Опис виконуваних і виконаних проектів (ВТТГД) – Інститут технічної теплофізики

Опис виконуваних та виконаних проектів

2022

Тема 1.7.1.896 «РОЗВИТОК МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ ПІДВИЩЕННЯ ЕКОЛОГОЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ В ГАЗОТУРБОБУДУВАННІ ТА ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЦІ». Відомча тематика, код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Проведено аналіз теплогідравлічної ефективності вихрового плівкового охолодження лопаток газових турбін в умовах обертання. Виконане комп’ютерне моделювання плівкового охолодження на опуклій та увігнутій поверхнях при подачі охолоджувача в заглиблення різної конфігурації. Визначенні закономірності поверхнево-вихорового плівкового охолодження, досліджено вплив опуклої та увігнутої кривизни на локальну та середню ефективність плівкового охолодження в умовах обертання. Визначена та проаналізована вихрова структура потоку, проведений порівняльний аналіз отриманих результатів для увігнутої та опуклої поверхонь.

За допомогою низки розроблених моделей вперше виконано цикл робіт з прогнозування термогазодинамічного і радіаційного станів Нового Безпечного Конфайнменту (НБК) Чорнобильскої АЕС при розповсюдженні радіоактивного пилу в середині НБК і значних викидів пилу в оточуюче середовище при сценаріях обвалення конструкції Об’єкту Укриття і пожежі покрівлі даху машзала. Важливим результатом роботи є вибір компенсаційних заходів по захисту персоналу і навколишнього середовища.

Тема 1.7.1.899 «РОЗРОБЛЕННЯ НАУКОВО-ТЕХНІЧНИХ ЗАСАД МОДЕРНІЗАЦІЇ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ УКРАЇНИ ЗГІДНО З ВИМОГАМИ ДО ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛІННЯ ЦИХ СИСТЕМ». Відомча тематика прикладних досліджень, код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

В контексті вимог сучасного енергетичного пакету України з одного боку та вимоги до кліматичної нейтральності як цільового показника «Зеленої угоди ЄС» з іншого боку розглянуто особливості, структуру і основні складові існуючої в Україні СЦТ (теплогенеруючого обладнання; теплові мережі; теплові пункти; багатоквартирні будинки як основи об’єктної бази СЦТ) та їх відповідності вимогам енергетичному пакету ЄС «Fitfor 55». Проаналізованоосновні науково-технічні засади модернізації СЦТ України як країни-асоційованого члена ЄС щодо їх відповідності вимогам енергетичному пакету ЄС «Fitfor 55». Розглянуто особливості, структуру і основні складові перспективної СЦТ Україні (будинки з нульовим енергоспоживанням викопних палив, множини енергогенеруючих установок централізованої та децентралізованої генерації на базі ВДЕ; багаторівневі центри смарт-диспетчеризації; системи накопичування енергії; відповідна інформаційно-комутаційна та силова інфраструктури тощо). Розроблені і запропоновані основні положення щодо розвитку вітчизняних СЦТ, зокремащодо засобів і напрямів інтеграції теплових та електричних мереж, систем накопичування енергії, кінцевих споживачів енергії та їх множин у взаємопов’язані інтелектуальні енергетичні системи різних рангів.

3. Договір № 33/04 -2022«КОНЦЕПТУАЛЬНИЙ АНАЛІЗ ТА МОЖЛИВІСТЬ СТВОРЕННЯ МАЛОРОЗМІРНИХ БОЙОВИХ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ З МІКРОРЕАКТИВНИМИ ДВИГУНАМИ ТЯГОЮ 10 – 90 КГС ТА ЗМЕНШЕНОЮ РАДІОЛОКАЦІЙНОЮ ПОМІТНІСТЮ ПЛАНЕРА»(Оборонна тематика)

Виконано концептуальний аналіз створення бойових малорозмірних безпілотних літальних апаратів (МБПЛА) із міні-реактивним двигуном тягою 10-90 кгс. На основі статистичного походу зроблено оцінку вагових, геометричних та швидкісних характеристик МБПЛА. Отримано дані, що характеризують максимальну злітну вагу, масу корисного навантаження, висоту та швидкість польоту МБПЛА. Для МБПЛА з тягою двигуна 20 кгс визначено динамічні та висотно-швидкісні характеристики польоту на крейсерському режимі, при наборі висоти, а також на етапі зниження, отримані дані щодо дальності та тривалості польоту. Виконано висновки про доцільність використання технології зниження радіолокаційної помітності у конструкції МБПЛА. Обґрунтовано перелік можливих оперативно -тактичних завдань для МБПЛА з міні-реактивним двигуном тягою 10-90 кгс, сформульовано деякі особливості та результати застосування МБПЛА у військовому конфлікті Росії з Україною. Розглянуто метод форсування тяги міні-реактивного двигуна, заснований на ежектуванні атмосферного повітря пульсуючим активним струменем сопла

4. Тема № 1.7.1.904 «ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ЗНИЖЕННЯ ВИКИДІВ ОКСИДІВ АЗОТУ ШЛЯХОМ РЕЦИРКУЛЯЦІЇ ДИМОВИХ ГАЗІВ В КОТЕЛЬНИХ УСТАНОВКАХ КОМУНАЛЬНОЇ І ПРОМИСЛОВОЇ ЕНЕРГЕТИКИ».

