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杰康净化航天技术可治理雾霾 用火箭发动机技术烧废气

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时间:2014年03月18日信息来源:不详 点击:

    《中国航天报 飞天科普周刊》供稿

航天技术治雾霾,有谱

大年初一,雾霾给了留守在北京的人们一个下马威。尽管随后几
天,天气不错,但从根儿上治理雾霾的声音还是越来越响亮。

在寻找治霾的方法时,有人瞄向了航天技术。

航天技术真能治霾吗?

有人怀疑,笔者却说:有谱。

案例追踪 尾气中硫磺接近“全回收”

说有谱,是因为有例子摆在眼前:

2008年,陕西延长石油(集团)延安炼油厂应用了中国航天科技集
团六院北京11所(以下简称北京11所)的焚烧环保技术,成为全国
炼油行业第一家厂区废气脱硫脱硝、尾气排放达标的炼油生产企
业。

2010年,陕西延长石油(集团)延安石油化工厂同样在硫磺回收装
置含氨废气处理工段使用了北京11所焚烧环保技术,厂区废气脱
硫脱硝、尾气排放达标。

2012年,鄂尔多斯国泰化工有限公司使用了CLAUS硫磺回收工艺
+尾气处理技术,该技术为美国FLUOR公司和北京11所共同开发,
其尾气中硫磺回收率达到99.99%,接近“全回收”。

细心的读者可能已发现三个案例的共同点:使用了北京11所的焚
烧环保等技术,能够最大程度地对尾气进行脱硫或脱硝。

工业上的含硫、含氨的废气,很容易成为引起雾霾的主要元素:
硫酸和硝酸,必须进行治理后才能排放到环境中,而北京11所的
焚烧环保等技术是从火箭发动机技术转化而来。

从这个角度来讲,航天技术治理雾霾有谱。

技术源泉 火箭发动机的“喷”和“混”

那么,航天人用的是火箭发动机的什么技术呢?

在火箭的尾部,有几个像大钟状的物体,它们就是火箭发动机的
喷管。

携带液体燃料的火箭发动机,它的燃料和氧化剂分别存储在不同
的贮箱里。火箭需要启动时,通过火箭发动机的喷注器,让液体
燃料和氧化剂喷出,在极短的时间内充分混合,点火燃烧,并引
导产生的高温高压气体以极快的速度喷射出去,从而产生强大的
推力。

“太空中没有氧气,氧化剂和燃料都靠火箭自身携带。”北京11
所工程师袁宇说,“每一克都极其珍贵,丝毫不能浪费。”

要想不浪费,必须让燃料和氧化剂精确地混合,才能充分燃烧,
对于液体火箭发动机来说,这种混合可不容易。

“首先,火箭发动机里流量非常大,每秒钟要烧掉几十上百公斤
推进剂。”袁宇介绍,“其次,不能提前混合好,那样会引起爆
炸,留给混合的时间极其短暂,仅有几毫秒,要在燃料和氧化剂
喷出的一霎那间完成。最后留给燃烧反应的时间也非常短暂,从
喷入燃烧室到变成气体喷出,中间停留的时间也不到10毫秒。”

于是,科学家们想出了火箭发动机喷嘴技术,该技术能让氧化剂
和燃料通过不同的喷嘴,在以极高的速度喷射而出的同时,瞬间
实现充分混合。

“要喷得巧妙,才能混合得均匀。”袁宇说,“通过喷和混,精
确地控制燃料和氧化剂混合的速度及流量分布,让燃料和氧化剂
在极短的时间内烧得干干净净。”

说到这,对怎样利用航天技术治理雾霾,可能有人已经猜到了几
分。

应用原理 让废气烧得干干净净

“正是利用的这两点:混和喷。”北京11所研究员崔晓兰介
绍,“混指充分混合后让其充分燃烧,基于火箭发动机技术,让
含硫和含氨的废气高温氧化或分解,进一步转化或降低毒性,变
成可以回收或低毒性的物质,然后排放到大气中。”

据悉,该过程首先利用专门的计算软件,依据废气的成分进行热
力计算,然后在特制的燃烧炉中,精确地控制进入其中的废气和
空气的流量,让废气和空气的混合比达到一定精确的水准,这样
废气就能充分燃烧,得到需要的烟气组分。

“再就是喷,它可以是另一种脱硫方式。”崔晓兰说,“依托液
体火箭发动机燃烧与控制技术,对含硫有机废液废气焚烧后产生
的烟气,以氨水作为脱硫剂对烟气进行喷淋洗涤,同时产生副产
品硫铵溶液。”

喷淋控制得非常均匀,不仅可以有效脱除烟气中的SO2,副产品硫
铵还可以用于化肥生产原料,该反应产生的水溶液能够循环利
用,因此可以尽最大可能地减少工业废水的排放。

是不是貌似很简单?记者也曾这样疑惑过。

但是崔晓兰这样回答:“会者的确不难,但是还有很多国家没有
掌握这项技术。而且如果能够利用这个原理,把汽车发动机上的
喷雾装置设计得更精确,混合比控制得更好,燃料就会完全燃烧
干净,不会出现废气,更别说黑尾巴啦。”

航天技术其实离生活很近

2013年伊始,大范围严重雾霾天气开始频繁侵袭中国大部分地
区,如此大规模且长时间持续的空气污染事件要想得到彻底治
理,需要宏观的视野,绝对没有一贴包灵的妙药。

因此,航天技术治霾并不能包打天下。但是,在当前国家需要发
展、全面关停污染企业还不太现实的情况下,依靠科技手段对污
染进行治理就显得至关重要,从这一点上来说,航天技术治霾的
作用不容忽视。

在去年的北京“两会”上,北京市市长王安顺一番话让人印象深
刻,他说,为了2017年北京能够天蓝、水清、地绿,花1万亿元也
是值得的。北京为治霾不惜代价,相比而言,如果大家对航天技
术治霾多一点关注,让它在治霾领域发挥更大的作用,你还会认
为航天“烧钱”吗?航天技术离老百姓的生活还远吗?
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