Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників
Наукове повідомлення молодого вченого на засіданні Президії НАН України 15 лютого 2012 року. У повідомленні висвітлено основні технологічні засади реконструкції морально і конструктивно застарілого котельного обладнання з метою наближення основних показників до сучасного світового рівня. Реконструкц...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/36963 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників / А.В. Сміхула // Вісн. НАН України. — 2012. — № 6. — С. 57-61. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860138614588964864 |
|---|---|
| author | Сміхула, А.В. |
| author_facet | Сміхула, А.В. |
| citation_txt | Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників / А.В. Сміхула // Вісн. НАН України. — 2012. — № 6. — С. 57-61. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| description | Наукове повідомлення молодого вченого на засіданні Президії НАН України 15 лютого 2012 року. У повідомленні висвітлено основні технологічні засади реконструкції морально і конструктивно застарілого котельного обладнання з метою наближення основних показників до сучасного світового рівня. Реконструкція існуючих котлів від 4 МВт, на відміну від їх заміни, потребує значно менших капітальних вкладень, дозволяє знизити витрати природного газу та поліпшити екологічні показники.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:47:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
57ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 6
© А.В. Сміхула, 2012
У повідомленні висвітлено основні технологічні засади реконструкції морально і конструктивно застарілого
котельного обладнання з метою наближення основних показників до сучасного світового рівня. Реконструкція іс-
нуючих котлів від 4 МВт, на відміну від їх заміни, потребує значно менших капітальних вкладень, дозволяє знизи-
ти витрати природного газу та поліпшити екологічні показники.
А.В. СМІХУЛА
ТЕХНОЛОГІЧНІ ЗАСАДИ РЕКОНСТРУКЦІЇ
КОТЕЛЬНОГО ОБЛАДНАННЯ З МЕТОЮ ЗНИЖЕННЯ ВИТРАТ
ПРИРОДНОГО ГАЗУ ТА ПОЛІПШЕННЯ ЕКОЛОГІЧНИХ
ПОКАЗНИКІВ
Наукове повідомлення молодого вченого на засіданні Президії НАН України
15 лютого 2012 року
Теплоенергетика України є базовою га-
луззю економіки і найбільшим споживачем
природного газу. Енергетичні, промислові
та опалювальні котли потужністю від
100 кВт і вище, що споживають понад
15 млрд м3/рік природного газу в Україні,
розроблені ще в 60–70-ті роки ХХ ст., сьо-
годні морально і конструктивно застарілі,
мають ККД, нижчий від сучасного рівня на
5–15%, з високими викидами в атмосферу
оксидів азоту.
Однак котли, що перебувають в експлуа-
тації, зокрема котли типів ТВГ і КВГ, розро-
блені Інститутом газу НАН України [1], до-
сить надійні, що підтверджується безпере-
бійністю тепло- та енергопостачання навіть
за екстремально низьких температур, хоча
нині майже всі вони відпрацювали завод-
ський ресурс.
Заміна котельного обладнання, починаю-
чи орієнтовно з котлів потужністю 4 МВт,
потребує істотних капітальних затрат, а ре-
конструкція цих котлів з наближенням їхніх
основних показників до сучасного світового
рівня становитиме всього 20–40% вартості
закупівлі й монтажу нового котла.
Основними цілями реконструкції котлів
обрано такі:
1) подовження ресурсу експлуатації кот-
лів ще на один заводський термін;
2) підвищення енергоефективності до рів-
ня окупності впроваджуваних технологій;
3) доведення питомих викидів в атмо-
сферу забруднювальних речовин до світо-
вих показників.
Котельне господарство України —концеп-
туально і конструктивно було розраховане
на використання дешевого палива [2], про
що свідчать наступні факти:
• максимально спрощувались конструк-
ції котлів та обладнання, що давало можли-
вість спростити технології виробництва і зе-
кономити метал, в тому числі високоякісні
леговані сталі та інші високовартісні елемен-
ти і матеріали;
• установлення контрольно-вимі рюваль них
приладів здійснювалось у мінімально можли-
вому варіанті, а комплексна автоматика котла
встановлювалась у поодиноких експеримен-
тальних цілях, а після проведення експери-
ментів, як правило, вимикалась персоналом;
58 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 6
МОЛОДІ ВЧЕНІ
• відомі також випадки, коли в результаті
раціоналізаторських пропозицій досягали
економії чорного металу (сталі 20), але при
цьому зростали витрати палива (наприклад,
ТВГ-8 і реконструйований ТВГ-8М).