Відомча тематика фундаментальних досліджень, код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541230

Проаналізовані теплогідравлічні характеристики пластинчатих, трубчастих та трубчасто-ребристих теплообмінних апаратів з покращеними теплогідравлічними характеристиками. Показано, що застосування заглиблень дозволяє суттєво теплогідравлічні характеристики теплообмінників. Розглянуті особливості течії та теплообміну при обтіканні трубних пучків із заглибленнями та гвинтовими канавками на зовнішній поверхні труб. Застосування такої технології призводить до суттєвого зниження гідравлічного опору внаслідок зміщення кута відриву вниз по потоку. Високий теплообмін у кормовій області циліндрів та взаємодія вихрових структур на бокових поверхнях сусідніх циліндрів сприяють високому рівню середнього теплообміну на поверхні циліндрів зі спіральними канавками порівняно з пучком гладких циліндрів. Виходячи з високої теплогідравлічної ефективності трубних пучків із заглибинами та спіральними канавками, зроблено висновок про доцільність їх застосування в практиці розробки та створення сучасного теплообмінного устаткування.

5. Договір №14/01-2022(4) «ТЕПЛООБМІН ТА ГІДРОДИНАМІКА В ІННОВАЦІЙНИХ СИСТЕМАХ ПЛІВКОВОГО ОХОЛОДЖЕННЯ ЛОПАТОК ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ ГАЗОВИХ ТУРІН», код 6541230

Грант НАН України, що виконується дослідницькими лабораторіями/групами молодих вчених НАН України, 2022-2023рр.

Проведено аналіз світового досвіду по застосуванню плівкового охолодження високотемпературних газових турбін. Першою частиною дослідження було виконати комп’ютерне моделювання плівкового охолодження для таких схем, як траншея і трикутні заглиблення на пласкій поверхні, в умовах обертання поверхні; одно – двох- та трьохрядної подачі охолоджувача, криволінійності поверхні. Отримані дані по профілям швидкості та температури потоку, ефективності плівкового охолодження, турбулентній та вихровій структурі потоку. Проведено експериментальне дослідження М-циклу за новою схемою з пористими стінками у вологому каналі.

6. Госпдоговірна тема: № 1 ІТТ «Розробка сценаріїв, вихідних даних і моделей викидів радіоактивних аерозолів в об’ємах НБК і в оточуюче середовище («низький» викид) внаслідок обвалення конструкції в “Об’єкті Укриття».

На основі отриманих від замовника (ІПБ АЕС НАНУ) експлуатаційних даних радіаційного стану НБК розроблено сценарії і моделі викидів радіоактивних аерозолів в об’ємах НБК і в оточуюче середовище («низький» викид) внаслідок обвалення конструкції в “Об’єкті Укриття

Госпдоговірна тема: № 2 ІТТ «Вибір термогазадинамічних моделей і можливих сценаріїв викидів радіоактивних аерозолів в об’єм НБК, кільцевий простір Арки НБК і в оточуюче середовище внаслідок пожежі на даху машзала».

Відповідно до технічного завдання замовника (ІПБ АЕС НАНУ) проведено вибір термогазадинамічних моделей і можливих сценаріїв викидів радіоактивних аерозолів в об’єм НБК, кільцевий простір Арки НБК і в оточуюче середовище внаслідок пожежі на даху машзала.

Госпдоговірна тема: № 3 ІТТ «Комп’ютерне моделювання викидів радіоактивних аерозолів в об’ємах НБК і в оточуюче середовище («низький» викид) внаслідок обвалення конструкції в “Об’єкті Укриття».

Підготовлено вихідні дані в табличному вигляді або графічному вигляді, методика виконання роботи і модель розповсюдження повітряних потоків з радіоактивними аерозолями в НБК. Проведено комп‘ютерне моделювання викидів радіоактивних аерозолів в об‘ємах НБК і в оточуюче середовище («низький викид») внаслідок обвалення конструкції в «Об‘єкті Укриття».

Госпдоговірна тема: № 4 ІТТ «Термогазадинамічний і радіаційних аналіз викидів радіоактивних аерозолів в об’ємі НБК, кільцевому просторі Арки НБК і в оточуюче середовище внаслідок пожежі на даху машзала за вибраними сценаріями».

Підготовлено вихідні дані в табличному вигляді або графічному вигляді, методика виконання роботи і модель розповсюдження повітряних потоків з радіоактивними аерозолями в НБК. Виконано термогазадинамічний і радіаційних аналіз викидів радіоактивних аерозолів в об’ємі НБК, кільцевому просторі Арки НБК і в оточуюче середовище внаслідок пожежі на даху машзала за вибраними сценаріями.

