Найважливіші фундаментальні та науково-прикладні досягнення та результати

В останні роки наукові дослідження інституту були спрямовані на вирішення стратегічно важливих питань розробки та впровадження сучасних технологій спалювання енергетичного вугілля, відходів вуглезбагачення, некондиційного (в тому числі солоного вугілля), а також біомаси; зменшення використання природного газу в енергетиці; отримання синтез-газу, водню та рідких моторних палив з використанням процесів газифікації та піролізу твердого палива; зменшення викидів забруднюючих речовин вугільними ТЕС; розробку імпортозаміщуючих аналітичних приборів для діагностики високотемпературних процесів горіння та газифікації твердого палива. Актуальними залишаються рішення проблем ефективної експлуатації основного та допоміжного обладнання існуючих пиловугільних ТЕС, реконструкції та модернізації діючих енергоблоків, вдосконалення паливопідготовки. Інститут активно співпрацює з Міністерством енергетики та вугільної промисловості України в питаннях модернізації обладнання на ТЕС України, розробці нормативної бази щодо якості вугільної продукції, яка постачається на вугільні ТЕС, вдосконалення правил приймання палива та розробці методики ціноутворення для вугілля за його калорійністю. Для забезпечення поетапного скорочення викидів сірки та азоту для наближення викидів великих енергетичних установок до вимог Директиви2010/75/EU на замовлення Міненерговугілля України в Інституті розробляється Національний план скорочення викидів, який розрахований до 2030–2034 року та буде узгоджений з європейським Енергетичним співтовариством. В умовах різкого зменшення видобування українського вугілля енергетичних марок та постачання непроектного вугілля з інших країн, фахівці Інституту в останні роки були залучені до термінової розробки технології спалювання на ТЕС та ТЕЦ сумішей різних марок вугілля як близького так і різного ступеню метаморфізму.

Серед найважливіших досягнень ІВЕ НАН України в галузі природничих, соціогуманітарних та технічних наук відзначимо наступні.  

2019 рік:

 

1.     Для переведення котлоагрегату ТПП-210А ст. №3 Трипільської ТЕС на газове вугілля, розроблено режими пилоприготування і спалювання та доведено випробуваннями можливість зворотного переходу котла на спалювання пісного вугілля без зміни складу обладнання, за рахунок тільки режимних заходів. Таким чином, пиловугільний енергоблок потужністю 300 МВт ст. №3 Трипільської ТЕС став першим в світі, здатним працювати на двох принципово різних видах палива – на газовому і пісному вугіллі (Чернявський М. В., Провалов О. Ю., Мірошниченко Є. С.).

2.     На підставі аналізу особливостей процесу сушіння пористих матеріалів розроблено наукові основи, спосіб організації та метод розрахунку процесу сушки вугілля та пилу на пилозаводі Слов'янської ТЕС, які повністю підтвердились випробуваннями, а також технічні рішення для переведення цієї ТЕС на газове вугілля з максимальним використанням існуючого обладнання пилозаводу. В сукупності це вирішило задачу безперебійної роботи ТЕС в зимовому сезоні 2019–2020 рр. і відкрило можливість переведення Словянської ТЕС на газове вугілля без зупинки роботи пилозаводу та енергоблоку 800 МВт у 2020 р. (Чернявський М. В., Провалов О. Ю., Косячков О. В.).

3.      Розроблено прототип засобу дистанційного передавання даних від приладів обліку газу з урахуванням вимог тривалої автономної роботи та енергоощадних режимів використання джерел живлення (Топал О. І., Любарець М. І., Макарчук В. М., Бистрий А. І.).

4.        Виявлено ефект взаємного впливу компонентів сумішей твердої біомаси та вугілля марки Г на вихід летких речовин в залежності від ступеня однорідності сумішей стосовно різних технологій спільного спалювання (Бондзик Д.Л., Дунаєвська Н.І., Щудло Т.С., Безценний І.В., Фатеєв А.І.)

5.        Визначено роль солей лужних і лужноземельних металів, які знаходяться в складі нативних мінералів солоного вугілля, як природних каталізаторів процесів горіння органічної маси, що призводять до інтенсифікації процесів займання, пришвидшення виходу газоподібних продуктів (Н2, СО, СО2) та зміни співвідношення вмісту газів. (Шендрік Т.Г., Фатеєв А.І.).

6.        Для побудови когенераційної енергетичної установки розроблено паралельно-послідовну схему роботи пристроїв одержання теплової та електричної енергії з використанням теплових та електричних акумуляторів для ефективної роботи в маневреному режимі та збільшення ресурсу роботи основного енергетичного обладнання (Дудник О. М., Соколовська І. С.).

7.       З метою подовження терміну експлуатації твердопаливних котлів малої та середньої потужності і розширення їх паливної бази розроблено та розрахунково обґрунтовано технічні рішення з реконструкції антрацитового котла зі щільним шаром з переведенням на спалювання пелет та/або газового вугілля без втрати теплової потужності. Технічні рішення підтверджено на прикладі реконструкції котла Радіант паропродуктивністю 20 т/год. Хоростківського цукрового заводу (Мірошниченко Є.С., Чернявський М.В., Росколупа А.І.).

