Комплексне очищення димових газів твердопаливних котлів
Вантажиться...
Дата
2026
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Горяной С.В. Комплексне очищення димових газів твердопаливних котлів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичне машинобудування». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2026.
Дисертаційну роботу присвячено дослідженням, спрямованим на розроблення методу комплексного очищення димових газів твердопаливних котлів від твердих частинок та діоксиду сірки в мокрому скрубері з трубою Вентурі з використанням амонійних реагентів. У вступі роботи обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та задачі дослідження, представлено наукову новизну та практичну цінність результатів, наведено результати публікаційної діяльності з апробацією результатів за темою дисертаційної роботи з особистим внеском автора. У першому розділі дисертаційної роботи здійснено аналіз сучасного стану та ролі теплоелектроцентралей в структурі енергетичної системи України. Наведено перелік ТЕЦ, оснащених твердопаливними паровими котлами та їх системами очищення димових газів, а також представлено дані щодо обсягів викидів забруднюючих речовин від найбільших об’єктів комунальної енергетики. Описано характер впливу забруднюючих речовин на навколишнє середовище та здоров’я населення. Розглянуто чинну нормативно-правову базу, яка регламентує гранично допустимі викиди твердих частинок, діоксиду сірки та оксидів азоту від великих та середніх спалювальних установок. Проведено аналіз промислових технологій зниження викидів твердих частинок, зокрема розглянуто конструктивні та експлуатаційні особливості циклонів, тканинних фільтрів, мокрих та сухих електростатичних фільтрів та мокрих золовловлювачів. Обґрунтовано переваги застосування мокрих скруберів з трубою Вентурі як ефективного засобу інтенсифікації масообміну із можливістю комплексного очищення димових газів в промислових умовах. Розглянуто особливості технологій сіркоочищення димових газів, зокрема сухої, мокрої та напівсухої технологій десульфуризації з описом основних хімічних реакцій, які лежать в їх основі. Обґрунтовано доцільність використання амонійних реагентів як перспективної альтернативи традиційному вапняковому методу десульфуризації димових газів завдяки розчинності солей амонію та можливості отримання цінного комерційного продукту — мінерального добрива сульфату амонію. Розглянуто специфіку первинних та вторинних методів зниження викидів оксидів азоту. Приділено увагу процесам селективного некаталітичного та селективного каталітичного відновлення з описом основних хімічних реакцій. На основі викладеного матеріалу визначено та обґрунтовано комплекс завдань, спрямованих на розроблення методу комплексного очищення димових газів від твердих частинок та діоксиду сірки в мокрому скрубері з трубою Вентурі. В другому розділі дисертаційної роботи описано методологію проведення експериментальних досліджень, спрямованих на вивчення процесів взаємодії між діоксидом сірки та амонійними реагентами. Дослідження охоплює три різні технологічні схеми: мокре поглинання в трубі Вентурі, напівсуху десульфуризацію та газофазне зв’язування діоксиду сірки амоніаком, отриманого внаслідок термічного гідролізу водного розчину карбаміду. В рамках кожного з досліджень представлено методику проведення дослідів, описано схему експериментальної установки та наведено основні параметри експериментальних досліджень та системи вимірювань. Проведено аналіз джерел експериментальних похибок. В третьому розділі дисертаційної роботи наведено результати експериментальних досліджень процесу видалення діоксиду сірки в трубі Вентурі; уловлення діоксиду сірки в установці напівсухого сіркоочищення із використанням амоніаку та карбаміду та газофазне зв’язування діоксиду сірки амоніаком, утвореного шляхом термічного гідролізу карбаміду. Також представлено результати числових досліджень процесу очищення димових газів від твердих частинок та діоксиду сірки. Результати експериментальних досліджень процесу уловлення діоксиду сірки підтвердили, що амоніак є ефективним реагентом для зв’язування діоксиду сірки з утворенням солей амонію. Підвищення мольного відношення амоніаку до діоксиду сірки підвищує ефективність видалення діоксиду сірки з газового потоку. За стехіометричного відношення реагентів кислотність розчину продуктів реакції наближається до