energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2022-15-4-293-299energsecurity-850Research ArticleОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИOPERATING EXPERIENCEСовершенствование подготовки топлива в городской энергетической системе для устойчивого функционирования энергоисточниковImproving fuel preparation in the urban energy system for the sustainable operation of energy sourcesЗамалиеваА. Т.ZamalievaA. T.

пер. Маяковского, д. 3, 422000, г. Арск

Mayakovskogo str., 3, 422000, Arsk

ЗиганшинМ. Г.ZiganshinM. G.

ул. Красносельская, д. 51, г. Казань

Krasnoselskaya str., 51, 420066, Kazan

ООО «Газпром трансгаз Казань»РоссияLLC "Gazprom transgaz Kazan"Russian FederationКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State energy UniversityRussian Federation202209022023154293299Copyright © Замалиева А.Т., Зиганшин М.Г., 20232023Замалиева А.Т., Зиганшин М.Г.Zamalieva A.T., Ziganshin M.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/850

Энергетика — базовая отрасль, влияющая на состояние всей экономики. Вместе с тем она является одним из основных потребителей первичных энергетических ресурсов и оказывает заметное влияние на окружающую среду. Повышение энергетической и экологической эффективности систем подготовки газа и очистки атмосферных выбросов для надежного и экологически безопасного функционирования энергетических систем городов является актуальной проблемой. Проведено теоретическое определение эффективности очистки газового топлива для городских энергоисточников в циклоне-фильтре с использованием относительного числа Рейнольдса Rer , которые были валидированы на данных по серийным циклонам, выпускаемым в настоящее время и широко используемым в РФ. Также на основе методов Computational Fluid Dynamics (CFD) выполнены численные исследования движения потока и экспериментальные исследования характеристик скоростей и давлений в нем. Для описания процесса сепарации использована система из осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса. Выполнены стендовые испытания циклона-фильтра, конструкция которого была разработана на базе серийного циклона ЦН-11 диаметром 200 мм. Результаты теоретических, численных и экспериментальных исследований показали возможность и целесообразность усовершенствования циклона путем установки в нём тканевого фильтра, что позволяет уменьшить диаметр отсекания (частиц, улавливаемых на 50%) со средних для стандартных циклонов значений 10 мкм до 0,4 мкм, т. е. обеспечивая улавливание мелкодисперсных частиц класса РМ10 , РМ2,5 , при одновременном повышении с минимальными энергозатратами эффективности очистки до 99,89%. Таким образом, циклон-фильтр может быть использован в качестве второй (окончательной) ступени очистки.

Energy is a basic industry that affects the state of the entire economy. At the same time, it is one of the main consumers of primary energy resources and has a noticeable impact on the environment. Increasing the energy and environmental efficiency of gas treatment systems and purification of atmospheric emissions for the reliable and environmentally safe operation of urban energy systems is an urgent problem. A theoretical determination of the efficiency of gas fuel purification for urban energy sources in a cyclone filter was carried out using the relative Reynolds number Rer, with the data obtained further validated based on data on serial cyclones currently produced and widely used in the Russian Federation. Besides, on the basis of CFD methods, numerical studies of the flow movement and experimental studies of the characteristics of velocities and pressures in the flow were carried out. A system of Reynolds-averaged Navier-Stokes equations is used to describe the separation process. Bench tests of the cyclone filter were carried out, which was designed on the basis of the serial cyclone TSN-11 with a diameter of 200 mm. The results of theoretical calculations, numerical and experimental studies showed the possibility and expediency of improving the cyclone by installing a fabric filter in it, which makes it possible to reduce the cut-off diameter (for particles captured to 50%) from the average values for standard cyclones (10 μm) to 0.4 μm, i.e. e. provides capturing of fine particles of the PM10, PM2.5 class, while increasing the purification efficiency up to 99.89% with minimal energy consumption. Consequently, the cyclone filter can be used as the second (final) stage of purification.