Отже, потрібно привести технології, що
використовуються в котлах при спалюванні
палив, до економічно обґрунтованих з ура-
хуванням ціни на паливо (природний газ).
Серед цих технологій доцільно виділити три
основні групи:
Наприклад, серед котлів потужністю
1–10 МВт (рис. 1) котли з подовими паль-
никами типу ТВГ, КВГ та частково ДКВР
становлять близько 50% загальної кількості,
тому їх реконструкція є однією з пріоритет-
них [3].
З метою розроблення технології рекон-
струкції застарілих подових пальникових
пристроїв, які використовують у котлах
ТВГ, КВГ та частково ДКВР, необхідно було
вирішити такі наукові завдання:
1. Провести дослідження стабілізації ві-
дірваних турбулентних струменів природ-
ного газу на вертикальній керамічній по-
верхні (щілині) залежно від швидкості ви-
току газу, кута атаки струменів, діаметра та
кроку соплових отворів.
2. Дослідити умови утворення оксидів
азоту залежно від конструкційних параме-
трів пальника.
Для вивчення стабілізації полум’я при-
родного газу на вертикальній поверхні (щі-
лині) було створено лабораторний стенд і
під керівництвом д.т.н., проф. І.Я. Сігала
проведено експериментальні дослідження.
Встановлено, що діапазон оптимальної від-
стані від соплового апарату до стінки щіли-
Рис. 1. — Кількість різних типів котлів потужністю
1–10 МВт, що експлуатуються (а), та кількість котлів,
що відпрацювали понад 30 років і потребують рекон-
струкції (б); 1 — загальна кількість котлів; 2 — ТВГ;
3 — ДКВР; 4 — котли інших типів; 5 — КВГ
59ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 6
МОЛОДІ ВЧЕНІ
ни становить 15 < L/d0 < 30, де d0 — діаметр
сопла, мм, L — відстань від зрізу сопла до
щілини по його геометричній осі, мм; визна-
чено залежність кута, під яким струмені газу
подаються на стабілізатор (вертикальну по-
верхню щілини), від діаметра сопла. Для по-
дового пальника встановлено залежність
довжини факела Lф від ширини щілини ащ та
критерію Рейнольдса Lф/ащ = A·Re0,17 (А —
емпіричний коефіцієнт, що залежить від
кроку сопел s/d0, s — відстань між сусідніми
соплами в ряду, і для оптимального 6<s/
d0<15 рівний 4) та інші фактори [4, 5]. В
результаті проведених досліджень було
оптимізовано щілину і сам пальниковий
пристрій, зокрема, розроблено спеціальні
калібровані сопла. Головна перевага каліб-
рованих сопел перед отворами полягає в
тому, що геометрія сопла витримується
впродовж усього періоду експлуатації паль-
никового пристрою, що особливо важливо
під час роботи котлів за режимними карта-
ми (майже всі котли потужністю до 10 МВт).
Разом з пальниками на котлі ТВГ-8М було
випробувано нову конвективну поверхню
нагрівання конструкції Є.М. Лавренцова з
труби Ø32×3 мм замість заводської Ø28×3 мм
(рис. 2) [6].
На основі проведених лабораторних до-
сліджень зі стабілізації полум’я природного
газу на вертикальній поверхні (щілині)
вперше розроблено потужний подовий щі-
линний пальник потужністю 5 МВт/погон-
ний метр колектора для встановлення його
у холодній воронці котлів ПТВМ-50 та
ПТВМ-100. Реконструкція топок котлів з
використанням не задіяного повною мірою
нижнього екранування топкової камери дає
змогу збільшити площу ефективних повер-
хонь нагрівання (FМ = F + Fп, де Fп — поверх-
ня поду, яка працює неефективно), що під-
вищить ККД котла (критерій Больцмана
(Bo) при цьому зменшується), і віддалити
геометричний максимум температур від
першого конвективного пакета, що подо-
вжує його ресурс завдяки збільшенню пара-
метра М = 0,54 – 0,2хп, що враховує макси-
мум температур, де хп — відносне положення
максимуму температури факелу по висоті
топки. Безрозмірна температура на виході з
топки відповідно зменшується: θ”т = 1/
(М·(ат/Во)0,6+1), де ат — ступінь чорноти
топкової камери [7, 8].
Пальники типу ГМ, ГМП та ГМГ до кот-
лів ДЕ та ДКВР можуть працювати на двох
типах палива — природному газі та мазуті.
