energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2024-17-4-299-305energsecurity-982Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSКомбинированное (2d – 3d) численное исследование эффективности воздухоочистительного устройстваCombined (2d – 3d) numerical study of the efficiency of air filtering and conditioning systems (AFCS)БеляеваГ. И.BelyaevaG. I.

ул. А. Кутуя, д.41, 420073, г. Казань 

ул. А. Кутуя, д. 41, 420073, г. Казань 

gulnazka16@mail.ruГорбуновС. В.GorbunovS. V.

ул. Красносельская д. 51, 420066, г. Казань 

ул. Красносельская, д. 51, 420066, г. Казань 

ЗиганшинМ. Г.ZiganshinM. G.

ул. Красносельская д. 51, 420066, г. Казань 

ул. Красносельская, д. 51, 420066, г. Казань 

ООО «Газпром трансгаз Казань»РоссияООО «Газпром трансгаз Казань»Russian FederationКазанский государственный энергетический университетРоссияКазанский государственный энергетический университетRussian Federation202414022025174299305Copyright © Беляева Г.И., Горбунов С.В., Зиганшин М.Г., 20252025Беляева Г.И., Горбунов С.В., Зиганшин М.Г.Belyaeva G.I., Gorbunov S.V., 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/982

Рассматриваются возможности снижения энерго- и материалоемкости городских систем снабжения жилых, общественных и производственных объектов тепловой и электрической энергией, газом. Показано, что это непосредственно способствует решению глобальных задач, связанных с сохранением приемлемого климата на планете. Пока основная доля энергогенерации осуществляется за счет органического топлива, повышение энергоэффективности городских систем энергоснабжения на 3% будет равносильно 1% декарбонизации производства. Одними из крупногабаритных и материалоемких устройств, используемых в производственных процессах энергогенерации, газораспределения, на предприятиях химической, пищевой промышленности, ряде других предприятий городского хозяйства, являются комплексные воздухоочистительные устройства (КВОУ). В последние десятилетия в связи с наполнением рынка России множеством разновидностей фильтров зарубежных компаний создавались конструкции КВОУ с пористыми фильтрами на обеих ступенях очистки, а циклонные ступени были искусственно перемещены в категорию устаревшей и несовершенной технологии. Показано, что ступени циклонирования в КВОУ имеют достаточный потенциал совершенствования эффективности очистки и позволяют существенно сократить габариты и материалоемкость воздухоочистных систем. Предложен комбинированный (2d – 3d) метод численного исследования блоков циклонных элементов, упрощающий процесс исследования и снижающий его ресурсозатратность. Создана и испытана численная модель циклонного элемента с фильтрующей вставкой, показывающая возможность достижения воздухоочистными устройствами такого типа классов очистки E7 и выше.

The study explores the potential for reducing the energy and material intensity of urban systems that supply residential, public and industrial facilities with heat, electricity and gas. It demonstrates that these improvements contribute significantly to addressing global challenges related to maintaining an acceptable climate on the planet. While the bulk of energy generation relies on organic fuels, increasing the energy efficiency of urban energy supply systems by 3% is equivalent to a 1% reduction in production-related carbon emissions. One of the large and materialintensive devices used in energy generation, gas distribution, and in the chemical and food industries, as well as in various municipal enterprises, is the air filtering and conditioning system (AFCS). In recent decades, the influx of numerous varieties of filters from foreign companies into the Russian market has led to the development of AFCS designs featuring porous filters at both stages of purification, while cyclone stages have been relegated to the category of obsolete and imperfect technology. It is shown that the cyclone stages in AFCSs possess sufficient potential for improving cleaning efficiency and can substantially reduce the dimensions and material consumption of air cleaning systems. A combined (2D – 3D) method for numerical study of cyclone element blocks is proposed, simplifying the research process and reducing resource consumption. A numerical model of a cyclone element with a filter insert has been created and tested, demonstrating the capability of air filtering and conditioning systems of this type to achieve filtration classes E7 and higher.

