Вдосконалення технології спалювання водовугільного палива в теплогенераторах малої потужності

Смаглій, Андрій Олександрович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8209

Title:	Вдосконалення технології спалювання водовугільного палива в теплогенераторах малої потужності
Authors:	Плахотний, Олександр Петрович Смаглій, Андрій Олександрович
Keywords:	водовугільне паливо;теплогенератори
Issue Date:	30-Jan-2023
Abstract:	У першому розділі описано основні характеристики та технологія приготування суспензійного вугільного палива. Аналітичне дослідження процесів горіння суспензій, спалювання вугільних шламів і розгляд котлів малої потужності. У другому розділі описані фізико-хімічна модель ВВП, розрахунок та моделювання процесів горіння ВВП. У третьому розділі зроблено обґрунтування вибору конструктивних параметрів вихрової топки, їх характеристики, визначення вихідних даних для розрахунку, та розрахунок розмірів топкового простору. У четвертому розділі представлені розробка конструкції теплогенератора малої потужності вихровими топковими камерами з горизонтальною віссю вихору, для сушіння зерна. У п'ятому розділі розглянуто вимоги безпеки при експлуатації котлів, перед початком роботи, під час виконання роботи, по закінченню роботи та у випадку аварійних ситуацій.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8209
Appears in Collections:	144 Теплоенергетика (Теплоенергетика)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Смаглій.pdf Restricted Access		2.12 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

АНОТАЦІЯ

На магістерську роботу на тему: "Вдосконалення технології спалювання
водовугільного палива в теплогенераторах малої потужності”.
Виконавець: ст.гр.мТЕ-78 Смаглій Андрій Олександрович
Керівник: доктор техн. наук Плахотний Олександр Петрович
Захищено: "____"____________2022р.
107 сторінок.; 21 рисунок; 16 таблиць; 53 літературних джерел, 14 плакатів
формату А4.
У першому розділі описано основні характеристики та технологія
приготування суспензійного вугільного палива. Аналітичне дослідження
процесів горіння суспензій, спалювання вугільних шламів і розгляд котлів малої
потужності.
У другому розділі описані фізико-хімічна модель ВВП, розрахунок та
моделювання процесів горіння ВВП.
У третьому розділі зроблено обґрунтування вибору конструктивних
параметрів вихрової топки, їх характеристики, визначення вихідних даних для
розрахунку, та розрахунок розмірів топкового простору.
У четвертому розділі представлені розробка конструкції теплогенератора
малої потужності вихровими топковими камерами з горизонтальною віссю
вихору, для сушіння зерна.
У п'ятому розділі розглянуто вимоги безпеки при експлуатації котлів, перед
початком роботи, під час виконання роботи, по закінченню роботи та у випадку
аварійних ситуацій.
2

Зміст
ВСТУП ............................................................................................................... 5
РОЗДІЛ 1 СТАН ПИТАННЯ .......................................................................... 7
1.1 Суспензійне вугільне паливо з вугільних шламів - основні................... 8
характеристики та технологія приготування ................................................. 8
1.2 Огляд результатів аналітичних досліджень процесу горіння
водовугільних суспензій ................................................................................ 18
1.3 Аналіз технологій спалювання вугільних шламів і конструкцій котлів
малої потужності ............................................................................................. 34
1.4 Завдання дослідження ............................................................................ 486
РОЗДІЛ 2 ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЗМУ ГОРІННЯ ВОДОВУГІЛЬНИХ
СУСПЕНЗІЙ У ВИХРОВИХ АДІАБАТИЧНИХ ТОПКАХ
ТЕПЛОГЕНЕРАТОРІВ МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ ........................................ 49
2.1 Фізико-хімічна модель горіння ВВП .................................................... 500
2.2 Результати математичного модеювання процесів горіння ВВП ......... 59
2.3 Висновки .................................................................................................... 63
РОЗДІЛ 3 ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ КОНСТРУКТИВНИХ
ПАРАМЕТРІВ ВИХРОВОЇ ТОПКИ ............................................................. 65
3.1 Визначення вихідних даних для розрахунків ........................................ 66
3.2 Розрахунок розмірів топкового простору .............................................. 67
3.3. Висновки ................................................................................................... 73
РОЗДІЛ 4 РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЙ І СТВОРЕННЯ
ТЕПЛОГЕНЕРАТОРІВ МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ ...................................... 744

МР 03.144.22.ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Смаглій Літ. Арк. Акрушів

Перевір.
Плахотний
Зміст
Реценз.
Н. Контр. магістерської роботи ЧДТУ, мТЕ-78
3
Затверд. Калєйніков

4.1. Розробка та створення теплогенератора для сушіння зерна ............. 755
4.2 Висновки .................................................................................................. 811
РОЗДІЛ 5 ВИМОГИ БЕЗПЕКИ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ КОТЛІВ ........... 822
5.1. Загальні положення ............................................................................... 833
5.2. Вимоги безпеки перед початком роботи ............................................. 866
5.3. Вимоги безпеки під час виконання роботи ......................................... 911
5.4. Вимоги безпеки під час виконання ремонтних робіт ........................ 955
5.5. Вимоги безпеки в аварійних ситуаціях ............................................... 977
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ............................................................................ 1000
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................... 1011

Арк.
МР 03.144.22.ПЗ 4
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ВСТУП
Застосування екологічно чистих вугільних технологій є нині необхідною
умовою для успішного розвитку вугільної промисловості та відповідно,
вугільної тепло- і електроенергетики - як основних споживачів вугільної
продукції. Однією з таких технологій є приготування і використання
водовугільних суспензій, насамперед, водовугільного палива ( ВВП). Розвиток
вугільної промисловості, призвів до різкого збільшення виходу вугільних шламів
і дрібнодисперсних відходів вуглезбагачення (ДВВ) на збудованих
вуглезбагачувальних фабриках (ВФ), що були побудовані заново, і бурхливий
розвиток збагачення вугілля останніми роками. Високі значення вологості та
зольності цих матеріалів не дають змоги їх використовувати як товарний продукт
без додаткової обробки. У результаті вугільні підприємства зазначені матеріали
відправляють у звалище, що призводить не тільки до втрат видобутого вугілля, а
й до значного забруднення навколишнього середовища.
Найефективнішою технологією, що дає змогу розв'язати зазначену
проблему, є технологія приготування та спалювання ВВП, отриманого на основі
ДВВ. І якщо завдання технології приготування водовугільного палива з
необхідними структурно-реологічними і теплофізичними характеристиками на
сьогодні успішно вирішені як у науковому, так і в практичному плані, то питання
технології надійного спалювання отриманого водовугільного палива та,
насамперед, створення конструкцій теплогенераторів малої потужності
залишаються значною мірою не вирішеними. Останніми роками дослідження,
спрямовані на розв'язання цих завдань, проводили багато зарубіжних учених:
Kijo-Kleczkowska A., Liu M., Duan Y. та ін. Перспективним напрямком при
цьому є використання технології низкотемпературного вихрового спалювання
забаластованих палив. Водночас при використанні цієї технології для
спалювання ВВП є невирішені завдання, що стримують її практичне
застосування. Насамперед це: недостатність теоретичних даних щодо оцінки
впливу основних характеристик ВВП (виходу летких речовин, вологості,
зольності та, відповідно, нижчої теплоти згоряння палива) на процеси займання
5

й горіння, відсутність науково-обґрунтованих методичних рекомендацій щодо
вибору конструктивних параметрів вихрових адіабатичних топок (внутрішні
розміри та діаметр вихрового адіабатичного вікна) для надійного спалювання
палива залежно від теплової потужності теплогенераторів малої та середньої
потужності, зокрема за переведення палива на газ, що спалює баластовані
паливо.
Ця робота спрямована на вдосконалення технології спалювання
водовугільного палива, приготованого на основі ДВВ різної зольності та виходу
летких речовин, і створення конструкцій теплогенераторів малої потужності, що
працюють на цьому паливі.
Об'єкт дослідження - водовугільне паливо.
Предмет дослідження - технологія та обладнання для спалювання
водовугільного палива.
Метою роботи є розробка і створення теплогенераторів малої потужності,
що працюють на водовугільному паливі, приготованому на основі вугільних
шламів і тонкодисперсних відходів вуглезбагачення різних марок і зольності.
Розв'язувані завдання:
1. Виконати аналіз процесів займання і горіння водовугільного палива
у вихровій адіабатичній камері згоряння на основі термодинамічного і хімічного
підходів.
2. Виконати чисельне моделювання процесу спалювання
розпорошеного водовугільного палива в адіабатичній вихровій топці.
3 Визначити взаємозв'язок теплопродуктивності вихрової топки з її
розмірами та діаметром газовипускного вікна під час спалювання ВВП різної
якості.
4. Розробити методику розрахунку конструктивних параметрів вихрової
камери згорання для спалювання водовугільної суспензії.
5. Розробити проєкт конструкції теплогенератора малої потужності у
складі установки для сушіння зерна.
6

РОЗДІЛ 1
СТАН ПИТАННЯ

МР 03.144.22.ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Смаглій Літ. Арк. Акрушів
РОЗДІЛ 1 СТАН
Перевір. Плахотний
Реценз. ПИТАННЯ
Н. Контр. ЧДТУ, мТЕ-78 7
Затверд. К алєйніков
1.1 Суспензійне вугільне паливо з вугільних шламів - основні
характеристики та технологія приготування
Кам'яне вугілля є одним із головних і найдешевших енергоносіїв, які
використовують для спалювання в теплогенерувальних агрегатах різних галузей
промисловості та в житлово-комунальному господарстві країни. В останнє
десятиліття дедалі чіткіше простежується тенденція заміщення вуглеводневого
рідкого і газоподібного палив на кам'яне вугілля, що пов'язано з високою
дефіцитністю вуглеводневого палива і постійно зростаючими цінами на нього.
Збільшуються питома частка в паливному балансі та обсяги використання
вугілля в країні. Про це ж свідчать постійно зростаючі обсяги видобутку вугілля
загалом по країні.
Високі вимоги споживачів до якості вугілля сприяють розвитку
вуглезбагачення. Відмінними рисами нових фабрик є застосування замкненого
водошламового циклу і відсутність відділень термічного сушіння. Водночас під
час збагачення утворюється 0,5÷7% від обсягу переробленого вугілля
тонкодисперсних відходів із вологістю 20÷45% і зольністю від 18 до 60%. Нині
цей продукт не реалізується і скидається у відвали.
На окремих фабриках щорічно утворюється від 0,8 до 1,2 млн тонн таких
відходів. У результаті погіршується і без того несприятлива екологічна ситуація
в регіоні, а також безповоротно втрачаються мільйони тонн видобутого вугілля.
Утилізація вуглевмісних відходів відбувається, як правило,
найпримітивнішим чином. Води шахтного припливу, технологічні води
збагачувальних фабрик із дрібними вугільними частками скидають у поверхневі
відстійники, які періодично чистять механогідравлічним способом, а повторно
видобуті вугільні шлами скидають або у відпрацьовані виробки шахт, або в
найближчі яри і водойми. В окремих випадках проводиться зневоднення відходів
флотації та їх складування на вільних площах.
Зазначена проблема властива всім вугледобувним регіонам України.
Неодноразово в 70-х - 80-х роках минулого століття цю тему включали в
державні програми науково-дослідних і проектних інститутів. Однак сучасні
8

техніка і технологія збагачення шламів не дають змоги отримувати якісне
товарне вугілля за оптимальних витрат.
В останнє десятиліття за кордоном почало з'являтися обладнання, що дає
змогу більш ефективно збагачувати дрібнозернистий шлам (гвинтові сепаратори,
гідроциклони, пневматичні флотомашини та ін.), а також механічне
зневоднювальне обладнання, яке знижує вологість збагаченого шламу
(центрифуги з високим фактором поділу, фільтрпреси, фільтри під тиском). Як
приклад можна навести досвід вторинного збагачення вугільних шламів. Однак
при цьому вловлюються і збагачуються тільки великі частки шламів (20÷30%), а
інша частина знову направляється у відвали.
Найефективнішим напрямом утилізації відходів вуглезбагачення є їх
спалювання у вигляді водовугільних суспензій. У цьому разі забезпечується
використання всього видобутого вугілля за його прямим призначенням, а зола,
що утворюється під час спалювання, є хорошим будівельним матеріалом. У
результаті з'являється можливість істотно скоротити обсяги площ, зайнятих
гідровідвалами та відстійниками, і рекультивувати порушені землі.
У більшості європейських країн також реалізуються програми з переведення
енергетики на використання альтернативних видів палив. Найактуальнішим у
даному аспекті є використання відходів вуглезбагачення, як основного виду
серед відновлюваних енергетичних джерел.
Одним із найважливіших завдань розвитку енергетики України також є
часткова заміна викопного палива на вуглевідходи. У більшості європейських
країн також реалізуються програми з переведення енергетики на використання
альтернативних видів палив. Найактуальнішим у даному аспекті вбачається
використання відходів вуглезбагачення, як основного виду серед поновлюваних
енергетичних джерел.
За кордоном (Франція, США, Китай тощо) утилізацію відходів
вуглезбагачення здійснюють шляхом приготування і спалювання
грубодисперсних водовугільних суспензій у котлах з киплячим шаром і
пиловугільних котлах. При цьому водовугільні суспензії використовуються як
додаткове паливо.
9

Державною програмою Уряду Китаю було реалізовано поетапне
переведення підприємств з нафтогазового палива на водовугільне. Це дало змогу
скоротити імпорт нафти більш ніж на 70 млн. т, а мазуту - на 20 млн. тон на рік,
що зменшило залежність паливно-енергетичного комплексу країни від
зовнішнього ринку. Для технічного керівництва з впровадження водовугільного
палива в КНР створено Державний центр водовугільних суспензій вугільної
промисловості. Останніми роками в Китаї таких суспензій виробляють і
споживають понад 20 млн т на рік. Паливоприготування ведеться на кількох
десятках заводів потужністю до 600 тис. т на рік. Споживачами стали ТЕЦ, які
раніше працювали на мазуті. Використовуються водовугільні суспензії також
підприємствами хімічної, металургійної, целюлозно-паперової та інших галузей
промисловості.
У світовій практиці питання про використання водовугільного палива не
втратило своєї актуальності. З офіційної преси відомо: роботи з його
вдосконалення та впровадження не припиняються в Японії, Італії, США, Канаді
та інших країнах. У США реалізується програма використання вугілля в
промисловій і побутовій енергетиці на найближчі 6-10 років із загальним
обсягом фінансування 6 млрд. доларів. Близько 20 % цієї суми передбачається
спрямувати на вирішення проблем, пов'язаних зі створенням, транспортуванням
і використанням водовугільного палива. За даними американських джерел, його
широке впровадження стримується відносно високою вартістю вуглезбагачення
і протидією прокладанню магістральних вуглепроводів з боку залізничних
компаній і Конгресу США. При зростанні ціни на нафту, знятті обмежень на
будівництво вуглепроводів прогнозується початок інтенсивного застосування
водовугільного палива в різних галузях промисловості.
Нині в галузі утилізації вуглевмісних відходів намітилися такі тенденції
розвитку технології:
- приготування суспензійного вугільного палива на основі тонкодисперсних
відходів вуглезбагачення і його утилізації шляхом спалювання в котлах великої
потужності як додаткового палива;
10

- приготування композиційних суспензій, де замість вугільної сировини (або
разом з нею) використовуються інші складові, наприклад нафтопродукти або
гідрофуз. Такі суспензії мають вищу теплоту згоряння порівняно з вугільними
суспензіями, нижчу температуру займання і, як наслідок, більш стійкий режим
горіння. Однак собівартість таких палив через високу вартість складових істотно
вища за вугільні суспензії, відповідно вищими є й терміни окупності таких
установок;
- застосування при спалюванні палив у котлах з киплячим або
циркуляційним шарами, а також - вихровими топками.
Докладний аналіз технологій спалювання відходів вуглезбагачення і
відповідних котельних агрегатів подано в розділі 1.3.
Особливістю сучасних збагачувальних фабрик є повний замкнутий
водношламовий цикл без зовнішніх гідровідвалів і відстійників, а також
відсутність відділень термічного сушіння продуктів збагачення.
Шламові води, що утворюються в процесі збагачення, збираються в
радіальному згущувачі. Згущений продукт радіального згущувача надходить для
зневоднення на стрічковий фільтр-прес. Призначення фільтр-преса -
зневоднення тонких шламів.
Разом зі встановленням фільтр-пресів на фабриках з'явився побічний
продукт збагачення - фільтр-кек. Високі значення вологості й зольності та мала
крупність частинок фільтр-кека змушують виробників відносити його до ТПСВП
і як відхід направляти у відвали разом із породою.
Тим часом кількість тонкодисперсних відходів, що утворюються на
вуглевидобувних і вуглезбагачувальних підприємствах, є такою, що енергії, яка
в них міститься, вистачає для 20 і більше кратного задоволення власних потреб
підприємства в теплі.
Принципову схему установки фільтр-пресів на збагачувальних фабриках
(установках) представлено на рисунку 1.1.
У таблиці 1.1 подано характеристику фільтр-кеків збагачувальних фабрик.
Найприйнятнішою з технологічним, економічним та екологічним підходами
для використання ТПСВП є технологія приготування і спалювання
11

водовугільного палива. Останніми роками ця технологія була пристосована для
утилізації тонкодисперсних вугільних шламів. Основними особливостями
характеристик вихідної сировини для приготування водовугільного палива з
вугільного шламу є (таблиця 1.1): максимальна крупність частинок шламу
становить 1(3) мм, підвищена зольність (до 43-47% для шламу), і, відповідно,
нижча теплота згоряння робочого палива (11,5МДж/кг). Зазначені параметри, а
також те, що в шламах присутні флокулянти і коагулянти різної природи (до 400
г/т), вимагають розроблення відповідних технологічних і технічних рішень щодо
приготування і спалювання палива при його отриманні на основі ТПСВП.

Рисунок 1.1 - Принципова схема установки фільтр-преса на ОФ.

