+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



Технологія спалювання – визначальний фактор ефективності вогнетехнічнихих об'єктів

Паливно-енергетична, а потім і економічна кризи, що останнім часом дуже загострилися, змушують людство задуматися про розвиток енергетики з точки зору енергоефективності технічних рішень і економічної доцільності їх впровадження. Для країн пострадянського простору ситуація ускладнюється тим, що обладнання фізично зношується і морально застаріває, і вже багато років на підтримку ПЕК виділяється вкрай недостатня кількість ресурсів. Керівники теплогенеруючих компаній стоять перед непростим вибором: або міняти старе обладнання на нове (наприклад, котли НИИСТУ, ТВГ, ДКВР і ін. з незаекранованим подом на КВГМ, ДЕ, ПТВМ і т.д. з високим ступенем екранованості), або переходити на електрокотли, або закуповувати імпортне, красиво оформлене, із складною сучасною автоматикою і нібито дуже ефективне обладнання, або почати широкомасштабне впровадження відоновлюваних джерел енергії, які є альтернативними (теплові насоси, енергію вітру, сонячні колектори, біомасу).

На жаль, прийняти зважене рішення дуже важко через відсутність достовірних науково обґрунтованих даних про нові технології, підкріплені досвідом експлуатації. На конференціях і семінарах присвячених енергоефективності озвучується суперечлива, часто взаємовиключна інформація, мета якої, як правило, забезпечити просування на енергетичний ринок обладнання певного типу. Системний аналіз паливно-енергетичного комплексу відсутній не тільки через гостру конкуренції, а й через рівень професіоналізму в науці, техніці, виробництві та експлуатації, що різко знижується. Розглядаючи найбільш часто озвучувані пропозиції щодо виходу з енергетичної кризи, необхідно відзначити наступне: безумовно, заміна природного газу на альтернативні види палива на окремих об'єктах доцільна, але тільки для окремих приватних випадків. Наприклад, переведення котлів з газу на спалювання тирси, яка є відходами на деревообробних підприємствах або опалення свинарника чи птахоферми, в якомусь сільськогосподарському регіоні, надлишком соломи, який, можливо, залишився після заготівлі кормів для худоби. Однак застосування цих рішень для   енергетики виглядає, принаймні, непродуманим.

Особливо слід відзначити програму впровадження теплових насосів. Тепловий насос може бути вельми ефективний в ряді приватних випадків, коли є проблеми з опаленням, наприклад, селища або підприємства досить віддаленого від централізованого паливопостачання (відсутність газопроводу, відсутність доріг для постачання рідкого або твердого палива) і де доводиться опалювати електроенергією. У цьому випадку дійсно, тепловий насос може в 2-4 рази ефективніше (в залежності від реальних умов) видавати на 1 кВт затрачуваної електроенергії енергію теплову. Але говорити про те, що при цьому економиться газ - не можна, тому що значна частина електроенергії виробляється на теплових електростанціях, де в якості палива використовується, в тому числі,  і природний газ, причому на виробництво 1 КВт електроенергії йде мінімум 4-5 кВт енергії палива (з огляду на всі втрати на станціях і при транспортуванні). При цьому вартість такого обладнання (теплових насосів), а обладнання, як правило, тільки імпортне, коштує стільки, що тільки декларована окупність таких проектів становить від 10 до 20 років без урахування дисконтування. Ефективний варіант їх застосування - використання тепла каналізаційних колекторів. При цьому зменшується теплове забруднення водойм.

Крім усього іншого, щоб перевести масштабно значну частину вогнетехнічного обладнання на альтернативне паливо будуть потрібні колосальні капітальні вкладення, які на сьогоднішній день, та ще й в умовах економічної кризи, просто ніде взяти. Варто врахувати, що при широкому використанні, ціни на будь-який вид альтернативного палива відразу піднімуться до рівня цін на газ і, існуюча на сьогоднішній день економічна доцільність, буде швидко нівельована.

У зв'язку з цим хотілося б зазначити, що в СРСР проводилися широкомасштабні та успішні промислові випробування газифікації вугілля, в тому числі і підземна газифікація [1]. На сьогодні спостерігається прогрес у відновленні уваги до даної тематики. Газифікація вугілля добре поєднується з розвиненою газотранспортною системою. Так само великі перспективи має використання шахтного метану [1].

Безумовно, зростання цін на енергоносії триватиме, по міру виходу світової економіки з кризи і дешевого палива вже не буде. У зв'язку з цим найважливішу роль для розвитку економіки відіграють енергозберігаючі технології, які так широко впроваджуються на Заході. За питомими витратами палива на вироблення тепла країни пострадянського простору в кілька разів поступаються провідним Європейським країнам. А грошей на закупівлю нового обладнання потрібно багато, тому досить тривалий час воно не оновлювалося.

