Розроблення науково-технічних методів підвищення ефективності та екологічності котлів на твердому паливі

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorПисьменний, Євген Миколайович
dc.contributor.authorВифатнюк, Володимир Григорович
dc.date.accessioned2026-06-01T09:09:31Z
dc.date.available2026-06-01T09:09:31Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractВифатнюк 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.
dc.description.abstractotherVyfatnyuk V.G. Development of Scientific and Technical Methods for Increasing the Efficiency and Environmental Friendliness of Solid Fuel Boilers. – Qualifying scientific work submitted as a manuscript. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences in speciality 05.14.14 “Thermal and Nuclear Power Installations”. – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv, 2026. The research was carried out in Department of Nuclear Power Engineering and in Thermal Energy Technology Institute of the NAS of Ukraine. The dissertation is devoted to the development and improvement of the solid fuel boiler The operation of thermal power facilities should be aimed at increasing their efficiency, expanding the fuel base of the thermal power industry and implementing methods to reduce the harmful impact of thermal power industry activities on the environment and climate. The introduction of the substantiates the relevance of the dissertation, shows the connection with scientific programs, formulates the goal and main objectives of the research, presents the scientific novelty and practical significance of the obtained scientific results, the results of publication activities with the approval of the results on the topic of the dissertation with the personal contribution of the author. The first section of the dissertation analyzes the current state of boiler equipment and the importance of Thermal Power Industry for Ukraine. The development of Thermal Power Industry should be associated with new technologies to increase the efficiency and environmental friendliness of its work to expand the fuel base. Among them is the introduction of boilers for supersupercritical steam parameters with high efficiency and low emissions of pollutants. The use of gasification of local fuel for electricity generation and combined cycle plants is promising for the energy sector of Ukraine. Fluidized bed technologies of fuel combustion will allow expanding the range of fuels used, including biomass and solid waste of a wide range of moisture and ash content. Based on the results of the analysis, the relevance of the topic is substantiated, the goal and objectives of the study are formulated. The second chapter of the dissertation is devoted to the further development of the method for calculating a pulverized coal boiler for super-supercritical steam parameters with the requirement to ensure a temperature at the exit from the combustion zone above the minimum permissible flame extinction temperature of 1250 °C, while the temperature of ash particles must be lower than the slagging onset temperature of 1268 °C in the load range of 40-100% using flue gas recirculation, development of methods for regulating primary and secondary steam, development of a draft design of a 28 MPa/600 °C/600 °C dry bottom boiler for a 300 MW power unit with the selection of optimal steel grades for heating surfaces and an expected efficiency of the power unit of 46%, which will reduce gross emissions up to 25%. The third chapter describes the process of preparing peat syngas for combustion in a coal-fired boiler TPP-210A, which is obtained by thermochemical processing of Volyn peat in a fixed-bed reactor in a steam-air mixture enriched with oxygen under a pressure of 1.5 MPa. It is proposed to use a continuous gasifier to supply syngas to the lower part of the boiler in order to ensure stable slag removal in the boiler at minimum loads. To calculate the processes in the gasifier, an original model was developed based on a two-dimensional system of parabolic and hyperbolic equations that describe aerodynamics, heat and mass transfer and chemical reaction of the gas-dispersed medium in a fixed bed. It takes into account the velocity of particles, its changes in the oxidation and reduction zones due to the decrease in the diameter of the dispersed phase due to the course of reactions, allows obtaining detailed information about the design characteristics of the gas generator in a fixed layer, movement, heat and mass transfer and chemical reaction of the gas-dispersed medium in a pressurized steam-air mixture enriched with oxygen. A new technology for supplying bituminous coal to the boiler using a gas-jet ejector is proposed, when syngas is a transport agent for supplying coal dust. The fourth chapter is devoted to the development of an engineering methodology for calculating boilers of fluidized bed (FB) and boilers of circulating fluidized bed (CFB), which takes into account three types of heat transfer: conductive, convective and radiant, as well as a high volumetric concentration of solid particles in the FB zone and their large sizes. The fluidized bed furnace is divided into the FB zone, the transition zone (TZ) and the pneumatic transport zone (PTZ). When calculating in the FB zone, the effect of the complete carbon burnout reaction is assumed. In the TZ, where fuel and secondary air are supplied, the volatiles are released with their combustion in the TZ and the PTZ, as well as the distribution of velocity and temperature fields of the solid phase, when large particles return to the FB zone along the wall screens, and small ones go to the PTZ against the background of the combustion process. The height of the PTZ is determined by the initial temperature of the flue gases and the heat absorption of the heating surfaces. The proposed method was used to calculate the CFB boiler, but it took into account the presence of 3 air supplies: primary air under the grate, secondary air to the transition zone, where fresh fuel enters, and tertiary air to the pneumatic transport zone. Due to the higher velocities of the gas-dispersed flow in the CFB furnace, the TZ is stretched to a greater height. Significantly higher concentrations of solid particles in the transition zone and the pneumatic transport zone, a high degree of recirculation of the solid phase from the hot cyclone to the CFB furnace were taken into account. Based on calculations using this method, designs were developed for a lowtemperature fluidized bed boiler with solid phase recirculation E10/1.6 with a steam capacity of 10 t/h on saturated steam for burning bituminous coal and a circulating fluidized bed boiler E75/5.0–500D with a steam capacity of 75 t/h for burning cake.
dc.format.extent237 с.
dc.identifier.citationВифатнюк, 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.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/81381
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectкотел
dc.subjectтверде паливо
dc.subjectспалювання
dc.subjectвикиди
dc.subjectсупернадкритичні параметри пари
dc.subjectгазифікація
dc.subjectкиплячий шар
dc.subjectциркулюючий киплячий шар
dc.subjectboiler
dc.subjectsolid fuel
dc.subjectcombustion
dc.subjectemissions
dc.subjectsuper-supercritical steam parameters
dc.subjectgasification
dc.subjectfluidised bed
dc.subjectcirculating fluidised bed
dc.subject.udc536.24:621.184
dc.titleРозроблення науково-технічних методів підвищення ефективності та екологічності котлів на твердому паливі
dc.title.alternativeDevelopment of Scientific and Technical Methods for Increasing the Efficiency and Environmental Friendliness of Solid Fuel Boilers
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Vyfatnyuk_dys.pdf
Розмір:
5.48 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (АЕ)
Дисертації (вільний доступ)