энергоэффективность систем теплогазоснабжениявоздухоочистительные устройствакомбинированные численные исследованияциклонный элементфильтрующая вставкаenergy efficiency of heat and gas supply systemsair filtering and conditioning systemscombined numerical studiescyclone elementfilter insertReferencesBorhani Jebeli M., et al. A new cyclone design with adjustable inlet angle and external geometry for optimal PM10 removal. Int. J. Environ. Sci. Technol. 2020; 17: 1075 – 1086.Borhani Jebeli M., et al. A new cyclone design with adjustable inlet angle and external geometry for optimal PM10 removal. Int. J. Environ. Sci. Technol. 2020; 17: 1075 – 1086 (In Eng.)Жохов В. Л., Аккайа Б. Воздушные фильтры для энергетических ГТУ. Рыбинск, «Газотурбинные технологии» 2023: 336.Zhokhov V. L., Akkaya B. Air filters for power gas turbine plants. Rybinsk, "Gas turbine technologies" 2023: 336. (In Russ.)Замалиева А. Т., Зиганшин М. Г. Усовершенствованная установка фильтрации газа на ТЭС при подготовке топлива для городских энергетических систем. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики 2019; 21(5): 124 – 131.Zamalieva A. T., Ziganshin M.G. Improved gas filtration unit at thermal power plants for fuel preparation for urban energy systems. Power engineering: research, equipment, technology 2019; 21 (5): 124 – 131. (In Russ.)Nakhaei M., et al. CFD Modeling of Gas-Solid Cyclone Separators at Ambient and Elevated Temperatures. Processes 2020; (8): 228.Nakhaei M, et al. CFD Modeling of Gas-Solid Cyclone Separators at Ambient and Elevated Temperatures. Processes 2020; (8): 228. (In Eng.)In Sik Hwang et al. Numerical simulation of a dense flow cyclone using the kinetic theory of granular flow in a dense discrete phase model, Powder Technology 2019; (356): 129 – 138.In Sik Hwang et al. Numerical simulation of a dense flow cyclone using the kinetic theory of granular flow in a dense discrete phase model, Powder Technology 2019; (356): 129 – 138. (In Eng.)Беляева Г. И., Зиганшин М. Г. Уточнение размещения очистных элементов комплексного воздухоподготовительного устройства для газотранспортных систем и энергогенерации на основе вычислительной гидродинамики. Надежность и безопасность энергетики 2021; 14(3): 134 – 141.Belyaeva G. I., Ziganshin M. G. Clarification of the placement of cleaning elements of an integrated air preparation device for gas transportation systems and power generation based on computational fluid dynamics. Safety and Realiability of Power Industry 2021; 14 (3): 134 – 141. (In Russ.)Горбунов С. В., Зиганшин М. Г. Создание и исследование численных моделей циклонов с наклонным и горизонтальным входом. Надежность и безопасность энергетики 2024; 17(3): 181 – 189.Gorbunov S. V., Ziganshin M. G. Creation and research of numerical models of cyclones with inclined and horizontal inlets. Safety and Realiability of Power Industry 2024; 17(3): 181 – 189 (In Russ.)Ravi Shastri, et al. Multi-objective optimization of cyclone separators using mathematical modelling and large-eddy simulation for a fixed total height condition. Separation and Purification Technology 2022; 291: 120968.Ravi Shastri, et al. Multi-objective optimization of cyclone separators using mathematical modelling and large-eddy simulation for a fixed total height condition. Separation and Purification Technology 2022; 291: 120968. (In Eng.)Mohamadali Mirzaei et al. CFD-DDPM coupled with an agglomeration model for simulation of highly loaded large-scale cyclones: Sensitivity analysis of sub-models and model parameters. Powder Technology 2023; 413: 118036.Mohamadali Mirzaei et al. CFD-DDPM coupled with an agglomeration model for simulation of highly loaded large-scale cyclones: Sensitivity analysis of sub-models and model parameters. Powder Technology 2023; 413: 118036 (In Eng.)Замалиева А. Т., и др. Совершенствование подготовки топлива в городской энергетической системе для устойчивого функционирования энергоисточников. Надежность и безопасность энергетики 2022; 15(4): 293 – 299.Zamalieva A.T., et al. Improving Fuel Preparation in the Urban Energy System for Sustainable Operation of Energy Sources. Safety and Realiability of Power Industry 2022; 15(4): 293 – 299. (In Russ.)

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