12

Таблиця 1.1 - Характеристика відходів збагачувальних фабрик.
№ Найменування ОФ Продукти Волога, Зольність,% Нижча Вихід,
зневоднення % т/рік
теплота
згоряння,
ккал/кг
(середн.пок.)
1 2 3 4 5 6 7
1 ГЗФ «Україна» Тонкі 22 ‚ 30 18 ‚ 25 4000 22500
шлами
марки Г,
Ж і
ГЖ
2 ГЗФ «Київська» Тонкі 40 ‚ 44 25 ‚ 35 3300 23500
шлами
марки
ГЖ
3 ГЗФ Тонкі до 45 13 ‚ 25 3100 15000
«Ровеньківська» шлами
марки Г і
ГЖ
4 ГЗФ Тонкі 35 39 ‚ 52 2700 32000
«Самсонівська» шлами
марки К
5 ГЗФ Тонкі 30 ‚ 38 7,3 4100 51000
«Суходільська» шлами
марки
СС
6 ГЗФ Тонкі 35 ‚ 38 20 ‚ 25 3800 600000
«Центроспілка» шлами
марки А,
Т
7 ГЗФ Тонкі 40 ‚ 45 22 ‚ 23 3400 13000
«Чумаківська» шлами
марки
КС

13

Продовження таблиці 1.1 - Характеристика відходів збагачувальних фабрик.
№ Найменування ОФ Продукти Волога, Зольність,% Нижча Вихід,
зневоднення % т/рік
теплота
згоряння,
ккал/кг
(середн.пок.)
1 2 3 4 5 6 7
8 ГЗФ «Янівська» Відходи до 45 22 ‚ 35 3300 12000
флотації
і тонкі
шлами
марки К,
КО
9 ГЗФ Тонкі до 40 23 ‚ 30 3300 12000
«Сердитянська» шлами
марки Г
10 ГЗФ Тонкі до 30 20 ‚ 23 4100 795
«Постниківська» шлами 000
марки
СС,КС,
КО

Нині розроблено технологічну схему приготування ВВП на основі ТПСВП,
використання двошнекового змішувача як основного технологічного
обладнання;
Оскільки основним вихідним матеріалом для приготування вугільного
палива є фільтр-кек вуглезбагачувальних фабрик, крупність частинок вугільного
палива, зокрема гранулометричний склад, визначають аналогічними
показниками для частинок фільтр-кека. Як правило, крупність частинок фільтр-
кека більшості вуглезбагачувальних фабрик не перевищує 500 мкм. Для
спрощення технологічної схеми приготування вугільного палива і зниження
енергоємності процесу в технології одержання ВВП, як правило, не
передбачають процесу доподрібнення частинок твердої фази.
Таким чином, у першому варіанті фактично унеможливлюється управління
гранулометричним складом частинок ВВП.
14

Опис технологічної схеми приготування ВВП на основі ТПСВП ( рисунок
1.2).
Тонкодисперсні відходи автотранспортом доставляються на закритий склад
технологічного комплексу. Ємність складу забезпечує 3-х добовий запас
вихідного матеріалу. Склад розташовується в безпосередній близькості від
технологічного обладнання ділянки приготування ВВП.
Зі складу тонкодисперсні відходи навантажувачем подаються в приймальну
воронку стрічкового конвеєра, який направляє їх у двошнековий змішувач.
Одночасно з відходами в змішувач подається дозовано з видаткової ємності
насосом-дозатором водний розчин реагенту.
Водний розчин реагенту готується в установці приготування, що
складається з металевої ємності з мішалкою і відцентрового насоса.
Реагент дозовано завантажується в ємність і після перемішування з водою
насосом подається у видаткову ємність.

Рис. 1.2 – Технологічна схема приготування ВВП
15

Після перемішування в змішувачі тонкодисперсних відходів з водним
розчином реагенту вугільна суспензія самопливом надходить на фільтр грубого
очищення для видалення сторонніх домішок і великих часток. Після фільтрації
підрешітний продукт самопливом надходить у зумпф і потім насосом-
активатором прямує в акумулюючу ємність, водночас здійснюється процес
гомогенізації, що дає змогу знизити в'язкість палива.
Готове ВВП акумулюється у вертикальних металевих резервуарах із нижнім
випуском. Кількість і об'єм резервуарів забезпечує добову потребу котельної
установки.
Наразі технологічні прийоми приготування і спалювання ВВП
реалізовано не тільки в лабораторних умовах, а й у напівпромислових
масштабах на котельнях.
За другим варіантом ТПСВП завантажуються в змішувач, куди
одночасно з ним дозовано подається водний розчин
реагентупластифікатора. Після змішування в змішувачі отриману
водовугільну суспензію розвантажують у приймальну ємність, звідки
насосом дозовано подають у вібромлин на дозмелювання і додаткове
перемішування.
Основними характеристиками суспензійного вугільного палива є:
- крупність частинок, у тому числі гранулометричний склад;
- зольність;
- масова частка твердої фази;
- реологічні характеристики, зокрема ефективна в'язкість, початкова
напруга зсуву;
- статична і динамічна стабільність при зберіганні та транспортуванні;
- нижча теплота згоряння.
16

Ці параметри визначають реологічні властивості та стабільність ВВП як
рідкого палива під час транспортування, зберігання і розпилення в камері
спалювання. Вони ж визначають умови спалювання або газифікації ВВП,
енергетичні та екологічні показники використання ВВП в енергетиці. Для
отримання ВВП з оптимальними характеристиками необхідне
технікоекономічне дослідження з урахуванням енергетичних та екологічних
чинників.
Таблиця 1.2 - Усереднена характеристика фільтр-кека і ВВП, приготованого за
різними схемами
№ Найменування Од-ца Значення
параметра вим.
п/п Схема №1 Схема №2
ТПСВП ВВП ТПСВП ВВП
1 Марка вугілля мм Г Г Т Т
2 Крупність частинок мм 0 - 0,5 0 - 0,5 0-0,6 0-0,250
3 Вологість % 33 42 29,4 40
4 Зольність % 25 - 28 25 - 21,3 21,3
28
5 Нижча теплота 3600- 3100 4375 3631
згоряння 3800 – (18,3) (15,2)
ккал/кг
(15,1- 3300
(МДж/кг)
16,0) (13–
14)
6 Ефективна мПа с - не - менше
в'язкість при швидкості бльше 500
зсуву 81 с -1 800
7 Витрата % від - 0,5 - 0,3
реагентупластифікатора
сухої
маси
ТПСВП

17

1.2 Огляд результатів аналітичних досліджень процесу горіння
водовугільних суспензій

Водовугільні суспензії (суспензійне вугільне паливо) містять від 28 до 50 %
води і являють собою рівномірну суміш дуже дрібних частинок вугілля і води.
Для зниження в'язкості водовугільних суспензій і надання їм стабільності в них
вводять невелику кількість реагентапластифікатора. У результаті утворюється
штучна дисперсна система, що являє собою новий вид енергетичного палива,
одержуваного з вугілля, - композиційне водовугільне паливо (КВВП).
Великий внесок у дослідження процесу горіння водовугільних суспензій і в
розвиток теорії горіння ВВП внесли фундаментальні роботи Г.М. Делягіна та
його учнів.
Горіння потоку крапель розпорошеної водовугільної суспензії є складним
фізико-хімічним процесом, що протікає, особливо на початковій стадії, в умовах
різкої неізотермічності середовища.
Основні відмінності процесу займання і горіння краплі водовугільної
суспензії від горіння пилоподібного твердого і розпорошеного рідкого палива
було виявлено під час дослідних досліджень зі спалювання водовугільних
суспензій, проведених Г.М. Делягіним, які полягають у такому:
- низькотемпературна активація реакційної поверхні палива на стадії
займання;
- зростання питомої реакційної поверхні в основній зоні процесу горіння;
- інтенсифікація процесу горіння за рахунок реакції вуглецю палива з
водяною парою, що протікає паралельно основній реакції горіння.
Для розуміння механізму горіння ВВП необхідно враховувати, що
спалювання водовугільних суспензій у топковому об'ємі відбувається шляхом
їхнього розпилення в потоці повітря. При цьому утворюються краплі суспензії
розміром від 0,05∙10-3 м до 0,2÷0,3∙10-3 м. Кількість частинок вугілля в краплі
становить кілька тисяч розміром від 0 до 0,2∙10-3 м. Кількість частинок вугілля
розміром від 0,1∙10-3 м до 0,2∙10-3 м у масі суспензії не перевищує 1÷2 %. У
кожній краплі суспензії зберігається первісний її склад. Причина збереження під
18

час розпилення всіх вихідних характеристик водовугільних суспензій полягає в
тому, що в цих сумішах, які являють собою структуровані системи дуже дрібних
частинок вугілля та води, зовнішні та внутрішні сили зчеплення набагато
перевершують інерційні сили, що додатково виникають під час розпилення
внаслідок різниці густини води та вугілля. Вони зберігають свою структуру в
розпорошеному стані, коли це паливо впорскується через форсунку в топковий
об'єм камери згоряння. Під час розпилення суспензій навіть при застосуванні
ротаційних форсунок сепарації твердих частинок і води не відбувається.
Як показали лабораторні дослідження, проведені Г.М. Делягіним, горіння
краплі водовугільної суспензії протікає одночасно з випаровуванням вологи з її
внутрішньої частини, причому випаровування вологи не уповільнює процесу
горіння вуглецю. Струмені пари, що вириваються з внутрішньої частини краплі,
активізують горіння на поверхні краплі. У результаті одночасного перебігу цих
двох процесів крапля суспензії перетворюється на пористе тіло, що забезпечує
інтенсивний контакт із киснем і швидке повне догоряння вуглецю.
Аналіз результатів дослідження процесу горіння водовугільних суспензій із
вугілля марки Т показує, що реакція горіння розвивається одночасно з
випаровуванням вологи палива. Процес випаровування вологи не тільки не
знижує швидкості реакції горіння, але, навпаки, збільшуючи поверхню реакції,
прискорює процес горіння. Там же показано, що найсуттєвішими факторами, які
визначають необхідні початкові умови процесу, є ступінь подрібнення суспензії
(величина крапель), якість перемішування палива з повітрям і тепловий рівень у
початковій зоні горіння.
У роботі наведено результати дослідження зі спалювання водовугільної
суспензії з вугілля марки Г, які свідчать, що головною особливістю вигоряння
краплі водовугільної суспензії є те, що в процесі горіння вона не розпадається на
початкові тверді частинки, а зберігає свою структуру до повного вигоряння
вуглецю палива. За цих умов вода, укладена в краплі суспензії, на стадії займання
і в початковий період горіння активізує вуглецеву поверхню частинок, а потім
активно реагує з вуглецем палива, збільшуючи швидкість вигоряння вуглецю.
19

Дослідження умов, за яких спільно протікають процеси випаровування води
і вигоряння краплі водовугільної суспензії, представлені в роботі, показали, що
в загальному випадку під час випаровування вологи з краплі палива можна
виділити два етапи. На першому етапі випаровування вологи протікає за змінної
температури поверхні, причому температура поверхні нижча за температуру
займання палива. На другому етапі крапля запалюється, і температуру можна
вважати постійною. Під час досліджень було встановлено, що час повного
випаровування найдрібніших крапель суспензії (порівнянних із розміром
твердих частинок, укладених у них) визначається першою стадією
випаровування, під час якої безперервно зростає температура поверхні. Для
крапель палива діаметром 0,2÷0,4∙10-3 м випаровування проходить через дві
стадії, причому друга стадія, що протікає при одночасному вигорянні палива з
поверхні краплі, є за часом визначальною.
Випаровування вологи з краплі здебільшого протікає паралельно з горінням
вуглецю палива, тому всі тверді частинки, ув'язнені в краплі, проходять через її
розпечену поверхню, де вуглецеві частинки вигорають, а мінеральна частина
спікається, утворюючи міцний пористий агломерат. Оскільки під час вигоряння
краплі з поверхні зона випаровування води поширюється на внутрішні шари
краплі, там розвивається підвищений тиск, унаслідок чого розмір краплі
збільшується. До кінця випаровування вологи в краплі суспензії з вугілля марки
Г вигорає близько 50% вугілля. При цьому крапля збільшується в 3 рази, і її
середня пористість (у перерахунку на беззольне паливо) становить близько 98%.
У міру вигоряння палива через обертання краплі під час руху в потоці
повітря тверді частинки відкидаються до зовнішньої поверхні краплі, внаслідок
чого всередині краплі утворюється порожнистий простір. При цьому товщина
стінки агломерату залежить від зольності вихідного палива і може досягти
розміру вихідних зольних частинок (dст* 90 мк).
Висока пористість агломерату за значних його розмірів забезпечує високу
повноту вигоряння вуглецю. Під час спалювання водовугільної суспензії з
вугілля марки Г величина механічного та хімічного недопалу на експлуатаційних
режимах не перевищувала 0,5÷1,0%.
20

Проведене авторами роботи дослідження зольних частинок, що
утворюються під час спалювання сухого пилу і водовугільної суспензії з одного
й того самого вугілля, показало, що під час спалювання суспензії, у зв'язку з
утворенням агломератів, різко знижується кількість зольних частинок і
збільшуються їхні розміри (з 0,01÷0,05∙10-3 м до 0,5÷1,5 ∙10-3 м), а також
змінюється структура поверхні.
У роботі зазначено, що відмінною особливістю процесу є паралельне
протікання випаровування вологи, що знаходиться в краплі розпорошеної
водовугільної суспензії, і вигоряння твердого палива в результаті хімічної реакції
його з киснем повітря і водяною парою. При цьому важлива роль води,
адсорбованої на поверхні частинок водовугільної суспензії. Під час нагрівання
така волога сприяє більш ранній десорбції різних газів, зокрема двоокису
вуглецю, азоту і деяких інших, і активації, у зв'язку з цим, поверхні частинок
перед їхнім займанням.
Таким чином, вода є не тільки проміжним окислювачем вуглецю (у вигляді
водяної пари), а й каталізатором, що активізує вуглецеву поверхню, зменшує
енергію активації реакції вуглецю з киснем повітря і знижує температуру
займання цього палива порівняно з температурою займання сухого вугілля.
Ця властивість води, ув'язненої в краплі розпорошеної водовугільної
суспензії, призводить до практичного зникнення у факелі зони підготовки
палива. Паралельне протікання процесу випаровування вологи палива і процесу
вигоряння вуглецю призводить до певної міри до уніфікації всього кам'яного
вугілля, оскільки вихід летких уже не визначає реакційної здатності цього палива
і мало впливає на температуру займання вугілля.
Експериментальні дослідження, опубліковані в роботі, показали, що
температура займання краплі водовугільної суспензії для вугілля із вмістом
летких Vг = 3' 43% лежить у межах 490÷440° С, тоді як температура займання
повітряно-сухого вугілля з тим самим вмістом летких лежить у межах 950÷500°
С. Експериментальні дослідження закономірностей вигоряння розпорошеної
водовугільної суспензії показали, що таке паливо за вологості до 60÷65%
21

запалюється безпосередньо біля пристрою для розпилення, утворює
високонапружений, щільний, світловий факел, що світиться і характеризується
високими швидкостями вигоряння палива.
Вчені провели моделювання процесу спалювання крапель водовугільної
суспензії діаметром 0,2 ÷ 0,3 ∙ 10-3 м, в якому за основу прийнято механізм
горіння, запропонований Г. М. Делягіним, що полягає в наступному.
Розпорошені краплі водовугільної суспензії в потоці повітря, потрапляючи
у високотемпературне окислювальне середовище, спочатку підсихають з
поверхні (стадія поверхневого випаровування вологи), потім зона випаровування
вологи проходить усередину крапель, утворюючи на поверхні високопористий
міцний конгломерат часток вугілля з високим термічним опором. Це призводить
до того, що вже в початковий період випаровування вологи в масі краплі
суспензії в зоні випаровування відбуваються процеси на поверхні вугільних
частинок, що знижують енергію активації їхньої реакції з киснем. Задовго до
завершення випаровування вологи температура утвореного на поверхні краплі
агломерату вугільних частинок досягає температури займання, що призводить до
займання вугільних частинок в агломераті.
Волога суспензії з центральних районів краплі, дифундуючи до поверхні,
переносить частинки вугілля до її периферії так, що до кінця процесу
випаровування замість крапель утворюється ксеносфера (порожниста сфера),
процес горіння якої завершується утворенням аналогічної ксеносфери, але такої,
що складається тільки з частинок золи вугільної суспензії. Волога палива,
проходячи крізь зону горіння, бере активну участь у реакції з вуглецем: C + H2O
→ СО + Н2, а продукти реакції, які утворюються, у присутності водяної пари
повністю догоряють навколо поверхні утвореного агломерату краплі.
22

Крапля водовугільної суспензії, що містить велику кількість дрібних частинок
твердого палива, потрапивши у високотемпературне окислювальне
середовище, миттєво підсихає з поверхні, внаслідок чого всередині краплі
утворюються такі характерні зони (рисунок 1.4).
Рисунок 1.4 - Схема вигоряння краплі водовугільної суспензії за зонами.
1 - зона вихідного палива (суспензії), температура якої дорівнює
температурі кипіння води або нижча.
2 - зона випаровування вологи палива, ширина якої визначається
ізотермічними поверхнями початку і кінця кипіння води. Процеси, що
протікають у цій зоні, супроводжуються виділенням раніше сорбованих
вугільною поверхнею газоподібних продуктів окислення вугілля (СО2 та ін.) і
оголенням вугільної поверхні.
3 - зона перегріву водяної пари, термічного розкладання вугілля і початку
інтенсивної реакції вуглецю з водяною парою.
4 - зона поверхневого горіння вугілля і розкладання водяної пари.
5 - зона об'ємного догорання продуктів проміжних реакцій.
О2 - поле концентрації кисню,
Т - поле температур,
Н2Ор. - поле розподілу вологи,
23

Н2О - поле концентрацій перегрітої пари за радіусом агломерату краплі.
Цей механізм вигоряння розпорошеної водовугільної суспензії
підтверджено лабораторними дослідженнями, проведеними в Інституті горючих
копалин зі спалювання водовугільних суспензій. Стендові експерименти дали
змогу детально дослідити закономірності вигоряння суспензії та вплив на
повноту вигоряння палива: температури повітря, коефіцієнта надлишку повітря,
вологості, крупності та зольності водовугільної суспензії, умов уведення палива
та повітря, а також низки інших параметрів.
У роботі представлені результати експериментальних досліджень динаміки
горіння крапель водовугільної суспензії з діаметром крапель від 0,4 до 2∙10-3 м.
Під час випаровування води та виходу летких у краплях суспензії діаметром 0,4-
2∙10-3 м сильно розвивається внутрішньооб'ємна поверхня, унаслідок чого
відбувається внутрішньопорове окиснення палива з вибуховим виділенням і
горінням летких, після чого відбувається догоряння коксового залишку. Під час
дослідження було встановлено, що час горіння коксового залишку великий
порівняно з іншими фазами процесу. Порівняння швидкості горіння
водовугільної суспензії з попередньо підсушеними краплями водовугільної
суспензії показало, що за однієї й тієї самої температури коксового залишку
масова швидкість горіння краплі вища, ніж попередньо висушеної суспензії, що
пов'язано як із частковою взаємодією вуглецю (разом із киснем) із парами води
(парокиснева газифікація), так і з розвитком окислювальної поверхні внаслідок
мікровибухового характеру горіння через інтенсивне випаровування води.
Експерименти з вивчення процесу горіння великих крапель водовугільного
палива, описані в роботі, показали, що режим горіння крапель діаметром
30÷36∙10-3 м змінюватиметься залежно від температури середовища. З одного
боку, прискорення підсушування поверхні призводить до утворення скоринки,
що перешкоджає руйнуванню краплі, а з іншого - надмірна інтенсифікація
процесу випаровування підвищує ймовірність розриву краплі за рахунок
збільшення тиску всередині неї. За вологості 50% суміш має знижену в'язкість і
за відносно невисоких температур киплячого шару крапля дробиться на дрібні
уламки, оскільки сушіння поверхні уповільнене. Зі збільшенням температури
24

киплячого шару до 900 °С скоринка на поверхні краплі утворюється швидше,
при цьому спостерігається зростання розмірів шматків, що залишаються. При
подальшому підвищенні температури процес сушіння надмірно
інтенсифікується, і водяна пара розриває краплю.