нейтральних значень, що свідчить про повноту перебігу хімічних реакцій у рідкій фазі. Показано, що за низьких значень мольного відношення амоніаку до діоксиду сірки експериментальні значення ефективності уловлення перевищують теоретично розраховані, що вказує на наявність газофазного механізму взаємодії між амоніаком і діоксидом сірки. При збільшенні мольного відношення понад 1,6 інтенсивність газофазного реагування знижується, що, ймовірно, пов’язано з дефіцитом водяної пари, необхідної для утворення реакційного комплексу NH3хH2O в лабораторних умовах. За результатами експериментальних досліджень процесу зв’язування діоксиду сірки в установках напівсухого сіркоочищення встановлено, за аналогічних умов при використанні водних розчинів амоніаку та карбаміду як джерел амоніаку, водні розчини амоніаку ефективно зв’язують діоксид сірки, досягаючи близько 98% ефективності зв’язування, а значення ефективності уловлення діоксиду сірки при використанні розчину карбаміду виявилось близьким до нуля, що свідчить про стабільність карбаміду за умов напівсухого методу сіркоочищення димових газів без попереднього гідролізу за температур, близьких до температури кипіння. Результати досліджень процесу термічного гідролізу карбаміду та подальшого поглинання діоксиду сірки утвореним амоніаком показали, що попередній гідроліз карбаміду за температури, близької до температури кипіння розчину, забезпечує утворення амоніаку, здатного ефективно зв’язувати діоксид сірки в умовах газофазного реагування. Встановлено, що температура кипіння розчину є достатньою для активації карбаміду як ефективного джерела амоніаку. В межах математичного моделювання процесу очищення газів у трубі Вентурі досліджено вплив геометричних характеристик апарата, питомого зрошення та дисперсності крапель та різниці швидкостей між фазами на ефективність знепилення. Встановлено, що загальний ступінь очищення лімітується трьома фракціями твердих частинок: дрібнодисперсними (менше 2,5 мкм), що слабко вловлюються за інерційним механізмом; середньодисперсними (40–70 мкм), аеродинамічні характеристики яких близькі до параметрів крапель зрошення; та краплями пульпи, що містять захоплені тверді частинки. Розраховано ефективність знепилення димових газів за різних параметрів системи. Математичне моделювання процесу поглинання діоксиду сірки передбачало визначення часу, протягом якого за умови ідеального поглинання та монофракційності рідкого реагенту та рівномірному розподілі крапель всередині труби Вентурі діоксид сірки досягне поверхні крапель. Теоретичне дослідження кінетики поглинання діоксиду сірки базувалося на розв’язанні крайових задач дифузії методом Фур’є. В результаті було отримано математичні вирази для визначення необхідного часу контакту фаз та прогнозування ефективності десульфуризації залежно від питомої витрати реагенту. Розраховано ефективність уловлення діоксиду сірки для різних діаметрів крапель та питомої витрати рідкого реагенту. В четвертому розділі дисертаційної роботи на основі отриманих експериментальних та теоретичних результатів розроблено принципову технологічну схему комбінованого очищення димових газів для котла Е-10-1,6, що працює за технологією низькотемпературного киплячого шару; та пиловугільного котла ПК-19. Виконано матеріальний баланс установки та визначено основні технологічні, геометричні й режимні параметри обладнання, які забезпечують високий ступінь десульфуризації та знепилення димових газів до значень, що відповідають вимогам Директиви 2015/2193/ЄС. Проведено техніко-економічне обґрунтування запропонованого рішення, яке підтвердило доцільність використання аміачної води з можливістю отримання товарного сульфату амонію. Показано, що впровадження розробленої технології забезпечує суттєве зниження екологічних платежів і формує додатковий економічний ефект, що свідчить про її високу екологічну та економічну ефективність.
Опис
Ключові слова
димові гази, викиди, тверді частинки, труба Вентурі, діоксид сірки, амоніак, оксиди азоту, тепломасообмін, дифузія, моделювання, flue gas, emission, particulate matter, Venturi tube, sulfur dioxide, ammonia, nitrogen oxides, heat and mass transfer, diffusion, modelling
Бібліографічний опис
Горяной, С. В. Комплексне очищення димових газів твердопаливних котлів : дис. … д-ра філософії : 142 Енергетичне машинобудування / Горяной Сергій Володимирович. – Київ, 2026. – 154 с.