Відповідно конструкцію було оптимізовано
на спалювання складнішого з точки зору
спалювання — мазуту (наприклад, закручу-
вання повітря виконано так, щоб під час спа-
лювання мазуту він не потрапляв на топкові
екрани), по осі пальника змонтовано мазут-
ну форсунку, що не дає можливості застосу-
вати повітряний незакручений струмінь для
організації стадійного спалювання природ-
ного газу. Крім того, природний газ подаєть-
ся крізь отвори, які змінюють геометрію під
час експлуатації, і через деякий проміжок
часу необхідно уточнювати режимну карту.
Розроблено та запатентовано реконструкцію
цих пальників у виключно газові пальники
двостадійного спалювання, що дасть змогу
підвищити ККД котлів на 1–2% та істотно
знизити викиди оксидів азоту. Наприклад, у
пристроях типу ГМГ в Україні спалюється
близько 3 млрд м3 природного газу (установ-
лені в котлах ДКВР — найпоширеніший ко-
тел на спиртових заводах та інших промис-
лових підприємствах), що в разі їх рекон-
струкції за запатентованою схемою дасть
можливість зекономити понад 50 млн м3
Рис. 2. Залежність ККД котла ТВГ-8М від наванта-
ження до (1) та після (2) модернізації
60 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 6
МОЛОДІ ВЧЕНІ
природного газу за рік (за комерційної ціни
газу 4 грн/нм3 економія становитиме близь-
ко 200 млн грн/рік).
ВИСНОВКИ
1. Майже всі котли в Україні (пальники,
поверхні нагрівання, допоміжне обладнання,
автоматика тощо) побудовані із застосуван-
ням технологій 60-х років, в основі концепції
яких закладено використання дешевого па-
лива. Відповідно (за неможливості заміни)
вони потребують реконструкції з впрова-
дженням нових технологій, що враховують
сучасний стан цін на енергоносії, передусім
на імпортований природний газ.
2. Розроблено, випробувано та впровадже-
но щілинні подові пальники нового поколін-
ня потужністю 3, 12, 26 МВт з каліброваними
соплами та удосконаленою щілиною, що мо-
жуть бути встановлені в котлах типів ТВГ,
КВГ, частково ДКВР та ПТВМ, завдяки чому
підвищиться ефективність роботи котлів
(ККД на 1,5–2%, покращиться надійність ро-
боти пальникових систем, у 4 рази збільшить-
ся міжремонтний період для пальників).
3. Розроблено двостадійні пальники дру-
гого покоління зі спеціальним вогнетрив-
ким насадком, що можуть бути застосовані
під час реконструкції котлів ДЕ, ДКВР,
ПТВМ та інших зі зниженими викидами
оксидів азоту.
4. Котли в котельнях, що не використову-
ють мазут, потрібно оснастити пальниками,
що спалюють виключно природний газ, що
дасть змогу істотно знизити викиди оксидів
азоту, збільшити коефіцієнт регулювання
пальників до 6–10 та підвищити ККД котлів
на 1–2%.
5. Варто підвищувати ККД котлів збіль-
шенням поверхонь нагрівання (наприклад,
заміною стандартної котлової труби Ø28 мм
конвективної поверхні на трубу Ø32 мм),
хоча це потребує використання додаткового
металу. Технології ж глибокої утилізації те-
плоти димових газів потребують значних
витрат через застосування нержавіючих ста-
лей та необхідність модернізації цегляної
(металевої) димової труби, що без рекон-
струкції може бути зруйнована конденсатом
упродовж одного опалювального періоду.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Сигал И.Я., Лавренцов Е.М. Газовые водогрейные
промышленно-отопительные котлы. — К: Техніка,
1967. — 144 с.
2. Сігал І.Я., Домбровська Е.П., Сміхула А.В. та ін.
Аналіз стану котельного господарства України з
метою модернізації, продовження ресурсу чи за-
міни котлів малої і середньої потужностей //
Эко технологии и ресурсосбережение — 2003. —
№ 6. — С. 76–79.
3. Сигал И.Я., Домбровская Э.П., Смихула А.В. К во-
просу о модернизации котельного хозяйства Ук-
раины // Экотехнологии и ресурсосбережение. —
2004. — № 3. — С. 66–69.
4. Смихула А.В., Сигал И.Я. Продление ресурса и мо-
дернизация муниципальных водогрейных котлов
средней и большой мощности // Проблемы эколо-
гии и эксплуатации объектов энергетики: Матер.
ХVI конф. стран СНГ с междунар. участием (6–10
июня 2006, Севастополь, Украина). — С. 38–40.