Таким чином, процес горіння розпиленого водовугільного палива
поділяється на неізотермічну (нерівноважну) та ізотермічну (квазірівноважну)
стадії. На першій стадії відбувається випаровування води з краплі та утворення
капілярно-пористого агломерату. На цій же стадії починаються реакції на
поверхні частинки за активної участі водяної пари: газифікація одночасно з
вигорянням летких, що виділилися. Ця стадія закінчується, коли температура
поверхні частинки (або агломерату) стає близькою до температури газового
потоку, що несе, і далі змінюється разом із нею. Паралельне протікання процесу
випаровування вологи палива і процесу вигоряння вуглецю призводить до певної
міри до уніфікації всього кам'яного вугілля, оскільки вихід летких уже не
визначає реакційну здатність цього палива і мало впливає на температуру
займання вугілля.
Механізм реагування вуглецю з киснем представлений таким чином. З
газового об'єму кисень адсорбується на поверхні вуглецю. На ній атоми кисню
вступають у хімічну сполуку з вуглецем, утворюючи складні вуглецево-кисневі
комплекси СхОу. Останні розпадаються з утворенням СО2 і СО, швидкість
розпаду сильно збільшується зі зростанням температури. Вуглекислота, що
утворюється, може реагувати з твердою фазою, утворюючи СО, а окис вуглецю,
одержуваний як у первинному, так і у вторинному процесах реагування, вступає
в хімічну сполуку з киснем у газовій фазі. Відповідно до цього основні реакції
представляються так:
2С + О2 = 2СО (1.1)
С + О2 = СО2 (1.2)
СО2 + С= 2СО (1.3)
2СО + О2 =2СО2 (1.4)
25

Реагування протікає на поверхні частинки палива сферичної форми;
частинка рухається з однаковою швидкістю разом із газовим середовищем;
горіння летких, що виділяються, і догоряння продуктів неповного згоряння
відбувається в об'ємі газового середовища. Конвективне перенесення тепла із
системи і променистий теплообмін відсутні; теплообмін частинок, що реагують,
із газовим середовищем відбувається шляхом конвекції.
У початковий момент часу газове середовище має температуру, що значно
перевищує температуру частинки. Частинка палива сприймає тепло газового
середовища конвекцією і нагрівається. При цьому з неї виганяються леткі
речовини. Летючі, що виділяються, можуть реагувати в газовій фазі, а тверда
коксова маса - в гетерогенному режимі. Здебільшого для реальних паливних
частинок прогрівання і горіння летких - досить швидкі процеси і становлять за
часом не більше 10% порівняно з часом горіння коксового залишку, що дає змогу
знехтувати ними в розрахунках часу горіння твердих частинок палива.
Відповідно до розглянутого механізму горіння на основі рівнянь теплового
та матеріального балансу отримали таку математичну модель.
Моделювання прогрівання частинки твердого палива
Кінетику прогрівання частинки можна описати балансовим рівнянням:
(1.5)
де mк - маса частинки, кг; S = pd2 - площа частинки, м2; ск - коефіцієнт
теплоємності частинки, кДж/(кг К);
ак - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2 К); Тк, Тg - температура частинки і
газу, К; t - час, с.
Для сферичних однорідних частинок, увівши критерій Нуссельта
Nu=акd/l g, отримаємо:

(1.6)
26

де гк - густина частинки, кг/м3;
lg - коефіцієнт теплопровідності газу, кДж/(кг К).
Інтегрування рівняння (1.6) і перетворення з урахуванням критеріїв Біо та
Фур'є дають змогу визначати поточну температуру частинки:

(1.7)
де Bi =aкd/2l к – критерій Біо;
Fo =4l 2
gt/скrкd – критерій Фур'є.
Тоді повний час прогріву можна описати співвідношенням:

(1.8)

где Qмах= mк ск (Тg-Тк0) – максимальна кількість тепла, що може бути
поглинена частинкою (за нескінченний час);
Q- кількість тепла, яке поглинає частинка до моменту часу t.
Моделювання горіння частинки твердого палива
В основу розрахунку горіння коксового залишку частинки твердого палива
покладено рівняння балансу маси, записане у вигляді швидкості зменшення
діаметра сферичної частинки:
(1.9)
где m= 0,012 - молекулярна маса вуглецю, кг/моль; G - швидкість
вигоряння вуглецю, моль/м2 с.
Час горіння частинки від початкового розміру d0 до поточного розміру d
знайдемо, проінтегрувавши рівняння (1.9):
27

(1.10)

Швидкість вигоряння вуглецю визначимо за таким співвідношенням:
(1.11)

де C - концентрація; k - сумарна константа швидкості реакції, що враховує
кінетику реакції (k/) та інтенсивність масообміну газового середовища з
1 1 1
поверхнею частинки (β) = + ;
��/ �� ��
Е - енергія активації, КДж/моль.
Для дрібних частинок коефіцієнт масообміну визначається з критерію
Шмідта.
(1.12)
де D - коефіцієнт дифузії.
Повний час горіння виразимо із (1.10) з урахуванням (1.11):
(1.13)

c - стехіометричний фактор, що враховує співвідношення оксидів вуглецю
біля поверхні частинки і догоряння СО в прикордонному об'ємі газу;
С0 - концентрація кисню в газовому середовищі.
Після інтегрування та перетворення з урахуванням рівняння (1.12)
отримали:
28

(1.14)
Для зольного вугілля, коли у вуглеці міститься А % золи, вираз (1.14)
набуває вигляду:
(1.15)
Розрахунок часу згоряння частинок вугілля проводили для частинок
діаметром від 0,1∙10-3 м до ∙10-3 м і за температури середовища від 1200 С до 1400
С. Результати розрахунку часу згоряння частинок вугілля залежно від
температури середовища та розміру частинок наведено в таблиці 1.3 і на рисунку
1.5.
Аналіз результатів показує, що збільшення температури газу з 1200 С до
1400 С призводить до значного скорочення часу згоряння, так час горіння
великих частинок діаметром 2 10-3 м залежно від температури змінюється від 6,4
до 1,05 с. Разом з тим, горіння дрібних частинок діаметром до 0,5 10-3 м у
розглянутому діапазоні температури не перевищує 1,5 с. Отримані результати
дають змогу формувати вимоги до температури середовища і часу перебування
частинок у топці для повного спалювання палива.

29

Таблиця 1.3 - Розрахунковий час згоряння частинок вугілля
d, Температура середовища, С
мм 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,1 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31
0,2 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61
0,3 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92
0,4 1,23 1,23 1,23 1,23 1,23 1,23 1,23 1,23 1,23
0,5 1,55 1,55 1,55 1,55 1,55 1,55 1,55 1,55 1,55
0,6 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86
0,7 2,17 2,17 2,17 2,17 2,17 2,17 2,17 2,17 2,17
0,8 2,49 2,49 2,49 2,49 2,49 2,49 2,49 2,49 2,49
0,9 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81
1,0 3,13 3,13 3,13 3,13 3,13 3,13 3,13 3,13 3,13
1,1 3,45 3,45 3,45 3,45 3,45 3,45 3,45 3,45 3,45
1,2 3,77 3,77 3,77 3,77 3,77 3,77 3,77 3,77 3,77
1,3 4,09 4,09 4,09 4,09 4,09 4,09 4,09 4,09 4,09
1,4 4,42 4,42 4,42 4,42 4,42 4,42 4,42 4,42 4,42
1,5 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75
1,6 5,07 5,07 5,07 5,07 5,07 5,07 5,07 5,07 5,07
1,7 5,40 5,40 5,40 5,40 5,40 5,40 5,40 5,40 5,40
1,8 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73
1,9 6,07 6,07 6,07 6,07 6,07 6,07 6,07 6,07 6,07
2,0 6,40 6,40 6,40 6,40 6,40 6,40 6,40 6,40 6,40
30

Рисунок 1.5 - Залежність часу згоряння частинок вугілля від температури
середовища та розміру частинок
Однак зазначені закономірності не підтверджуються результатами
експериментальних і дослідно-промислових робіт зі спалювання суспензійних
вугільних палив, приготованих на основі високозольних вугільних шламів.
У зв'язку з цим останніми роками В. І. Мурко та його учнями розроблено
нову модель розпилення і спалювання суспензійних вугільних палив. Згідно з
даною моделлю розпилення водовугільного палива стисненим повітрям або
водяною парою здійснюється таким чином. Після змішування ВВП і
розпилювального агента у форсунці подальше дроблення струменя ВВП
відбувається під час його виходу за рахунок його кінетичної енергії та опору
навколишнього середовища.
Під час розпилення ВВП утворюються як суто вугільні частинки
("краплинки-частинки" більші за 0,80 ÷ 1∙10-3 м), з яких завдяки силам
гідродинамічного тертя зривається рідка плівка з найтоншими частками, так і
водовугільні краплі, які складаються з тонких часток вугілля і рідкої фази.
31

Механізм розпилення при цьому здійснюється таким чином. Краплі, що
рухаються, піддаються впливу сил тертя довкілля (yrVr2 ), які прагнуть
розплющити і роздрібнити краплі. Навпаки, сили поверхневого натягу (2s /гк)
прагнуть надати краплям сферичної форми. Коли тиск сил тертя більший за тиск
сили поверхневого натягу, відбувається дроблення крапель. Краплі
максимального розміру виходять із рівності цих сил.
(1.16)
звідки
(1.17)
де ψ, ρ – коефіцієнт опору і щільність газового середовища;
Vr – відносна швидкість краплі по відношенню до газового середовища;
s – коефіцієнт поверхневого натягу;
rк – радіус краплі.

З формули (1.17) видно, що діаметр крапель ВВП істотно залежить від
поверхневого натягу, густини середовища і відносної швидкості руху краплі.
На рисунку 1.6 показано залежність діаметра розпилених крапель ВВП від
швидкості їхнього руху за різних значень поверхневого натягу. Розрахунки
проводилися для різних значень s =0,040÷0,060 кг/c2, y = 0,25, r=1,4 кг/м3.
32

Рисунок 1.6 - Залежність діаметра розпорошених крапель від швидкості
їхнього руху
Як видно з рисунка 1.6, що вища відносна швидкість руху, то менший
максимальний діаметр крапель, що утворюються. За швидкості вильоту
розпилених крапель із сопла форсунки, що дорівнює 40÷60 м/с, максимальний
діаметр крапель становить від 0,1 до 0,3∙10-3 м.
Цю модель було підтверджено експериментально під час дослідження
процесів розпилення, запалювання і горіння суспензійного вугільного палива,
приготованого з вугілля різних марок, що відрізняються виходом летких речовин
(від 5÷7% для антрацитів до 40÷42% для вугілля марки Д) і зольності (8÷36%).
При цьому встановлено, що для запалювання і стабільного горіння суспензійного
вугільного палива, приготованого на основі високометаморфізованого вугілля з
високим значенням зольності, потрібна істотно вища температура в топці, ніж
для вугілля з високим виходом летких і низькою зольністю. Це викликано тим,
що під час розпилення суспензійного палива в топці присутні як краплі, так і суто
вугільні частинки, горіння яких описується закономірностями, як під час
пиловугільного спалювання.
Усі математичні моделі запалювання частинок ВВП, як правило,
ґрунтуються на істотних спрощеннях. Можна відзначити, що математичні
моделі, розроблені останніми роками, є найповнішими за описом фізики
33

процесу, що відбувається в частці розпорошеного водовугільного палива. Однак
у жодній із моделей не враховуються особливості розпилення, що призводять до
утворення двох якісно різних класів частинок: крапель ВВП і суто вугільних
частинок.
У математичних моделях, які розглядаються в, передбачалося, що процес
займання летких речовин протікає безпосередньо на поверхні палива.
З робіт Франк-Каменецького і Сполдінга відомо, що під час займання
твердих палив дифузія відіграє важливу роль у процесі ініціювання горіння газів.
Так, у роботі наведено результати чисельного моделювання процесу
займання і горіння полідисперсного потоку вугільних частинок. Проаналізовано
вплив водяної пари в потоці окислювача на характеристики займання вугільного
пилу. Встановлено, що наявність пари у високотемпературному середовищі
призводить до зменшення всього індукційного періоду. Це пов'язано з впливом
реакцій газифікації (С + Н2О = СО + Н2) та утворенням горючих газоподібних
продуктів термохімічної реакції.
Встановлено також, що займання летких речовин відбувається, як правило,
в аеродинамічному сліді частинки. Це пов'язано з "винесенням" летких речовин
в область аеродинамічного сліду під час руху краплі (частинки) ВВП.
Оптимальним варіантом для стійкого запалювання і горіння розпорошеного
ВВП, може бути пристрій, який складається з двох послідовно розташованих
камер: у першій відбувається прогрівання і займання частинок палива, а в другій
здійснюється остаточне догоряння їх. Запропонований варіант представляє
інтерес, проте в представленій роботі досліджено і практично реалізовано спосіб
спалювання водовугільного палива в одну стадію із застосуванням вихрової
адіабатичної вихрової топки.
1.3 Аналіз технологій спалювання вугільних шламів і конструкцій
котлів малої потужності
Нині відомо кілька технологій спалювання суспензійного вугільного палива
в котлах малої потужності:
34

- спалювання в котлах малої потужності з рухомою решіткою над шаром,
що рухається;
- спалювання в котлах малої потужності в киплячому шарі;
- факельне спалювання в котлах малої потужності;
- вихрове спалювання в котлах різної потужності.
Розглянемо практичну реалізацію різних технологій.
Спалювання над шаром
Першим дослідження і промислові досліди зі спалювання ВВП
здійснювалися в нашій країні в існуючих, як правило, вугільних котлах.
Наразі в нашій країні в котлах малої потужності, що працюють на твердому
паливі, використовується, як правило, шаровий спосіб спалювання на
колосникових решітках (нерухомих або рухомих). Ефективність такого способу
спалювання кам'яного вугілля особливо коксівних марок дуже низька. Під час
подавання розпорошеного водовугільного палива в котел відбувається
одночасне спалювання дрібних частинок палива в підвішеному стані в
топковому об'ємі котла над колосниковими ґратами та більших частинок або
їхніх конгломератів на колосникових ґратах. Таким чином, здійснюється
факельно-шарове спалювання ВВП.
Описана вище технологія спалювання водовугільного палива була
реалізована в котельні. На спалювання ВВП був переведений котел ДКВР 10-13.
Подачу ВВП здійснювали через дві форсунки, розташовані на відстані 1,2 м вище
шару вугілля на колосникових ґратах. Робочі параметри котла під час роботи на
ВВП наведено в таблиці 1.4.
Робота котла при одночасному спалюванні вугілля і ВВП здійснювалася
практично без реконструкції котла. При цьому заміщення частини вугілля
водовугільним паливом досягало 80%.
Результати дослідно-промислових робіт з приготування водовугільного
палива і спалювання його в котлі КЕ 10-14С показали, що зниження витрати
вугілля більш ніж у 2 рази з одночасною подачею ПВП у котел у кількості до 2
т/год забезпечує збільшення теплової потужності котла.
35

Таблиця 1.4- Параметри роботи котла ДКВР 10-13 при спалюванні ВВП над
шаром вугілля.
Показники Режим роботи
При спалюванні При спалюванні
ВВП і вугілля вугілля
1 2 3
Теплопродуктивність, Гкал/год 6 – 6,5 6 – 6,5
Тиск живильної води перед 0,49 – 0,51 0,49 – 0,51
котлом, МПа
Температура живильної води, °С 100 - 105 100 – 105
Тиск пари, МПа 0,21 – 0,24 0,21 – 0,24
Температура, °С
пара 128 - 132 128 – 132
факела в шарі 1100 - 1150 1240 – 1250
факела в середині топки 800 - 900 1100 – 1150
вихідних газів 125 - 130 120 – 125
Коефіцієнт надлишку повітря за котлом 1,8 – 2,0 1,8 – 2,0
Ступінь недопалу палива в котлі, % 8 - 10 25 – 30
Втрати тепла з газами, що йдуть, % 12,0 – 12,5 12,0 – 12,5
ККД котла, % 72 - 75 52 – 58
Концентрація в газах, що йдуть, мг/м3
оксидів азоту 250 -320 420 – 450
твердих частинок 40 - 50 78 – 85

в 1,84 раза з відповідним підвищенням тиску пари. При цьому
спостерігалася стійка робота котла при зниженні подачі ВВП до 50 % від
максимальної (2 т/год). Результати замірів шкідливих викидів показали, що при
спільному спалюванні вугілля і ВВП відбувалося зниження питомих (на 1
Гкал/год) викидів СО в 2,14 раза і NOx в 1,34 раза.

36

Спалювання ВВП в киплячому шарі
Багаторазово проводили експерименти з приготування ВВП з різного
вугілля і вогневі стендові випробування спалювання ВВП. Експерименти
підтвердили можливість отримання стійкого і керованого процесу горіння з
частковою газифікацією палива в киплячому шарі першого ступеня топки. З
метою забезпечення керованості процесом горіння ВВП за зниженої
температури в киплячому шарі, максимально можливого зниження утворення
оксидів азоту, але підвищення питомої теплопродуктивності топки киплячого
шару було запропоновано уніфікований комбінований варіант, що складається з
топки низькотемпературного киплячого шару і камерної топки. Автори цього
способу спалювання для наявних котлів малої потужності пропонують виносити
топку киплячого шару (передтопок) окремо від камерної топки котла. Процес
спалювання ВВП при роботі таких котлів реалізується таким чином. У
передтопці з киплячим шаром протікає низькотемпературний процес
попередньої підготовки та газифікації палива в умовах нестачі повітря (α<1). У
камерній топці, в якій завдяки подачі додаткової кількості нагрітого повітря
створюються умови для повного реагування горючих речовин, відбувається
догоряння продуктів газифікації та дрібнодисперсних залишків незгорілого
палива за більш високої, ніж у передтопці, температури. Камерна топка є
конструктивною частиною котла, тому за наявності вищеописаної передтопкової
топки котел працює в штатному, в розрахунковому режимі. Як показали
випробування, подібна схема цілком працездатна, проте потребує особливої
уваги персоналу.
Є серйозний фактор, що потребує особливої уваги під час організації
спалювання ВВП у псевдозрідженому (киплячому) шарі. В описаних авторами
роботах зі спалювання ВВП у киплячому шарі використовували водовугільні
суспензії з вугілля, що не спікається ( антрацитів). Подача в топку киплячого
шару суспензії зі спікливого вугілля може викликати розм'якшення органічної
маси вугілля (ОМВ), що призведе до утворення конгломератів і, як наслідок,
спеків як вугілля, так і золи в області псевдозрідження. Режим роботи передтопка
буде спотворений і порушений. Для запобігання цьому явищу необхідні
37

дослідження з метою розроблення заходів, що перешкоджають утворенню
сплеків в області псевдозрідження. Без проведення таких досліджень
спалювання ВВП в киплячому шарі не можна визнати універсальним, надійним
способом для спалювання водовугільного палива з ТПСВП.