Що ж робити? Де вихід? Вихід, методом проб і помилок, визначили думаючі хазяйновиті люди. Необхідно зберегти існуючу інфраструктуру (обладнання, кадри, систему обслуговування і т.д.), органічну для нашого суспільства і розробити заходи щодо підвищення її енергоефективності. На сьогоднішній день існує ряд традиційних підходів для зниження витрат енергоносіїв. Це зниження втрат тепла в житлових і виробничих приміщеннях і в мережах транспортування тепла та електроенергії, утилізація тепла відхідних газів, застосування конденсаційних установок на виході вогнетехнічних об'єктів, заміна існуючих технологічних процесів на нові, більш сучасні та ін.

Особливо гострі проблеми енергозбереження для енергетичних об'єктів житлово-комунального господарства. Розгорнуто грандіозну полеміку про співвідношення індивідуального та централізованого теплопостачання. При цьому перш ніж зробити зважене науково обгрунтоване рішення під гаслом «Свобода вибору людини», допускається масовий перехід на індивідуальне опалення і руйнування інфраструктури централізованого теплопостачання. Особливо некерованими ці процеси є на Західній Україні - до 80% в деяких містах. Стихійне збільшення частки індивідуального опалення неминуче призведе до різкого прояву всіх його недоліків у порівнянні з централізованим. Вартість одиниці тепла, виробленої на великій котельні істотно нижче, ніж у невеликого індивідуального котла. Виникає маса екологічних проблем, пов'язаних з високим рівнем викидів (СО, СО2, NОх і т.д.) та близько розташованими джерелами викидів до житла.

Багато десятків років в центральному теплопостачанні складалася система підготовки кадрів для контролю і обслуговування вибухо- і пожежонебезпечних об'єктів. При індивідуальному опаленні потрібно значно більше фахівців (яких і так катастрофічно не вистачає для систем центрального теплопостачання) для обслуговування населення. Це стає особистою справою споживача. При нестачі грошей населення, зрозуміло, буде економити на цих недешевих послугах, а це неминуче призведе до створення вибухонебезпечної обстановки. Не зрозуміло, в зв'язку з цим, як буде організовано опалення горищ, підвалів, під'їздів і т.д. Від цього значною мірою залежить збереження будівель і безпеки проживання в них громадян.

Лають центральне теплопостачання і ратують за індивідуальне не стільки тому, що бачать ефективність в індивідуальному, а тому, що при цьому планується масове завезення застарілого, який втратив свою колишню ціну, не завжди пристосованого до наших умов експлуатації імпортного обладнання з обумовленими з його виробниками значними сумами подяки тим, хто забезпечує його масове просування на нашому ринку.

Ті, хто випинає недоліки центрального теплопостачання, замовчують про те, що нескінченні розмови про необхідність підвищення ефективності роботи теплотехнічного обладнання залишаються розмовами і практично дуже мало що робиться в цьому напрямку останні 20 років.

Проте, ще існує прогресивна наукова думка і  висококласні фахівці, розробки яких знаходяться на рівні кращих світових зразків. Тільки на теплоенергетичному факультеті Національного технічного університету України «Київського політехнічного інституту »(м.Київ) існує кілька розробок, якими могла б пишатися будь-яка європейська держава. Це, в першу чергу, новий принцип акумулювання енергії, аналогів якому за паливною ефективністю і оригінальності підходу до фізики таких процесів не знає світова наука, розроблений видатним вченим д.т.н. Єрошенко В.А., внаслідок чого стало можливим практично ідеальне акумулювання механічної енергії. Це дуже ефективні і найменш матеріаломісткі практично серед усіх відомих на сьогоднішній день контактні водонагрівачі розробки к.т.н. Королевича А.Я., які успішно працюють на десятках об'єктів України, Росії, Білорусі та Казахстану. Це унікальні утилізатори тепла відхідних з котла продуктів згоряння на теплових трубах розробки к.т.н. Гершуні А.Н. - технології, які використовувалися до цього тільки в космічних апаратах, а тепер працюють на сотнях котлів України та країн ближнього зарубіжжя. І це, звичайно, струменево-нішова технологія спалювання палива (СНТ), розроблена на основі досліджень, [5] що проводяться в Лабораторії горіння ТЕФ НТУУ «КПІ» і є єдиною на сьогоднішній день універсальною технологією спалювання газоподібного палива, впровадженням якої і подальшим вивченням її особливостей займається ТОВ «Виробниче об'єднання« Струминно-нішова технологія »(м.Київ).