2021

1.Тема 1.7.1.880 «РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ НАДЕФЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСУ НА ОСНОВІ ЦИКЛІВ РЕНКІНА І МАЙСОЦЕНКА ДЛЯ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ І КОНДИЦІОНУВАННЯ БУДІВЕЛЬ»Цільова наукова програма відділення НАНУ, КПКВК 6541030

Запропоновано принципово нові схеми надефективного теплового насосу, які основані на комбінації циклів Ренкіна та Майсоценка. Показано, що ефективність комбінованого циклу для опалення приміщень складає 7.4…9.7, а для кондиціювання – 10.5…16.3. Запропонована нова схема індивідуальної комірки тепломасообмінного апарату по циклу Майсоценка з капілярно-пористим покриттям стінок вологих каналів. Вивчені статичні та динамічні характеристики капілярно-пористих матеріалів, які дозволяють проводити випаровування рідини з високим степенем завершеності, визначені умови, при яких термодинамічна ефективність комірки по мокрому термометру є віщою за одиницю. По роботі опубліковано 1 монографією і 6 статей, новизну технічних рішень підтверджено 5 патентами, отримано 5 актів впровадження

2.Тема 890 (договір № 1-102/02) «Розроблення методів і засобів підвищення експлуатаційної надійності та екологічної ефективності димових труб теплоенергетичних установок»

Цільова програма фундаментальних наукових досліджень НАНУ, КПКВК 6541230

Виконано комп’ютерне моделювання аеродинаміки і теплообміну при обтіканні димових труб з урахуванням кліматичних умов, наземної інфраструктури ТЕС та навколишнього простору. Проаналізовано вплив великих чисел Рейнольдса на закономірності теплообміну. Показано, що по висоті труби локальний теплообмін відрізняється від середнього значення, та характеризується періодичною зміною тепловіддачі внаслідок конусної форми труби та впливу наземної поверхні.

Тема 1.7.1.896 «РОЗВИТОК МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ ПІДВИЩЕННЯ ЕКОЛОГОЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ В ГАЗОТУРБОБУДУВАННІ ТА ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЦІ»Відомча тематика, КПКВК 6541030

Експериментально та теоретично вивчені теплообмін, структура потоку і гідравлічний спротив при поперечному обтіканні повітрям одно- і дворядного пучка труб с гвинтовими прямокутними канавками на зовнішній поверхні. Отримані нові наукові результати, які характеризують фізичну структуру потоку, середній теплообмін, гідравлічний спротив та теплогідравлічну ефективність. За допомогою порівнянні з експериментальними даними визначено модель турбулентності, яка адекватно описує теплообмін і гідродинаміку. Детально вивчено вихрову структуру потоку біля поверхнітруб та в кормовій області.Вдосконалені та застосовані моделі аеродинамічного обтікання та гідравлічного стану НБК за чисельними експлуатаційними даними ЧАЕС, що дозволило визначити гідравлічні параметри моделі (значення протічок між частинами НБК і навколишнім середовищем) і вперше провести аналіз динаміки зміни витрат неорганізованого повітря з радіоактивними аерозолями (РА) в оточуюче середовище при різних напрямках і швидкості вітру. Розроблені моделі показали можливість оптимального керування вентиляційними установками (ВУ) НБК, що дозволяє суттєво зменшити витоки неорганізованого повітря з РА із НБК в оточуюче середовище, а також підвищити енергоефективність системи вентиляції. Результати роботи представлені на V Міжнародній конференції «Проблеми зняття з експлуатації об’єктів ядерної енергетики і відновлення навколишнього середовища», INUDECO 2021, м. Славутич, Україна. Одержано акт впровадження результатів від Чорнобильської АЕС.

За допомогою розробленої моделі термогазодинамічного стану підземних тунелів глибокого залягання проведено передпроектний аналіз можливості зниження відносної вологості тунельного повітря впродовж літнього періоду на ділянці від ст. м. Хрещатик до роз‘їзду за допомогою інфрачервоних обігрівачів. Одержано акт впровадження результатів від Комунального підприємства «Київський метрополітен».

4. Тема № 1.7.1.899 «РОЗРОБЛЕННЯ НАУКОВО-ТЕХНІЧНИХ ЗАСАД МОДЕРНІЗАЦІЇ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ УКРАЇНИ ЗГІДНО З ВИМОГАМИ ДО ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛІННЯ ЦИХ СИСТЕМ» Відомча тематика, КПКВК 6541030

Спільно з відділом Теплофізики енергоефективних теплотехнологій.

Етапі 2:«Порівняльний аналіз перспективних засобів і технологій накопичення енергії та смарт-систем низькотемпературного опалення як складових модернізованих систем централізованого теплопостачання (СЦТ) України».

Проведений аналіз перспективних засобів і технологій накопичення електричної енергії від джерел низьковуглецевої генерації. Одержані оцінки можливостей адаптації згаданих засобів і технологій накопичення електричної енергії в низькотемпературні мережі СЦТ. Аналогічний аналіз проведений відносно перспективних засобів і технологій накопичення теплової енергії. Одержані оцінки можливостей інтеграції перспективних засобів і технологій накопичення енергії в контексті інтеграції енергетичних (теплових та електричних) низькотемпературних мереж СЦТ

Проект Р5.3-2021 «Підвищення ресурсу і надійності енергетичних газових турбін ДН-80 ДП НВКГ «Зоря»-Машпроект» потужністю 25МВт за рахунок модернізації системи охолодження робочих лопаток»

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Науково-технічні проблеми моніторингу стану, оцінювання і подовження ресурсу конструкцій, обладнання та споруд тривалої експлуатації»(Ресурс-3), КПКВК 6541030

Етап 1: «Аналітичне дослідження нових схем охолодження лопаток газових турбін, основних тенденцій їх розвитку та удосконалення»

Розглянуті основні тенденції розвитку охолоджуваних лопаток ГТД та ГТУ, сучасні та перспективні методи внутрішнього і зовнішнього охолодження лопаток високотемпературних газових турбін. Показано, що основним напрямком розвитку систем охолодження є розробка та удосконалення фасонних та антивихрових отворів, а також подача охолоджувача в заглибини різної форми. Виконано статистичний аналіз публікацій по темі дослідження за останні 5 років, розглянуті деякі результати сучасних досліджень в області адитивних технологій. Показано, що високоефективні системи охолодження можуть бути створені лише на основі нових технологій, таких, як лазерне зварювання, адитивні технології та ін.