Факельне спалювання ВВП
Для дослідження і відпрацювання процесів приготування, зберігання,
гідротранспортування і прямого спалювання ВВП в дослідно-промислових
умовах для дослідження і відпрацювання процесів приготування, зберігання,
гідротранспортування і прямого спалювання ВВП в дослідно-промислових
умовах було розроблено і змонтовано дослідно-промислову установку на
зневоднювальній фабриці шахти. Дослідно-промислове спалювання ВВП було
організовано в котельні. Котельня обладнана чотирма котельними установками
з шаровими котлами КВТС20, один з яких реконструйований на спільне
спалювання вугілля і ВВП. Цей котел оснащений колосниковими гратами
прямого ходу із завантаженням шару вугілля прямо з бункера. Реконструкція
типового котла полягала в розведенні бічних екранів (від 4 до 8 труб) з
утворенням отворів діаметром від 256 до 512 мм у світлі для встановлення
пальникових пристроїв. Також було проведено заміну поворотного екрана в
топковій камері. Поверхні екранів у топці було утеплено шамотною торкрет-
масою для забезпечення запалювальної дії. Обмазка захищає від
переохолодження екранними трубами розпилене паливо, яке горить, і підвищує
стабільність займання і горіння факела. Цей захід загальноприйнятий під час
використання низькореакційних і низькоякісних палив. Подачу ВВП
здійснювали через чотири пальникові пристрої, розташовані діагонально на
протилежних сторонах котла КВТС-20. До пальникових пристроїв подається
гаряче повітря системою повітропроводів від повітропідігрівача котла КВТС-20.
У пальникових пристроях встановлено завихрювачі. Переведення вугільного
котла на спалювання водовугільного палива здійснювалося таким чином. Котел
КВТС-20 розтоплювався і виводився на номінальний режим роботи за звичайним
регламентом з використанням вугілля. У пальникові пристрої подавали гаряче
38

дуттьове повітря. Після прогріву і досягнення стійкої роботи котла
здійснювалася подача ВВП через 4 пальникові пристрої. Теплопродуктивність
котла підтримувалася на постійному рівні шляхом відповідного зниження подачі
вугілля на шарі і зменшення швидкості руху решітки до мінімальної. Таким
чином, здійснювалося переведення котла КВТС-20 на спалювання
водовугільного палива за співвідношення: ВВП - 70 %, вугілля - 30 %. Надалі
подача вугілля припинялася і зупинялася решітка, і котел працював тільки на
водовугільному паливі. Вугілля на решітці вигоряло і залишалося у вигляді
шлаку, тим самим зменшуючи підсмоктування холодного повітря через решітку
і захищаючи її від перегріву. Регулювання теплопродуктивності котла
здійснювалося шляхом зміни кількості подаваного ВВП. Подача дуттьового
повітря була перерозподілена таким чином, що більша його частина подавалася
в пальникові пристрої. З огляду на те, що випробування проводилися в період
обмеження теплопостачання споживачів ("літній режим"), теплопродуктивність
котла було знижено до 10 Гкал/год. У разі повного переведення котла на ВВП
відзначено зниження СО і NОx у газах, що йдуть ( рисунки 1.7-1.8). Параметри
роботи котла КВТС-20 у період проведення випробувань наведено в таблиці 1.5.

Рисунок 1.7 -Залежність вмісту СО у вихідних газах від витрати ВВП
39

Рисунок 1.8-Залежність вмісту NOх у вихідних газах від витрати ВВП
Таблиця 1.5 - Параметри роботи котла КВТС-20
Найменування параметрів Числове значення під час
роботи котла
на вугіллі при
спалюванні
ВВП
Витрата палива, т/год 2,1 2,4
Розрахункова теплопродуктивність, Гкал/год 8,0 8,6
Тиск ВВП, МПа – 0,4–0,5
Тиск стисненого повітря, МПа – 0,35–0,45
Питоме значення викидів, мг/ккал:
СО 1,2 1,19
NO 0,85 0,70
х
Кількість працюючих форсунок, шт. – 4

Вихрове спалювання ВВП
Вихровий спосіб спалювання палива, знаходить дедалі ширше застосування
для спалювання низькоякісних палив. У виробничій котельні вихрове
спалювання ВВП було реалізовано в котлі ДКВР 6,5-13, а у виробничій котельні.
У топку вмонтували перегородку з газовипускним вікном. На передній стінці
40

було встановлено два пальникових пристрої. Один для спалювання мазуту, який
необхідний для первинного розігріву топки. Інший - для подачі в топку
водовугільного палива.
Як акумулювальну ємність для приймання та зберігання ВВП
використовували залізничну цистерну ємністю 51м3. Для запобігання
замерзання ВВП в зимовий період усередині цистерни в нижній частині було
змонтовано три паропроводи діаметром 150 мм кожен. Подача ВВП до
пальникового пристрою здійснювалася перистальтичним насосом НП-25
регульованим приводом. Для згладжування пульсацій тиску ВВП в трубопроводі
було змонтовано демпфувальний пристрій.
Усереднену характеристику ВВП подано в таблиці 1.6.
Таблиця 1.6 - Характеристика ВВП, що застосовувався на котлі ДКВР 6,5-13 за
вихрового способу спалювання.
Найменування параметра Одиниця Значення
виміру
Масова частка твердої фази % 55,6
Зольність вугілля у ВВП % 18
Серединний діаметр частинок вугілля у мкм 19,3
ВВП
Крупність частинок вугілля у ВВП мкм 0 – 350
Ефективна в'язкість при швидкості мПа∙с 1000
зрушення 11,71с-1
Нижча теплота згоряння ккал/кг 3079

Виведення котла на режим спалювання ВВП здійснювалося таким чином.
Котел розтоплювали і виводили на номінальний режим роботи за звичайним
регламентом, на мазуті, з використанням мазутного пальника. Після прогріву і
досягнення стійкої роботи котла на мазуті в роботу вводилися форсунки ВВП в
режимі 25% номінальної витрати палива. Продуктивність котла підтримувалася
на номінальному рівні шляхом зниження витрати мазуту в топку. Витримавши
10-15 хвилин витрату ВВП підвищували, а витрату мазуту, відповідно,
41

знижували, зберігаючи продуктивність котла. За три-чотири таких прийоми
продуктивність подачі ВВП доводили до 100%, а подачу мазуту, відповідно,
припиняли. Порівняльні характеристики роботи котла на мазуті й на ВВП
наведено в таблиці 1.7.

Таблиця 1.7 - Порівняльні характеристики роботи котла ДКВР 6-13 на мазуті та
ВВП.
Вид палива мазут ВВП
Тиск пари, МПа 0,3 – 0,5 0,3 – 0,5
Подача, м3/год 0,25 – 0,3 0,7 – 0,8
Тиск, МПа 0,5 0,35 – 0,6
Температура в топці, °С 1250 – 1300 970 – 1040

Головною відмітною особливістю цієї топки є кільцева форма камери
згоряння.
На рисунках 1.9 і 1.10 показано поздовжній і поперечний перерізи
пропонованого топкового пристрою. Пристрій містить футеровану камеру
згоряння та екрановану кип'ятильними трубами камеру охолодження. Камера
згоряння має форму, близьку до циліндра, з горизонтальною віссю обертання і
плоскими торцевими стінками, поблизу осей симетрії яких встановлено
газовипускні вікна. Камера згоряння і камера охолодження мають спільну
фронтальну стінку, на якій змонтовано форсунки, що здійснюють подачу ВВП
та інших видів палива.

42

Рисунок 1.9 - Поздовжній розріз камери згоряння
Рисунок 1.10 - Поперечний розріз камери згоряння
Усередині камери згоряння встановлені дуттьові сопла з дотичною подачею
повітря і центральна вогнетривка вставка. Головне призначення вставки -
підтримання однорідного температурного поля в камері згоряння.
Через наявність центрального тіла, вихрового режиму течії газу і відходу
газу з камери згоряння через вікна поблизу осі камери частинки вугілля
перебувають у рівномірно прогрітій зоні горіння досить великий час і встигають
вигоріти повністю.
Подача ВВП в камеру згоряння здійснювалася через форсунки, розроблені
авторами.
43

Кожна з описаних вище технологій спалювання ВВП має свої характерні
особливості. Для можливості порівняння ефективності цих технологій, їхні
порівняльні характеристики наведено в таблиці 1.8.

Таблиця 1.8 - Характеристика технологій спалювання ВВП
Характерист Різновиди технології спалювання
ика процесу
спалювання спалювання в факельне спалювання в вихрове
над шаром киплячому спалювання котлах спалюван
шарі ня
1 2 3 4 5 6
1. Допустимі Широкі Широкі Вузькі Широкі Широкі
діапазони діапазони за діапазони за діапазони за діапазони
діапазони за
вологості та вологістю і вологістю і вологістю і за
зольності зольністю зольністю вологістю і зольністю вологістю
суспензійног зольністю. і
о палива зольністю
Потрібно
буется мала
вологість і
низька
зольність
вихідного
палива
2. Крупність 0-1,0 мм 0-3,0 мм 0-0,35 мм 0-3,0 мм 0-1,0 мм
частинок
вугілля в
суспензійном
у паливі
3. За типовою Тривала (від Тривала (від Тривала (від Короткоч
Розпалюванн схемою 40 до 120 40 до 120 40 до 120 хв.). асна
я котла хв.). хв.). (не
більше 40

44

Продовження таблиці 1.8 - Характеристика технологій спалювання ВВП
Характерист Різновиди технології спалювання
ика процесу
спалювання спалювання в факельне спалювання в вихрове
над шаром киплячому спалювання котлах спалюван
шарі ня
1 2 3 4 5 6
4. Типова, Необхідний Типова, із Необхідний Типова, із
Характерист високий середнім високий
напір від середнім
ика дуття напір (понад напором напір (понад
1000 до 10000 Па). 10000 Па). напором
3000 Великі Великі 3000 Па
витрати витрати
Па
електроенерг електроенерг
ії на дуття ії на дуття
(власні (власні
потреби) потреби)
5. Нерівномір Висока Нерівномір Висока Рівномір
Навантажен на теплонапруг на теплонапруг не
ня екранів за а в районі а в районі
теплопереда киплячого киплячого
чею шару шару
6. Знос труб Знос Високий Знос Високий Зносу
екранів незначний знос труб у незначний знос труб у немає
районі районі
киплячого киплячого
шару шару
7. Підготовка Не Необхідно Не Необхідне Не
топки до потрібно заповнення потрібно заповнення потрібно
пуску топки топки
інертним інертним
матеріалом матеріалом
із із
частинками частинками
заданого заданого
розміру розміру

45

Продовження таблиці 1.8 - Характеристика технологій спалювання ВВП
Характерист Різновиди технології спалювання
ика процесу
спалювання спалювання в факельне спалювання в вихрове
над шаром киплячому спалювання котлах спалюван
шарі ня
1 2 3 4 5 6
8. Діапазон Типовий Вузький (від Вузький Вузький (від Широкий
регулювання від 50 до 70 до 120%) (від 70 до 70 до 120%)
(від 40
120 % внаслідок 120%) внаслідок
можливості можливості до 120%)
шлакування шлакування при
шару при шару при
спільній
зниженні зниженні
дуття дуття подачі
вугілля і
ВВП
9. Висока при Висока Невисока Висока Висока.
Стабільність за
спільному За
горіння підвищени
спалюванні х значень підвище
вугілля і вологості них
та
ВВП значень
зольності
палива вологості
та
зольності
ВВП
здійснює
ться
спільне
спалюва
ння
вугілля і
ВВП

46

Аналізуючи дані таблиці 1.8, необхідно відзначити такі переваги вихрової
технології спалювання суспензійного вугільного палива. Вихрова аеродинаміка
в топковому об'ємі забезпечує:
- можливість використання істотно забаластованих вологою і золою ВВП;
- можливість використання закрупнених палив;
- збільшення конвективної складової теплообміну гарячих газів і екранних
труб;
- утримання гарячих крапель і частинок-крапель суспензійного ВВП і
рівномірне заповнення останніми топкового об'єму;
- згладжування нерівномірностей тепловиділення і придушення
впливу випромінювального ядра факела;
- рівномірність температурного поля в топковому об'ємі;
- знижене і рівномірне теплосприйняття екранів, що збільшує надійність
їхньої роботи;
- відсутність шлакування тонких екранних труб;
- придушення емісії шкідливих оксидів і сублімації золи.
Технологія вихрового спалювання проста у використанні, як під час
початкового розігріву топки, так і в процесі роботи, легка в управлінні та надійна
в експлуатації.
Таким чином, надалі як основний варіант розглядається технологія
вихрового спалювання суспензійного вугільного палива.
46

1.4 Завдання дослідження
Для досягнення сформульованої мети дипломної роботи було поставлено та
вирішено такі завдання:
• Виконати аналіз процесів займання та горіння водовугільного палива у
вихровій адіабатичній камері згоряння на основі термодинамічного та хімічного
підходів.
• Виконати чисельне моделювання процесу спалювання розпорошеного
водовугільного палива в адіабатичній вихровій топці.
• Визначити взаємозв'язок теплопродуктивності вихрової топки з її
розмірами та діаметром газовипускного вікна при спалюванні водовугільного
палива різної якості.
• Розробити методику розрахунку конструктивних параметрів вихрової
камери згорання для спалювання водовугільної суспензії.
• Розробити проєкт конструкції теплогенератора малої потужності у складі
установки для сушіння зерна.
46

РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ
МЕХАНІЗМУ ГОРІННЯ
ВОДОВУГІЛЬНИХ
СУСПЕНЗІЙ У
ВИХРОВИХ
АДІАБАТИЧНИХ
ТОПКАХ
ТЕПЛОГЕНЕРАТОРІВ
МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ

МР 03.144.22.ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Смаглій Літ. Арк. Акрушів
РОЗДІЛ 2 ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЗМУ ГОРІННЯ
Перевір. Плахотний
ВОДОВУГІЛЬНИХ СУСПЕНЗІЙ У ВИХРОВИХ
Реценз. АДІАБАТИЧНИХ ТОПКАХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРІВ 49
Н. Контр. МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калєйніков

2.1 Фізико-хімічна модель горіння ВВП

Було встановлено, що суттєве значення для організації стабільного горіння
ВВП має зольність і вміст летких речовин у частинках твердої фази ВВП, що має
істотне значення для організації стабільного горіння ВВП. У науково-технічній
літературі цьому питанню присвячено незначну кількість робіт, особливо
теоретичного плану. Тому метою цієї роботи стало визначення впливу основних
характеристик водовугільного палива, приготованого на основі вугільних
шламів, на стабільність процесів займання і горіння вугільних частинок і крапель
ВВП із залученням методів термодинамічного і хімічного аналізу.
Розглянемо фізико-хімічну модель горіння ВВП із залученням
термодинамічного аналізу, що дає змогу оцінити в комплексі вплив усіх хімічних
реакцій, які протікають у зоні горіння ВВП. На рисунку 2.1 представлено схему
розташування різних зон під час горіння краплі ВВП і вугільної частинки. Схему
розроблено автором для представлення моделі процесів, що протікають на різній
відстані від поверхні, а також для прояснення відмінності між суто вугільними
частинками та краплями ВВП, що утворюються під час розпилення
водовугільної суспензії у форсунці.

а б
Рисунок 2.1 - Розташування зон у моделі горіння диспергованих крапель
ВВП (а) і вугільних частинок (б).
Частинка суспензії, що потрапила у високотемпературний простір, через
малий час приходить у стан, який на рисунку 2.1а позначено таким чином.
50

Серцевина, зона 1, являє собою вихідне паливо. Це суспензія, тобто суміш,
сукупність води і дрібних частинок вугілля. Вода в цій частині краплі рідка, якщо
навіть нагріта до температури кипіння. Межа між зоною 1 і зоною 2 являє собою
поверхню, на якій відбувається випаровування води.
Зона 2 - це розташована поверх суспензії область висушеного палива, тобто
це частинки сухого вугілля, між якими міститься водяна пара за температури, що
перевищує температуру кипіння (насичення), тобто суха пара. Незабаром після
появи краплі розпиленого палива в гарячій зоні з'являється поділ краплі на
зазначені зони. У перші секунди товщина зони 2 вкрай мала, але з плином часу
радіус зони 1 зменшується, а товщина зони 2 збільшується.
Розглядаючи великі частинки (малюнок 2.1б), які були виділені із суспензії
під час розпилення у форсунці, але не є краплями, з яких потоком повітря зірвано
не тільки дрібні вугільні частинки, а й водяна плівка, ми отримаємо варіант, коли
вся частка являє собою зону 2. Ці частинки мають розмір 0,09-0,35 мм. У цьому
разі є нульова концентрація водяної пари в усьому об'ємі частинки (зона 2), а
картина взаємодії (хімічної та фізичної) поверхні частинки із зоною 3 і зоною 4
аналогічна схемі на малюнку 2.1а.
Таким чином, у випадках горіння як підсохлих крапель ВВП (рисунок 2.1а),
так і вугільних частинок (рисунок 2.1б) ми маємо абсолютно ідентичні умови, а
саме: горіння вугільних частинок (пористих у разі висохлих крапель і суцільних
у разі вугільних частинок), оточених зоною 3, за дальньою межею якої
розташована зона 4.
Зона 3 - це зона, розташована в безпосередній близькості від поверхні краплі
в просторі топки. Зона 4 - це область, віддалена від поверхні краплі, тобто це
простір топки.
Розглянемо склад газової суміші в топковому просторі.
Очевидно, що при підвищенні зольності вугілля кількість повітря,
необхідного для згоряння одного кілограма вугілля, зменшується, оскільки зі
збільшенням зольності зменшується вміст органічної маси (таблиця 2.1).
51

У таблиці 2.1 наведені розраховані кількості повітря і газів, що
утворюються, під час спалювання 1м3 суспензії, приготованої з вугілля з різною
зольністю за вмісту твердої фази в суспензії 52% і коефіцієнта надлишку повітря
α=1. При цьому кількість водяної пари постійна і становить 647 нм3
Таблиця 2.1 - Кількість необхідного повітря і газів, що утворюються, під час
спалювання 1 м3 ВВП із сировини різної якості.
Зольність, Необхідна кількість повітря, Загальна кількість газів,
% нм3 нм3
0 7800 8447
10 7020 7667
20 6240 6887
30 5460 6107
40 4680 5327
50 3900 4547
60 3120 3767
70 2574 3221
Розрахункові значення параметрів, наведені в таблиці 2.1, відповідають
гіпотетичним умовам, коли матеріали, що надходять до топкового простору,
вже прогрілися, паливо дисперговане, вода перетворилася на пару, всі
компоненти перемішані між собою, але не змішані з продуктами горіння. Поряд
із необхідною кількістю повітря розраховано концентрації кисню і водяної
52