На сьогоднішній день сфера застосування горіння в вогнетехнічних пристроях (ОУ) дуже широка: котли, печі, сушила, камери згоряння і т.д .; в різних сферах (ракетобудування, авіація, промисловість, опалення, гаряче водопостачання, сільське господарство і т.д.)

Конструктивно сучасні ОУ практично перестали вдосконалюватися. В даний час устоялися значення: діаметрів екранних труб, ступені екранування топкового простору, співвідношень розмірів топки, ступені крутки потоку повітря в ГУ і т.д. Окремі спроби їх зміни, як правило, не приводять до позитивних результатів. Наприклад, зменшення діаметра екранних труб (що намагаються робити деякі котлобудівні підприємства) з одного боку збільшило їх кількість і теплосприймаючу поверхню, а з іншого боку збільшило гідравлічний опір по тракту робочого тіла. Основні енергоефективні заходи щодо поліпшення показників економічності, екологічної безпеки і надійності в даний час пов'язані з організацією топкових процесів, утилізацією тепла відхідних газів, поліпшенням теплоізоляції, частотними перетворювачами і т.д.

На основі величезного світового досвіду спалювання різних видів палива для широкого спектру потреб з'явилися сотні типів пальників (ГУ) і визначилися основні складові робочого процесу при технічному горінні: сумішеутворення, підпал, стабілізація горіння, вигоряння паливної суміші. Інститути зі світовими іменами: ВАТ «Науково-виробниче об'єднання з дослідження і проектування енергетичного обладнання ім. І.І. Ползунова »(НВО ЦКТИ), Всеросійський теплотехнічний інститут, Центральний інститут авіаційного моторобудування, Київський політехнічний інститут, Казанський авіаційний інститут, Куйбишевський авіаційний інститут і ін. інтенсивно досліджували елементи робочого процесу ГУ, який є складною фізико-хімічним процесом. Тому на сьогоднішній день існує більше 1000 типів ГУ і загальновизнаною є тільки одна методика розрахунку ГУ - методика Іванова Ю.В., яка не отримала широкого поширення, тому в ній присутній тільки один безперечний постулат про необхідність раціонального розподілу пального в потоці окисника підкріплений дослідженнями структури потоку і сумішоутворення. На жаль, можна констатувати факт, що на сьогодні серйозні роботи з дослідження робочого процесу ГУ і створення технології спалювання - згорнуті не тільки в країнах колишнього СРСР, а й за кордоном. Основний акцент робиться на шлях експериментального доведення і потужну автоматизацію. Так само невиправдано великі надії покладаються на математичне моделювання цього складного процесу. Однак в найближчому майбутньому відчутних успіхів у створенні високоефективної технології в цьому напрямку не передбачається.

Лабораторія горіння КПІ, яку створив Христич В.А., займала одне з провідних місць серед дослідницьких центрів. На відміну від інших досліджувалися   і закрутка потоку окислювача, і тіла з поганим обтіканням в якості стабілізаторів горіння, і різні варіанти струменевої подачі пального. До середини 70 років минулого століття практично всі можливі аеродинамічні схеми подачі пального і окисника були досліджені. Однак визначити основні підходи до створення технології спалювання так і не вдалося. ГУ як в лабораторії, так і в усьому світі, не задовольняли сукупним вимогам по економічності, екологічній безпеці і надійності. Як згодом виявилося, в основному недоліки ГУ визначалися нестійкістю аеродинамічної структури течії. Крім того, всупереч існуючій думці, газ дуже важко спалити високоефективно, бо він має високу температуру займання - 650-750 ° С, вузький діапазон горючих об'ємних концентрацій - 5-15% і дуже низькі значення нормальної швидкості поширення полум'я (менше 0,5 м / с). Це, поряд зі складністю аеро-термо-хімії даного процесу, ускладнило створення універсальної технології спалювання, яка задовольняє всім вимогам економічності, екологічної безпеки і надійності роботи вогнетехнічного об'єкта. І тільки з початку 80-х років методологічно правильно побудовані дослідження складних реагуючих течій в ближньому сліді за системою струменів в зносячому потоці дозволили виявити фундаментальні закономірності робочого процесу ГУ невідомі раніше. На основі струменево-нішової системи, що об’єднує систему струменів пального, що зноситься потоком окислювача і нішову порожнину, розташовану нижче по ходу потоку [2], вдалося створити ГУ зі стійкою аеродинамічною структурою і автомодельну до швидкісних і концентраційних полів областями стабілізації горіння. В кінці 80-х струменево-нішова система сумішоутворення і стабілізації полум'я   була   захищена авторськими свідоцтвами СРСР.