8.        На основі конструкторсько-перевірочних теплових розрахунків на стадії ескізного проекту розроблено оптимальний варіант конструкції прямоточного парогенератора на супернадкритичних параметрах пари 28 МПа / 600°С / 600 °С для спалювання довгополуменевого камяного вугілля марки ДГ-100 в режимі твердого шлаковидалення для енергоблоку 300 МВт (Рохман Б. Б.).

9.         Розроблена фізико-хімічна модель генерації озону у присутності оксидів азоту з урахуванням процесів окислення NO (Дресвянніков В.Г.).

10.  Розроблено методики розрахунків енергоустановок з газифікатором і двигуном внутріш-нього згоряння та з газифікатором і електрохімічним генератором на паливних елементах. Випробувано енергоустановку з газифікатором та двигуном внутрішнього згоряння (Дудник О. М., Соколовська І. С.).

11.    Інтегровано газифікатор-трансформер ІВЕ НАНУ в схему роботи твердопаливного котла (тепловою потужністю до 18 кВт), переведенного на спалювання збагаченого воднем син-тез-газу та водню для опалення. Визначено технічні характеристики роботи твердопаливного котла на збагаченому воднем синтез-газі та водні (Дудник О. М., Соколовська І. С.).

12.      Розроблено апаратно-програмний вузол системи управління термогравіметричним аналізатором для дослідження у реальному часі швидкісної зміни маси зразків твердого палива (RDF, біомаса, вугілля) під час їх термічної конверсії для подальшого визначення кінетичних характеристик (Любарець М. І., Топал О. І.)

13.   Розроблено та підтверджено витратно-тепловими розрахунками пилосистем і пальників, тепловими розрахунками котла та повірочними позонними тепловими розрахунками топкової камери технічні рішення для переведення антрацитових котлів Дарницької, Чернігівської, Краматорської ТЕЦ та Харківської ТЕЦ-2 на спалювання кам’яного вугілля з максимальним використанням наявного обладнання, з використанням сушильного агенту-повітря і транспортом пилу до пальників відпрацьованим сушильним агентом. Технічні рішення використані при розробленні ТЕО реконструкції названих ТЕЦ (Чернявський М. В., Мірошниченко Є. С., Провалов О. Ю., Росколупа А. І.).

14.    За результатами випробувань зміни вмісту сірковміщуючих мінеральних включень при збагаченні енергетичного вугілля на збагачувальних фабриках та розрахункових досліджень зміни рівня викидів сірчистого ангідриду при спалюванні вугілля різного ступеню збагачення розроблено методи визначення очікуваного вмісту сірки в продуктах збагачення ву-гілля та експрес-визначення прогнозного рівня викидів діоксиду сірки при спалюванні вугілля. Розроблено рекомендації щодо економічно виправданої міри збагачення для енергетичного вугілля вітчизняних шахт, що забезпечить емісію сірчистого ангідриду при спалюванні концентрату газового вугілля не вище рівнів існуючих дозволів для пиловугільних котлоагрегатів ТЕС і ТЕЦ (Чернявський М. В., Дулієнко С. Г., Моісеєнко О. В.).

15.     Визначено кінетичні константи окремих стадій термічного розкладу зразків пелет твердої біомаси та їх сумішей з вугіллям (Бондзик Д. Л., Дунаєвська Н. І., Щудло Т. С., Безценний І. В.).

16.   Здійснено перерахунок кінетичних констант швидкості взаємодії газового вугілля з киснем повітря, отриманих ізоконверсійним методом з наближенням Старінка із степенею експоненти 1,92 на установці ТГА, у кінетичні константи за моделлю ядра, що стискається. Отримані результати перерахунку були співставленні із кінетичними константами отриманими на установці РСК-1. (Бондзик Д. Л., Дунаєвська Н. І., Щудло Т. С., Безценний І. В.).

17.   Побудовано сімейство нестаціонарних моделей процесів повітряної, пароповітряної і паро-кисневої газифікації твердого палива (вугілля, біомаса) у фіксованому шарі під тиском з урахуванням міжфазного конвективного теплообміну, радіаційно-кондуктивного теплопереносу твердої фази, променистого і кондуктивного теплообміну шару зі стінкою реактора, гетерогенних і гомогенних хімічних реакцій, сил тяжіння і аеродинамічного опору (Рохман Б. Б.).

18.   Розроблено науково-технічні засади технології напівсухого амонійного сіркоочищення для твердопаливних котлів (Вольчин І. А., Ясинецький А. О., Мезін С. В.).

19.     Розроблено математичну модель процесу мокрого пилоочищення димових газів для дотри-мання вихідної концентрації пилу менше 20 мг/м3 (Вольчин І. А., Ращепкін В. А.).

20.   Отримано значення питомих викидів забруднюючих речовин та парникових газів (Вольчин І. А., Гапонич Л. С.)

21.   Зроблено огляд стану промисловопридатніх закордонних досліджень по каталітичному відновленню азоту з оксидів (Кривошеєв С. І.).

 

Указом Президента України від 13.01.2020 р. роботі «Наукові основи інноваційних технологій заміщення антрациту в енергетиці та їх впровадження» (автори Чернявський М.В., Дунаєвська Н.І., Провалов О.Ю., Бабенко І.А., Кравець П.П., Моісеєнко О.В., Мірошниченко Є.С., Майстренко О.Ю. – посмертно) присуджено Державну премію за 2019 рік.