пари, які відповідають тим самим умовам, що й дані таблиці 2.1 (рисунок 2.2).
25
20
15
кисень
водяна пара
10
5
0
10 20 30 40 50 60 70
Зольність, %

Рисунок 2.2 - Залежність вмісту кисню і водяної пари в газовій фазі топки
від зольності палива.
Як видно з рисунка 2.2, концентрація водяної пари в атмосфері топкового
простору перевищуватиме значення половини концентрації кисню, якщо
суспензію приготовлено з вугілля із зольністю 20% і вище. Під час спалювання
водовугільних суспензій із вищими значеннями зольності концентрація
водяної пари виявляється ще більшою (за умови Аd = 50% і вище), а
концентрації кисню та водяної пари відрізняються незначно.
Після змішування газового потоку в топковому просторі в газовій суміші
істотно зменшується концентрація кисню (у просторі топки він витрачається
на окиснення вуглецю, летких компонентів вугілля і проміжних продуктів
горіння) і несуттєво змінюється концентрація водяної пари. При цьому
концентрація водяної пари в просторі топки досить висока (не менше 10% під
час спалювання суспензій із вугілля із зольністю 30% і вище), а для
53

забезпечення стійкого горіння на практиці потрібно підвищувати
концентрацію кисню, тобто підвищувати коефіцієнт надлишку повітря α.
Якщо безпосередньо після появи краплі у високотемпературному
топковому просторі концентрацію будь-якого газу поблизу поверхні краплі
можна вважати такою, що дорівнює його концентрації в зоні 4 (на видаленні
від краплі), то вже за малий час утворюється зона 3, яка має особливі
властивості. Розглянемо склад газової фази в зоні 3. У зоні 3 протікають різні
реакції: догоряють Н2 і СО, згорають летючі, що виділяються з частинок
вугілля, у цій зоні перебувають найрізноманітніші речовини, як ті, що
дифундують до поверхні краплі із зони 4, так і ті, що рухаються від поверхні,
яка горить, у зону 4, продукти горіння. Зона 3 знаходиться в безпосередній
близькості від поверхні краплі і передача тепла до поверхні в межах цієї зони
здійснюється випромінюванням і кондукцією. Із зони 4 тепло до поверхонь
краплі та вугільної частинки передається випромінюванням, причому
променистий потік енергії виявляється досить потужним, оскільки весь
простір топки заповнений палаючими краплями, вугільними частками та
гарячими частинками золи (неминучого компонента продуктів згоряння
вугілля). Не порушуючи спільності та логіки міркувань, можна прийняти, що
температура на поверхні палаючої краплі (або палаючої частинки вугілля)
швидко стає рівною температурі в просторі топки.
Щойно температура поверхні частинки (або підсохлої краплі) сягне
значення 250-350°С, з вугілля починають виділятися леткі компоненти. Їхня
кількість істотно залежить від ступеня метаморфізму вугілля. Виділення
летких речовин із вугілля впливає на склад газової фази в зоні 3 та на
інтенсивність процесу горіння і, внаслідок цього, на температурні межі
стійкості топкового процесу під час спалювання суспензійного палива з
вугілля різних марок.
На цій стадії істотного значення набувають процеси масообміну,
зумовлені законами дифузії.
54

Розглянемо ймовірність протікання різних реакцій. Коефіцієнти дифузії
газоподібних речовин, залежать від температури таким чином:

�� 1,5
��(��) = ��0 ( ) , (2.1)
273

де D0 – коефіцієнт дифузії при стандартній температурі, м2/с;
Т – температура, К.
Тобто від температури коефіцієнти дифузії різних газів залежать однаково.
З цього випливає, що
′
����(��) ��0��
= ( ) , (2.2)
����(��) ������
де Di, D0i, Dj,D0j – коефіцієнти дифузії окремих газів, м2/с;
Гази, які виступають окислювачами для вуглецю, мають такі значення
коефіцієнтів дифузії D0 (таблиця 2.2).
Таблиця 2.2 - Коефіцієнти дифузії компонентів газової суміші.
газ СО2 СО О2 Н2О
D 2
0, м /с 0,097 0,175 0,18 0,277

Як видно з таблиці 2.2, величина коефіцієнта дифузії у водяної пари (Н2О) у
1,54 раза вища, ніж у кисню (О2) і (СО) та у 2,85 раза вища, ніж у вуглекислого
газу (СО2). Як випливає зі співвідношення (2.2), ці співвідношення збережуться
за інших значень температури. Таким чином, інтенсивність дифузії водяної пари
істотно перевищує інтенсивність дифузії кисню й особливо вуглекислого газу.
Це в сукупності з досить високою концентрацією водяної пари в топковому
просторі забезпечує на висохлій поверхні краплі або гарячої вугільної частинки
взаємодію вуглецю практично тільки з водяною парою. Кисень "спрацьовується
на ближніх підступах" до поверхні краплі в реакціях окислення летких, СО і Н2
55

в зоні 3. Реакція взаємодії вуглецю з СО2 вкрай малоймовірна через мале
значення коефіцієнта дифузії СО2 і внаслідок цього вкрай низьку ймовірність
присутності СО2 поблизу поверхонь краплі та вугільних частинок.
Таким чином, на межі зони 2 і зони 3, а також у зоні 3 протікають такі
реакції:
2С + О2 = 2СО+22040 Дж, (2.3)
С + СО2 = 2СО-172470 Дж, (2.4)
С + Н2О = СО + Н2-130560 Дж, (2.5)
2СО + О2 = 2СО2+565980 Дж, (2.6)
2Н2 + О2 = 2Н2О+48216 Дж. (2.7)

З числа наведених реакцій перші три є гетерогенними і протікають на
палаючій поверхні частинки, а реакції (2.6) і (2.7) є гомогенними і протікають у
зоні 3 на деякій відстані (можливо, мізерно малій, але все-таки відстані) від
поверхні. Оцінимо швидкості протікання реакцій (2.3 - 2.7).
Під час оцінки можливості протікання тієї чи іншої реакції на поверхні
краплі, що горить, слід враховувати не тільки гетерогенні реакції власне
окиснення вуглецю, а й гомогенні реакції горіння продуктів газифікації, що
протікають у зоні 3 поблизу поверхні краплі. При цьому слід зазначити, що
константа рівноваги реакції пропорційна відношенню концентрації продуктів
реакції до концентрації вихідних речовин у стані рівноваги. Тому про повноту
протікання хімічної реакції необхідно судити з урахуванням величини константи
рівноваги.
Як відомо, мірою хімічної спорідненості, що визначає перебіг реакції,
прийнято вважати величину ізобарно-ізотермічного потенціалу:
Z = H – T S, ( 2.8)
який пов'язаний з константою рівноваги реакції співвідношенням:
Z = - R T lnKp (2.9)
де: Z – ізобарно-ізотермічний потенціал;
H – ентальпія сукупності компонентів реакції;
56

S – ентропія сукупності компонентів реакції;
Kp – константа рівноваги реакції.
Розраховані величини констант рівноваги реакцій (2.3-2.7) наведені в
таблиці 2.3.
Таблиця 2.3 - Константи рівноваги реакцій, що протікають під час горіння
палива.
Температура, К 700 900 1100 1300
для реакцій
2.3 1,2 1024 4,0 1020 1,3 1018 3,3 1016
2.4 1,05 10-5 8,9 10-3 4,7 10-1 8,0
2.5 3,7 10-4 8,6 10-2 1,05 20,7
2.6 1,99 1011 3,13 106 2,5 103 19,07
2.7 8,51 1030 5,48 1022 1,19 1018 7,73 1013
Аналізуючи дані таблиць 2.2 і 2.3, видно, що:
- коефіцієнт дифузії СО2 має найнижче значення з-поміж розглянутих
газоподібних речовин;
- реакція (2.4) за будь-якої температури призводить до стану рівноваги за
істотно нижчих концентрацій продуктів, ніж будь-яка інша реакція з числа
розглянутих;
- рівноважні концентрації продуктів окислення СО і Н2, що являють собою
СО2 і Н2О (ці реакції протікають у зоні 3), досить великі, що побічно свідчить
про високі значення швидкостей цих реакцій, а також про те, що кисень
практично весь "спрацюється" в зоні 3, не досягнувши поверхні краплі. До
поверхні краплі передаватиметься тільки теплова енергія, що виділилася під час
реакцій горіння СО, Н2 і летких компонентів вугілля;
- константа рівноваги реакції вуглецю з киснем (реакція 2.6) багаторазово
перевищує значення констант реакції 2.7 і реакції 2.8, але гомогенні реакції (2.9
57

і 2.10) в зоні 3 характеризуються такими значеннями констант рівноваги, що
ймовірність дифузії кисню до поверхні частинки (або краплі) просто зводиться
до нуля;
- реакція (2.4) характеризується найнижчими значеннями константи
рівноваги з трьох порівнюваних гетерогенних реакцій. Вуглекислий газ має не
тільки найнижчий коефіцієнт дифузії з трьох розглянутих окислювачів, а й
найнижчу швидкість взаємодії з вуглецем у всьому діапазоні розглянутих
значень температури.
На підставі виконаного аналізу можна стверджувати, що на поверхні
вугільних частинок (і висохлих крапель) найімовірнішою є реакція (2.8), тобто
окиснення вуглецю водяною парою. Продукти цієї реакції проникають зоною 3
до кордону зони 3 і далі в зону 4 (цю межу не можна виділити чітко) і згорають
під час зустрічі з киснем, що дифундує назустріч. Н2О і СО2, що утворюються,
характеризуються коефіцієнтами дифузії, що розрізняються майже втричі. Тому
водяна пара дифундує до поверхні краплі та вугільних частинок істотно швидше,
ніж вуглекислий газ. Розглядаючи не до кінця висохлу краплю ВВП, ми маємо
визнати, що водяна пара, яка стікає з глибоких шарів краплі, що висихає, сприяє
підтримці більш високої концентрації її на кордоні зони 2 і зони 3. Аналізуючи
процеси, що протікають у зоні 3, легко припустити, що склад газової фази в зоні
4 також характеризується високими значеннями концентрації водяної пари. Це
також є аргументом на користь того, що на поверхні частинок (і висохлих
крапель) переважно протікають реакції окислення вуглецю водяною парою. Але
ця реакція ендотермічна! Підведення енергії до зони реакції здійснюється із зони
3, розташованої в крайній близькості від поверхні. Під час горіння частинок (або
висохлих крапель) вугілля різних марок (різного ступеня метаморфізму) з них
виділяються летючі, кількість яких залежить від стадії метаморфізму. Очевидно,
що під час горіння частинок більш молодого вугілля кількість летких має більш
високе значення, під час дифузії цих речовин від зони 2 крізь зону 3 до зони 4
вони згорятимуть, і при цьому не лише спрацьовуватиметься кисень, а й
виділятиметься тепло! Таким чином, під час горіння більш молодого вугілля в
58

зоні горіння проявляється "внутрішній резерв" тепла. Крім додаткового джерела
тепла, летючі речовини, що виділяються, забезпечують підвищення пористості
поверхні частинки. Це також сприяє активнішому окисленню (вигоранню)
частинок. Під час горіння частинок більш зрілого вугілля вагоміша частка
енергії, що підводиться до поверхні, отримується під час згоряння СО і Н2, що
утворюються на поверхні частинок під час окислення водяною парою. Таким
чином, вплив марки вугілля (точніше, параметра "вихід летких") на стійкість
топкового процесу і на температуру займання слід вважати очевидним.

2.2 Результати математичного модеювання процесів горіння ВВП
Зроблені висновки підтверджуються результатами чисельного
моделювання процесів горіння водовугільних суспензій в адіабатичній вихровій
топці. Чисельні розрахунки виконано з використанням програмного продукту
тривимірного моделювання ANSYS FLUENT, що дає змогу моделювати процес
горіння з урахуванням турбулентності, теплообміну та хімічних реакцій.
Можливості програми дали змогу отримати розрахунки полів швидкостей у
топковій камері, траєкторій частинок, спрогнозувати температуру в різних
перерізах топки.
На рисунках 2.3 і 2.4 наведено порівняння зміни температури та вмісту
летких речовин у вугільній частинці та краплі ВВП залежно від довжини шляху
частинки та краплі відповідно.
Аналіз наведених на рисунку 2.3 даних показує, що на відміну від плавного
збільшення температури вугільної частинки (частина 1) під час її руху
температура краплі ВВП (частина 2) після підвищення до температури
випаровування рідкої фази залишається постійною впродовж усього процесу
випаровування. Потім починаються процеси горіння твердої фази краплі ВВП з
виділенням теплоти, і спостерігається різке підвищення температури.
59

З рисунка 2.4 видно, що вміст летких речовин для вугільної частинки (
частинка 1) на початку процесу залишається незмінним і зменшується тільки під
час нагрівання частинки до температури виділення летких речовин. Для крапель
ВВП ( частинка 2) спостерігається збільшення вмісту летких речовин за рахунок
випаровування води. У процесі випаровування температура твердої фази краплі
ВВП підвищується, і вміст летких речовин досягає аналогічного значення для
твердої вугільної частинки. Стабільність процесу зберігається протягом значно
меншого часу за рахунок підвищення температури твердої фази краплі ВВП у
процесі випаровування води.

Рисунок 2.3 - Порівняння зміни температури вугільної частинки ( частинка
1) і краплі ВВП (частинка 2) залежно від довжини шляху частинки і краплі.
60

Рисунок 2.4 - Порівняння зміни вмісту летких речовин у вугільній частинці
( частинка 1) та краплі ВВП ( частинка 2) залежно від довжини шляху частинки
та краплі.
На малюнку 2.5 показано траєкторії частинок палива. Аналіз траєкторій
частинок показує, що отримані траєкторії мають форму спіралей. При цьому
виявлено, що час знаходження частинок, які горять, і крапель ВВП у вихровій
топці пропорційний їхньому діаметру, що дає змогу забезпечити їхнє ефективне
вигоряння.

Рисунок 2. 5 - Траєкторії частинок палива.
61

Таким чином, організація спалювання ВВП у вихровій топці дає змогу
забезпечити підвищений час утримання частинок палива, що горять, у топковому
просторі, при цьому в топковому об'ємі утворюються локальні вихрові потоки.
Оптимальний рівень температур становить 800-1250 С (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 - Розподіл температури по глибині топки на різній висоті.
На малюнках 2.7-2.10 представлено результати розрахунків
концентрації кисню O2 і діоксиду вуглецю СО2 у напрямку до задньої стінки
топки.

62

Аналіз результатів (малюнків 2.7-2.10) показує, що до виходу топки
спостерігається зниження концентрації O2 і збільшення концентрації СО2.
Вміст летких речовин також зменшується.
2.3 Висновки
У результаті виконаного аналізу встановлено, що при підвищенні зольності
твердої фази палива в просторі топки підвищується концентрація водяної пари і
знижується концентрація кисню. Внаслідок цього для забезпечення стабільності
топкового процесу необхідно підвищувати коефіцієнт надлишку повітря.
На підставі порівняння коефіцієнтів дифузії газів і розрахованих значень
констант рівноваги реакції в зоні горіння, зроблено висновок про провідну роль
реакції окиснення вуглецю водяною парою у вихровий адіабатичній топці.
Аналіз енергетичних характеристик різних реакцій засвідчив, що параметр
"вихід летких", який відображає ступінь мераморфізму вугілля, серйозно
впливає як на температуру займання, так і на температуру стійкого протікання
топкового процесу в камері спалювання.
Виконані чисельні розрахунки показали, що процес горіння зазначених
неоднорідних систем: крапель і суто вугільних частинок в адіабатичній топці
63

протягом короткого часу стає ідентичним. При цьому встановлено концентрації
кисню (О2), діоксиду вуглецю (СО2) і летких речовин у різних перерізах топки.
Отримані дані свідчать про працездатність і високу ефективність використання
адіабатичної вихрової топки для спалювання ВВП у котлах малої та середньої
потужності.
64

РОЗДІЛ 3
ОБҐРУНТУВАННЯ
ВИБОРУ
КОНСТРУКТИВНИХ
ПАРАМЕТРІВ
ВИХРОВОЇ ТОПКИ

МР 03.144.22.ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Смаглій Літ. Арк. Акрушів
Перевір.
Плахотний
РОЗДІЛ 3 ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ
Реценз. 65
КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ
ВИХРОВОЇ ТОПКИ
Н. Контр. ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калєйніков

3.1 Визначення вихідних даних для розрахунків
У розділі 2 показано, що під час спалювання суспензій з різною зольністю
твердої фази склад атмосфери в топковому просторі буде істотно різним. Так, за
витримування коефіцієнта надлишку повітря близьким до a=1 кількість повітря,
необхідного для спалювання органічної маси вугілля, змінюється від 2570 нм3 за
зольності Ad=70% до 7020 нм3 за Ad=10%.
За цих же значень концентрація кисню змінюється від 16 до 18%, а
концентрація водяної пари від 20 до 7,5%. Концентрація кисню становить 0,75 '
0,86 від концентрації його в атмосферному повітрі.
Підвищений вміст водяної пари (від 10 до 85 разів перевищує вміст води в
атмосферному повітрі) при температурі в топці близько 1000°С неминуче
спричинить окислення вуглецю водяною парою поряд з окисленням киснем.
Цей висновок випливає з аналізу складу газової фази в топковому просторі
незалежно від міркувань під час розгляду моделі горіння.
У разі спільного розгляду складу газової фази топки і процесів у зоні 3
моделі горіння неминуче виникає висновок про провідну роль реакції окислення
вуглецю водяною парою.
Ця реакція ендотермічна і за нестачі тепловиділення в топці (за нестачі
екзотермічних реакцій) середня температура в топці почне зменшуватися і
горіння припиниться.
Для створення сприятливіших умов під час протікання екзотермічних
реакцій і зменшення впливу водяної пари нами запропоновано і реалізовано
збільшення коефіцієнта надлишку повітря a.
Простий розрахунок показує, що за a=2 концентрація водяної пари в
зазначених на рисунку 2.2 умовах змінюватиметься від 10% до 4%, а
концентрація кисню від 18% до 19%.
Для практичного застосування ми рекомендували (і застосовували це у своїх
теплогенераторах) обирати таке значення коефіцієнта надлишку повітря, щоб
концентрація водяної пари в просторі топки перебувала в межах від 6 до 8%.
Методично це реалізується шляхом оцінки складу газової фази на підставі
66

вимірювання зольності твердої фази та співвідношення вугілля : вода у ВВП.
Після оцінки складу газової фази обчислюється співвідношення між витратами
ВВП і повітря. Витрату ВВП обчислюють зі співвідношення необхідної
потужності і теплотворної здатності водовугільного палива.
(3.1)
де W – потужність топки, МВт;
Qн – нижча теплота згоряння, МДж/кг;
G – витрата палива, кг/с;
к – ККД котла, %.
За відомої витрати ВВП і відомих характеристик ВВП із залученням даних
рисунка 2.2 і таблиці 2.1 визначають склад газової фази, який коригують для
приведення концентрації водяної пари до значення від 6 до 8 %.
Обчислений таким чином коефіцієнт надлишку повітря a приймають за
робочий для розроблюваного теплогенератора.
Визначені таким чином витрати палива і повітря є вихідними даними для
розрахунку розмірів топкового пристрою.