Проект Р5.11-2021 «Підвищення надійності та подовження ресурсу експлуатації трубчастих теплообмінників теплоенергетичних систем за рахунок використання профільованих поверхонь з ефектом самоочищення»

Етап 1:«Розробка експериментальної моделі водяного кожухотрубного теплообмінника на основі тонкостінних гофрованих труб різної геометрії. Тестові випробування. Розробка та верифікація комп’ютерної моделі гідродинаміки ї та теплообміну при внутрішній течії води в гофрованій трубі»

Розроблено та верифіковано комп’ютерну модель гідродинаміки та теплообміну при внутрішній течії води в гофрованій трубі Проведені розрахунки течії та теплообміну в діапазоні чисел Рейнольдса 3000…18000, які виявили вихрові рециркуляційні структури, які практично повністю заповнюють западини;в центрі западини інтенсивність теплообміну є незначною, а максимум знаходиться на виступах гофрів. Для вибраного типу труби з глибокими гофрами інтенсифікація середнього теплообміну невисока, і знаходиться на рівні 1,5…1,7. При числах Рейнольдса менших 6000 зростання теплообміну випереджає зростання гідравлічного опору, фактор аналогії Рейнольдса є вищим за одиницю.

Проект Н.Е.4.4-2020 «Підвищення екологічності котла ТПП 312 шляхом застосування технології Reburning при використанні традиційних та відновлюваних джерел енергії»

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Інтелектуальна екологічно безпечна енергетика з традиційними та відновлюваними джерелами енергії» («Нова енергетика») КПКВК 6541030

Етап 3. «Ефективність зниження оксидів азоту та підвищення маневреності блоку при спільній роботі системи reburning та подачі піролізних газів у основні пальники при понижених навантаженнях котла ТПП 312». За допомогою комп’ютерного моделювання проведено оцінку можливості заміщення частини викопного палива (вугільного пилу) в енергетичних котлах ТПП-312 продуктами піролізу біомаси. Показано, що аеродинамічне керування горінням палива в середній частини топки котла по технології Reburning дозволяє знизити до 50% викиди оксидів азоту при максимальних навантаженнях котла. Показано, що це заміщення не погіршує енергетичні і екологічні характеристики котлів, а при певних умовах навіть існує можливість розширити нижню межу роботи котла до навантаження 170 МВт_е. Одержано акт впровадження від Ладиженскої ТЕС

Проект К-3-22-10«Вдосконалення та впровадження моделей аналізу і прогнозування розповсюдження радіоактивних аерозолів всередині і за межі Нового Безпечного Конфайнменту»

Цільова комплексна програма наукових досліджень НАН України «Ядерні та радіаційні технології для енергетичного сектору і суспільних потреб» КПКВК 6541030

Вдосконалена модель термогазодинамічного і радіаційного стану Нового Безпечного Конфайнмента (НБК) і Об’єкту Укриття (ОУ) для оцінки витоку неорганізованих потоків повітря за межі НБК через нещільності самого НБК і будівельних конструкцій під його стінами в оточуюче середовище поряд з організованими потоками через витяжні вентиляційні установки основного об’єму НБК в залежності від напрямків та швидкості вітру. Вдосконалені та застосовані моделі аеродинамічного обтікання та гідравлічного стану НБК за чисельними експлуатаційними даними ЧАЕС, що дозволило визначити гідравлічні параметри моделі (значення протічок між частинами НБК і навколишнім середовищем) і вперше провести аналіз динаміки зміни витрат неорганізованого повітря з радіоактивними аерозолями (РА) в оточуюче середовище при різних напрямках і швидкості вітру. Отримані місячні витрати повітря в інтегральному розмірі 2,4 млн. м³дозволили оцінити величину викиду РА із НБК в оточуюче середовище для сценарію демонтажу нестабільних конструкцій ОУ на рівні 500 МБк (при середньомісячній об’ємній активності β-випромінюючих нуклідів 210 Бк/м3). Розроблені моделі показали можливість оптимального керування вентиляційними установками (ВУ) НБК, що дозволяє суттєво зменшити витоки неорганізованого повітря з РА із НБК в оточуюче середовище, а також підвищити енергоефективність системи вентиляції.

Результати роботи представлялись на Міжнародних конференціях «Проблеми зняття з експлуатації об’єктів ядерної енергетики і відновлення навколишнього середовища», INUDECO, м.Славутич, Україна в 2019, 20 і 21 роках.

