Анотація до роботи:

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 350…750 кВт, що працюють на газовому паливі з навантаженнями топки 0,28…1 МВт/м³ запропоновані 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 0,2…0,4% для побутового котла та на 6…7,5 % - для промислового котла потужністю 730 кВт, при роботі на біогазі ніж при спалюванні природного газу;

концентрації NO_x та СО при спалюванні біогазу в побутовому котлі вищі на 2…6 та 11…18 мг/м³ відповідно, 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 NO_x та 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 1,8…3,15% - для промислового котла і на 2,4…2,7% - 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 0,7…1,3%;

зміна відстані від сопла до входу в пальник з 15 до 13,2 мм призводить до збільшення ККД біогазового побутового котла на 0,2…0,5%;

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 350…750 кВт, що працюють на газовому паливі з навантаженнями топки 0,28…1 МВт/м³ .

Розроблена та впроваджена методика визначення екологічної ефективності системи анаеробної біоконверсії на основі показника питомої емісії парникових газів.

Публікації автора:

1. Курис Ю. В., Крючков Е. Н. Анализ энергетического баланса производственно - животноводческого комплекса ЗАО “Запорожсталь” с использованием биоэнергетической установки // Сборник научных трудов «Биотехнология: Образование, наука», - НТУ КПИ. – 2003. С. 141-143.

2. Курис Ю. В., Крючков Е. Н., Шинкаренко Л. М. Экономические и экологические области использования методов биотехнологий в окружающей среде. // Сборник конференции “Понт Эвксинский III”, - г. Севастополь, – №1. – 2003. – С. 27-30.

3. Курис Ю. В. Преимущества биотехнологий в решение энергетических вопросов. // Труды юбилейной XXX международной научно технической конференции "Запорожсталь XXX". – Запорожье: Запорожсталь. – 2003. – С. 53 – 57.

4. Курис Ю. В., Крючков Е. Н. Биотехнология как альтернативный источник энергии. // Сборник тезисов IX научно технической конференции ЗГИА., - г. Запорожье, – 2004. – С. 31-33.

5. Курис Ю. В., Крючков Е. Н. Адсорбционно-каталитические технологии обессеривания биогаза // Сборник тезисов X научно технической конференции ЗГИА., - г. Запорожье, – 2005. – С. 19-21.

6. Ткаченко С. Й., Степанов Д. В., Крючков Є. М., Куріс Ю.В., Літвішков І. В. Особливості роботи водогрійного котла на біогазі. // Наукові вісті КПІ. м. Київ – №1. – 2006. – С. 25-29.

7. Куріс Ю.В., Ткаченко С. Й., Степанов Д. В., Крючков Є. М., Літвішков І. В. Енерго-екологічна ефективність побутового котла на біогазі. // Східно-Європейський журнал передових технологій. м. Харків, – №2. – 2006. – С. 165-168.

8. Куріс Ю.В., Ткаченко С. Й., Степанов Д. В., Крючков Є. М., Літвішков І. В. Екологічні проблеми утилізації біогазу в системах біоконверсії та деякі методи їх вирішення. // Фаховий журнал “Новини Енергетики”. м. Київ, – №8. – 2006. – С. 41-43.

9. Курис Ю. В., Майстренко А. Ю., Ткаченко С.И., Степанов Д. В. Систематизация особенностей конструирования водогрейных котлов для сжигания биогаза. // Журнал “Промышленная электроэнергетика”. г. Киев, - №6. – 2006. – С. 66-69.

10. Куріс Ю. В., Нестеренко А. В. Методи зниження екологічних викидів нетрадиційних джерел енергії. // Матеріали міжвузівської наукової конференції “Сучасні екологічні проблеми – III” - м. Запоріжжя, – 2006. – С. 39-43.

11. Куріс Ю.В., Ткаченко С. Й., Степанов Д. В., Крючков Є. М. Ефективність спалювання сумішей природного газу та біогазу на побутовому котлі. // Фаховий журнал “Новини Енергетики”. м. Київ, – №12. – 2006. – С. 33-35.

12. Курис Ю.В., Степанов Д. В., Ткаченко С. И., Хажмурадов М.А., Карнацевич Л.В. Увеличение эффективности дальнейшего использования и сжигания биогаза: «Достижения и перспективы». // Журнал “Энергетика и электрификация”. г. Киев, - №12. – 2006. – С. 67-79.

13. Степанов Д. В., Курис Ю. В., Ткаченко С. И., Крючков Е. Н. Показатели работы бытового котла при сжигании смесей природного газа и биогаза. // Научно-технический журнал «Экотехнологии и Ресурсосбережение». м. Київ, – №1. – 2007. – С. 17-21.

14. Крючков Є. М., Куріс Ю. В., Нестеренко А. В., Степанов Д. В., Ткаченко С. І. Аналіз процесів біоконверсії та експериментальне визначення технологічних можливостей спалювання біогазу. // Журнал “Енергетика та електрифікація”. м. Київ, - №1. – 2007. – С. 57-63.

15. Ткаченко С. І., Степанов Д. В., Куріс Ю. В., Нестеренко А. В. Удосконалення технології спалювання біогазу отриманого при процесах біоконверсії. // Фаховий журнал “Новини Енергетики”. м. Київ, – №2. – 2007. – С. 36-42.

16. Курис Ю. В., Степанов Д. В., Ткаченко С. И., Хейфец Р. Г. Розробка методики визначення емісії парникових газів при отриманні та використанні біоенергетичного палива // Фаховий журнал “Энергетика и электрификация”. г. Киев, - №4. – 2007. – С. 57-63.

17. Курис Ю. В., Степанов Д. В., Ткаченко С. И., Хейфец Р. Г. Емісія парникових газів у процесі спалювання біогазу // Фаховий журнал “Энергетика и электрификация”. г. Киев, - №5. – 2007. – С. 33-38.

18. Курис Ю. В., Ткаченко С. И., Степанов Д. В. Социальные и экономические аспекты в области альтернативной энергетики // Фаховий журнал “Промышленная электроэнергетика”. г. Киев, - №3. – 2007. – С. 33-37.