На початку 90-х років СНТ успішно проходила апробацію на печах, котлах, камерах згоряння ГТУ, підігрівачах і т.д. [3].   У цей час проводилися інтенсивні експериментальні та аналітичні дослідження, що дозволило сформулювати основні постулати технології (Раціональна роздача пального в потоці окислювача, створення стійкої аеродинамічної структури, автомодельності процесів сумішоутворення, термічна підготовка паливної суміші, самоохолодження   і т.д.). В кінці 90 і спосіб, і пальниковий пристрій були запатентовані в Україні і країнах Євразії. На сьогоднішній день СНТ є єдиною універсальною технологією спалювання широко випробувані на всіх типах ОП [6].

При цих умовах забезпечується повне згоряння газу (СО - відсутній). Склад паливної суміші проходить через ГУ близький до стехіометрії, що при високій якості сумішоутворення забезпечує емісію NOx в межах існуючих норм. Такі результати - показник визначальної ролі ефективної організації топковихих процесів в ОУ.

Котли ДКВР, які відпрацювали по 20-40 років і знизили свої екологотеплотехнічні показники, після модернізації на основі СНТ, розпалюються при тиску газу 0,5-2 мм в.ст., стійко працюють на навантаженнях 5-10% від номінального, ККД в широкому діапазоні 93-96%. Котли надійно працюють в безвентеляційному режимі за рахунок розрідження в топці. При цьому емісія NOx, приведена до a=1, знижується до 100 мг/м3. Так як ГУ СНТ прямоточного типу, то в топковому просторі відсутні величезні вихори і відповідно накидання факела на екранні труби, тому за погодженням з заводом-виробником прибираються захисні стінки біля бічних екранів, що покращує термічний стан труб і зменшить корозійний знос стиків труб з колекторами. Висновок напрошується сам собою - вітчизняна техніка надійна, ремонтопридатна, знайома нашому персоналу і з сучасними технологіями не поступається імпортному устаткуванню.

  

Фото 1. Установка ГУ СНТ на котле ПТВМ-30

На фото 1. зображені ГУ СНТ на котлі ПТВМ-30. Пальники розпалюються при тиску 1-3 мм в.ст. на всіх 6-ти пальниках котел працює від 2 до 40 Гкал/год без відключення частини ГУ. Котел може розпалюватися без вентилятора і димососа за рахунок самотяги труби і при цьому набирати потужність до 12-15 Гкал.

Фото 2. Установка ГУ СНТ на котлі ПТВМ-50

На фото 2. представлений котел ПТВМ-50. ГУ СНТ встановлені в штатні амбразури. Розпалювання пальників відбувається при тиску газу рівному декільком мм в.ст. Вихід на режим здійснюється при роботі всіх 12-ти пальників. Необхідно відзначити, що відключення ГУ при зменшенні потужності котла вкрай небажано, тому що при цьому порушується температурна рівномірність в топковому просторі і збільшується загальний на котел коефіцієнт надлишку повітря.

Фото 3. ГУ СНТ на котлі ТП-170

На фото 3. модернизація котла ТП-170. Потужність ГУ СНТ – 30МВт, розпалюється з 4 мм в.ст.

Універсальність струменево-нішової технології проявляється при вирішенні цілого ряду технічних і технологічних проблем в енергетиці. Однією з таких завдань є сушка футерування після ремонту амбразур, боровів і т.д. При цьому потрібно витримувати необхідний температурний рівень і рівномірність температурного поля газів, що омивають осушувану поверхню, інакше волога скипає всередині футерування і порушує її цілісність. На практиці для сушіння в котли завантажуються дрова у вигляді метрових плах. Такий регламентований спосіб незручний, об'єкт висихає тривалий час (кілька тижнів) і якість сушіння залишає бажати кращого. У м.Севастополі вперше сушка котлів ПТВМ-30 здійснена за допомогою ГУ СНТ. Всі 6 пальників розпалили при тиску газу 2-3 мм в.ст., що забезпечило середній температурний рівень в топці (близько 100 ° С) і 3 котла були висушені за 3 дні.

Хочеться окремо відзначити величезний внесок, який роблять в розвиток і просування СНТ провідні вчені Інституту технічної теплофізики НАН України, особливо академік НАН У Долинський А.А. і член-кореспондент НАН У Фіалко Н.М.

В даний час для ефективної модернізації ГО потрібні компанії, які об'єднують весь комплекс робіт від наукових досліджень до здачі під ключ об'єкта з подальшим сервісним обслуговуванням, прикладом є НПК «СНТ», яке має в своєму розпорядженні фахівців в області організації топкових процесів, забезпечує весь цикл модернізації вогнетехнічного об'єкта (рис. 2.).