Куріс Юрій Володимирович. Підвищення теплотехнічних та екологічних показників спалювання біогазу в теплогенеруючому обладнанні

brief description

Куріс Юрій Володимирович. Підвищення теплотехнічних та екологічних показників спалювання біогазу в теплогенеруючому обладнанні : Дис... канд. наук: 05.14.06 2007

Куріс Ю.В., Підвищення теплотехнічних та екологічних показників спалювання біогазу в теплогенеруючому обладнанні. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 «Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика». Український державний університет харчових технологій, Київ, 2007.
Дисертаційна робота присвячена розробці технології енергетичного використання біогазу отриманого при анаеробному бродінні біомаси, з метою зниження витрати натурального палива та емісії парникових газів. Виконано аналіз ефективності технологій енергетичного використання біомаси в Україні, сформульовані шляхи вирішення екологічної проблеми виникнення парникового ефекту та пов'язаного з ним зміни клімату.
Розроблені та виготовлені в умовах тваринницького комплексу комбінату ВАТ «Запоріжсталь» експериментальні стенди, на базі водогрійних котлів 7 та 730 кВт. Проведено енергетичні та екологічні експериментальні дослідження спалювання біогазу як у чистому виді, так і в різних пропорціях сумішей з природним газом. Під час проведення експерименту та обробки отриманих даних використаний досвід теплотехнічного експерименту, чим забезпечується достовірність отриманих даних.
Виявлено що теплові розрахунки промислового котла за нормативним методом призводять до заниження інтенсивності теплообміну в котлі запропоновані відповідні поправки. Співставлення результатів числових та фізичних експериментів дозволило виявити неадекватність Нормативного методу для розрахунку побутових сталевих водогрійних котлів малої потужності на природному газі і біогазі. Для сталевих водогрійних горизонтальних двоходових жаротрубних котлів потужністю 350750 кВт, що працюють на газовому паливі з навантаженнями топки 0,281 МВт/м3запропоновані поправки до залежностей Нормативного метода.
Розроблено екологічний критерій, що дозволяє об'єктивно порівнювати біоенергетичні технології незалежно від виду та якості замінного палива. Представлено аналіз зниження емісії парникових газів в атмосферу при повній або частковій заміні натурального палива біогазам.

Значне зростання цін на первинні енергоносії вимагає пошуку альтернативних джерел енергії. Одним із найбільш перспективних серед них є біогаз, отриманий під час анаеробної ферментації органічних речовин. Як показує аналіз літературних джерел недостатньо дослідженим є проблема ефективного використання отриманого біогазу. З аналітичного обзору бачимо що, немає детальних досліджень щодо енергетичної ефективності і екологічної чистоти теплоенергетичного обладнання, що працює на біогазі, особливо, в діапазоні невеликих потужностей. Тому дослідження процесів спалювання біогазу в малих промислових та побутових котлах є актуальним.
Для виявлення особливостей спалювання біогазу були створені експериментальні стенди з врахуванням вимог проведення теплотехнічного експерименту. Відповідно розроблені методики проведення дослідів та обробки результатів котлів малої потужності та котлів 730 кВт.
Аналіз отриманих результатів показав, що:
теплові розрахунки досліджуваних котлоагрегатів, проведені за Нормативним методом теплового розрахунку призводять до заниження інтенсивності теплообміну в котлі в порівнянні із експериментальними результатами;
коефіцієнт корисної дії нижче на 0,20,4% для побутового котла та на 67,5 % - для промислового котла потужністю 730 кВт, при роботі на біогазі ніж при спалюванні природного газу;
концентрації NOxта СО при спалюванні біогазу в побутовому котлі вищі на 26 та 1118 мг/м3відповідно, ніж при роботі на природному газі, але для досліджуваних конструкцій вони значно нижчі, ніж нормативні значення цих викидів;
вміст оксидів сірки з достатньою точністю відповідає стехіометричному значенню, і на повноту окислення сірки не впливають склад палива, режимні та конструктивні зміни котла в досліджуваному діапазоні;
димові гази, отримані при спалюванні сумішей з різним вмістом біогазу і природного газу, мають рівні (в межах точності експериментів) теплофізичні та аеродинамічні характеристики;
збільшення частки біогазу у суміші із природним газом призводить до зростання кількості викидів NOxта СО для незмінної конструкції ежекційного пальникового пристрою, що пояснюється зміною принципу спалювання з дифузіонно-кінетичного на кінетичний;
встановлення пластин в жаротрубних елементах котла призводить до збільшення ККД котла на 1,83,15% - для промислового котла і на 2,42,7% - для побутового котла. При цьому відбувається незначне збільшення концентрацій шкідливих речовин, які, втім, не перевищують нормативних значень;
встановлення обмежувачів вторинного повітря для побутового котла призводить до збільшення ККД котла на 0,71,3%;
зміна відстані від сопла до входу в пальник з 15 до 13,2 мм призводить до збільшення ККД біогазового побутового котла на 0,20,5%;
За результатами узагальнення експериментальних даних запропоновано:
розрахункові поправки до залежностей Нормативного метода для теплового розрахунку топки та жаротрубного пучка сталевого водогрійного двоходового котла;
методику розрахунку ежекційного пальника для спалювання біогазу;
методику визначення екологічної ефективності системи біоконврсівї та процесів спалювання біогазу на основі показника питомої емісії парникових газів.
В роботі отримані оціночні значення енергетичної та екологічної ефективності водогрійних котлів малої потужності при заміні природного газу частково та повністю на біогаз. Зроблено висновок про недоцільність використання незмінної конструкції пальника для природного газу та біогазу.
Виявлені шляхи підвищення енергетичної ефективності обладнання без перевищення нормативних значень шкідливих викидів.
Запропонована методика розрахунку двоходового сталевого водогрійного котла на основі Нормативного метода теплового розрахунку із введенням відповідних поправок на інтенсивність теплообміну для діапазону потужності 350750 кВт, що працюють на газовому паливі з навантаженнями топки 0,281 МВт/м3.
Розроблена та впроваджена методика визначення екологічної ефективності системи анаеробної біоконверсії на основі показника питомої емісії парникових газів.