5. Сигал И.Я., Лавренцов Е.М., Смихула А.В., Домбров-
ская Э.П. Разработка методов и оборудования для
продления ресурса и повышения КПД действую-
щих котлов ТВГ-КВГ, которые отапливают жилые
и промышленные комплексы // Цільова комплек-
сна програма НАН України «Проблеми ресурсу і
безпеки експлуатації конструкцій, споруд та ма-
шин»: Зб. наук. ст. — К.: Інститут елект розварювання
ім. Є.О. Патона НАН України, 2009. — С. 339–343.
6. Лавренцов Е.М., Сигал И.Я., Смихула А.В. и др.
Модернизация водогрейных котлов ТВГ // Энер-
готехнологии и ресурсосбережение — 2010. —
№ 6. — С. 70–76.
7. Кузнецов Н.В., Митор В.В., Дубовской И.Е., Кра-
сина Э.С. Тепловой расчет котельных агрегатов:
Нормативный метод. — М.: Энергия, 1973. — 295 с.
8. Сигал И.Я., Смихула А.В., Дубоший А.Н., Домбров-
ская Э.П. Повышение эффективности и продление
ресурса котлов типа ПТВМ // Проблемы эколо-
гии и эксплуатации объектов энергетики: Матер.
ХVIII междунар. конф. (10–14 июня 2008, Ялта,
Украина). — С. 122–126.
61ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 6
МОЛОДІ ВЧЕНІ
У 2002 р. закінчив теп ло енергетичний факуль-
тет Національного технічного університету Ук-
раї ни «Київський політехнічний інститут» й
всту пив до аспірантури Інституту газу НАН Ук-
раїни. 2007 року захистив кандидатську дисерта-
цію на тему: «Розробка та дослідження потужних
подових щілинних пальників для водогрійних ба-
штових котлів» (науковий керівник — д.т.н., проф.,
засл. діяч науки і техніки України І.Я. Сігал).
Має державні та академічні премії і відзнаки:
2002–2003 рр. — стипендіат Президента Укра-
їни; 2003 р. — диплом про отримання 3 премії
Київської міської державної адміністрації за ро-
боту на тему: «Зменшення викиду парникових
газів котельним господарством м. Києва, модер-
нізація застарілих типів котлів та продовжен-
ня їх ресурсу»; 2009 р. — відзнака НАН України
для молодих учених «Талант, натхнення, праця»;
2011 р. — грамота Ради старійших енергетиків
України за активну і плідну працю в організації
та проведенні IX всеукраїнського конкурсу «Мо-
лодь — енергетиці України 2010: відкритий кон-
курс молодих енергетиків».
Є автором 22 наукових статей у вітчизняних
періодичних та спеціальних виданнях, 9 патентів
України.
Коло наукових інтересів — теплоенергетика, го-
ріння, альтернативні палива. Керує науковими
роботами студентів. Голова Державної комісії по
захисту дипломних проектів освітньо-ква лі фі ка-
ційного рівня «бакалавр» студентів по спеціаль-
ності «Теплові електричні станції» кафедри «Теп-
лоенергетичні установки теплових та атомних
електростанцій» НТУУ «КПІ».
Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник відділу захисту
атмосферного повітря від забруднення Інституту газу НАН України.
Анатолій Володимирович СМІХУЛА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-36963 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:47:50Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сміхула, А.В. 2012-08-28T14:03:23Z 2012-08-28T14:03:23Z 2012 Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників / А.В. Сміхула // Вісн. НАН України. — 2012. — № 6. — С. 57-61. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/36963 Наукове повідомлення молодого вченого на засіданні Президії НАН України 15 лютого 2012 року. У повідомленні висвітлено основні технологічні засади реконструкції морально і конструктивно застарілого котельного обладнання з метою наближення основних показників до сучасного світового рівня. Реконструкція існуючих котлів від 4 МВт, на відміну від їх заміни, потребує значно менших капітальних вкладень, дозволяє знизити витрати природного газу та поліпшити екологічні показники. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Молоді вчені Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників Article published earlier |
| spellingShingle | Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників Сміхула, А.В. Молоді вчені |
| title | Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників |
| title_full | Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників |
| title_fullStr | Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників |
| title_full_unstemmed | Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників |
| title_short | Технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників |
| title_sort | технологічні засади реконструкції котельного обладнання з метою зниження витрат природного газу та поліпшення екологічних показників |
| topic | Молоді вчені |
| topic_facet | Молоді вчені |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/36963 |
| work_keys_str_mv | AT smíhulaav tehnologíčnízasadirekonstrukcííkotelʹnogoobladnannâzmetoûznižennâvitratprirodnogogazutapolípšennâekologíčnihpokaznikív |