Проект № 02-04-20 «Фізико-хімічні процеси спалювання гранульованої біомаси з комбінацією зернистого шару і вихрового допалювання»

Програмно-цільова та конкурсна тематика НАН України в рамках спільного конкурсу з НАН Білорусі, КПКВК 6541230

Виконано розрахунки гідродинаміки, теплообміну, хімічної кінетики та концентрації шкідливих речовин при вихровому продуктів газифікації твердої біомаси в топці з киплячим шаром. Отримано поля швидкостей, температур та концентрацій в об’ємі топки. Результати комп’ютерного моделювання показали, що зі збільшенням температури вторинного повітря за рахунок більш інтенсивної дії відцентрових масових сил максимум кінетичної енергії турбулентності зміщується на периферію, зростає за абсолютним значенням, що призводить до більш ефективного перемішування центрального і периферійного потоків, і в результаті – до більш якісного горіння. На виході із топки температура потоку слабо залежить від температури вторинного повітря, оскільки при підвищенні температури на початковій ділянці вторинної камери збільшується тепловіддача в стінки. Виявлено, що при підігріві вторинного повітря на 270° більш, ніж у 1,5 рази знижується концентрація оксиду вуглецю на виході з установки. Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Проект №14-ВЯРБ/830 „Визначення аеродинамічного розподілу тисків по поверхні НБК та на ділянці обшивки вентшахти ДСРВ”

Госпдоговірна робота між Інституту технічної теплофізики НАН України та Інститутом проблем безпеки атомних електростанцій НАН України для Чорнобильської АЕС.

Визначені аеродинамічні розподіли тисків по поверхні НБК та на ділянці обшивки вентшахти ДСРВ при змінних напрямках та швидкостях вітру. Одержано акт впровадження результатів від Чорнобильської АЕС.

Проект №15-ВЯРБ/830 «Моделювання витоку повітряних потоків з радіоактивними аерозолями за межі НБК на ділянці обшивки вентшахти ДСРВ за сценаріями ЧАЕС»

Строк дії госпдоговорів 2021-2022р.р.

Виконано моделювання витоку повітряних потоків з радіоактивними аерозолями за межі НБК на ділянці обшивки вентшахти ДСРВ за сценаріями ЧАЕС при змінних напрямках та швидкостях вітру.

12. Проект №16-ВЯРБ/830 «Розробка моделі витоку повітряних потоків з радіоактивними аерозолями за межі НБК на ділянці обшивки вентшахти ДСРВ»

Строк дії госпдоговорів 2021-2022р.р.

Розроблена модель витоку по вітряних потоків з радіоактивними аерозолями за межі НБК на ділянці обшивки вентшахти ДСРВ.

Міжнародний проект №310436 строки виконання 2013-2021 р., (за 7-ю рамковою програмою Європейської комісії) «Виробництво покриттів для матеріалів нових ефективних і екологічно чистих вугільних електростанцій» (Production of Coatings for New Efficient and Clean Coal Power Plant Materials) міжнародний договір у рамках «Рамкової угоди між урядом України і Комісією Європейських Співтовариств» для України чинний від 06.01.2009; виконавець – лабораторія моделювання процесів тепломасообміну

Розроблено методи оптимального проектування та розрахунку ресурсу роботи дифузійних захисних покриттів для підвищення надійності і терміну експлуатації високотемпературного обладнання перспективних теплових електростанцій з надкритичними параметрами пари на основі аналізу тепломасообмінних процесів в системах покриття-основний сплав.

14. Договір № 21/11/19 від 21.1.2019 року про співпрацю між Інститутом технічної теплофізики НАН України та Державним спеціалізованим підприємством “Чорнобильська АЕС” в частині науково-технічного супроводу на етапах введення в експлуатацію та експлуатації комплексу “НБК-ОУ”. Строк дії договору 2019-2023р.р.

В 2021 р. було виконано роботу«Вибір шляхів зменшення витоку неорганізованих потоків повітря через нещільності за межі НБК».Одержано акт впровадження результатів від Чорнобильської АЕС.

Договір № 08-04 від 8 квітня 2021 рокупро співпрацю між Інститутом технічної теплофізики НАН України та Комунальним Підприємством «Київський метрополітен» в частині супроводу результатів роботи по виконаним між ІТТФ НАНУ та КП «Київський метрополітен» договорам та надання консультації.

В 2021 р. було виконано роботущодо доцільності «Встановлення на ділянці СЗГ-1 від ст. м. Хрещатик до роз‘їзду в межах пікетів ПК006-ПК006,5 інфрачервоних обігрівачів».Одержано акт впровадження результатів від КП «Київський метрополітен».

2020

Тема 1.7.1.880 «РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ НАДЕФЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСУ НА ОСНОВІ ЦИКЛІВ РЕНКІНА І МАЙСОЦЕНКА ДЛЯ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ І КОНДИЦІОНУВАННЯ БУДІВЕЛЬ »Цільова наукова програма відділення НАНУ, КПКВК 6541030

Проведено аналіз вихідних даних для створення математичної моделі комбінованого теплового насоса по комбінованому циклу Майсоценко-Ренкіна в холодну та теплу пори року. Розроблено алгоритм розрахунку та побудована математична модель апарату Майсоценка. Розроблено комп’ютерну програму розрахунку комбінованого теплового насоса та проведено її тестування.

