Головна сторінка

Інститут теплоенергетичних технологій (ІТЕТ) Національної академії наук (НАН) України (до липня 2021 р. - Інститут вугільних енерготехнологій НАН України, ІВЕ)  - входить до складу Відділення фізико-технічних проблем енергетики (ВФТПЕ) НАН України.

На сьогодні Інститут очолює д.т.н., проф. Н. І. Дунаєвська.

Головними завданнями Інституту є:

      

–     термохімічна переробка традиційних та альтернативних палив для вироблення енергії, водню та синтетичних палив, продуктів хімічного синтезу;

–     енергетичне використання біомаси й інших альтернативних палив, паливних сумішей, застосування водневої та амонійної енергетики;

–     очищення відхідних газів теплоенергетичних установок від викидів забруднюючих речовин.

 

В Інституті функціонують три наукові відділи та лабораторія. 

Дослідження здійснюються за такими основними напрямами:

• Спільне спалювання різних видів твердого палива (вугілля, біомаса тощо) на пиловугільних котлоагрегатах ТЕС України.

• Озонне очищення димових газів від шкідливих викидів в процесах термічної переробки твердого палива.

• Наукові засади та технології зниження утворення оксидів азоту для досягнення відповідності викидів пиловугільних котлоагрегатів ТЕС України нормативам ЄС.

• Розробка наукових засад та екологічно безпечних технологій термічної переробки альтернативних палив (RDF та ін.) та вугілля в киплячому та щільному шарах для виробництва теплової та електричної енергії у відповідності до вимог ЄС.

• Розвиток технологій пиловидного спалювання для створення нових та реконструкції існуючих антрацитових і газомазутних котлоагрегатів з їх переведенням на вітчизняне газове вугілля.

• Розробка парогазових установок на твердому паливі з газифікацією та спалюванням вугілля та використанням паливних елементів.

• Розроблення процесів конверсії твердих органічних відходів в збагачений воднем синтез-газ для відновлювано-водневої енергетики та паливно-комірчаних енергетичних установок.

• Дослідження особливостей спалювання вугілля в топках енергетичних котлоагрегатів з використанням високоефективних пальників з низькими викидами оксидів азоту.

• Розробка методів модернізації та реконструкції існуючих вугільних котлоагрегатів для підвищення ефективності та продовження терміну їх роботи.

• Дослідження  теоретичних основ та методів зменшення викидів сірки при спалюванні енергетичного вугілля з використанням напівсухих технологій їх уловлення.

• Аналіз властивостей і діагностика параметрів багатофазних гомогенних і гетерогенних середовищ.

• Залучення до паливної бази енергетики відходів вуглезбагачення, некондиційного вугілля та біомаси, а також розробка технологій для їх енергетичного використання.

• Розробка шляхів оптимізації паливозабезпечення теплових електростанцій.

• Розробка нормативно-технічної документації з якості вугілля.

• Розробка систем діагностики та обліку енергоресурсів на основі сучасних бездротових пристроїв. 

• Розробка нормативно-технічної документації в галузі контролю та інвентаризації викидів забруднюючих речовин і парникових газів при спалюванні палива та поводження з відходами від спалювання твердого палива.

Рішенням Експертної ради з питань оцінювання тем фундаментальних науково-дослідних робіт при НАН України від 13.10.2021 № 3 затверджено перелік фундаментальних досліджень, які будуть виконуватися у 2022-2026 рр.:

1.     Тема фундаментального  наукового дослідження за відомчою тематикою «Наукові основи спільного ефективного використання відновлюваних та традиційних джерел енергії в факельних спалювальних установках» (2022-2026 р.р.).

Науковий керівник роботи:

Дунаєвська Н. І., д.т.н., проф. директор НАН України.

Відповідальні виконавці:

Бондзик Д. Л., к.т.н., заст. зав. відділу ЕВТП.

Рохман Б. Б., д.т.н., с.н.с., пров. наук. співр.

Безценний І. В., к.т.н., ст. наук. співр.

Глобальна тенденція зменшення використання викопних палив пов’язана із необхідністю покращити екологічну ситуацію в світі. Ця задача є актуальною і для України. Для заміни викопних палив для цього найкраще підходять такі відновлювані джерела енергії як тверда біомаса, продукти її переробки та інші непроектні для вугільних ТЕС палива.

Застосування таких палив замість відомих проектних вимагає отримання нових даних про характеристики їх горіння, утворення шкідливих речовин (таких як оксиди сірки і азоту, з’єднань натрію та хлору) в процесі їх піролізу і горіння, зміну тепло-масообміну в паливній камері. В процесі спалювання різнорідних палив вони впливають на процеси, які відбуваються з іншими паливами, змінюючи швидкість виходу летких речовин і горіння коксового залишку.

