Енергоекологічна оцінка котельного устаткування модернізованого на базі струменево-нішевої технології

Автори

М. З. Абдулін, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Перемоги, 37), e-mail: mzabdulin@gmail.com, ORCID: 0000-0001-9900-7314

О. А. Сірий, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Перемоги, 37), e-mail: oasiryi@gmail.com, ORCID: 0000-0001-5811-9037

О. О. Кобилянська, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Перемоги, 37), e-mail: 123olykob@gmail.com, ORCID: 0000-0002-4195-0841

Анотація

У статті наведено результати енергоекологічної оцінки котельного устаткування промислового призначення, обладнаного струменево-нішевою технологією спалювання. Наголошено, що до основних принципів, покладених в основу даної технології, відносять такі, як: раціональний розподіл палива в потоці окисника; стійка регульована структура течії палива, окисника і продуктів згоряння; саморегульованість складу паливної суміші в зоні стабілізації факелу при зміні навантаження агрегату. Підкреслено, що станом на сьогодні за допомогою струменево-нішевої технології модернізовано велику кількість промислового газоспалюючого устаткування, як-от: котли, печі, сушарки, об’єкти металургії та ін. Констатовано, що результати промислового впровадження технології дозволили накопичити значний обсяг технічної інформації й дали можливість зробити попередню екологічну оцінку при проведенні модернізації газоспалюючого устаткування. Як показує практика, на сучасному етапі основним напрямом вдосконалення технології є поліпшення її екологічних показників. У роботі встановлено вплив основних режимних і технічних параметрів вогнетехнічного обладнання на його емісійні показники. Доведено, що існує можливості зниження оксидів азоту первинними технологічними методами, найпростішим й найефективнішим з яких вважається введення газів рециркуляції у топковий простір. За результатами аналізу емісійних показників модернізованого вогнетехнічного обладнання потужністю 0,5–60 МВт отримано дані для оцінки емісійних показників котлів малої та середньої потужності залежно від основних впливових факторів, а саме: від типорозміру агрегату, коефіцієнта надлишку повітря й навантаження котла, а також враховано вплив введення газів рециркуляції у топковий простір на рівень концентрації оксидів азоту. Підтверджено ефективність застосування схеми введення газів рециркуляції в потік первинного повітря і переваги в порівнянні з технологіями спалювання на базі вихрових пальників. За результатами промислового експерименту встановлено енергетичну ефективність запропонованих заходів на прикладі залежностей ККД від навантаження котлів ПТВМ-50 і КВГМ-20.

Ключові слова: струменево-нішева технологія, оксиди азоту, режимні параметри, рециркуляція газів.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Clean air technology center. Nitrogen oxides (NOx), why and how they are controlled. EPA-456/F-99-006R. November 1999. World Wide Web Home Page: An official website of the United States government, U.S. Environmental Protection Agency, 1999. https://www3.epa.gov/ttncatc1/dir1/fnoxdoc.pdf.
2. Наказ про затвердження гігієнічних регламентів допустимого вмісту хімічних і біологічних речовин в атмосферному повітрі населених місць. Наказ Міністерства охорони здоров’я України. 2021. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0156-20#Text.
3. Parra D., Valverde L., Pino F. J., Patel M. K. A review on the role, cost and value of hydrogen energy systems for deep decarbonisation. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. Vol. 101. P. 279–294. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.11.010.
4. Wang H., Yuan B., Hao R., Zhao Y., Wang X. A critical review on the method of simultaneous removal of multi-air-pollutant in flue gas. Chemical Engineering Journal. 2019. Vol. 378. P. 122–155. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122155.
5. Tahmasebzadehbaie M., Sayyaadi H. Efficiency enhancement and NOx emission reduction of a turbo-compressor gas engine by mass and heat recirculations of flue gases. Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 99. P. 661–671. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.01.095.
6. Boyarkin M. S., Kovalnogov V. N., Karpukhina T. V., Fedorov R. V. Development and research of the technology of enriching low-grade solid fuels with recirculating flue gases for boiler plants. International Journal of Energy for a Clean Environment. 2016. Vol. 17. Iss. 2–4. P. 145–163. https://doi.org/10.1615/InterJEnerCleanEnv.2016019374.
7. Becher V., Bohn J.-P., Goanta A., Spliethoff H. A combustion concept for oxyfuel processes with low recirculation rate – experimental validation. Combustion and Flame. 2011. Vol. 158. Iss. 8. P. 1542–1552. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2010.12.029.
8. Кобзарь С. Г., Халатов А. А. Снижение выбросов оксидов азота в газовых котлах методом рециркуляции дымовых газов. Промышленная теплотехника. 2009. Т. 31. № 4. С. 5–11.
9. Ahn S. Y., Go S. M., Lee K. Y., Kim T. H., Seo S. I., Kim D. J. The characteristics of NO production mechanism on flue gas recirculation n oxy-firing condition. Applied Thermal Engineering. 2011. Vol. 31. Iss. 6–7. P. 1163–1171. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.12.013.
10. Strobel R., Waldner M. H., Gablinger H. Highly efficient combustion with low excess air in a modern energy-from- waste (EfW) plant. Waste Management. 2017. Vol. 79. P. 301–306. http://dx.doi.org/10.1016/j.wasman.2017.06.049.
11. Gholami F., Tomas M., Gholami Z., Vakili M. Technologies for the nitrogen oxides reduction from flue gas: A review. Science of the Total Environment. 2020. Vol. 714. Paper ID 136712. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.136712.
12. Абдулин М. З. Применение струйно-нишевой технологии сжигания топлива в энергетических установках. Вестник НТУ «ХПИ». Серия: Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. 2005. № 6. С. 130–144.
13. Про Національний план скорочення викидів від великих спалювальних установок: розпорядження Кабінету міністрів України від 08.11.2017 № 796-р. Київ, 2017. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/796-2017-%D1%80.
14. Любчик Г. Н., Гордяк Р. М., Микулин Г. А., Шелковский Б. И., Зарицкий А. А. Экологический аудит газогорелочных устройств на основе применения метода базовых характеристик эмиссии NOx и CO. Экотехнологии и ресурсосбережение. 2007. № 4. C. 64–70.
15. Любчик Г. Н., Варламов Г. Б., Сердюк С. Д., Микулин Г. А., Трубецкой Е. А. Воздействие коэффициента избытка воздуха, производительности и нагрузки котла на показатели эмиссии оксидов азота. Энергетика: экономика, технологии, экология. 2001. № 1. С. 48–54.
16. Абдулін М. З., Сірий О. А. Вітчизняні енергоефективні технології – запорука енергетичної безпеки держави. Київ: КПІ, 2013. С. 224–233.
17. Abdulin M. Z., Siryi O. A., Tkachenko O. M., Kunyk A. A. Boilers modernization due to energy-ecological improvement technology of burning. Bulgarian Chemical Communications. 2020. Vol. 52. Special iss. F. P. 14–19.
18. Сигал И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.: Недра, 1988. 311 с.
19. Сірий О. А. Вплив параметрів струменево-нішевої системи на робочий процес пальникових пристроїв: дис. … канд. техн. наук: 05.14.14 / Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2016. 199 с.

Надійшла до редакції 30.09.2021