Тема 890 (договір № 1-102/02) «Розроблення методів і засобів підвищення експлуатаційної надійності та екологічної ефективності димових труб теплоенергетичних установок»Цільова програма фундаментальних наукових досліджень НАНУ, КПКВК 6541230

Розроблено фізично обґрунтовані граничні умови на зовнішній поверхні димових труб теплоенергетичних установок шляхом комп’ютерного моделювання аеродинаміки і теплообміну з урахуванням кліматичних умов і наземної інфраструктури. Для сучасних висотних димових труб теплових електростанцій і технологічних печей проаналізовано вплив особливостей їх виготовлення і великих чисел Рейнольдса на тепло і масообмінні процеси, які відрізняють їх від лабораторних моделей. Досліджено ефективність застосування різних способів впливу на характеристики димових труб. Виконано комп’ютерне моделювання зовнішнього обтікання димових труб. Розроблено рекомендації для розрахунку аеродинаміки і теплообміну конусних димових труб. Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Тема 1.7.1.896 «РОЗВИТОК МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ ПІДВИЩЕННЯ ЕКОЛОГОЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ В ГАЗОТУРБОБУДУВАННІ ТА ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЦІ»Відомча тематика, КПКВК 6541030

Розроблено та випробувано пілотну мікро-когенераційну установку на біомасі з двигуном Стірлінга з вихровою двохстадійною камерою згоряння та рекуператором з вихровимии інтенсифікаторами теплообміну. Проведені випробування зазначеної установки показали працездатність використаних технологій – камера згоряння забезпечує високу повноту спалювання біомаси (деревинних пелет), а рекуператор забезпечує ефективність теплообміну на рівні 85%. Це дозволяє підвищити температуру в камері згоряння на 150° та інтенсифікувати теплообмін на гарячому теплообміннику двигуна Стірлінга. В результаті вдалося досягти значення коефіцієнту використання палива на рівні 90%.

Розроблено і застосовано модель аналізу і прогнозування неорганізованих викидів повітря із Нового Безпечного Конфайнменту (НБК) ЧАЕС в навколишнє середовище крізь негерметичні місця при довільному напрямку і швидкості вітру, що дозволило за даними вимірювань гідравлічного стану НБК в період січень-лютий 2020р. визначити динаміку зміни таких викидів. Отримані витрати повітря в інтегральному розмірі 2,4 млн. м³ дозволили оцінити величину викиду радіоактивних аерозолів із НБК в оточуюче середовище для сценарію демонтажу нестабільних конструкцій Об’єкту Укриття на рівні 500 МБк (при середньомісячній об’ємній активності β-випромінюючих нуклідів 210 Бк/м3).

Тема № 1.7.1.899 «РОЗРОБЛЕННЯ НАУКОВО-ТЕХНІЧНИХ ЗАСАД МОДЕРНІЗАЦІЇ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ УКРАЇНИ ЗГІДНО З ВИМОГАМИ ДО ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛІННЯ ЦИХ СИСТЕМ»,

Відомча тематика, КПКВК 6541030

Спільно з відділом теплофізики енергоефективних теплотехнологій.

Етап 1: “Аналіз основних тенденцій розвитку систем централізованого теплопостачання України відповідно до вимог енергетичних пакетів України та ЄС та оцінка рівнів енергетичної функціональності багатоквартирних будинків як основи модернізованих систем централізованого теплопостачання України”

Проведено аналіз особливостей систем централізованого теплопостачання (СЦТ) України в контексті інтеграції енергетичних (теплових та електричних) мереж. Досліджені перспективи застосування СЦТ четвертого покоління як критичної технології для розвитку низьковуглецевої економіки України. Проведено аналіз основних напрямів розвитку СЦТ України згідно вимог енергетичних пакетів України та ЄС.

Проект Р5.9-2020 «Подовження ресурсу конвективних поверхонь нагріву котла ТПП 312 шляхом зменшення абразивної ерозії»

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Надійність і довговічність матеріалів, конструкцій, обладнання та споруд» (Ресурс-2), КПКВК6541030

Етап 5: «Розробка практичних рекомендацій по подовженню ресурсу завихрювача пальника котла ТПП 312»

Проведено розрахунки швидкості корозії сталевих лопаток завихрювача пиловугільного пальника котла ТПП–312 в реальних умовах його експлуатації, розроблено рекомендації по подовженню ресурсу. В якості матеріалу застосовано сталь 3 та сталь 20. Виконано розрахунки збільшення ваги матеріалу лопатки на одиницю поверхні та зменшення товщини основного матеріалу. Отримано дані щодо динаміки окислення поверхні лопаток для різних режимів експлуатації пальників, а також різних значень відстані лопаток від амбразури топки. Обраховано температурний стан лопаток при наявності жаростійкого покриття. Розрахунки показали, що окрім матеріалу лопатки, кількості лопаток та режиму роботи пальника суттєвий вплив має відстань лопаток від амбразури – у деяких випадках можливо знизити корозію більш, ніж у 4 рази.

6. Проект Н.Е.4.4-2020«Підвищення екологічності котла ТПП 312 шляхом застосування технології Reburning при використанні традиційних та відновлюваних джерел енергії»

Етап 2. «Розробка концепції технології відновлення оксидів азоту Reburning при використанні в якості палива допалення продуктів піролізу біомаси для вугільного котла ТПП 312».

Розглянуто особливості застосування продуктів піролізу біомаси в якості палива допалення в технології Reburning для зниження викидів оксидів азоту від пиловугільного котла ТПП 312. Розроблено та побудовано детальну комп’ютерну модель стандартного котла та котла з системою триступеневого спалювання. Проведено дослідження роботи системи тристадійного спалювання вугілля, яка змонтована на блоці №4 ДТЕК Ладижинська ТЕС, на проектних параметрах роботи для навантаження котла 280 МВте. Розроблено концепцію технології відновлення оксидів азоту Reburning при використанні в якості палива допалення продуктів піролізу біомаси для вугільного котла ТПП 312, згідно з рівень зниження викидів оксидів азоту очікується до 25%.