У зв’язку з вищевикладеним в роботі поставлена мета – визначення закономірностей спільної термічної конверсії викопних та відновлюваних твердих палив та їх спільного застосування для створення можливостей високоефективного та екологічно чистого  використання в енергетиці, для реалізації якої було заплановано виконання наступних задач:

1. Визначення економічно доцільних відновлюваних джерел енергії різного походження для їх спільного спалювання з викопними паливами. Літературний огляд застосовуваних у світі технологій та методик дослідження.

2. Дослідження взаємодії палив різного походження на різних стадіях термічної конверсії в технології факельного спалювання.

3. Дослідження особливостей утворення та знешкодження забруднюючих речовин при спільному спалюванні відновлюваних і традиційних палив.

4. Створення розрахункової моделі взаємного впливу палив при спільному використанні відновлюваних і традиційних джерел енергії. Розрахунок ефекту спільного спалювання при різних технологіях спалювання і режимах роботи котлів

5. Експериментальне дослідження і верифікація взаємодії палив на основі створених моделей.

6. Розроблення нової технології термохімічної переробки суміші палив в потоці. Побудувати математичну модель, алгоритм та програму. Провести конструкторсько-перевірочні теплові розрахунки нової термохімічної установки, на основі яких розробити конструкцію нової установки.

7. Визначення та обґрунтування діапазону регулювання навантаження термохімічної установки. Провести теплові розрахунки у широкому діапазоні змін навантаження нової установки. Побудувати математичну модель та провести розрахунки температур стінок поверхонь нагріву термохімічної установки на різних навантаженнях. Побудувати сім’ю нестаціонарних динамічних моделей для різних елементів нової термохімічної установки.

8. Дослідження нових мінеральних фаз, що утворюються при спільному спалюванні сировини, складеної з відновлюваних та вугільних паливних компонентів.

9. Дослідження характеристик плавкості золи, що утворюється при спалювання сумішей.

10. Визначення зміни корозійної активності сумішевих палив у порівнянні із викопними та розробка заходів для їх зменшення.

11. Оцінка можливості залучення кисню, який вивільняється у технологіях отримання водню до спалювання твердих палив у збагаченому окиснювачі.

12. Розроблення доповнень та рекомендацій до Нормативного методу розрахунку котлів на спалювання 2 видів твердого палива, стосовно характеристик для розрахунку котлів на твердому біопаливі та ін.

В результаті виконання роботи будуть отримані залежності взаємного впливу на різні стадії термічної конверсії палив при різних умовах спалювання палив. На основі створених технічних рішень буде створена можливість організації спалювання альтернативних палив в існуючих і нових котлоагрегатах.

2.     Тема фундаментального  наукового дослідження за відомчою тематикою «Комплексне очищення димових газів від забруднюючих речовин на основі амонійних сполук» (2022-2026 р.р.).

Науковий керівник роботи:

Вольчин І. А., д.т.н., с.н.с. заст. дир. з наук. роботи ІТЕТ.

Відповідальні виконавці:

Ясинецький А. О., к.т.н., ст. наук. співр.

Кривошеєв С. І., к.т.н., ст. наук. співр.

Коломієць О. М. ,к.т.н., с.н.с., ст. наук. співр.

Основною метою наукових досліджень за темою є розроблення наукових засад малозатратних технологій комплексного очищення димових газах від забруднюючих речовин на основі амонійних сполук з отриманням корисних продуктів газоочищення. 

Основними методами роботи є експериментальні дослідження взаємодії діоксиду сірки та оксидів азоту з амонійними сорбентами на лабораторних установках ІВЕ НАН України, а також впливу на процеси газоочищення різних фізико-хімічних факторів. 

Будуть проведені дослідження використання різних амонійних сорбентів в процесі селективного некаталітичного відновлення (СНКВ) з визначенням ефективності та умов досягнення граничного значення викиду NO згідно вимог Директиви 2010/75/EU. Буде досліджено вплив наявності діоксиду сірки і кисню в димових газах на процес СНКВ та умови утворення паразитного сульфату амонію. 

Будуть проведені експерименти з поглинання діоксиду сірки амонійними сорбентами за напівсухою технологією та визначення умов підготовки амонійних сорбентів для ефективного зв'язування діоксиду сірки з метою виконання вимог Директиви 2010/75/EU щодо граничного значення викиду діоксиду сірки з отриманням як продукту сульфату амонію (мінерального добрива).

Буде розроблено математичну модель напівсухої амонійної десульфуризації з абсорбційною та адсорбційною фазами реагування з використанням розчинів амоніаку та карбаміду та математичну модель процесу СНКВ  з урахуванням результатів експериментальних досліджень. 

