в мире камера сгорания диаметром 5,5 м, длиной 35 м с максимальным расходом до 10 тонн в секунду, с тысячекратным понижением СО от 1000 до 1 кг/сек. Общий комплекс является базовым объектом выполненной космической программы «Энергия-Буран». (работает по настоящее время). г. Химки, Московская область. Разработка удостоена Государственной премии СССР в 1986 году
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Открытый участок рабочего потока трансзвукового горения
Скорость потока 1000 м/с
Л
У
Промышленный модуль установки трансзвукового горения на базе микроракетного двигателя
Эффективность
сжигания, гараотерютемая в энергетике коэффициентом полноты сгорания, а в экологии
коэффициентом ЭРУ (эффсктшностираъ'юихвияп удаления) достигает рекордно высокого уровня - 99,9999%
Универсальность
вширошшмпшнетжнешшсвопств обрабэтываемыхвеществ; в чколопш-
ОСНОВНЫШДОВВЫСОКОТФКСПЧНЬК
веществ и отидов (хинп'кскогооружия, дпошшов нт.п.), вэкочнергетт*-пшрокого спектра ранее неосвоенных топливных ресурсов.
Кс»Я1П »1 ктность
исполнительных средств (4.5 х 1,Нх 2,0 м), со ияюшйя
предпосылки формирования мобильных комплексов (пвтомобпльного, жел е1» нот орожно го.
ИВИПЦНОННОГО II "ОДНОГО
бшнровання)
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Промышленное внедрение
Стационарный промышленный комплекс по обезвреживанию диоксино-содержащих трансформаторных масел. Утилизировано 132 тонны «сотвола-10» (I класс опасности). ОАО «Северсталь» г. Череповец, Вологодская обл. 1999-2004 г. Работа удостоена отраслевой премии им. Бардина в 2000 году
Мобильный комплекс, размещенный в 40-футовом контейнере. г. Шиханы Саратовской обл., 2002-2005 г., отработано в полевых условиях обезвреживание 37 специальных рецептур (хлор-, фтор-, серу-, фосфорсодержащих) с рекордным уровнем экологической безопасности
Сравнительные показатели традиционного и трансзвукового горения
Зольность Влагосодержание Метановое Концентрация
число связанного
Традиционное решение
хлора Трансзвуковое горени
