Эффективность сжигания природного газа на объекте малой энергетики⁎

С развитием технологий и ростом населения на нашей планете увеличивается потребление энергетических ресурсов. Растущий темп потребления ресурсов и их нерациональное использование ведут к быстрому истощению ископаемого топлива. В связи с этим проведено комплексное исследование эффективности использования природного газа на объектах малой энергетики в водогрейных котлах GKS-Dynatherm-3200 и GKS-Dynatherm-1100. Проведены промышленно-эксплуатационные испытания, определены тепловые потери при работе оборудования, полнота сжигания природного газа, исследован состав сжигаемого топлива, определены концентрация, размер и форма твердых частиц в дымовых газах с помощью электронного растрового микроскопа Zeiss SIGMA VP. Результаты испытаний показали, что горелочные устройства водогрейных котлов обеспечивают подготовку воздушно-топливной смеси высокого качества, что дает возможность организовать топочный процесс с минимальным избытком воздуха. Выявлено, что при увеличении доли кислорода в топочной камере котла GKS-Dynatherm-1100 до 3,7–5,35 % наблюдается повышение эмиссии NO_x и СО. Несмотря на высокие теплотехнические показатели, даже в процессе сжигания природного газа в топочных устройствах котлоагрегатов топливный углерод выпадает в виде сажи. При исследовании содержания твердых частиц в уходящих дымовых газах выявлено, что преобладают частицы размером от 1 до 5 мкм. При этом более 95 % частиц имеют форму, близкую к сферической. Частиц размером 20 мкм и более в уходящих газах намного меньше, однако их суммарная масса доминирует в валовых выбросах твердых частиц. Эмиссия твердых частиц при работе водогрейного котла GKS-Dynatherm-3200 с нагрузкой 1,73 МВт составила 0,17 мг/МДж. В ходе проведенных промышленно-эксплуатационных испытаний установлено, что оборудование котельной имеет высокие энергоэкологические показатели работы и резерв для их дальнейшего повышения.

1. Летягина, Е. Н. Текущая оценка и прогнозы производства и потребления топливно-энергетических ресурсов в мире / Е. Н. Летягина // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2010. № 3 (1). С. 249–252.

2. Вазим, А. А. Мировое потребление первичных энергоносителей: основные тенденции во втором десятилетии / А. А. Вазим // Векторы благополучия: экономика и социум. 2020. № 3 (38). С. 75–97. https://doi.org/10.18799/26584956/2020/3(38)/1044

3. Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 г.: утв. Президентом Рос. Федерации 30.04.2012. URL: http://www.kremlin.ru/events/president/news/15177.

4. Артамонов, Г. Е. Экологическая оценка объектов тепловой энергетики по влиянию на экологические услуги депонирования углерода локальными наземными экосистемами / Г. Е. Артамонов, И. И. Васенев, В. А. Гутников // Проблемы региональной экологии. 2019. № 6. С. 125–132.

5. Соловьянов, А. А. Климат, Российская энергетика, парижское соглашение / А. А. Соловьянов // Энергетическая политика. 2017. № 4. С. 48–54.

6. Белоусов, В. Н. Топливо и процессы горения: учеб. пособие / В. Н. Белоусов, С. Н. Смородин, В. Д. Цимбал. 1-е изд. СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2020. 148 с.

7. Афанасьев, В. Я. Перспективы углеводородной энергетики в России в условиях санкционного давления / В. Я. Афанасьев, В. М. Краев, А. И. Тихонов // Уголь. 2023. № 6. С. 43–47. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-6-43-47

8. Результаты опытно-эксплуатационного сжигания водоугольного топлива в водогрейном котле малой мощности / С. В. Алексеенко, Л. И. Мальцев, А. Р. Богомолов [и др.] // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. № 12. С. 16–29.

9. Вавилова, П. С. Виды топлива и его использование / П. С. Вавилова, М. М. Мишин, М. Н. Мишина // Наука и образование. 2022. Т. 5, № 2. Ст. № 210.

10. Пономарева, А. А. Топливно-энергетические ресурсы: учеб. пособие / А. А. Пономарева, Е. О. Самуйлова, А. В. Лесных. СПб.: Университет ИТМО, 2021. 107 с.

