Розроблення науково-технічних методів підвищення ефективності та екологічності котлів на твердому паливі
Вантажиться...
Дата
2026
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Вифатнюк В.Г. Розроблення науково-технічних методів підвищення ефективності та екологічності котлів на твердому паливі. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.14 «Теплові та ядерні енергоустановки» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2026. Дисертаційна робота була виконана на кафедрі атомної енергетики та в Інституті теплоенергетичних технологій Національної академії наук України. Дисертація присвячена розробленню та удосконаленню котельних установок на твердому паливі. Робота теплових енергоустановок має бути спрямована на підвищення їх коефіцієнта корисної дії, розширення паливної бази теплоенергетики і впровадження методів зменшення шкідливого впливу діяльності теплоенергетики на довкілля і клімат. У вступі роботи обґрунтовано актуальність роботи, показано зв’язок з науковими програмами, сформульовано мету та основні задачі дослідження, наведено наукову новизну і практичне значення отриманих наукових результатів, результати публікаційної діяльності з апробацією результатів за темою дисертаційної роботи з особистим внеском автора. У першому розділі дисертаційної роботи проведено аналіз сучасного стану котельного обладнання та важливість теплоенергетики для України. Розвиток теплоенергетики має бути пов’язаний з новими технологій підвищення ефективності та екологічності її роботи з розширенням спектру видів і марок палива. Серед них – впровадження котлів на супер-надкритичні параметри пари з високим ККД та низькими викидами забруднюючих речовин. Перспективним для енергетики України є застосування газифікації місцевого палива для генерації електроенергії та парогазових установок. Технології спалювання палива в киплячому шарі дозволять розшити спектр використаних палив, включаючи біомасу та тверді відходи широкого діапазону вологості та зольності. На основі результатів виконаного аналізу обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета та задачі дослідження. Другий розділ дисертації присвячено подальшому розвитку методики розрахунку пиловугільного котла для супер-надкритичних параметрів пари з вимогою забезпечення температури на виході із зони горіння вище мінімально допустимої температури загасання полум'я 1250 °C, при цьому температура частинок золи повинна бути нижчою за температуру початку шлакування 1268 °C в діапазоні навантаження 40-100% з використанням рециркуляції димових газів, розробці методів регулювання первинної та вторинної пари, розробці ескізного проєкту котла 28 МПа/600 °C/600 °C з твердим шлаковидаленням для енергоблоку потужністю 300 МВт з вибором оптимальних марок сталі для поверхонь нагріву та очікуваним коефіцієнтом корисної дії енергоблоку 46%, що дозволить зменшити валові викиди до 25%. У третьому розділі описано процес підготовки торф'яного синтез-газу для спалювання в вугільній топці котла ТПП-210А, який отримується шляхом термохімічної переробки волинського торфу в реакторі з нерухомим шаром в пароповітряній суміші, збагаченій киснем, під тиском 1,5 МПа. Запропоновано використати газифікатор неперервної дії для подачі синтезгазу в нижню частину котла з метою забезпечення сталого шлаковидалення в котлі на мінімальних навантаженнях. Для розрахунку процесів в газифікаторі було розроблено оригінальну модель на базі двовимірної системи параболічних і гіперболічних рівнянь, що описують аеродинаміку, тепломасообмін і хімічне реагування газодисперсного середовища в фіксованому шарі. Вона враховує швидкість руху частинок, її зміни в окислювальній і відновній зонах через зменшення діаметра дисперсної фази за рахунок протікання реакцій дозволяє отримати детальну інформацію про конструктивні характеристики газогенератора в фіксованому шарі, рух, тепломасообмін і хімічне реагування газодисперсного середовища в пароповітряній суміші під тиском, збагаченій киснем. Запропоновано нову технологію подачі вугілля марки ДГ в котел за допомогою газоструменевого ежектора, коли синтез-газ є транспортним агентом для подачі вугільного пилу. Четвертий розділ присвячений розробленню інженерної методики розрахунку котлів киплячого шару (КШ) та котлів циркулюючого киплячого шару (ЦКШ), яка враховує три види теплообміну: кондуктивного, конвективного та променистого, а також високу об’ємну концентрацію твердих частинок в зоні КШ та їх великі розміри. Топка киплячого шару розбивається на зону КШ, перехідну зону (ПЗ) та зону пневмотранспорту (ЗП). При розрахунках в зоні КШ припущено дію реакції повного вигоряння вуглецю. В ПЗ, куди подається паливо та вторинне повітря, відбувається вихід летких з їх згорянням в ПЗ та ЗП, а також розподіл швидкісних та температурних полів твердої фази, коли крупні частинки повертаються в зону КШ вздовж настінних екранів, а дрібні прямують в ЗП на фоні процесу горіння. Висота ЗП визначається вихідною температурою димових газів та теплосприйняттям поверхонь нагріву. Пропонована методика була використана для розрахунку котла ЦКШ, але в ній було враховано наявність 3 подач повітря: первинного повітря під решітку, вторинного повітря в перехідну зону, коди надходить свіже паливо, та третинного повітря в зону пневмотранспорту. Завдяки вищим швидкостям газодисперного потоку в топці ЦКШ перехідна зона розтягнута на більшу висоту Було враховано значно вищі концентрації твердих частинок в перехідній зоні і зоні пневмотранспорту, високий ступінь рециркуляції твердої фази з гарячого циклона в топку КШ. На основі розрахунків за даною методикою було розроблено проєкти котла низькотемпературного киплячого шару з рециркуляцією твердої фази Е10/1.6 паропродуктивністю 10 т/год на насиченій парі для спалювання газового вугілля та котла циркулюючого киплячого шару Е75/5.0–500Д паропродуктивністю 75 т/год для спалювання кеку.
Опис
Ключові слова
котел, тверде паливо, спалювання, викиди, супернадкритичні параметри пари, газифікація, киплячий шар, циркулюючий киплячий шар, boiler, solid fuel, combustion, emissions, super-supercritical steam parameters, gasification, fluidised bed, circulating fluidised bed
Бібліографічний опис
Вифатнюк, В. Г. Розроблення науково-технічних методів підвищення ефективності та екологічності котлів на твердому паливі : дис. … канд. техн. наук : 05.14.14 - Теплові та ядерні енергоустановки / Вифатнюк Володимир Григорович. – Київ, 2026. – 237 с.