Воінов Олександр Петрович,

доктор технічних наук, професор,

Одеська державна академія будівництва та архітектури,

Україна, Одеса,

Елькін Юріи Генріхович,

кандидат технічних наук, доцент,

Одеська державна академія будівництва та архітектури,

Україна, Одеса

 Анотація. Енергетика є базовою галуззю виробництва. Теплопостачання є важливим її елементом. Доцільно розукрупнювати системи централізованого теплопостачання. При цьому зростає роль промислово-опалювальних котелень на твердому паливі. Традиційні котельно-топкові технології дозволяють високоефективно спалювати тільки високоякісне тверде паливо, яке стає дефіцитним через високу його ціну. Для спалювання доступного низькосортного твердого палива в котельнях дрібних систем теплопостачання доцільним є застосування котельно-топкової технології низькотемпературного киплячого шару.

 Ключові слова: енергетика, теплопостачання, котельня, тверде паливо, низько-температурний киплячий шар

 Енергетика є базовою галуззю виробництва, що забезпечує своєю продукцією - електрикою і теплотою - потреби інших галузей, а також потреби житлово-комунальних та соціально-громадських споживачів. Особливістю енергетики є високий ступінь впливу рівня ефективності функціонування її об'єктів на умови життя і праці людей.

 Важливим елементом енергетики є сфера теплопостачання, представлена індивідуальними і централізованими системами [1, 2].

 Як відомо, основним постачальником теплоти в централізованих системах теплопостачання є теплоелектроцентраль - ТЕЦ. Число діючих ТЕЦ в Україні в даний час перевищує 20 одиниць.

 Аналіз організаційно-технічного та економічного становища, що склалося в останні роки у вітчизняній енергетиці взагалі, в системі теплопостачання зокрема, свідчить про те, що в нинішніх умовах в значній кількості випадків доцільно розукрупнювати розвинені системи централізованого теплопостачання. Це дозволяє скоротити питому (на одиницю теплової потужності) довжину мережі, чим поліпшити технічні рішення по конструкції, режиму технічного обслуговування, екологічним і економічним показникам мережевого господарства.

 У цих умовах все більшої ваги набувають промислово-опалювальні котельні різної теплової потужності як альтернативні ТЕЦ джерела теплоти для промислових і комунально-побутових споживачів. 

 При вирішенні комплексу науково-технічних задач, що виникають при розгляді завдання на будівництво джерела теплоти для конкретної системи теплопостачання, однією з перших виникає задача вибору виду палива. Вид палива (в меншій мірі його сорт) визначає вигляд котельні в найширшому розумінні цього слова. 

 У структурі паливно-енергетичного балансу енергетики України більше половини (в одиницях маси умовного палива) спалюваного пального становить тверде паливо [3]. Тенденція зміни структури нині і у видимій перспективі є такою, що тверде паливо становитиме все зростаючу частку [4]. Відзначимо, що чим динамічнішою буде реалізація цієї лінії розвитку, тим ефективніше буде функціонувати енергетика та інші паливоспоживаючі галузі економіки, тим сприятливіше буде розвиватися економіка країни в цілому.

 Крім зазначеної зовнішньої тенденції змінення структури паливно-енергетичного балансу енергетики діє внутрішня тенденція. Вона полягає в тому, що всередині потоку твердого енергетичного палива буде зростати частка низькоякісних його сортів. Це високозольне, високосірчисте паливо, відсіви, продукти мокрого і сухого збагачення, шлам, хвости і т.п.

 Слід чітко розуміти, що енергетика в доцільно організованій державній економіці є споживачем найгіршого палива, яке неможливо використовувати в інших галузях.

 Відомі, традиційні котельно-топкові технології використання твердого палива дозволяють високоефективно спалювати тільки його сорти відносно високої якості, зокрема, при відносно низькій зольності. Причому, чим нижчою є одинична теплова потужність котла, тим необхідна якість палива повинна бути вище.

 Таким чином, обстановка створення і розвитку дрібних систем теплопостачання, їх районних опалювальних і відомчих промислово-опалювальних котелень кон'юнктурою орієнтована на використання твердого палива. Якість доступного твердого палива буде неухильно погіршуватися через зростання його ціни, а невеликі котельно-топкові системи не в змозі це паливо спалювати з належною технологічною (тобто, екологічною, економічною та загальнотехнічною) ефективністю [5]. Виникає замкнуте коло обставин, безвихідь.

 У реальних нинішніх умовах виходом з положення є застосування котельно-топкової технології низькотемпературного киплячого шару (КШ). Вона здатна створити основу розвитку котельно-топкових систем - цього єдиного в видимій і в далекій перспективі джерела теплоти для систем теплопостачання різної теплової потужності.