3.2 Розрахунок розмірів топкового простору

Для розрахунку геометричних розмірів топкового простору спочатку
визначається кількість газів, що протікають через топку. Визначається фізичний
об'єм газів, тобто істинний їхній об'єм, що відповідає температурі спалювання, а
не приведений до нормальних умов.
Оскільки для повного вигоряння частинок ВВП потрібно щонайменше 3-5
секунд, об'єм топки слід приймати 3-5 кратним секундній об'ємній витраті
газової фази.
67

Об'єм топкового простору визначається як добуток площі перерізу топки
площиною, перпендикулярною до осі вихору (переріз близький до кола) на
відстань між плоскими стінами (уздовж осі вихору).
Величина діаметра кола, наближеного до внутрішньої поверхні топки (Dт),
і ширини топки (відстані між плоскими стінами вздовж осі вихору) вибираються
з таких міркувань.
Наші спостереження за факелом розпиленого палива показують, що кут
розкриття факела не перевищує 28 . За даними різних авторів (дослідників)
величина цього кута становить від 25 до 30 . Для конструювання топок нами
прийнято кут f = 30 .
Потік імпульсу в струмені залишається постійним у будь-якому перерізі
струменя.
Вигляд струменя, що спливає в простір, заповнений аналогічним
середовищем, представлений на малюнку 3.1.

Рисунок 3.1 - Вигляд струменя розпиленого палива

(3.2)
Авторами обґрунтовано розрахунок швидкості струменя рідини, що
витікає в простір, заповнений такою самою рідиною.
Повний імпульс струменя розпорошеного ВВП визначається з виразу:
П=r•V 2
0 •p•R2,
68

де: r - густина, кг/м3;
V0 – швидкість витікання, м/с;
R – радіус сопла, м.
Підставляючи фактичні максимальні значення для щільності r =6,63кг/м3,
для швидкості витікання V0=200м/с отримаємо, що під час витікання через сопло
діаметром 6мм (R=3 10-3м) струмінь матиме імпульс:
П=6,63• 2002 •3,14•(3•10-3)2 =7,49кг•м/с2,
Швидкість на осі струменя на відстані х визначається з виразу:
(3.3)
У цьому виразі значення густини - це густина на відстані x від точки
закінчення, тобто від сопла форсунки. Цю величину приймаємо рівною густині
газопилового потоку в просторі топки. Розрахунок дає для цієї величини
значення 1,35 кг/м3. Підставляючи це значення в (3.3) отримуємо формулу для
розрахунку швидкості на осі факела розпилу:
V0 = 7,49 • 1 =2,35 м/с
1,35 х x
Для того, щоб струмені вторинного повітря, що утворюють вихрову течію в
топці, захоплювали розпилений струмінь ВВП, необхідне виконання такої
умови:
��ВВП ≤ ��ПОВ (3.4)

Подача вторинного повітря здійснюється зі швидкістю, яка залежить від
витрати повітря, оскільки розміри сопел не регулюються.
69

Для розрахунку приймаємо мінімальну швидкість, яка згідно з
експериментальними спостереженнями може бути нижчою за 20м/с і досягати
10м/с.
Для виконання вимоги (3.4) швидкість повітря приймемо 10м/с, а швидкість
струменя ВВП поблизу дальньої стінки, де струмінь ВВП перетинається зі
струменем повітря, відповідно 1,5м/с, тобто в 6,7 разів меншою.
Оскільки швидкість струменя ВВП знизиться до значення 1,5 м/с,
відповідно до цього визначимо відстань x, яка відповідає довжині факела
розпилу:
x =2,35 =2,35 =1,567м
V0 1,5

Тобто, довжина хорди, уздовж якої здійснюється розпилення ВВП, має бути
не меншою за 1,567м. Інакше деякі частинки розпорошеного палива виявляться
не залученими до вихрової течії, долетять до протилежної стінки, і вона (стінка)
буде забризкуватися паливом.
Розглянемо ще один фактор, що впливає на геометричні розміри топкового
простору.
Ширина топки (відстань між плоскими стінами вздовж осі вихору)
вибирається з умови, щоб факел розпилу не забризкував плоскі стіни, які для
нього є бічними.
Кут розкриття факела розпилу ВВП приймаємо 30 . Півкутник f/2 = 15.
Відповідно ширина факела розпилу визначається залежно від довжини:f
b =x•tg
Оскільки tg15 =0,268, то b=x•0,268,
Відстань між плоскими стінами топки b має бути не меншою, ніж 0,268
довжини хорди, уздовж якої здійснюється розпилення палива.
Розмір газовипускного вікна камери згоряння вибирають таким чином.
Розмір газовипускного вікна камери згоряння (перепускного вікна) є дуже
важливим параметром. На відміну від циклонних передтопків, де потік рухається
по спіралі і випливає в основну топку, у вихровий камері спалювання потік являє
собою тор, що обертається, в перефірійну область якого організовується
70

введення палива і повітря, а з приосьової області відводяться продукти згоряння.
Частинки палива утримуються відцентровою силою в пристінковій ділянці топки
(периферійній ділянці тора), доти, доки добре вигорять. У міру вигоряння
частинки стають легшими і відтісняються в'язкими силами до осі тора (вісь
топки).
Найлегші частинки захоплюються газовим потоком завдяки в'язким силам
до осі і видаляються через газовипускне вікно. Розмір цього вікна (пережимного)
впливає на траєкторії частинок. Надмірно збільшений діаметр пережимного
вікна дозволить частинкам палива передчасно залишати простір топки.
Надмірно занижений розмір, звужене перетискне (газовипускне) вікно
призведе не тільки до надлишкового утримання частинок у просторі топки, а й
до необхідності застосування невиправдано потужного димососа, оскільки для
пропуску заданої кількості газів через вужчий отвір необхідно забезпечувати
великий перепад тиску на вікні.
На підставі проведених експериментів було встановлено, що оптимальним
є такий розмір пережимного вікна, який забезпечує евакуацію необхідної
кількості газів за перепаду тиску на вікні, що наближається до 1000Па.
Залежно від якості палива і заданої потужності топки визначається її об'єм і
секундна об'ємна витрата газів.
З використанням методів механіки рідини і газу розраховується процес
витікання через отвір.
У процесі розрахунку визначається розмір отвору, необхідного для
пропуску заданої кількості газів за перепаду тиску на отворі DР=1000Па.
Під час розроблення конструкції вихрових камер для спалювання ВВП
встановлюється, що вісь струменя розпорошеного палива має бути дотичною до
умовного кола топки. Діаметр умовного кола (рисунок 3.5.) визначається зі
співвідношення:

(3,5)
71

Рисунок 3.2 - Поперечний переріз внутрішньої поверхні вихрової топки
Довжина хорди Lx у вихровій камері визначається зі співвідношення:
(3.6)
де Lх – довжина хорди поперечного перерізу вихрової топки на відстані h
від осі топки;
Lстр – довжина факела розпилу, розрахунок якого обґрунтовано вище.
Ширина топки, як уже показано вище, вибирається з умови: aô
(3.7)
де aф – кут розкриття розпорошеного струменя ВВП. При роботі наших
форсунок аф не перевищує 30 .

72

Обсяг топки визначається з виразу:
(3.8)
де, Gгаз – об'ємна витрата газів, що утворюються під час спалювання ВВП,
м3/с;
tгор – час горіння розпорошеного ВВП у топці, що становить не менше 3-
5 секунд.
Для зручності порівняння різних топкових пристроїв обчислюють питому
теплопродуктивність за формулою:
(3.9)
де, Qт – теплопродуктивність топки, МВт.
Для розроблених адіабатичних вихрових камер згоряння ВВП цей
показник коливається від 0,28 до 0,35 МВт/м3. При цьому більше значення
приймається для ВВП малої зольності, а менше для водовугільного палива із
зольністю понад 25-27 %. Співвідношення dпо/Dт було визначено
експериментально і для топок малої та середньої продуктивності становить
dпо/Dт= 0,25-0,3, що практично вдвічі менше за аналогічний показник для
вихрових топкових пристроїв, у яких спалюється мазут або природний газ.
3.3. Висновки
Взаємозв'язок теплопродуктивності вихрової топки з її розмірами та
діаметром газовипускного вікна під час спалювання ВВП визначається якістю
палива (зольністю твердої фази та часткою твердої фази у складі суспензії).

73

РОЗДІЛ 4
РОЗРОБКА
КОНСТРУКЦІЙ І
СТВОРЕННЯ
ТЕПЛОГЕНЕРАТОРІВ
МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ

МР 03.144.22.ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Смаглій Літ. Арк. Акрушів
Перевір.
Плахотний
РОЗДІЛ 4 РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЙ І
Реценз. СТВОРЕННЯ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРІВ МАЛОЇ 74
ПОТУЖНОСТІ
Н. Контр.
ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калєйніков

4.1. Розробка та створення теплогенератора для сушіння зерна
Нині більшість сушильних комплексів на підприємствах
сільськогосподарського комплексу працює на дорогому рідкому нафтовому
паливі. Внаслідок цього підприємства мають серйозні економічні проблеми при
переробці зерна.
З метою зниження вартості палива під час сушіння зерна та інших сипучих
матеріалів було розроблено експериментальний зразок модифікованого
повітронагрівача (теплогенератора), що працює на водовугільній суспензії.
Модифікований теплогенератор був створений на базі стандартного
теплогенератора ТГ-2,5А. Призначення теплогенератора - сушіння зерна та ін.
сипучих матеріалів, опалення виробництва.
На рисунку 4.6 представлена конструкція теплогенератора.

Рисунок 4.6 – Теплогенератор

Теплогенератор складається з таких основних частин: форкамери 1,
форсунки суспензійного вугільного палива 2, вихрової камери згоряння 3 з
75

перетискним вікном 4, теплообмінника 5 з камерою для збирання та видалення
золи 6 і системи пиловловлювання 10, у нижній частині вихрової камери
згоряння розташовано поворотний колосник 12, а також (або) камеру обладнано
шурувною планкою 11 для видалення відкладень шлаку. При цьому форкамера
1 розташована тангенціально до внутрішньої поверхні вихрової камери згоряння
3, а форсунка суспензійного вугільного палива 2 встановлена на осі форкамери 1
так, що розпилений струмінь палива спрямований тангенціально до внутрішньої
поверхні вихрової камери згоряння 3. Вихід продуктів згоряння в теплообмінник
здійснюється через пережимне вікно 4. У нижній частині теплообмінника 5
розташована камера для збирання та видалення золи 6. Газохід 9 з'єднує
теплообмінник 5 із системою пиловловлювання 10. Для подачі робочого агента,
що нагрівається, в теплообмінник 5 призначений вхідний патрубок 7, а для
відведення нагрітого робочого агента - вихідний патрубок 8.
Теплогенератор працює таким чином.
Спочатку вихрова камера згоряння розігрівається, наприклад, під час
спалювання будь-якого палива на колоснику.
Після прогріву камери згоряння до 600' 850 С через форсунку суспензійного
палива подається розпорошена водовугільна суспензія. Розроблена конструкція
форкамери забезпечує високу надійність запалювання основного палива.
Запалений струмінь основного палива надходить у вихрову камеру згоряння
тангенціально внутрішній поверхні останньої. Завдяки цьому він природним
чином, без руйнування, втягується у вихровий рух, який додатково формується
тангенціальною подачею вторинного повітря (на рисунку не показано).
Температура в камері згоряння починає швидко підвищуватися. При досягненні
робочої температури 800-1050 С (залежно від марки вугілля, з якого
приготовлено суспензію) подальша робота теплообмінника забезпечується
завдяки горінню тільки лише водовугільної суспензії.
Таким чином, конструкції форкамери і вихрової камери забезпечують
надійне займання і стійке горіння основного палива. Вихровий рух частинок, що
76

горять, у камері з пережимним вікном забезпечує перебування частинок у камері
впродовж часу, необхідного для повного вигоряння всіх частинок. Камеру
залишають з димовими газами тільки найлегші, з повністю вигорілим пальним
частинки. Згідно з отриманими даними залишок горючих речовин у золових
частинках не перевищує 3%, а насипна густина їхня не перевищує 350 кг/м3. Для
порівняння: у шлаку і золі від спалювання вугілля в шарових топках міститься
від 15 до 55% вуглецю.
У теплообміннику найбільші частинки золи осідають у камері,
розташованій у нижній частині теплообмінника. З цієї камери осіла зола
періодично видаляється.
Робочий агент, що проходить через теплообмінник, нагрівається гарячими
газами. Відповідно, димові гази, що проходять через теплообмінник,
охолоджуються. При цьому теплопередача відбувається через стінки
теплообмінника без змішування димових газів і робочого агента.
Гази, що віддали тепло, із залишками тонких пилових частинок надходять у
систему пиловловлювання, після чого викидаються в атмосферу.
Технічну здійсненність і високу ефективність роботи теплообмінника
підтверджено під час роботи теплогенератора ТГ-2,5А з вихровою топкою, що
працює на суспензійному вугільному паливі.
Випробувальний комплекс, що містив у собі ємність із паливом, обладнання
подавання палива, топку, модифікований теплогенератор, систему подавання
повітря для горіння та видалення димових газів, систему подавання нагріваємого
та видалення нагрітого повітря, компресор для подавання стисненого повітря,
обладнання попереднього розігріву топки, прилади КВПіА.
На рисунку 4.7 представлено фото загального вигляду теплогенератора і
вигляд працюючої топки через амбразуру форсунки.
77

Рисунок 4.7 - Фото теплогенератора.
Робота модифікованого теплогенератора здійснювалася таким чином.
Початковий (попередній) розігрів топки здійснювався за рахунок пальника,
що працює на дизельному паливі.
При досягненні в топці необхідної температури вмикалася форсунка
водовугільного палива. Одночасна робота дизельного пальника і водовугільної
форсунки тривала 10-15 хвилин. Потім дизельний пальник відключали.
Подальша робота теплогенератора здійснювалася тільки на водовугільному
паливі.
Усереднену характеристику палива наведено в таблиці 4.8.

78

Таблиця 4.8 - Характеристика водовугільного палива
Одиниця виміру Числове значення
Найменування показника
Гранулометричний склад:
класи, мм
%
+ 0,250
0,6
0,160 – 0,250
3,2
0,071 – 0,160
23,5
< 0,071
72,7
Разом
100,0
Масова частка твердої фази, СТ % 58,4
Зольність, Аd % 8,2
Ефективна в'язкість при швидкості
зсуву 80 с-1 і температурі 200С, η
мПа с 370
Нижча теплота згоряння
ккал/кг 3900

Рисунок 4.8 - Технологічна схема спалювання
79

Технологічні результати випробувань представлені в таблиці 4.9.
Таблиця 4.9 - Результати випробувань модифікованого теплогенератора
Найменування параметра Одиниця виміру Числове значення
Витрата палива л/год 55
Температура в топці С 950
Температура повітря С 80
Температура димових газів С 200
Теплова потужність кВт 250
Під час випробувань робота топки була стабільною, горіння стійке.
Технічна характеристика топки представлена в таблиці 4.10.
Таблиця 4.10 - Технічна характеристика топки
№ Найменування параметра Одиниця Величина
виміру
п/п
1. Спосіб спалювання - вихрове
2. Об'єм топкового простору м3 1,73
3. Теплопродуктивність Гкал/год 0,2 (0,25)
(МВт)
4. Витрата палива л/год 55 (66)
(кг/год)
5. Температура газів, що відходять С 1000
6. Розмір пережимного вікна мм ˘ 170
7. Внутрішній розмір топки мм 920х1300х1450
У процесі роботи котла з використанням газоаналізатора Testo t300 XXL
вимірювалися концентрації шкідливих речовин у газах, що відходять. Ці
значення становили для окису вуглецю 164 мг/м3 (ГДК=375 мг/м3), для оксидів
азоту - 303 мг/м3 (ГДК=750 мг/м3).
Таким чином, результати випробувань модифікованого теплогенератора
показали, що:
80

- водовугільне паливо має необхідну стабільність під час його
транспортування в ємностях на відстань понад 400 км і зберігає необхідні для
процесів спалювання реологічні та теплофізичні характеристики;
- стійка робота пальника на водовугільному паливі забезпечує необхідну
теплопродуктивність теплогенератора;
- збільшення витрати палива понад 55 л/год спричиняло підвищення
температури димових газів, що відходять, і перегрівання елементів
теплообмінної частини теплогенератора, тобто обраний теплогенератор ТГ 2.5А
виявився лімітуючим за теплопродуктивністю для верхньої межі теплової
потужності топки;
Розрахунок вартості теплової енергії (з урахуванням капітальних витрат)
показав, що навіть для такого малого об'єкта, як ТГ 2,5А (потужність 250 кВт),
вартість теплової енергії в 3,3-3,5 разів нижча порівняно з використанням рідких
нафтопродуктів.
На підставі отриманих результатів, а також досвіду промислової
експлуатації котлів, що працюють на ВВП, вбачається такий розвиток цієї
технології на підприємствах сільськогосподарського комплексу.
У районному центрі або великому населеному пункті створюється завод із
виробництва водовугільного палива. У літню пору паливо використовується для
сушильних комплексів зерна, вітамінного трав'яного борошна тощо,
розташованих у сусідніх населених пунктах. Взимку ВВП використовується в
наявних котельнях, а також теплогенерувальних установках з опалення
виробничих приміщень різного призначення. У цьому разі ефективність цієї
технології збільшується.
4.2 Висновки
Розроблено, створено і випробувано в стендових, дослідно-промислових і
промислових умовах конструкції теплогенераторів малої потужності з
вертикальною і горизонтальною віссю вихору в адіабатичній камері спалювання,
зокрема.
81

РОЗДІЛ 5
ВИМОГИ БЕЗПЕКИ ПРИ
ЕКСПЛУАТАЦІЇ КОТЛІВ

МР 03.144.22.ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Смаглій Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Цікановський В.Л.
РОЗДІЛ 5 ВИМОГИ БЕЗПЕКИ ПРИ
Реценз. ЕКСПЛУАТАЦІЇ КОТЛІВ 82
Н. Контр. ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калєйніков

