Найважливіші фундаментальні та науково-прикладні досягнення та результати

Фундаментальні та прикладні дослідження Інституту спрямовані на забезпечення роботи твердопаливної теплоенергетики України, а саме: розробку та впровадження заходів підвищення ефективності спалювання палив, диверсифікації паливної бази, зниження викидів забруднюючих речовин та парникових газів тощо.

В останні роки вирішуються питання розробки та впровадження сучасних технологій спалювання енергетичного вугілля, відходів вуглезбагачення, некондиційного (в тому числі солоного) вугілля, біомаси, спільного спалювання пилоподібного вугілля різного ступеня метаморфізму, а також вугілля та біомаси; розробки екологічно безпечних технологій термічної переробки альтернативних палив (RDF та ін.); отримання синтез-газу та водню з використанням процесів газифікації та піролізу твердого палива; зменшення викидів забруднюючих речовин вугільними ТЕС; розробки імпортозаміщуючих аналітичних приборів для діагностики високотемпературних процесів горіння та газифікації твердого палива. Актуальними залишаються рішення поточних проблем ефективної експлуатації основного та допоміжного обладнання існуючих пиловугільних ТЕС, реконструкції та модернізації діючих енергоблоків, вдосконалення паливопідготовки. Інститут активно співпрацює з Міністерством енергетики України в питаннях впровадження спільного спалювання різних твердих палив, заміщення антрациту на газове вугілля на діючих ТЕС та ТЕЦ, розроблення проєкту змін до Національного плану скорочення викидів забруднюючих речовин від великих спалювальних установок.

В умовах різкого зменшення видобування та постачання на ТЕС та ТЕЦ українського вугілля енергетичних марок, фахівці Інституту залучені до розробки способів та технічних рішень з переведення існуючих котлів типу ТП-200-1, ТПП-210А, котлів малої та середньої потужності на непроектне паливо, технології безпечного пилоприготування та ефективного спалювання на ТЕС та ТЕЦ сумішей різних марок вугілля для покриття дефіциту донецького антрациту, розширення діапазону регулювання навантаження енергоблоків без застосування газу і мазуту. Проводяться також комплексні дослідження спільного спалювання вугілля і твердої біомаси для часткового заміщення вугілля біопаливом в діючих котлоагрегатах.

Наукові роботи ІТЕТ НАН України проводяться з урахуванням принципу HELE (High Efficiency and Low Emission) – високої ефективності і низьких викидів та Zero Wastes – нульових відходів в твердопаливній теплоенергетиці, потужності якої будуть відігравати надважливу роль замикаючих маневрених потужностей в ОЕС України до 2050 року.

Найбільш вагомі результати фундаментальних і прикладних досліджень

1. Розроблено і впроваджено технічні рішення з виготовлення на складах ТЕЦ, безпечного пилоприготування та ефективного спалювання паливних сумішей на основі казахстанського вугілля марки Д – замінників пісного вугілля (Краматорська, Дарницька ТЕЦ) і сумішей з матеріалом золовідвалу та високозольним вітчизняним газовим вугіллям (Черкаська, Калуська ТЕЦ), з відмовою від газового підсвічування та суттєвим покращенням техніко-економічних показників котлоагрегатів. Це сприяло надійному входженню названих ТЕЦ до опалювального сезону 2021–2022 рр. в умовах виникнення гострого дефіциту проектного вугілля та стрибкоподібного подорожчання природного газу (Провалов О. Ю., Чернявський М. В.).

2. На підставі раніше одержаних результатів досліджень витратно-теплових характеристик пилосистем та вибухоздатності вугільного пилу розроблено і впроваджено комплекс технічних рішень з паливопідготовки, безпечного пилоприготування та ефективного спалювання на ТЕС ПАТ “Центренерго” і “Донбасенерго” непроектного імпортованого вугілля різних марок та якості, як окремо, так і у складі паливних сумішей, виготовлених на складах ТЕС, з розрахунком їх оптимального складу. Це сприяло надійній роботі регулювальних потужностей теплової енергетики та ОЕС України в цілому в умовах виникнення гострого дефіциту енергетичного вугілля (Чернявський М. В.).

3. Випробуваннями підтверджено ефективність розроблених технічних рішень з реконструкції пальників, котельного і допоміжного обладнання антрацитового котла ТПП-200-1 ст. №7 енергоблоку 800 МВт Слов’янської ТЕС для використання широкого спектру марок кам’яного вугілля. Це сприяло надійній роботі потужного генеруючого енергооб’єкту напередодні зимового сезону 2021–2022 рр. в умовах дефіциту вугілля з проектними показниками (Чернявський М. В.. Провалов О. Ю., Косячков О. В.).

4. Розроблено наукове підґрунтя та технічні рішення з використання зрідженого вуглеводневого газу в якості резервного замінника природного газу на пиловугільних ТЕЦ (на прикладі Краматорської ТЕЦ ТОВ “Краматорськтеплоенерго”) (Чернявський М. В., Провалов О. Ю.).

5. Розроблено концепцію та разом з Інститутом газу НАН України реалізовано перший в Україні зразок системи автоматичного підхоплення пиловугільного факелу природним газом. Впровадження цієї системи на ТЕС дозволить суттєво зменшити витрати тепла на постійний прогрів мазуту для системи АПФ, на ТЕЦ – відмовитись від постійного підсвічування факелу і значно зменшити витрати природного газу в умовах його стрибкоподібного подорожчання (Чернявський М. В., П’яних К. Є., Провалов О. Ю.).