Будуть розроблені Науково-технічні рекомендації застосування комплексного очищення димових газів на основі амонійних сполук для технічного завдання на проектування установки очищення димових газів від забруднюючих речовин для котлоагрегату енергоблоку 200 МВт. 

 

3.      Тема фундаментального  наукового дослідження за відомчою тематикою «Науково-теоретичні основи використання процесів термохімічної конверсії альтернативних палив (RDF/біомаси) в енерготехнологіях та при виробництві синтез-газу (водню) з урахуванням сучасних вимог щодо техніко-економічних та маневрених показників роботи генеруючого обладнання»

(2022-2026 р.р.).

 Науковий керівник роботи

Топал О. І., к.т.н., с.н.с. зав. відділу ПГГВ

Відповідальні виконавці

Дудник О. М., к.т.н., с.н.с., пров. наук. співр.

Гапонич Л. С., к.т.н., с.н.с., пров. наук. співр.

Кобзар С. Г., к.т.н., с.н.с., ст. наук. співр.

Голенко І. Л., к.т н., ст. наук. співр.

Сучасний стан розвитку світової та вітчизняної енергетики знаходиться на етапі суттєвої трансформації. Основними рисами цього стану є:

•      відмова від викопних видів палива;

•      залучення до виробництва теплової та електричної енергії відновлюваних джерел енергії (ВДЕ);

•      плани по широкому залученню до виробництва енергії альтернативних видів палива, зокрема на основі RDF/SRF, біомаси, різних видів вуглецемістких відходів;

•      системна підготовка до виробництва та використання в енергетиці синтез-газу та особливо водню, у т.ч. виробленого на основі альтернативних та відновлюваних видів палива.

•      необхідність забезпечення високої маневреності енергооб’єктів (та енергосистем), значна частка яких буде базуватись на волатильній генерації від ВДЕ.   

Всі ці риси є характерними і для поточного стану паливно-енергетичного комплексу України. Водночас, незважаючи на суттєвий розвиток технологій спалювання викопних видів палива, науково-теоретичні засади термохімічної конверсії альтернативних палив та проблеми ефективного використання останніх майже не вирішені. Це зокрема стосується: виробництва синтез-газу та водню на основі RDF/SRF та відходів рослинного походження й біомаси; екологічно безпечного спалювання RDF/SRF, яке може містити хлормістки сполуки,  для отримання теплової та електричної енергії тощо. У зв’язку з цим термохімічні процеси, які  лежать в основі нових енергетичних технологій, потребують ретельного та системного вивчення з огляду на істотно різний компонентний склад альтернативних та викопних видів палива, наявність відмінностей у кінетичних характеристиках процесів конверсії, властивостях золи тощо. 

Серед інших під час виконання роботи значна увага буде приділена таким ключовим аспектам дослідження, визначення закономірностей та практичного використання термохімічних процесів конверсії альтернативних палив у сучасних енергетичних технологіях:   

·      Вивченню фундаментальних закономірностей термохімічної конверсії альтернативних палив (RDF/SRF, рослинні відходи біомаси тощо) з урахуванням особливостей їх гранулометричного та компонентний складу, властивостей золи, реакційної здатності тощо.

·      Визначенню оптимальних умов термохімічної конверсії альтернативних палив з огляду на можливість отримання синтез-газу й водню та їх подальше використання в енергетичній та хіміко-технологічній галузях економіки з урахуванням екологічних, технологічних та економічних аспектів роботи нових та існуючих об’єктів паливно-енергетичного комплексу (ПЕК) України.

·      Аналізу можливостей отримання водню в різних модифікаціях хіміко-технологічних процесів та його подальшого оптимального (відповідно до критеріїв транспортування та споживання) використання.

Аналізу можливостей розширення маневреності енергооб’єктів за рахунок використання альтернативних видів палива та існуючих об’єктах ПЕК України, а також створенню концептуальних технічних рішень високо маневрених установок на основі альтернативних палив.

4.     Тема фундаментального  наукового дослідження за відомчою тематикою «Наукові основи термічної конверсії твердих палив та їх сумішей в шарі» (2022-2026 р.р.).

Науковий керівник роботи:

Бондзик Д. Л., к.т.н., заст. зав. відділу ЕВТП

Відповідальні виконавці:

Шендрік Т. Г., д.х.н., проф., гол. наук. співр.

Рохман Б. Б., д.т.н., с.н.с., пров. наук. співр.

Мірошниченко Є. С., пров. інж.

В Україні існує величезний парк спалювальних установок, які використовують в якості палива вугілля. Їх ефективність достатньо низька, викиди шкідливих речовин високі  і не відповідають сучасним світовим вимогам. Це пов’язано як з використанням вугілля, як палива, так і з застосуванням застарілих технологій спалювання. Це викликає необхідність пошуку шляхів поступової заміни вугілля на більш екологічні альтернативні палива та розробки нових сучасних технологій їх спалювання. При цьому спалювання, особливо в тісному контакті, двох суттєво різних за походженням палив відрізняється за перебігом процесів термічної конверсії від такої при окремому спалюванні.