5.1. Загальні положення

До обслуговування котлів допускаються особи не молодше 18 років, які
пройшли медичний огляд, навчання, атестовані та мають посвідчення на право
обслуговування котлів.
Машиніст, що приймається на роботу, повинен пройти вступний інструктаж
з охорони праці, виробничої санітарії, пожежної безпеки, прийомів та способів
надання долікарської допомоги потерпілим, бути ознайомленим під розпис з
умовами праці, правами та пільгами за роботу в шкідливих та небезпечних
умовах праці, про правила поведінки при виникненні аварій.
До початку роботи безпосередньо на робочому місці машиніст повинен
пройти первинний інструктаж з безпечних прийомів виконання робіт.
Про проведення вступного інструктажу та інструктажу на робочому місці
робляться відповідні записи в Журналі реєстрації вступного інструктажу з
питань охорони праці і Журналі реєстрації інструктажів з питань охорони праці.
При цьому обов’язкові підписи як того, кого інструктували, так і того, хто
інструктував.
Навчання та атестацію машиністів (операторів) котельної дозволяється
проводити з дозволу органів Держнаглядохоронпраці України в професійно-
технічних училищах, в учбово-курсових комбінатах (курсах), а також на курсах,
які спеціально створюються на підприємствах.
Програми підготовки повинні складатися на основі Типових програм,
узгоджених з Держнаглядохоронпраці України.
Індивідуальна (самостійна) підготовка персоналу не допускається.
Атестація машиніста (оператора) котлів проводиться комісією за участю
інспектора Держнаглядохоронпраці України.
Машиністу повинно бути видано посвідчення за підписом голови комісії,
інспектора Держнаглядохоронпраці України.
Періодична перевірка знань машиніста, який обслуговує котли, повинна
проводитись не рідше 1 разу на 12 місяців.
83

Позачергова перевірка знань проводиться:
– в разі переводу на обслуговування котлів іншого типу;
– при переводі котла на спалювання іншого виду палива;
– за рішенням адміністрації або на вимогу інспектора
Держнаглядохоронпраці України.
Машиніст, обслуговуючий котли, після первинного інструктажу на
робочому місці повинен перед допуском до самостійної роботи пройти
стажування (2–15 днів) для відновлення практичних навичок за програмою, яка
затверджена керівництвом організації.
Допуск машиніста до самостійного обслуговування котлів повинен
оформлюватись наказом по організації.
Машиніст котельної повинен виконувати роботу в спецодязі і спец-взутті,
передбачених Типовими галузевими нормами.
При роботі котельної на твердому мінеральному паливі:
– при механічному завантаженні – костюм бавовняний, рукавиці
комбіновані, окуляри захисні;
– при ручному завантаженні – костюм бавовняний з вогнезахисним
просоченням, черевики шкіряні, рукавиці комбіновані, окуляри захисні;
– при роботі котельної на рідкому паливі – костюм бавовняний, рукавиці
комбіновані, окуляри захисні;
– при роботі котельної на газі – комбінезон бавовняний.
Забороняється доручати машиністу (оператору) котельної, який
знаходиться на чергуванні, виконувати будь-які інші роботи, не передбачені цією
інструкцією.
Забороняється залишати котел без постійного спостереження машиніста як
під час роботи котла, так і після його зупинки до зниження тиску в ньому до
атмосферного.
Допускається експлуатація котлів без постійного спостереження за їх
роботою машиніста при наявності автоматики, сигналізації та захисту, які
забезпечують ведення нормального режиму роботи, ліквідацію аварійних
84

ситуацій, а також зупинку котла при порушеннях режиму роботи, які можуть
визвати пошкодження котла.
При переведенні машиніста на обслуговування котлів, що працюють на
газоподібному паливі, він повинен пройти навчання та перевірку знань в
порядку, встановленому “Правилами безпеки систем газопостачання України”.
При вступі на чергування машиніст котельної повинен ознайомитися з
записами у змінному журналі і перевірити справність обслуговуваних котлів та
їх обладнання, а також справність аварійного освітлення і сигналізації для
виклику адміністрації.
Прийняття і здача чергування в котельній повинні оформлятись старшим по
зміні з записом у змінному журналі із зазначенням результатів перевірки котлів
та їх обладнання, водовказівних приладів, сигналізаторів граничних рівнів води,
манометрів, запобіжних клапанів, живильних приладів і засобів автоматики.
Не дозволяється приймати і здавати чергування під час ліквідації аварій у
котельній. Під час чергування забороняється спати і розпивати спиртні напої.
Забороняється залишати котли без нагляду до повного припинення горіння
в топці, видалення з неї залишків палива і зниження тиску до нуля.
Приміщення котельної, котли і все обладнання треба тримати у справному
стані і належній чистоті. Забороняється захаращувати приміщення котельної або
зберігати в ньому будь-які матеріали і предмети. Проходи в котельному
приміщенні і виходи з нього мають бути завжди вільні. Двері для виходу з
котельної повинні легко відкриватись.
Відкривати люки та лючки, а також ремонтувати елементи котла
дозволяється тільки при повній відсутності тиску. Перед відкриванням люків і
лючків, розміщених у межах водяного простору, воду з елементів котла
необхідно видалити.
Виконувати роботи всередині топок і газоходів можна тільки при
температурі не вище 50–60°С за письмовим дозволом (наряд-допуском)
відповідальної особи, який видається після відповідної перевірки місця роботи.
85

Перебування робітника всередині котла або газоходу при цих температурах не
повинно перевищувати 20 хв.
На вентилях, засувках та заслінках при відключенні ділянок трубопроводів
і газоходів, а також на пускових пристроях димососів, дуттьових вентиляторів і
живильниках палива повинні бути вивішені плакати “Не включати, працюють
люди”. При цьому з пускових пристроїв димососів, дуттьових вентиляторів і
живильників палива повинні бути зняті плавкі вставки. Встановлення і зняття
вставок проводяться за наряд-допуском.
При роботі в котлі, на його площадках і в газоходах для електроосвітлення
слід застосовувати напругу не вище 12 В.
Перед закриттям люків і лазів необхідно перевірити, чи немає всередині
котла людей або сторонніх предметів, а також наявність і справність пристроїв,
встановлюваних всередині котла.
Машиніст котельної не повинен виконувати вказівки адміністрації, які
суперечать інструкції, що стосується виконуваної ними роботи, і можуть
призвести до аварії або нещасного випадку.

5.2. Вимоги безпеки перед початком роботи

Машиніст перед початком роботи повинен надіти належний спецодяг.
Перед розпалюванням необхідно перевірити готовність котла і всього
допоміжного обладнання до роботи шляхом ретельного огляду. При цьому
необхідно перевірити:
– справність топки і газоходів, запірних та регулюючих пристроїв;
– справність контрольно-вимірювальних приладів, арматури, живильних
пристроїв, димососів і вентиляторів, а також наявність природної тяги;
– справність обладнання для спалювання рідкого і газоподібного палива у
котлів, які працюють на цих видах палива;
– заповнення котла водою до позначки нижчого рівня;
86

– чи тримається рівень води в котлі і чи немає пропускання води через
лючки, фланці та арматуру;
– чи немає заглушок перед і після запобіжних клапанів, на паро-, мастило-
, газопроводах, на живильній, спускній та продувальній лініях;
– відсутність у топці та газоходах людей або сторонніх предметів.
Якщо в котлі не було води, заповнювати його водою треба поступово,
спочатку відкривши всі повітряні клапани та закривши продувальну і спускну
арматуру.
При температурі обмурівки нижче 0°С заповнювати котел треба підігрітою
водою.
Безпосередньо перед розпалюванням котла необхідно провести вентиляцію
топки і газопроводів протягом 10–15 хв шляхом відкриття дверцят топки,
піддувала, шиберів для регулювання подачі повітря, заслінок природної тяги, а
при наявності димососів і вентиляторів – шляхом їх включення. До включення
димососів для вентиляції топки і газоходів у котлів, які працюють на
газоподібному паливі, необхідно переконатись, що ротор не зачіпає корпусу
димососа, для чого ротор прокручується вручну. Включення димососів у
вибухонебезпечному виконанні допускається тільки після провітрювання котлів
природною тягою і після перевірки справності димососів.
При підготовці до розпалювання котла, що працює на газоподібному паливі
слід:
– перевірити справність газопроводу і встановлених на ньому кранів та
засувок (вся запірна арматура на газопроводах повинна бути закрита, а крани на
продувальних газопроводах відкриті);
– продути газопровід через продувальну свічку, поступово відкриваючи
засувку на відгалуженні газопроводу до котла. Якщо після перевірки з
газоаналізатором (або іншим надійним способом) виявиться, що в газопроводі
відсутня вибухонебезпечна газоповітряна суміш, свічку слід закрити;
87

– переконатись у відсутності витоку газу з газопроводів, газообладнання
та арматури шляхом омилювання їх. При виконанні цієї роботи користуватись
відкритим вогнем забороняється;
– перевірити по манометру відповідність тиску газу, а при двопровідних
пальниках, крім того, відповідність тиску повітря перед засувками пальників при
працюючому дуттьовому вентиляторі встановленому тиску;
– відрегулювати тягу розпалюваного котла, встановивши розрідження в
топці 20–30 Па (2–3 мм вод. ст.).
Нормально парові котли повинні працювати безперервно. В тих окремих
випадках, коли була допущена перерва в роботі котла, який працює на мазуті,
температура мазуту має бути доведена до 40–50°С, для чого парова лінія до
форсунок має бути прогріта. З цією метою, як виняток, допускається пуск котла
на дизельного паливі тривалістю до 50 хв. з витратою 15–20 л дизельного палива.
Як тільки мазутопровід буде розігрітий до температури 40–50°С, необхідно
негайно перевести роботу котла на мазут.
Розпалювати можна тільки за розпорядженням особи, відповідальної за
котельну, яке записується у змінний журнал. У розпорядженні слід зазначити
тривалість заповнення котла водою та її температуру.
Персонал котельної треба заздалегідь попередити про час розпалювання
котлів.
Розпалювати котли слід при слабкому вогні та зменшеній тязі (так, щоб
топка і всі розташовані в ній поверхні нагріву прогрівались рівномірно), при
закритому парозапірному вентилі і відкритому запобіжному клапані або вентилі
(крані) для випуску повітря. Відкритий запобіжний клапан (або повітряний
вентиль) закривають, як тільки з нього почне виходити пара. Після цього
збільшують горіння палива, стежачи за підвищенням тиску в котлі по манометру,
а також за рівнем води в котлі, і повторно перевіряють справну дію всієї
арматури.
Розпалюють котел до досягнення робочого тиску.
88

При механічному розпиленні мазуту необхідно після внесення в топку
вогню розпалювальним факелом трохи відкрити повітряний шибер і, поволі
відкриваючи вентиль подачі палива, подати мазут в топку. Після того, як
загориться паливо, відрегулювати горіння. Розпалювальний факел слід видаляти
з топки, коли горіння стане сталим. Якщо розпалювання проводилося дизельним
паливом, то при переведенні роботи котла на мазут (а також при розпалюванні
котла мазутом), якщо не загорівся мазут, слід негайно перекрити подачу його в
форсунку, забрати з топки розпалювальний факел (якщо він там був) і
провентилювати топку, газоходи та повітропроводи протягом 10–15 хв,
встановити причину, чому не загорівся мазут, слід негайно перекрити подачу
його в форсунку. Тільки після цього можна знову приступати до запалювання
форсунки (тобто до розпалювання котла).
При наявності біля котла кількох форсунок запалюють їх послідовно.
Якщо при розпалюванні погаснуть усі працюючі форсунки, слід негайно
припинити подачу в них палива, забрати з топки ручні розпалювальні факели і
провентилювати топку, димоходи та повітропроходи протягом 10–15 хв при
працюючому димососі та вентиляторі. Після цього можна знову запалювати
форсунки.
Якщо погасне частина працюючих форсунок, треба негайно припинити
подачу палива в ці форсунки, а потім запалити їх за допомогою ручного
розпалювального факела.
Пальник котла, що працює на газовому паливі, слід запалювати так: внести
в топку запальник до устя пальника, який включається, подати газ, поволі
відкриваючи засувку перед пальником і стежачи за тим, щоб він загорівся
відзразу, тут же почати подачу повітря, потім збільшити подачу газу і повітря,
водночас регулюючи розрідження в топці і полум’я в пальнику. Вийняти
запальник з топки після одержання сталого факела.
Якщо до розпалювання пальника полум’я запальника погасло, необхідно
негайно припинити подачу газу в пальник, вийняти запальник з топки і
89

провентилювати топку та газоходи протягом 10–15 хв. Тільки після цього можна
повторно запалювати пальники.
При наявності в котлі кількох пальників запалюють їх послідовно.
Якщо при розпалюванні погаснуть усі або частина запалених пальників, слід
негайно припинити подачу газу до них, забрати з топки запальник і
провентилювати топку та газоходи протягом 10–15 хв. Тільки після цього можна
повторно запалювати пальники.
Забороняється:
– запалювати в топці газ, коли він погас, спочатку не провентилювавши
топку і газоходи;
– запалювати газовий факел від сусіднього пальника.
Запалюючи пальники або розпалюючи форсунки, не слід стояти проти
оглядових отворів (розпалювальних люків), щоб не дістати опік від полум’я, що
випадково викинеться з топки.
Обережно проводити підтягування болтів, лазів, люків під час
розпалювання котла тільки нормальним ключем, не застосовуючи подовжуючих
важелів – у присутності особи, відповідальної по котельній.
Перед включенням котла в роботу мають бути проведені:
– перевірка справності дії запобіжних клапанів, водовказівних приладів,
манометрів і живильних пристроїв;
– перевірка показань знижених показників рівня води за показниками
рівня води прямої дії;
– перевірка і включення автоматики безпеки, сигналізаторів і апаратури
автоматичного управління котлом;
– продування котла.
Забороняється пуск у роботу котлів з несправними арматурою, живильними
приладами, автоматикою безпеки та засобами протиаварійного захисту і
сигналізації.
Включати котел у паропровід треба поволі, після старанного прогрівання та
продування паропроводу. При прогріванні необхідно стежити за справністю
90

паропроводу, компенсаторів, опор і підвісок, а також за рівномірним
розширенням паропроводу.
При виникненні вібрації або різких ударів необхідно припинити
прогрівання до усунення дефектів.
Парозапірний вентиль при ослабленому горінні плавно, повільно і обережно
відкривають на 1/8 оберту (в паропроводі має бути чутний шум пари), по
припиненні шуму вентиль відкривають ще на 1/8 оберту і т.д. У повністю
відкритого парозапірного вентиля маховичок повертають трохи назад.

5.3. Вимоги безпеки під час виконання роботи

Під час чергування машиніст котельної повинен стежити за справністю
котла і всього обладнання котельної, точно додержувати режиму роботи котла.
Виявлені в процесі роботи обладнання несправності треба записувати у
змінний журнал. Машиніст повинен вживати негайних заходів до усунення
несправностей, які загрожують безпечній і безаварійній роботі обладнання.
Якщо усунути несправності власними силами неможливо, необхідно повідомити
про це особу, відповідальну за безпечну експлуатацію котлів.
Особливу увагу під час роботи треба приділяти:
– підтриманню нормального рівня води в котлі та рівномірному живленню
його водою. При цьому не можна допускати, щоб рівень води опускався нижче
допустимого нижчого рівня або піднімався вище допустимого вищого рівня;
– підтриманню нормального тиску пари (підвищення тиску в котлі вище
дозволеного не допускається);
– підтриманню температури перегрітої пари, а також температури
живильної води після економайзера;
– нормальній роботі пальників (форсунок).
Перевіряти справність дії манометра за допомогою триходових кранів або
запірних вентилів, що заміняють їх, треба не рідше одного разу за зміну із
записом у змінний журнал.
91

При роботі котла на газовому паливі для збільшення навантаження слід
поступово добавити спочатку подачу газу, потім повітря і відрегулювати тягу;
для зменшення – спочатку зменшити подачу повітря, потім газу, після чого
відрегулювати тягу.
Якщо при роботі котла на газі погаснуть усі пальники або частина з них
(припиниться подача повітря в пальники, які працюють з примусовою подачею
повітря, або різко підвищиться тиск газу перед пальниками), слід негайно
припинити подачу газу в пальники, перекривши для цього відключаючу
арматуру перед пальниками, провентилювати топку, газоходи і повітропроходи,
з’ясувати і усунути причину порушення нормального режиму горіння.
При роботі котла на рідкому паливі для збільшення навантаження слід
добавити тягу, збільшити подачу повітря і потім мазуту; для зменшення –
спочатку зменшити подачу мазуту і повітря, а потім зменшити тягу.
В разі, якщо при роботі котла на рідкому паливі погаснуть усі форсунки,
слід негайно припинити подачу палива, зменшити дуття і тягу та усунути
причину припинення горіння.
Для видалення з котла шламу, підтримання постійного вмісту солей у
котловій воді (для зменшення їх відкладень на поверхнях нагріву) застосовують
продування котлів, при цьому з найнижчих частин котла періодично видаляють
частину котлової води, найбільш насиченої шламом.
Періодичне продування має проводитись у строки, встановлені
адміністрацією, в присутності відповідальної по зміні особи.
Про наступне продування котла повинні бути попереджені персонал
котельної та інші особи, що перебувають у ній.
Перед продуванням пуск пари в паромагістраль припиняється.
Порядок продування:
– перевіряють справність продувальної лінії та спускних кранів. Відвід між
котлом і продувальним краном має бути гарячий; холодний стан є ознакою
засмічення, при цьому проводити продування небезпечно, бо при відкритті
продувального крана тиском котлової води може пробити бруд у відводі і в
92

результаті гідравлічного удару можуть зруйнуватись відвід і продувальний кран,
що призведе до вибуху котла;
– перевіряють справність живильних насосів і наявність достатньої
кількості води в живильному баку;
– встановлюють справність водовказівного склу і водопровідних кранів;
– рівень води в котлі перед продуванням має бути дещо вищий за
нормальний. Підкачують воду в котел приблизно до 3/4 висоти водовказівного
скла.
Виконувати продування можна не раніше, ніж через 8–10хв після
останнього підкачування води в котел;
– ослаблюють горіння в топці;
– під час продування котла необхідно спостерігати за рівнем води в котлі.
Продування виконують, як правило, два машиністи або оператори, один з
яких спостерігає по водовказівному склу за рівнем води і по манометру за
тиском, а другий поперемінно відкриває і закриває крани, роблячи це плавно, без
ривків, обережно і поступово;
– при наявності двох продувальних кранів спочатку відкривають другий
від котла кран, потім перший. Після припинення продування спочатку
закривають перший від котла кран, а потім другий;
– за одне відкриття не рекомендується випускати більше 2 см води (по
водовказівному склу). В кінці продування рівень води має бути вищий за нижчий
допустимий рівень не менше, ніж на 3 см. Під час продування підкачувати воду
в котел забороняється;
– в разі появи в продувальній лінії гідравлічних ударів, вібрації
трубопроводу тощо продування треба негайно припинити;
– по закінченні продування слід пересвідчитись, що запірні пристрої на
продувальній лінії надійно закриті і не пропускають воду, і включити котел у
нормальну роботу;
93

– забороняється продування при несправній продувальній арматурі,
відкривання і закривання арматури ударами молотка чи інших предметів, а також
за допомогою подовжених важелів;
– час початку і закінчення продування записується у змінному журналі.
Забороняється під час роботи котла правка заклепочних швів, заварювання
елементів котла і т.п.
Всі пристрої і прилади автоматичного управління і безпеки котла треба
підтримувати у справному стані і регулярно перевіряти. Порядок і строки
перевірки має встановлювати адміністрація.
Зупинки котла у всіх випадках, крім зупинки при аварії, мають проводитись
тільки за письмовим розпорядженням адміністрації.
При зупинці котла необхідно:
– підтримувати рівень води в котлі вище середнього;
– припинити подачу палива в топку;
– відключати котел від паропроводів після повного припинення горіння в
топці і припинення відбору пари;
– в разі тривалої зупинки (і тільки за розпорядженням відповідальної за
котельну особи) провести розхолоджування котла і спуск з нього води тільки
після повного зниження тиску в котлі (до нуля по манометру), а також після
достатнього остигання кладки (при відкритому і заклиненому запобіжному
клапані та відкритих повітряних клапанах);
– забороняється залишати непрацюючий котел приєднаним до парової
магістралі.
При зупинці котла, що працює на рідкому паливі, слід:
– припинити подачу палива в форсунку;
– припинити подачу повітря при повітряному розпиленні;
– провентилювати топку, газоходи, після чого закрити дуття і тягу.
При зупинці котла, що працює на газовому паливі з примусовою подачею
повітря, треба зменшити, а потім зовсім припинити подачу в пальники газу, а
слідом за цим – повітря. При інжекційних пальниках слід спочатку припинити
94

подачу повітря, а потім – газу. Після відключення всіх пальників необхідно
відключити газопроводи котла від загальної магістралі, відкрити продувальну
свічку на відводі, а також провентилювати топку, газоходи і повітропроводи.
При зупинці котла, що працює на твердому паливі, слід:
– допалити при зменшених дутті і тязі рештки палива, що залишилися в
топці. Забороняється гасити паливо, засипаючи його свіжим паливом або
заливаючи водою;
– припинити дуття і зменшити тягу;
– очистити топку і бункери;
– припинити тягу, закривши димову заслінку, топкові та піддувальні
дверцята (при механічній топці припинити тягу після охолодження решітки).
Порядок консервації зупинених котлів має відповідати інструкції заводу-
виготовлювача по монтажу та експлуатації котлів.

