Струйно-нишевая технология
Струйно-нишевая технология — универсальная технология сжигания газообразного топлива, которая применяется на всех типах газосжигающего оборудования.
Начало разработки струйно-нишевой технологии сжигания топлива относится к концу 1970-х годов, когда в отделе горения кафедры использования топлива и защиты воздушного бассейна теплоэнергетического факультета Киевского политехнического института проводились работы по исследованию струйно-нишевой системы смесеобразования и стабилизации пламени. Результатом этих исследований явилась кандидатская диссертация М. З. Абдулина «Струйно-нишевая система смесеобразования и стабилизации пламени» и ряд авторских свидетельств СССР в соавторстве с Дворциным Г. Р. и другими сотрудниками кафедры.
В струйно-нишевой системе в широких пределах изменения режимных факторов (скорость газа, воздуха, давление, температура) реализуются устойчивые и легкоуправляемые вихревые структуры с высокой интенсивностью турбулентности потоков горючего и окислителя, а также зоны обратных токов, обеспечивающие качественное смесеобразование с необходимым уровнем горючей концентрации и надежную аэродинамическую стабилизацию горения. Объём вихрей на несколько порядков меньше, чем у традиционных вихревых ГУ, поэтому их влияние на пульсации в топке котла, а также эрозионное влияние на амбразуру и другие элементы котла относительно мало. Малый объём вихрей позволяет проводить пуск и эксплуатацию ГУ с малым расходом газа, что обеспечивает безопасность пуска и отсутствие тепловых ударов. Улучшение смесительных свойств ГУ повышает надежность работы при предельно малых коэффициентах избытка воздуха и, следовательно, при повышенных значениях средней температуры факела в топочном пространстве.
Все вышеописанные преимущества струйно-нишевой системы, позволяют увеличить тепловосприятие радиационной части и приводят к снижению температуры уходящих газов, так как количество тепла, переданное радиационным излучением в топке, пропорционально температуре факела в четвёртой степени. Повышение среднего уровня температуры, её равномерность в в топочном пространстве огнетехнического объекта (ОО), вследствие оптимального смесеобразования, сопровождается значительным уменьшением неравномерности тепловых потоков, и, таким образом приводит к повышению надежности его работы в целом. Упорядоченная структура течения горючего и окислителя в ГУ со струйно-нишевой системой обеспечивает самоохлаждение элементов ГУ за счет теплообменных процессов при подогреве воздуха и газа. Одной из особенностей струйно-нишевой системы является малое гидравлическое сопротивление по трактам горючего и окислителя, что позволяет значительно снизить давление газа и воздуха при эксплуатации ГУ. Все это позволяет данной технологии сжигания оптимально вписаться в сложную аэротермохимическую схему ОО.
Результаты исследовательских работ в начале 80х годов использованы в перспективных схемах воздушно-реактивных двигателей разработки ЦИАМ (г. Москва).
Первый образец базового элемента комбинированного горелочного горелочного устройства на основе струйно-нишевой технологии для авиационных двигателей и газотурбинных двигателей, работающих на газообразном и жидком топливе изготовлен, испытан и запатентован в 1986 г.
Ввиду распада СССР все менее востребованными становились работы с авиационными и газотурбинными двигателями и авторы начали проводить адаптацию технологии к ОО в различных сферах народного хозяйства (котлы, хлебопекарные печи, мартеновские печи, вращающиеся печи, сушила, подогреватели газа и т. д.)
В начале 1990-х годов, на начальном этапе внедрения, не основываясь на испытаниях на реальных объектах, авторами разработки (Абдулин М. З., Дворцин Г. Р.) были созданы первые промышленные горелочные устройства, реализующие струйно-нишевую технологию (СНТ). На основании конструкции этих первых несовершенных горелок и были запущены в серию горелочные устройства (ГУ), позднее названные их производителями «МДГГ» (микродиффузионные газовые горелки) и, несколько позже, «КП» (квазікінетичний пальник). У этих горелочных устройств был ряд недостатков: ухудшались экономические показатели горелок и горелки были более подвержены переходу в режимы пульсационного горения, что влияло на устойчивость и диапазон работы горелочного устройства; несовершенная конструкция охлаждения горелочного устройства, что часто приводило к перегревам горелочного устройства и выходу его из строя.
Вначале 2000-х годов созданы более совершенные горелочные устройства, названные «СНГ» (струйно-нишевая горелка).
За внедрение горелочных устройств СНГ разработчиками в 2006 году получено звание «Лидер топливно-энергетического Украины» за лучший энергосберегающий проект. В 2007 году были созданы новые горелочные устройства «СНТ», а в 2009 году, последние на сегодняшний день в этом ряду, новейшие горелочные устройства "ВРАД СНТ. В конце 2009 года авторский коллектив разработчиков удостоен звания «Лидер топливно-энергетического комплекса Украины» за лучшую научно-техническую разработку года.
Устройства, реализующие струйно-нишевую технологию сжигания топлива (СНТ), нашли широкое применение на ОО коммунального хозяйства, строительной, химической, угольной, кондитерской, продовольственной и др. отраслей промышленности Украины, Беларуси, России, Казахстана и Польши.
СНТ не только работает на новом оборудовании, но и позволяет достаточно быстро модернизировать морально устаревшие ОО (срок эксплуатации более 30 лет), обеспечивая технические характеристики на уровне лучших мировых показателей по экономичности, экологической безопасности, надёжности и качеству получаемой продукции.
Срок окупаемости такой модернизации ОО не превышает одного года эксплуатации. При этом имеет место значительная экономия топлива, электроэнергии на привод тягодутьевых средств, существенное увеличение межремонтного периода работы объектов, повышение уровня безопасности и т. д. В настоящее время сертифицировано 192 модели универсальных горелочных устройств СНГ, СНТ и ВРАД СНТ.
На сегодняшний день имеется ряд серьёзных улучшений разрабатываемых горелочных устройств, создаются новые типы ГУ, работающие на комбинированных видах топлива (газомазутные ГУ, ГУ, работающие на газовой смеси, в том числе с использованием коксового и доменного (и близких к ним по составу газов), из системы самоохлаждения выводится вода за счет использования новых современных типов защитных покрытий, повышается эффективность работы новых ГУ. Кроме того разрабатываются новые научные подходы для повышения эффективности СНТ. Исследуется использование в рабочем процессе ГУ ионизация воздушного потока и факела, использование плазменных образований.
На основе СНТ успешно реализуются комплексные методы снижения уровня эмиссии СО, NOx, Бенз(А)пиренов и других загрязняющих веществ. Струйно-нишевая технология сжигания топлива, и горелочные устройства на её основе защищены патентами, принадлежащими авторам разработки (Абдулин М. З., Дворцин Г. Р.).