Оцінено потенціал ТПВ для відновлення оксидів азоту при використанні його в якості палива допалення в системі тристадійного спалювання вугілля котла ТПП 312. При використанні в якості палива допалення ТПВ у кількісті 12% від загального теплового балансу котла ТПП 312 при його навантажені у 280 МВт_е, очікується зниження оксидів азоту на рівні 22,8% при задовільних експлуатаційних умовах роботи котла.

Проект ТД.15/1.7.1.885 «створення та впровадження приладів для експрес-контролю коефіцієнту емісії поверхонь матеріалів та покриттів з використанням високочутливих сенсорів інфрачервоного випромінювання»

Цільова програма наукових дослідженьНАН України «Напівпровідникові матеріали, технології і датчики для технічних систем діагностики, контролю та управління», КПКВК 6541030, Спільно з Відділом теплометрії, діагностики та оптимізації в енергетиці.

Етап 3

Проведено комп’ютерне моделювання роботи моделі вимірювальної частини приладу для визначення радіаційних характеристик поверхні, що складається з двох вимірювальних комірок, а саме одної з «темним» сенсором, а інша зі «світлим» сенсором. Визначені основні характеристики вимірювальної частини приладу для різних значень ступеню чорноти зразка. Проведено дослідження виходу на стаціонарний режим вимірювальної частини приладу. Результати передані для використання при макетуванні приладу та розробці програмного забезпечення приладу.

Проект К-3-22-10«Вдосконалення та впровадження моделей аналізу і прогнозування розповсюдження радіоактивних аерозолів всередині і за межі Нового Безпечного Конфайнменту»

Цільова комплексна програма наукових досліджень НАН України «Ядерні та радіаційні технології для енергетичного сектору і суспільних потреб»

Етап 2:«Вдосконалення та налаштування моделей аеродинамічного обтікання та гідравлічного стану НБК за поточними даними Чорнобильскої АЕС для аналізу і прогнозування розповсюдження радіоактивних аерозолів всередині і за межі НБК».

Код 6541030

Удосконалені комп’ютерні моделі аеродинамічного обтікання та гідравлічного стану НБК, налаштованих за поточними даними Чорнобильскої АЕС для аналізу і прогнозування розповсюдження радіоактивних аерозолів всередині і за межі НБК. Розроблені моделі дали можливість розраховувати неорганізовані витоки (кількісні витрати) повітря з радіоактивними аерозолями за межи НБК в оточуюче середовище при різних напрямках і швидкості вітру, що дає можливість оптимізувати роботи всередині НБК з найменшим радіаційним впливом на довкілля. Результати роботи впроваджені в Чорнобильскої АЕС при роботах в НБК.

9. Проект № 02-04-20«Фізико-хімічні процеси спалювання гранульованої біомаси з комбінацією зернистого шару і вихрового допалювання»

Програмно-цільова та конкурсна тематика НАН України в рамках спільного конкурсу з НАН Білорусі, КПКВК 6541230

Виконано огляд сучасних технологій спалювання низькосортних палив. Виконано дослідження горіння низькосортних палив, таких як пелети з лузги, відходів деревини, соломи, розробки методу їх спалювання з обмеженням шкідливих викидів в циклонно – шарових камерах згоряння. Досліджено процес двухстадийного спалювання низькосортних палив. Розроблено комп’ютерну модель топки з комбінацією спалювання гранульованої біомаси в шарі і вихрового допалювання. Показані переваги шарових топок з вихровим допалюванням.

10. Договір № 1/1/01 від 11.02.2019 р. на виконання науково-дослідних робіт з «Розробки та проведення експериментального дослідження установки для визначення масообмінних характеристик гідрофільного матеріалу у динамічній адіабатній системі та тепломасообмінного апарату непрямого випарного типу»

«Zhejiang Golden Egg Science and Technology Co.,Ltd», Китай, провінція Чжецзянь, м. Ханчжоу.

Проведено експериментальні дослідження установки тепломасообмінного апарату непрямого випарного типу при різних режимах та напрямах потоку. Проаналізовано результати проведеного додаткового експериментального дослідження тепломасообмінного апарату непрямого випарного типу при різних режимах та напрямах потоку.

Міжнародний проект №310436 строки виконання 2013-2021 р., (за 7-ю рамковою програмою Європейської комісії) «Виробництво покриттів для матеріалів нових ефективних і екологічно чистих вугільних електростанцій» (Production of Coatings for New Efficient and Clean Coal Power Plant Materials) міжнародний договір у рамках «Рамкової угоди між урядом України і Комісією Європейських Співтовариств» для України чинний від 06.01.2009; виконавець – відділ «моделювання процесів тепломасообміну» Інституту технічної теплофізики НАН України;

2019

Тема 1.7.1.880 «РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ НАДЕФЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСУ НА ОСНОВІ ЦИКЛІВ РЕНКІНА І МАЙСОЦЕНКА ДЛЯ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ І КОНДИЦІОНУВАННЯ БУДІВЕЛЬ »

Цільова наукова програма відділення НАНУ, код 6541030

Проведено експериментальне дослідження характеристик надефективного комбінованого теплового насосу в зимовий та осінній опалювальні сезони 2019р. Результати досліджень показали, що ефективність роботи такого насосу в середньому знаходиться на рівні СОР 8-10. Експериментальні дослідження, проведені в літній період 2018р. показали, що СОР роботи такого теплового насосу для потреб кондиціювання в середньому становить близькі до 11, в окремих випадках навіть вище 16.