энергетическая системациклонфильтрсепарациягазоочисткаметод моделированияэнергозатратытопливообеспечениеenergy systemcyclonefilterseparationgas purificationmodeling methodenergy consumptionfuel supplyReferencesЗамалиева А. Т., Зиганшин М. Г. Повышение надёжности, энергетической и экологической эффективности систем газоочистки на ТЭС / Надёжность и безопасность энергетики 2018; (11): 288 – 293.Zamalieva A. T., Ziganshin M. G. Improving the reliability, energy and environmental efficiency of gas purification systems at thermal power plants / Reliability and Safety of energy 2018; (11): 288 – 293.Мензелинцева Н. В., Лактюшин В. А., Фомина Е. О. Рекомендации по выбору фильтрующих материалов рукавных фильтров для очистки выбросов промышленных предприятий / Изд-во ВолГТУ 2018; (2): 168 – 169.Menzelintseva N. V., Laktyushin V. A., Fomina E. O. Recommendations on the choice of filter materials of bag filters for cleaning emissions of industrial enterprises / VolSTU Publishing House 2018; (2): 168 – 169.Stefanenko I. V., Sergina N. M. To a question of energy saving in ventilation systems of industrial buildings [Electronic recоurs] / International multi-conference on industrial engineering and modern technologies 2018; (2). – URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/463/3/032039/pdfStefanenko I. V., Sergina N. M. To a question of energy saving in ventilation systems of industrial buildings [Electronic gesoigs] / International multi-conference on industrial engineering and modern technologies 2018; (2). – URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/463/3/032039/pdfAzarov V. N., Sergina N. M., Stefanenko I. V. Air flow straighteners application to reduce the power consumption of exhaust ventilation schemes [Electronic recоurs] / Applied Mechanics and Materials: The 2nd International Conference Material 2018; 137 – 140.Azarov V. N., Sergina N. M., Stefanenko I. V. Air flow straighters application to reduce the power consumption of exhaust ventilation schemes [Electronic gesoigs] / Applied Mechanics and Materials: The 2nd International Conference Material 2018; 137 – 140.Promoting fine particle removal in double-tower cascade wet flue gas desulfurization system by flue gas temperature reduction / W. Qianwen, W. Leilei, W. Hao, Y. Hongmin // Powder Technology 2020; 581 – 589.Promoting fine particle removal in double-tower cascade wet flue gas desulfurization system by flue gas temperature reduction / W. Qianwen, W. Leilei, W. Hao, Y.Hongmin // Powder Technology 2020; 581 – 589.Очистка газовых выбросов котельных установок от твердых частиц / А. В. Дмитриев, В. Э. Зинуров, О. С. Дмитриева, В. Нгуен // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики 2020; 22 (1): 3 – 9.Purification of gas emissions of boiler plants from solid particles / A. V. Dmitriev, V. E. Zinurov, O. S. Dmitrieva, V. Nguyen // News of higher educational institutions. Energy problems 2020; 22 (1): 3 – 9.Mazyan W. I. Increasing efficiency of natural gas cyclones through addition of tangential chambers / Journal of aerosol science 2017; (110): 36 – 42.Mazyan W. I. Increasing efficiency of natural gas cyclones through addition of tangential chambers / Journal of aerosol science 2017; (110): 36 – 42.Junga R., Chudy P., Pospolita J. Uncertainty estimation of the efficiency of small-scale boilers / Measurement 2017; (97): 186 – 194.Junga R., Chudy P., Pospolita J. Uncertainty estimation of the efficiency of small-scale boilers / Measurement 2017; (97): 186 – 194.Замалиева А. Т., Зиганшин М. Г. Усовершенствованная установка фильтрации газа на ТЭЦ при подготовке топлива для городских энергетических систем / Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики 2019; (5): 124 – 131.Zamalieva A. T., Ziganshin M. G. Improved gas filtration plant at a CHP plant in the preparation of fuel for urban energy systems / Izvestia of higher educational institutions. Problems of Energy 2019; (5): 124 – 131.Galins Janis, Laizans Aigars. Increasing cyclone efficiency by using a separator plate / Rural and environmental engineering, landscape architecture 2018; 207 – 210.Galins Janis, Laizans Aigars. Increasing cyclone efficiency by using a separator plate / Rural and environmental engineering, landscape architecture 2018; 207 – 210.An alternative for the collection of small particles in cyclones: experimental analysis and CFD modeling / E. Balestrin, R. K. Decker, D. Noriler, J. C. S. C. Bastos, H. F. Meier // Separation and Purification Technology 2017; (184): 54 – 65.An alternative for the collection of small particles in cyclones: experimental analysis and CFD modeling / E. Balestrin, R. K. Decker, D. Noriler, J. C. S. C. Bastos, H. F. Meier // Separation and Purification Technology 2017; (184): 54 – 65.Экспериментальные исследования очистки загрязненных газовых потоков от мелкодисперсных частиц в прямоугольном сепараторе / А. В. Дмитриев, В.Э.Зинуров, О. С. Дмитриева, Ю. О. Семенова // Вестник технологического университета 2018; (12): 109 – 112.Experimental studies of purification of polluted gas streams from fine particles in a rectangular separator / A. V. Dmitriev, V. E. Zinurov, O. S. Dmitrieva, Yu. O. Semenova // Bulletin of the Technological University 2018; (12): 109 – 112.Зиганшин М. Г. Системы очистки выбросов ТЭС. Часть 2. Оценки эффективности, верификация критериев оценки: Монография. – Казань: КГЭУ 2013;: 212.Ziganshin M. G. TPP emission purification systems. Part 2. Performance evaluation, verification of evaluation criteria: Monograph. – Kazan: KGEU 2013;: 212.Numerical study of the effect of changing the cyclone cone length on the gas flow field / Hamdy Osama, A. Bassily Magdy, M. El-Batsh Hesham, A. Mekhail Tarek // Аpplied mathematical modelling 2017;: 81 – 97.Numerical study of the effect of changing the cyclone cone length on the gas flow field / Hamdy Osama, A. Bassily Magdy, M. El-Batsh Hesham, A. Mekhail Tarek // Applied mathematical modeling 2017;: 81 – 97.Modeling the multiphase flow in a dense medium cyclone / B. Wang, K. W. Chu, A. B. Yu, A. Vince // Industrial & Engineering Chemistry Research 2009; (49): 3628 – 3639.Modeling the multiphase flow in a dense medium cyclone / B. Wang, K. W. Chu, A. B. Yu, A. Vince // Industrial & Engineering Chemistry Research 2009; (49): 3628 – 3639.Левченя А. М., Кириллов А. И., Смирнов Е. М. Численное моделирование отрывного течения в кольцевом осе-радиальном диффузоре / Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки 2017; 23 (4): 172 – 180.Levchenya A. M., Kirillov A. I., Smirnov E. M. Numerical modeling of the separation flow in an annular oscillatory diffuser / Scientific and Technical Bulletin of SPbPU. Natural and Engineering Sciences 2017; 23 (4): 172 – 180.Соломатин Р. С., Семенов И. В., Меньшов И. С. К расчету турбулентных течений на основе модели Спаларта-Аллмараса с применением LU-SGS–GMRES алгоритма / ИПМ им. М. В. Келдыша 2018; (119): 30.Solomatin R. S., Semenov I. V., Menshov I. S. On the calculation of turbulent flows based on the Spalart-Allmaras model using the LU-SGS–GMRES algorithm / M. V. Keldysh IPM 2018; (119): 30.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.