11. Жила, В. А. Газоснабжение / В. А. Жила. М.: Изд-во АСВ, 2014. 368 с.

12. Лесных, А. В. Анализ экологического эффекта перевода Владивостокской ТЭЦ-2 на сжигание природного газа / А. В. Лесных, Д. А. Пазников // Вестник инженерной школы ДВФУ. 2017. № 3 (32). С. 72–80.

13. Гафаров, А. Х. Мониторинг вредных выбросов при сжигании природного газа по выработке тепловой энергии в районах РТ / А. Х. Гафаров, Л. И. Лаптева // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 3. С. 463–466.

14. Мунц, В. А. Горение и газификация органических топлив / В. А. Мунц, Е. Ю. Павлюк. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2019. 148 с.

15. Котельные установки и парогенераторы / А. В. Лесных, К. А. Штым, А. А. Глазебная, М. В. Упский. Владивосток: Изд-во Дальневост. федерал. ун-та, 2021. 127 с.

16. Белоусов, В. Н. Основы сжигания газа: учеб. пособие / В. Н. Белоусов, О. С. Смирнова, С. Н. Смородин. СПб., 2009. 41 с.

17. Любов, В. К. Повышение эффективности энергетического использования биотоплив: учеб. пособие / В. К. Любов, С. В. Любова. 2-е изд., перераб. и доп. Архангельск: САФУ, 2017. 533 с.

18. Ивашкина, Е. Н. Технология переработки газа / Е. Н. Ивашкина, Е. М. Юрьев. М.: КНОРУС, 2024. 230 с.

19. Новиков, Ю. Н. Динамика изменений и современное состояние мировых запасов, добычи и потребления газа / Ю. Н. Новиков // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2013. № 1. URL: https://www.ngtp.ru/rub/6/14_2013.pdf

20. Бушуев, В. В. Учет факторов изменения климата при прогнозировании цен на природный газ в ЕС / В. В. Бушуев, Д. А. Соловьев // Окружающая среда и энерговедение. 2023. № 3. С. 16–33.

21. Хаустов, С. А. Современные тенденции проектирования жаротрубных котлов / С. А. Хаустов, А. С. Заворин // Вестник науки Сибири. 2014. № 2 (12). С. 21–27.

22. Интенсификация теплообмена винтовыми турбулизаторами потока / Р. Х. Зиятдинов, Ф. А. Галеев, Ю. Ф. Коротков, Б. С. Азизов // Вестник Казанского технологического университета. 2014. T. 17, № 22. С. 134–135.

23. Коротков, Ю. Ф. Трубчатые теплообменники с интенсификаторами потоков теплоносителей / Ю. Ф. Коротков, Г. Х. Гумерова, И. С. Докучаева // Вестник Казанского технологического университета. 2014. T. 17, № 22. С. 145–146.

24. Котлы стационарные. Стальные конструкции. Общие технические условия: ГОСТ Р 56204–2014. Введ.01.09.2015. М.: Стандартинформ, 2015. 26 с.

25. Артемов, И. Н. Обзор и анализ ВПУ, применяемых в блочно-модульных котельных / И. Н. Артемов, Д. В. Тиханкин, Д. С. Свиридова // Инновации и инвестиции. 2021. № 6. С. 180–183.

26. Сорока, Б. С. Экологические характеристики современных систем бытового использования топлива. Ч. 1 / Б. С. Сорока, В. В. Горупа // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 4. С. 340–354. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-4-340-354

27. Сорока, Б. С. Экологические характеристики современных систем бытового использования топлива. Ч. 2: Образование вредных веществ при сжигании природного газа в атмосферных горелках: экспериментальные исследования / Б. С. Сорока, В. В. Горупа // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 5. С. 450–461. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-450-461

28. Любов, В. К. Теплотехнические испытания отопительных котельных при работе на торфяном топливе / В. К. Любов, Д. Г. Чухчин, А. Н. Попов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 5. C. 422–435. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-65-5-422-435

29. Трембовля, В. И. Теплотехнические испытания котельных установок / В. И. Трембовля, Е. Д. Фингер, А. А. Авдеева. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1991. 416 с.