+38 (044)462-52-62

+38 (067)502-01-98 

+38 (063)810-63-73

г. Киев, ул. Кирилловская, 102
Пн-Пт: 9:00—18:00



Инновационные решения

Топливно-энергетический комплекс в контексте энергетической безопасности Украины. Инновационные решения на основе струйно-нишевой технологии сжигания топлива

 М.З. Абдулин, заместитель заведующего кафедрой ТЭУТ и АЭС НТУУ «КПИ»

В настоящее время в мировой практике наиболее перспективным и экологически чистым видом топлива является природный газ, что обусловливает увеличение количества его потребителей и объема добычи и одновременно расширение номенклатуры источников (шахтный метан, синтез газ и т.д.).

В Украине удельный расход природного газа в огнетехническом оборудовании (ОО) значительно больше, чем в промышленно развитых странах мира. В то же время негативно отражается на стабильности и благополучии населения Украины рост цен на импортируемый природный газ, который является причиной повышения цен на коммунальные услуги и продукцию украинских предприятий. Сейчас в Украине наблюдаются общие тенденции к переходу на альтернативное газу топливо. Но остается львиная доля газоиспользующего оборудования, от которого невозможно одномоментно отказаться, и в котором необходимо использовать энергоэффективные технологии сжигания именно газа. Это объясняет остроту вопроса экономии и рационального использования природного газа и необходимость незамедлительной реконструкции огнетехнических объектов различных отраслей национальной экономики.

На сегодняшний день в странах СНГ эксплуатируются сотни тысяч единиц огнетехнического оборудования, срок эксплуатации которого составляет более 20 лет. Выход за проектный срок службы, а также существующая ситуация с газоснабжением (падение давления в подводящих газопроводах, пульсации давления, непостоянство калорийных характеристик газа и др.) формируют современное положение и специфику работы этих объектов.

Безотказная, эффективная и экологически чистая работа такого оборудования возможна лишь при выполнении современных, повышенных требований к количественным и качественным характеристикам топочного процесса огнетехнических объектов. В этой связи, выступающими на первый план требованиями становятся:

·  равномерность температурного поля топочного пространства, обеспечивающая равномерность тепловосприятия трубами экранной системы, что ведет к недопущению локальных перегревов и пережогов поверхностей нагрева;

·  равномерности тепловыделения в топочном пространстве, в широком диапазоне изменения нагрузки. Данное требование обусловлено необходимостью длительной работы котла на нагрузках, существенно меньших номинальных, с сохранением на номинальном или даже большем уровне основных теплотехнических показателей работы;

·   малое гидравлическое сопротивление по трактам горючего и окислителя. Выполнение данного требования делает возможным существенное повышение эффективности работы котла на малых нагрузках, путем полного отключения тягодутьевых средств, а также делает возможным работу ОО при минимальных давлениях газа: 1-5 мм в.ст.

В настоящее время на рынке Украины присутствует большое количество различного типа горелочных устройств (ГУ) ведущих мировых производителей. Основные усилия при разработках таких устройств производители направляют на обеспечение рационального распределения горючего в потоке окислителя, турбулизацию топливной смеси и создание зон обратных токов в области стабилизации факела. Однако если им это удается, то только в очень узких диапазонах изменения режимных факторов и поэтому не обеспечивается вся полнота требований, в совокупности предъявляемых к топочному процессу.

Многолетние исследования основных стадий рабочего процесса ГУ, проведенные в Лаборатории горения НТУУ «КПИ», выявили определяющую роль аэродинамических процессов, что позволило классифицировать типы ГУ по двум газодинамическим схемам подачи горючего и окислителя.

Работа ГУ при переменных режимах осложняется разрушением циркуляционных зон высоконагретых продуктов сгорания, обеспечивающих аэродинамическую стабилизацию горения, нарушением равномерности распределения горючего в потоке окислителя, а также выходом концентрации топливной смеси в зонах обратных токов за пределы воспламенения.

Для решения этих проблем необходимо использование технологии сжигания топлива, основанной на газодинамической схеме, предусматривающей поперечную подачу горючего в сносящий поток окислителя перед вихреобразователем в виде ниш (струйно-нишевая система).

В струйно-нишевой системе в широких пределах изменения режимных факторов (скорость газа, воздуха, давление, температура) реализуются устойчивые и легкоуправляемые вихревые структуры с высокой интенсивностью турбулентности потоков горючего и окислителя, а также зоны обратных токов, обеспечивающие качественное смесеобразование с необходимым уровнем горючей концентрации и надежную аэродинамическую стабилизацию горения. Объем вихрей на несколько порядков меньше, чем у традиционных вихревых ГУ, поэтому их влияние на пульсации в топке котла, а также эрозионное влияние на амбразуру и другие элементы котла относительно мало. Малый объем вихрей позволяет проводить пуск и эксплуатацию ГУ с малым расходом газа, что обеспечивает безопасность пуска. Улучшение смесительных свойств ГУ повышает надежность работы при предельно малых коэффициентах избытка воздуха и, следовательно, при повышенных значениях средней температуры факела в топке.

Все вышеописанные преимущества струйно-нишевой системы, позволяют увеличить тепловосприятие радиационной части и приводят к снижению температуры уходящих газов, т.к. количество тепла, переданное радиационным излучением в топке, пропорционально температуре факела в четвертой степени. Повышение среднего уровня температуры, ее равномерность в топке котла, вследствие оптимального смесеобразования, сопровождается значительным уменьшением неравномерности тепловых потоков, и, таким образом приводит к повышению надежности работы котла в целом. Упорядоченная структура течения горючего и окислителя в ГУ со струйно-нишевой системой обеспечивает самоохлаждение элементов ГУ за счет теплообменных процессов при подогреве воздуха и газа. Одной из особенностей струйно-нишевой системы является малое гидравлическое сопротивление по трактам горючего и окислителя, что позволяет значительно снизить давление газа и воздуха при эксплуатации ГУ. Все это позволяет данной технологии сжигания оптимально вписаться в сложную аэротермохимическую схему огнетехнического объекта.

Устройства, реализующие струйно-нишевую технологию сжигания топлива (СНТ), нашли широкое применение на объектах коммунального хозяйства, строительной, химической, угольной, кондитерской, продовольственной и др. отраслей промышленности Украины, Беларуси и России.

СНТ не только работает на новом оборудовании, но и позволяет достаточно быстро модернизировать морально устаревшие огнетехнические объекты (срок эксплуатации более 30 лет), обеспечивая технические характеристики на уровне лучших мировых показателей по экономичности, экологической безопасности и надёжности.

Срок окупаемости такой модернизации, только за счёт экономии топлива, не превысит одного года эксплуатации. При этом имеет место значительная экономия электроэнергии, существенное увеличение межремонтного периода работы объектов, повышение уровня безопасности и т.д. В настоящее время сертифицировано 192 модели универсальных горелочных устройств СНГ, СНТ и ВРАД СНТ.

Многолетний опыт эксплуатации огнетехнических объектов показал, что инновационные решения в сфере энергосбережения на основе струйно-нишевой технологии сжигания топлива обеспечивают наиболее эффективное использование энергоресурсов.