Совершенствование подготовки топлива в городской энергетической системе для устойчивого функционирования энергоисточников

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 Re_r , 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 , РМ_2,5 , при одновременном повышении с минимальными энергозатратами эффективности очистки до 99,89%. Таким образом, циклон-фильтр может быть использован в качестве второй (окончательной) ступени очистки.

1. Замалиева А. Т., Зиганшин М. Г. Повышение надёжности, энергетической и экологической эффективности систем газоочистки на ТЭС / Надёжность и безопасность энергетики 2018; (11): 288 – 293.

2. 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.

3. 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/pdf

4. Azarov 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.

5. 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.

6. 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.

7. Mazyan W. I. Increasing efficiency of natural gas cyclones through addition of tangential chambers / Journal of aerosol science 2017; (110): 36 – 42.

8. Junga R., Chudy P., Pospolita J. Uncertainty estimation of the efficiency of small-scale boilers / Measurement 2017; (97): 186 – 194.

9. 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.

10. Galins Janis, Laizans Aigars. Increasing cyclone efficiency by using a separator plate / Rural and environmental engineering, landscape architecture 2018; 207 – 210.

11. 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.

12. 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.

13. Зиганшин М. Г. Системы очистки выбросов ТЭС. Часть 2. Оценки эффективности, верификация критериев оценки: Монография. – Казань: КГЭУ 2013;: 212.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.