6. На підставі досліджень залежностей вмісту та ступеню вигоряння вуглецю при пиловидному спалюванні від ступеню метаморфізму та зольності енергетичного вугілля доведено можливість і доцільність використання єдиного коефіцієнту ефективного вмісту вуглецю в вугіллі при розрахунку викидів СО2 від спалювання на ТЕС низькокалорійного та газового вугілля, що значно спрощує розрахунок і є єдино можливим способом одержання даних з прийнятною точністю в умовах значної кількості різноманітних постачальників та недостачі даних про елементний склад вугілля в поставках (Чернявський М. В.).

7. Розроблено алгоритм оцінки мінімального часу перебування димових газів в мокрому скрубері для ефективного зв'язування діоксиду сірки в залежності від розміру крапель амонійного сорбенту (Вольчин І. А., Ращепкін В. А.).

8. Вивчено можливість додавання RDF при спільному спалюванні з вугіллям марки Г для типового котлоагрегату ТПП-312. Для розрахунку характеристик сумісного спалювання використано стаціонарну модель в’язкого теплопровідного газу на основі k-e моделі турбулентності. За результатами CFD-моделювання встановлено, що при використанні RDF у якості палива-відновлення, яке подається у топку за схемою ребернінга у кількості 12% загального теплового балансу котла, можна покращити техніко-екологічні показники роботи котла: зменшити втрати палива від недопалу та знизити викиди оксидів азоту на 20%, а оксидів сірки на – 10% (Топал О. І., Кобзар С. Г., Гапонич Л. С., Голенко І. Л.).

9. Оптимізовано роботу газифікатора-трансформера з високотемпературним каталітичним реактором для роботи з електрохімічним генератором на твердооксидних паливних елементах (ТОПЕ). Розроблено та оптимізовано нову схему інтегрування газифікатора-трансформера в систему одержання безвуглецевого газу для роботи низькотемпературних водневих паливних елементів з протонобмінною мембраною (Дудник О. М., Соколовська І. С.).

10. Оцінено матеріальні та теплові баланси технологічних схем та режимних параметрів роботи енергетичних установок газифікатор-котел та газифікатор- електричний генератор під час використання твердих органічних відходів. Розроблено рекомендації щодо використання нових принципових схем комбінованого виробництва енергії та хімічних сполук в енергетиці та хімічній промисловості (Дудник О. М., Соколовська І. С.).

11. Визначено умови озонової конверсії NO у вищі оксиди азоту з ефективністю вище 75%. (Вольчин І. А., Ясинецький А. О., Коломієць О. М., Мезін С. В.).

12. Отримано оцінку часу мінімальної тривалості процесу уловлення діоксиду сірки димових газів краплями в мокрому скрубері з подачею амонійного розчину як сорбенту. (Вольчин І. А., Ращепкін В. А., Горяной С. В.).

13. Визначено умови емісії оксиду вуглецю в пористій структурі вуглецевої частинки в дифузійному режимі горіння. (Квіцинський В. О., Кривошеєв С. І.).

14. Для котла на супернадкритичні параметри пари на основі числового моделювання в програмі ANSYS FLUENT визначено можливість заміщення до 50% вугілля продуктами газифікації торфу, отриманих в газифікаторі під тиском, із збереженням економічних та екологічних характеристик котла (Нехамін М. М.)

15. Розроблено конструкцію пиловугільного прямоточного котла на супернадкритичних параметрах пари 28 МПа /600 °С /600 °С для блоку 300 МВт з діапазоном регулювання 40–100% та можливістю заміщення частини вугілля продуктами газифікації торфу (Рохман Б. Б., Вифатнюк В. Г.).

16. Досліджено золу композиційних палив, що складені з вугілля різного ступеню метаморфізму і солоності (7 та 0,4% Na2O у золі відповідно), та встановлено утворення тугоплавких мінеральних сполук (нефеліну, ультрамарину, алюмінату натрію), які унеможливлюватимуть надмірне шлакування при спалюванні такої композиційної сировини (Шендрік Т. Г., Фатеєв А. І.).

17. Для розширення національної бази характеристик палив для швидкої та ефективної розробки систем спалювання, було розроблено удосконалену методику розрахунку кінетичних констант термічного розкладу палив, що дозволило покращити величину достовірності апроксимації для стадії зневоднення біопалива до 0,99 (Щудло Т. С., Безценний І. В., Бондзик Д. Л., Дунаєвська Н. І.).

18. Запропоновано новий спосіб роботи котла СНКП на мінімальних навантаженнях 40 % і 50 %, де пропонується спалювати газове вугілля і торф'яний газ, отриманий при газифікації торфу в нерухомому шарі під тиском 1,5 МПа (Рохман Б. Б., Вифатнюк В. Г.).

19. Побудована нова модель газифікації біомаси (або вугілля) в фіксованому шарі, яка відрізняється від існуючих моделей урахуванням швидкості руху частинок, її зміни в окислювальній і відновній зонах (Рохман Б. Б., Вифатнюк В. Г.).

20. Запропоновано нову технологію подачі пилу газового вугілля в пальники котла СНКП за допомогою газоструменевого ежектора, коли в якості робочого середовища, що ежектує дрібнодисперсний пил, використовується торф'яний газ (Рохман Б. Б., Вифатнюк В. Г.).

21. Отримано технологічну, екологічну та економічну оцінку застосування амоніаку як безвуглецевого палива. (Вольчин І. А., Ращепкін В. А., Череватський Д. Ю.)