Метою цієї роботи є розробка наукових основ термічної конверсії твердих палив та їх сумішей (включаючи біомасу, продукти її переробки та вугілля) в шарі з визначенням ефектів спалювання та взаємодії палив різного походження на різних стадіях термічної конверсії (піроліз газифікація, горіння) для створення можливостей часткової або повної заміни вугілля в установках, які використовують термічну конверсію в шарі.

Задачі досліджень:

1. Дослідження застосовуваних нових технологій термічної переробки твердих палив у шарі та методик визначення характеристик спалювання палив у світі

2. Дослідження взаємодії палив різного походження на різних стадіях термічної конверсії при різних способах спалювання палив

3. Розробити нові технологічні схеми спільного спалювання бінарних сумішей. Створити нестаціонарну математичну модель термохімічної переробки твердих палив в фіксованому шарі під тиском, на базі якої отримати детальну інформацію щодо фізико-хімічних параметрів робочого процесу.

4. Провести числові дослідження спільного спалювання пилу вугілля і синтетичного газу, отриманого із біомаси при газифікації в фіксованому шарі під тиском, в новій термохімічній установці.

5. Дослідження ефектів взаємодії вугілля та біомаси при термічній конверсії палив в умовах нерухомого шару

6. Визначення зміни динаміки піролізу палив при різних способах змішування палив

7. Розробка технічних рішень для створення нових термохімічних установок з газифікації біомаси у фіксованому шарі під тиском.

8. Розробка технічних рішень для переведення котлів із щільним шаром зі спалювання вугілля на спалювання альтернативних видів твердих палив

Проведені дослідження дозволять створити наукові основи для переведення існуючих малих та середніх котлів із спалюванням палив у шарі з вугілля на альтернативні види твердих палив, а також розробити нові сучасні установки термічної конверсії твердих палив.

 Постановою Бюро ВФТПЕ НАН України від 29.06.2021 № 8 затверджено до виконання тему прикладних досліджень:

 5. Тема прикладного  наукового дослідження за відомчою тематикою «Наукові основи та методи розширення діапазону навантажень пиловугільних котлоагрегатів для збільшення регулювальних можливостей теплової енергетики» (2022-2024 р.р.).

Науковий керівник роботи:

Чернявський М. В., д.т.н., с.н.с., зав. лаб. ППЕ

Відповідальні виконавці

Провалов О. Ю., к.т.н., ст. наук. співр.

Косячков О. В., к.т.н., ст. наук. співр.

Основною метою наукових досліджень є розробка наукових основ та методів розширення діапазону навантажень пиловугільних котлоагрегатів з оптимізацією їх паливної бази для збільшення регулювальних можливостей теплової енергетики в умовах зростання частки атомної та відновлювальної генерації.

Основна ідея досліджень полягає у знаходженні та реалізації умов зниження нижньої межі навантаження існуючих і створюваних для заміщення тих, що вичерпали ресурс, пиловугільних котлоагрегатів за критеріями сталого займання та горіння пиловугільного факелу, стабільної та безпечної роботи пилосистем і пальників, стійкого шлаковидалення, відсутності перегріву металу екранів і шлакування поверхонь нагріву, стабільного руху пароводяного середовища та оптимального розподілу теплосприйняття між топковою камерою та іншими елементами котла. Це планується досягти поєднанням методів експериментального дослідження процесів займання та горіння вугілля і паливних сумішей у факелі, методів математичного моделювання та інженерних розрахунків топкових процесів, числових досліджень та промислових випробувань розподілу теплосприйняття по елементах котла на різних теплових навантаженнях.

Кінцевою продукцією роботи будуть наукові основи, технічні та технологічні рішення з розширення діапазону регулювання навантаження існуючих пиловугільних котлоагрегатів енергоблоків ТЕС потужністю 200, 300 і 800 МВт та проектування котлоагрегатів з широким діапазоном регулювання навантаження для заміщення тих, що вичерпали ресурс, а також зі створення паливних сумішей з оптимальними характеристиками, для збільшення регулювальних можливостей теплової енергетики в умовах зростання частки атомної та відновлювальної генерації.

Соціальна та економічна значимість роботи полягає у створенні необхідних умов для забезпечення надійного функціонування, сталого розвитку енергетичного сектору та виконання міжнародних зобов’язань України зі збільшення частки відновлювальної енергетики за рахунок забезпечення виконання регулювальних функцій в Об’єднаній енергосистемі меншою часткою пиловугільної генерації з максимальним використанням та подовженням ресурсу наявного обладнання.