5.4. Вимоги безпеки під час виконання ремонтних робіт

При виконанні ремонтних робіт оператор повинен:
1. До початку проведення будь-яких робіт всередині котла, з’єднаного з
іншими працюючими котлами загальними трубопроводами (паропровід,
поживні, дренажні, спускні лінії і т.п.), а також перед оглядом чи ремонтом
елементів, що працюють під тиском, відключити котел від усіх трубопроводів
заглушками.
При цьому допускається відключення котлів з тиском понад 39 кгс/см2
двома запірними органами, якщо між ними є дренажний пристрій з діаметром
умовного проходу не менше 32 мм, що має пряме сполучення з атмосферою. В
цьому випадку приводи запірних органів, а також вентилів відкритих дренажів
закривати на запір так, щоб виключалася можливість ослаблення їх щільності
при закритому замку. Ключ від замка повинен зберігатися у особи, яка відповідає
за справний стан і безпечну експлуатацію котлів (начальника котельної). При
95

роботі на газовому, рідкому і пиловидному паливі котел надійно роз’єднати із
загальним топливопроводом.
2. Відкривання люків і лючків, а також ремонт елементів котлів проводити
тільки за повної відсутності тиску. Перед відкриванням люків і лючків,
розміщених у межах водяного простору, воду з елементів котлів і економайзерів
видалити.
3. Виконання робіт всередині топок і газоходів котла проводити тільки при
температурі 50–60 оС і за письмовим дозволом (наряд-допуск) особи,
відповідальної за справний стан і безпечну експлуатацію котлів (начальник
котельної), після відповідної перевірки місця роботи.
4. Перед початком роботи топку і газоходи слід провентилювати, освітити і
надійно захистити від можливого проникнення газів і пилу з газоходів
працюючих котлів. При цьому чистота повітря в топці і газоходах повинна
відповідати вимогам санітарних норм.
При роботі котла на газо- або пиловидному паливі необхідно також надійно
відключити його заглушкою від загального газо- або пилопроводу.
5. На вентилях, засувках і заслінках при відключенні дільниць
трубопроводів і газоходів, а також на пускових пристроях димососів, дуттьових
вентиляторах і живильниках палива вивісити плакати: «Не вмикати – працюють
люди». При цьому на пускових пристроях димососів, надувних вентиляторах і
живильниках палива зняти плавкі вставки. Установку і зняття заглушок про-
водити за нарядом-допуском.
6. При роботі в котлі, на його майданчиках і в газоходах для
електроосвітлення застосовувати напругу не вище 12 В.
7. Перед закриттям люків і лазів перевірити і переконатися у відсутності
всередині котла людей і сторонніх предметів, а також у наявності та справності
приладів, що встановлюються всередині котла.
8. Якщо в котельній, яка працює на газоподібному паливі, не працювали всі
котли, то при вході до неї перевірити газоаналізатором (або іншим надійним
засобом) наявність газу в приміщенні.
96

При виявленні ознак загазованості приміщення котельної включення і
виключення електроосвітлення та електрообладнання, зробленого не у
вибухозахисному виконанні, розпалення котлів, а також користування відкритим
вогнем забороняється.
Включення електроосвітлення і штучної примусової вентиляції
дозволяється тільки після того, як перевіркою буде встановлено, що приміщення
котельної не загазовано.

5.5. Вимоги безпеки в аварійних ситуаціях

Машиніст або оператор повинен в аварійних випадках негайно зупинити
котел і повідомити про це відповідальну за котельну особу (або особу, яка її
заміняє), зокрема у випадках:
– перестало діяти більше, ніж 50% запобіжних клапанів;
– тиск піднявся вище дозволеного більше, ніж на 10% і продовжує зростати,
незважаючи на припинення подачі палива, зменшення тяги і дуття та посилене
живлення котла водою;
– стався випуск води з котла (нижче нижньої кромки водовказівного скла).
Підживлення котла водою при цьому забороняється;
– рівень води швидко знижується, незважаючи на посилене живлення
котла водою;
– рівень води піднявся вище верхньої кромки водовказівного скла і
продуванням котла не вдається знизити його;
– припинена дія всіх живильних пристроїв (насосів та ін.);
– виявлені в основних елементах котла (барабані, колекторі, камері,
жаровій трубі, вогневій коробці, кожусі топки, трубній решітці, зовнішньому
сепараторі, паропроводі тощо) тріщини, випинання, пропуски у зварних швах,
обриви двох і більше зв’язків, розміщених поряд;
97

– виявлена загазованість котельної з котлами, які працюють на газовому
паливі, припинена подача газу, стався вибух газоповітряної суміші в топці котла
або газоходах;
– припинена дія всіх водовказівних приладів;
– припинена подача електроенергії при штучній тязі, а також пошкоджені
елементи котла та його обмурівки, що створює небезпеку для обслуговування
персоналу або загрозу руйнування котла;
– виникла пожежа в котельній або загорілася сажа чи частинки палива в
газоходах, що загрожує обслуговуючому персоналу і котлу.
Причини аварійної зупинки повинні бути записані у змінному журналі.
При появі течі в заклепочних швах або в місцях вальцівки труб свищів на
трубах поверхонь нагріву котла, а також при інших пошкодженнях і
несправностях котла, арматури, манометрів, приладів безпеки і допоміжного
обладнання, які не вимагають негайної зупинки котла, машиніст або оператор
повинен негайно повідомити про це особу, відповідальну за котельну.
При аварійній зупинці котла необхідно:
– припинити подачу палива і повітря, різко ослабити тягу;
– якомога швидше видалити паливо, що горить, із топки, у виняткових
випадках при неможливості зробити це, паливо, що горить, залити водою,
стежачи за тим, щоб струмінь води не потрапляв на стінки котла та обмурівки;
– після припинення горіння в топці відкрити на деякий час димову
заслінку, а в ручних топках – топкові дверцята;
– відключити котел від головного паропроводу.
При зупинці котла через загоряння сажі або винесення палива в
пароперегрівачі чи газоходи слід негайно припинити подачу палива і повітря в
топку, перекрити тягу, зупинити димососи і вентилятори і повністю перекрити
повітряні та газові заслінки; після припинення горіння провентилювати топку.
В разі виникнення в котельній пожежі машиніст або оператор повинен
негайно викликати пожежну охорону і вжити всіх заходів до гасіння її, не
припиняючи спостереження за котлами.
98

При пожежі в котельній з котлами, які працюють на газовому паливі, треба
негайно відключити газопровід котельної за допомогою засувки, встановленої
поза приміщенням котельної.
Якщо пожежа загрожує котлам і неможливо гасити її швидко, необхідно
зупинити котли в аварійному порядку, посилено живлячи їх водою і випускаючи
пару в атмосферу (поза приміщенням). Машиністи або оператори можуть
залишити котельну тільки після зупинки котлів і погашення топок.
Під час пожежі, будь-яких аварій або нещасних випадків, що сталися поза
котельним приміщенням, машиністи або оператори повинні залишатись на
своєму робочому місці.

99

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Визначено вплив зольності та виходу летких на: склад газової фази в
атмосфері топки, режим спалювання та температуру в топковому просторі,
необхідні для стійкого горіння суспензійного палива.
2. На підставі аналізу запропонованої моделі, а також чисельних
розрахунків встановлено, що процес горіння різних за структурою частинок
(краплі ВВП і вугільні частинки) в адіабатичній топці стає ідентичним вже після
закінчення декількох часток секунди, при цьому температурний режим
стабільного горіння ВВП встановлюється в межах 850-1100°С залежно від
виходу летких речовин, при цьому час перебування в топці крапель ВВП і
вугільних частинок має бути не менше 3-5 секунд.
3. Знайдено залежності параметрів спалювання ВВП з вугільних шламів
від характеристик палива; розроблено методику розрахунку геометричних
розмірів вихрових адіабатичних камер згоряння малої потужності з урахуванням
їхньої теплопродуктивності та якості ВВП.
4. Експериментальні дослідження, випробування в дослідно-промислових
і промислових умовах теплогенераторів, що працюють на ВВП, показали їхню
високу технічну ефективність (механічний недопал становив не більш як 5 %,
ККД котлів не менш як 86 %), а кількість шкідливих викидів у газах, що йдуть,
істотно менша за гранично припустимі значення (у 2,1-3,0 раза).
5. Запропоновано конструкції та створено теплогенератори малої потужності
у вихровій топковій камері та розроблено технологічні режими їхньої роботи;
визначено ефективність застосування теплогенераторів малої потужності, для
сушіння зерна на основі спалювання водовугільної суспензії.

100

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Liu H. W., Ni W. D., Li Z. et al. Strategic thinking on IGCC development
in China // Energy Policy. – 2008. – Vol. 36 (1). – P. 1–11.
2. Білецький В. С., Світлий Ю. Г. Підготовка і транспортування
вугілля: Навчальний посібник. – Донецьк: Східний видавничий дім,
2009. – 304 с. (Заміна Антипенка).
3. Круть О. О. Водовугільне паливо: Монографія. – К.: Наукова думка,
2002. – 172 с. (Фундаментальна українська праця щодо ВВП).
4. Murko V. I., Karpenok V. I. et al. The usage of boilers with a vortex
furnace for burning enrichment products and deballasting coal // XVIII
International Coal Preparation Congress. – 2016. – P. 345–350.
5. Murko V. I., Karpenok V. I. et al. The development of a technological
complex for utilization of fine waste coal PP "TUGNUYSKAYA" //
XVIII International Coal Preparation Congress. – 2016. – P. 339–343.
6. Світлий Ю. Г., Білецький В. С. Гідравлічний транспорт: Монографія.
– Донецьк: Східний видавничий дім, 2009. – 436 с.
7. Law C. K. Combustion Physics. – Cambridge University Press, 2006. –
722 p. (Міжнародний стандарт з теорії горіння).
8. Glassman I., Yetter R. A. Combustion. – 4th Edition. – Elsevier, 2008. –
800 p.
9. Скляренко І. П., Чернявський М. В. Енергетичне використання
низькосортного вугілля та відходів збагачення // Енерготехнології та
ресурсозбереження. – 2014. – № 3. – С. 15–22.
10. Turns S. R. An Introduction to Combustion: Concepts and Applications.
– McGraw-Hill Education, 2011.
11. Чернявський М. В. Перспективи впровадження технологій
спалювання водовугільного палива в енергетиці України //
Промислова теплотехніка. – 2012. – Т. 34, № 5. – С. 58–66.
101

12. Williams A. Combustion of Coal and Oil-Water Emulsions and Mixtures.
– Applied Science Publishers, 1985. (Класична праця з горіння
сумішей).
13. Yuan J. et al. Research on the spray and combustion characteristics of
coal-water slurry // Fuel. – 2019. – Vol. 254. – 115587.
14. McAllister S., Chen J. Y., Fernandez-Pello A. C. Fundamentals of
Combustion Processes. – Springer, 2011.
15. Hofhoff G. et al. Combustion and gasification of coal-water slurries //
Progress in Energy and Combustion Science. – 2014. – Vol. 40. – P. 1–
36.
16. Kuznetsov G. V. et al. Numerical modeling of ignition of coal–water fuel
particles // Combustion, Explosion, and Shock Waves. – 2015. – Vol. 51.
– P. 409–415.
17. Померанцев В. В. (пер. укр.). Теорія горіння та топочні пристрої. –
К.: Техніка, 1975. (Україномовне видання класичної школи).
18. Borman G. L., Ragland K. W. Combustion Engineering. – McGraw-Hill,
1998. – 613 p.
19. Warnatz J., Maas U., Dibble R. W. Combustion: Physical and Chemical
Fundamentals, Modeling and Simulation. – Springer, 2006.
20. Lackner M., Winter F., Agarwal A. K. Handbook of Combustion. –
Wiley-VCH, 2010.
21. Dorokhov V. V. et al. Composition of a gas and ash mixture formed during
the pyrolysis and combustion of coal-water slurries // Environmental
Pollution. – 2021. – 285. – 117390.
22. Nikitin A. D. et al. Anthropogenic emissions from the combustion of
composite coal-based fuels // Science of the Total Environment. – 2021.
– V. 772. – 144909.
23. Nyashina G. S. et al. Effects of plant additives on the concentration of
sulfur and nitrogen oxides in coal-water slurries // Environmental
Pollution. – 2020. – 258. – 113682.
102

24. Akhmetshin M. R. et al. Comparative analysis of factors affecting gaseous
anthropogenic emissions from slurry fuel combustion // Fuel. – 2020. – V.
270. – 117581.
25. Nyashina G. S. et al. Impact of micro-explosive atomization of fuel
droplets on combustion performance // Fuel Processing Technology. –
2020. – V. 201. – 106334.
26. Kurgankina M. A. et al. Advantages of switching coal-burning power
plants to coal-water slurries containing petrochemicals // Applied Thermal
Engineering. – 2019. – V. 147. – P. 998–1008.
27. Nyashina G. S. et al. Environmental benefits and drawbacks of composite
fuels based on industrial wastes // Journal of Hazardous Materials. – 2018.
– Vol. 347. – P. 359–370.
28. Murko V. I. et al. Hydrotransport fuel and energy complexes: A Review
// Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. –
2015. – Vol. 8. – P. 1022–1034.
29. Dzhundubaev A. K. Flow regimes of fuel coal-water slurries in the
channels of spraying devices // Journal of Siberian Federal University. –
2018. – Vol. 11 (2). – P. 242–249.
30. Murko V. I., Baranova M. P. et al. The intensification of the solid fuel
grate-firing process // Journal of Physics: Conf. Series. – 2019. – 012024.
31. Kuznetsov G. V., Salomatov V. V. et al. Influence of conditions of heat
exchange on ignition of coal–water fuel particles // Thermal Engineering.
– 2015. – Vol. 62. – P. 703–707.
32. Syrodoy S. V. et al. Influence of particle shape on the characteristics of
ignition of hydrocarbon fuel // Solid Fuel Chemistry. – 2015. – Vol. 49. –
P. 365–371.
33. Syrodoy S. V. et al. The influence of the structure heterogeneity on the
coal–water fuel particles ignition // Combustion and Flame. – 2017. – Vol.
180. – P. 196–206.
103

34. Frank-Kamenetskii D. A. Diffusion and Heat Transfer in Chemical
Kinetics. – Princeton University Press, 2015. (Міжнародне перевидання
класики).
35. Spalding D. B. Combustion and Mass Transfer. – Elsevier, 1978.
36. Prationo W., Zhang L. Influence of steam on ignition of Victorian brown
coal particle stream // Fuel. – 2016. – Vol. 181. – P. 1203–1213.
37. Zhang W. et al. Direct numerical simulation of ignition of a single particle
freely moving in a uniform flow // Adv. Powder Technol. – 2017. – Vol.
28. – P. 2893–2902.
38. Salomatov V. et al. Effect of high-temperature gas flow on ignition of the
water-coal fuel particles // Combustion and Flame. – 2019. – Vol. 203. –
P. 375–385.
39. Boyko E. E. Modeling of coal-water slurry combustion with thermal
plasma assistance // International Journal of Heat and Mass Transfer. –
2019. – Vol. 132. – P. 450–462.
40. Kondratiev V. N. Chemical Kinetics of Gas Reactions. – Pergamon Press,
2016. (Англомовне видання фундаментальної праці).
41. Murko V. I. et al. Investigation of the spraying mechanism and
combustion of the suspended coal fuel // Thermal Science. – 2015. – Vol.
19 (1). – P. 243–251.
42. Pinchuk V. et al. Experimental investigation of the influence of
metamorphic stage on fuel drop combustion // Inter. J. Energy Clean
Environ. – 2019. – Vol. 20. – P. 43–62.
43. Grigoriev I. S., Meilikhov E. Z. Handbook of Physical Quantities. – CRC
Press, 1997. (Міжнародний довідник фізичних величин).
44. Annamalai K., Puri I. K. Combustion Science and Engineering. – CRC
Press, 2006. – 1131 p.
45. ДСТУ 3008:2015. Звіти у сфері науки і техніки. Структура та правила
оформлення. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2016.
104

46. Babiy V. I. Combustion of pulverized coal and water-coal mixtures. –
Energy and Environment, 2010.
47. Chernyavskiy M. V. Fluidized bed combustion of low-grade coals and
coal wastes // Energy Technologies and Resource Saving. – 2015. – Vol.
2. – P. 4–12.
48. Krut O. O. Environmental aspects of coal-water fuel production and
utilization // Fuel and Energy. – 2018. – № 4. – P. 22–29.

105

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets