+38 (044)462-52-62

+38 (067)502-01-98 

+38 (063)810-63-73

м. Київ, вул. Кирилівська, 102
ПН-ПТ: 09:00—18:00



Інноваційні рішення

Паливно-енергетичний комплекс в контексті енергетичної безпеки України. Інноваційні рішення на основі струменево-нишової технології спалювання палива

  М.З. Абдуллін, заступник завідувачого кафедрою ТЕУТ і АЕС НТУУ «КПІ»

В даний час у світовій практиці найбільш перспективним і екологічно чистим видом палива є природний газ, що обумовлює збільшення кількості його споживачів і обсягу видобутку і одночасно розширення номенклатури джерел (шахтний метан, синтез газ і т.д.).

В Україні питома витрата природного газу у вогнетехнічному обладнанні (ОО) значно більша, ніж в промислово розвинених країнах світу. У той же час негативно відбивається на стабільності і благополуччі населення України зростання цін на імпортований природний газ, який є причиною підвищення вартості комунальних послуг та продукції українських підприємств. Зараз в Україні спостерігаються загальні тенденції до переходу на альтернативне газу паливо. Але залишається левова частка газовикористовуючого обладнання, від якого неможливо відразу відмовитися, і в якому необхідно використовувати енергоефективні технології спалювання саме газу. Це пояснює гостроту питання економії та раціонального використання природного газу і необхідність негайної реконструкції вогнетехнічних об'єктів різних галузей національної економіки.

На сьогоднішній день в країнах СНД експлуатуються сотні тисяч одиниць вогнетехнічного обладнання, термін експлуатації якого складає більше 20 років. Вихід за проектний термін служби, а також існуюча ситуація з газопостачанням (падіння тиску в газопроводах, пульсації тиску, мінливість калорійних характеристик газу і ін.) формують сучасне становище і специфіку роботи цих об'єктів.

Безвідмовна, ефективна і екологічно  чиста робота такого обладнання можлива лише при виконанні сучасних, підвищених вимог до кількісних і якісним характеристикам топкового процесу вогнетехнічних об'єктів.В зв'язку з цим, виступаючими на перший план вимогами стають:

   рівномірність температурного поля топкового простору, що забезпечує відповідне теплосприйняття трубами екранної системи, що веде до зниження можливості локальних перегрівів і перепалу поверхонь нагріву;

   рівномірності тепловиділення в топковому просторі, в широкому діапазоні зміни навантаження. Дана вимога обумовлена необхідністю тривалої роботи котла на навантаженнях, істотно менших номінальних, зі збереженням на номінальному або навіть більшому рівні основних теплотехнічних показників роботи;

    малий гідравлічний опір по трактах пального та окислювача. Виконання цієї вимоги робить можливим істотне підвищення ефективності роботи котла на малих навантаженнях, шляхом повного відключення тягодутьових засобів, а також робить можливим роботу ОО при мінімальних тисках газу: 1-5 мм в.ст.

На даний час на ринку України присутня велика кількість різного типу пальників (ГУ) провідних світових виробників. Основні зусилля при розробках таких пристроїв виробники направляють на забезпечення раціонального розподілу пального в потоці окислювача, турбулізації паливної суміші і створення зон зворотних струменів в області стабілізації факела. Однак якщо їм це вдається, то тільки в дуже вузьких діапазонах зміни режимних факторів і тому не забезпечується вся повнота вимог, що пред’являються до топкового процесу в цілому.

Багаторічні дослідження основних стадій робочого процесу ГУ, проведені в Лабораторії горіння НТУУ «КПІ», виявили визначальну роль аеродинамічних процесів, що дозволило класифікувати типи ГУ за двома газодинамічними схемами подачі пального і окислювача.

Робота ГУ при змінних режимах ускладнюється руйнуванням циркуляційних зон високотемпературних продуктів згоряння, забезпеченням аеродинамічної стабілізації горіння, порушенням рівномірності розподілу пального в потоці окислювача, а також виходом концентрації паливної суміші в зонах зворотніх струменів за межі запалення.

Для вирішення цих проблем необхідно використовувати технології спалювання палива, які основуються на газодинамічній схемі, яка передбачає знесення поперечно поданого потоку пального струменем окислювачa перед вихороутворювачем у вигляді ніш (струменево-нішова система).

У струменево-нишовій системі в широких межах зміни режимних факторів (швидкість газу та повітря, тиск, температура) реалізуються стійкі і легкокеровані вихрові структури з високою інтенсивністю турбулентності потоків пального та окислювача, а також зони зворотних струменів, забезпечують якісне сумішоутворення з необхідним рівнем горючої концентрації і надійну аеродинамічну стабілізацію горіння. Обсяг вихорів на кілька порядків менше, ніж у традиційних вихрових ПП, тому їх вплив на пульсації в топці котла, а також ерозійний вплив на амбразуру і інші елементи котла відносно малий. Малий обсяг вихорів дозволяє проводити пуск і експлуатацію ПП з малою витратою газу, що забезпечує безпеку пуску. Поліпшення змішувальних властивостей ПП підвищує надійність роботи при гранично малих коефіцієнтах надлишку повітря, а отже і при підвищених значеннях середньої температури факела в топці.

Всі вищеописані переваги струменево-нишової системи дозволяють збільшити теплосприйняття радіаційної частини і призводять до зниження температури відхідних газів, тому що кількість тепла, передане радіаційним випромінюванням в топці, пропорційно температурі факела в четвертій степені. Підвищення середнього рівня температури, її рівномірність в топці котла, внаслідок оптимального сумішоутворення, супроводжується значним зменшенням нерівномірності теплових потоків, і, таким чином призводить до підвищення надійності роботи котла в цілому. Упорядкована структура течії пального і окислювача в ГУ зі струменево-нишовою системою забезпечує самоохолодження елементів ГУ за рахунок теплообмінних процесів при підігріві повітря і газу. Однією з особливостей струменево-нишової системи є малий гідравлічний опір по трактах пального та окислювача, що дозволяє значно знизити тиск газу і повітря при експлуатації ПП. Все це дозволяє даній технології спалювання оптимально вписатися в складну аеротермохімічну схему вогнетехнічного об'єкта.

Пристрої, що реалізують струменево-нишевую технологію спалювання палива (СНТ), знайшли широке застосування на об'єктах комунального господарства, будівельної, хімічної, вугільної, кондитерської, продовольчої та ін. галузей промисловості України, Білорусі та Росії.

СНТ не тільки працює на новому обладнанні, а й дозволяє досить швидко модернізувати морально застарілі вогнетехнічні об'єкти (термін експлуатації більше 30 років), забезпечуючи технічні характеристики на рівні кращих світових показників економічності, екологічної безпеки і надійності.

Термін окупності такої модернізації, тільки за рахунок економії палива, не перевищить одного року експлуатації. При цьому має місце значна економія електроенергії, істотне збільшення міжремонтного періоду роботи об'єктів, підвищення рівня безпеки і т.д. На даний час сертифіковано 192 моделі універсальних пальників СНГ, СНТ і ВРАД СНТ.

Багаторічний досвід експлуатації вогнетехнічних об'єктів показав, що інноваційні рішення в сфері енергозбереження на основі струменево-нишової технології спалювання палива забезпечують найбільш ефективне використання енергоресурсів.