 У топці з КШ паливо спалюють у псевдозрідженому шарі частинок твердого інерту - хімічно інертної речовини, найчастіше золи спалюваного твердого палива. Псевдозрідження забезпечує висхідний повітряно-газовий потік, що пронизує шар. КШ частинок інерту при температурі 750-950^ОС є реактором, в якому йде високоінтенсивне горіння введеного у вигляді дробльонки твердого палива. При цьому вдається при відносно низькому коефіцієнті надлишку повітря (1,15-1,25) глибоко випалювати горючі в частинках палива, які перетворюються в частки золи, які поповнюють інерт.

 Котельно-топкова технологія низькотемпературного КШ відрізняється рядом особливих властивостей, серед яких відзначимо наступні чотири: 

• Речовина інерту містить усього 2-3% горючих. Це робить топку з КШ практично нечутливою до рівня зольності палива, що подається, дозволяє спалювати з високою ефективністю паливо зольністю 40-50-60% і більше. Тобто, дозволяє спалювати тверде паливо практично як завгодно низької якості.
• Низький рівень температури процесу горіння: 750-950^ОС обумовлює низьку концентрацію оксидів азоту в викиданих газоподібних продуктах горіння нижче гранично допустимої.
• При спалюванні сірчистого палива введення в топку твердої СаО- або MgO-вмісної присадки дозволяє зв'язати сірку в топковому процесі і забезпечити концентрацію оксидів сірки в викиді нижче гранично допустимої.
• Процес тепловіддачі від КШ до зануреної в нього поверхні нагріву є вельми інтенсивним (до 250-270 Вт/(м²•К) і вище), що робить компактними топкові поверхні нагрівання і котел в цілому.

 Викладене свідчить про високий рівень потенційної екологічної ефективності функціонування котлів з КШ. Це має важливе значення в нинішніх умовах боротьби за зниження шкідливого впливу виробництва на навколишнє природне середовище [6].

 Україна має в своєму розпорядженні обмежений, але вельми позитивний досвід промислового використання котлів з низькотемпературним бульбашковим КШ в шахтних котельнях. Ряд вітчизняних наукових організацій має значний досвід і науковий доробок у галузі дослідження технологічного процесу котлів з КШ і розробки цих агрегатів. Аналіз показує, що в котельнях систем теплопостачання конкурентів у технології КШ немає.

 Висновки

1. Обстановка в паливно-енергетичному комплексі України, зокрема в сфері теплопостачання, вимагає прийняття термінових, рішучих заходів, спрямованих на наближення можливостей функціонування систем теплопостачання до пропонованих до них зростаючих вимог.
2. Необхідним є забезпечення промислово-опалювальних котелень різного рівня теплової потужності котельно-топковими системами, розрахованими на високоефективне спалювання найбільш ймовірного палива - твердого низькоякісного.
3. Необхідно в терміновому порядку і в максимально короткі терміни організувати і провести комплекс науково-дослідних робіт, спрямованих на якнайшвидше освоєння технології низькотемпературного КС в котельно-топкових системах промислово-опалювальних котелень на твердому низькоякісному паливі.
4. Необхідно організувати конструкторсько-проектну розробку типоряду котельно-топкових систем, парових та водогрійних, розрахованих на спалювання твердого низькоякісного палива.
5. Доцільним є розпочати підготовку виробництва котлів з бульбашковим КШ.

Література

1. Елькін Ю.Г., Воінов О.П. Про підвищення енергоефективності міських систем теплопостачання / Зб. тез допов. III всеукр. наук.-практ. конф. «Проблеми та перспективи розвитку будівельного комплексу м.Одеси», Одеса, 17–18 грудня 2020р. – Одеса: ОДАБА, 2020. – С. 34.

2. Воинов А.П., Элькин Ю.Г. О повышении энергоэффективности городских отопительных систем / Матер. міжнар. наук. – практ. конф. «Енергоефективне місто. ХХІ століття», Одеса, 15–16 жовтня 2020 р. – Одеса: ОДАБА, 2020. – С. 91 – 96. 

3. Воинов А.П. О развитии структуры топливного баланса энергетики Украины / Матер. ІІ міжнар. наук.-техн. конф. "Актуальні проблеми енерго-ресурсозбереження та екології", Одеса 12-13 грудня 2018 р. – Одеса: ОДАБА, 2018.- С. 104 – 105.

4. Воинов А.П., Элькин Ю.Г., Чунеева Т.Д. Об использовании твердого топлива в энергетике Украины / Тези допов. 75–ї наук.-техн. конф. проф.-викл. складу ОДАБА, Одеса, 16–17 травня 2019 р. – Одеса: ОДАБА, 2019. – С. 229.

5 Елькін Ю.Г., Воінов О.П., Крюковська-Тележенко С.А. Про вплив енергетики на екологічну обстановку / Тези допов. 77–ї наук.-техн. конф. проф.-викл. складу ОДАБА, Одеса, 13–14 травня 2021р. – Одеса: ОДАБА, 2021. – С. 154.

6 Воинов А.П., Элькин Ю.Г. Об уменьшении загрязнения атмосферы отопительными котельными на твердом топливе / Вісник ОДАБА, 2018р., № 73. – С 143 – 149.