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航天技术可治理雾霾 用火箭发动机技术烧废气

北京近期连续出现雾霾天气。

《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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