Рівень дослідження: перевищує міжнародні стандарти високого рівня

Акад. НАН України А.А. Халатов, О.С.Ступак.

Тема ВЦ 888 «РОЗВИТОК НАУКОВИХ ЗАСАД ТЕРМОГАЗОДИНАМІКИ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК ТА МОНІТОРІНГУ ВИКИДІВ ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН»

Цільова наукова програма відділення НАНУ, код 6541230

Визначено основні методи та технології, які дозволяють знижувати утворення оксидів азоту в пиловугільних котлів ТПП 312. Розроблено концепцію системи відновлення оксидів азоту, яка базується на комбінації первинних та вторинних методів зниження емісії оксидів азоту в атмосферу від пиловугільного котла ТПП 312 та дозволяє отримати зниження оксидів азоту: 20-25% при подачі реагенту відновника у сопла рециркуляції димових газів, які знаходяться в верхній частині топки на тиловій поверхні та закручення вторинного повітря в пальниках; залежності від навантаження 55-70% в разі закручення вторинного повітря в пальниках та подачі реагенту відновника через розгалужену систему подачі аміаку яка розташована по висоті та ширині перевалу та на стелі котла.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Виконавці: Кобзар С.Г., Коваленко Г.В., Халатов А.А.

Тема 1.7.1.864 «ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛО- І МАСООБМІНУ В КАНАЛАХ ІЗ ЗАКРУТКОЮ ПОТОКУ ТА СТВОРЕННЯ НОВИХ ВИХРОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ ДЛЯ ЕНЕРГОМАШИНОБУДУВАННЯ»

Відомча тематика, код 6541030

Виконано пошук та випробування гідрофільних матеріалів для стінок вологих каналів випарного тепломасообмінного апарату. Проведено експериментальні та розрахункові дослідження та визначено закономірності теплообміну і гідродинаміки потоку вологого повітря в щілинному каналі стосовно до випарного тепломасообмінного апарату. Проведено експериментальні дослідження теплообміну і гідродинаміки при поперечному обтіканні трубних пучків зі спіральною канавкою. Обґрунтовано умови випереджаючого зростання теплообміну у порівнянні з гідравлічним опором

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Акад. НАН України А.А. Халатов, І.І. Борисов, О.С.Ступак, Г.В.Коваленко

Тема 1.7.1.869: «Удосконалення методів та моделей аналізу і прогнозування термогазодинамічного стану та радіаційного забруднення наземних і підземних об’єктів при пожежах та аваріях»

Відомча тематика, код 6541030

Впроваджено моделі термогазодинамічного стану, методології та рекомендацій на ОУ та НБК ЧАЕС (на прикладі системи моніторингу), а також в підземних спорудах (на прикладі Комунального Підприємства «Київський метрополітен». Розроблено рекомендації, щодо підвищення енергоефективності споруд шляхом комп’ютерного аудиту та керування навантаженням на систему опалення та вентиляції.

П.Г.Круковський

Тема 1.7.1.870 «ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЙ ЕЛЕКТРООПАЛЕННЯ З МЕТОЮ ЗАМІЩЕННЯ ПРИРОДНОГО ГАЗУ В СИСТЕМАХ ПОБУТОВОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ»

Відомча тематика, код 6541030

Розроблені рекомендацій щодо вибору технологій сезонного та добового циклів накопичення енергії для систем централізованого, помірно-централізованого, децентралізованого, автономного та індивідуального опалення. Відповідно до вимог Директиви ЄС 844/2018 до енергоефективності будівель запропонована бівалентна технологія обігріву будівель багатоквартирних будинків України як основи її житлового фонду. Було проведено узагальнення та опрацювання одержаних результатів. На їх основі розроблена типова схема бівалентного квартирного енергозабезпечення багатоквартирних будинків на прикладі будинку з горизонтальною розводкою і променевим підключенням опалювальних приладів.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Акад. НАН України А.А.Халатов, М.П.Тимченко

Проект Р5.9-2019 «Подовження ресурсу конвективних поверхонь нагріву котла ТПП 312 шляхом зменшення абразивної ерозії»

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Надійність і довговічність матеріалів, конструкцій, обладнання та споруд» (Ресурс-2), код 6541030

Етап 4: «Визначення негативних факторів, що впливають на термічне руйнування завихрювача пальника котла ТПП 312»

Отримано у 2019 році: 90 тис. грн.

Проведено розрахунки швидкості корозії сталевих лопаток завихрювача пиловугільного пальника котла ТПП–312 в реальних умовах його експлуатації. В якості матеріалу застосовано сталь 3 та сталь 20. Проведено комп’ютерне моделювання термогазодинаміки потоків в пальнику, процесу горіння вугілля в топці котла, з метою визначення температурного стану лопаток. Із застосуванням експериментальних констант гетерогенної реакції окислення, виконано розрахунки збільшення ваги матеріалу лопатки на одиницю поверхні та зменшення товщини основного матеріалу. Отримано дані щодо динаміки окислення поверхні лопаток для різних режимів експлуатації пальників.

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар, І.І.Борисов.

Проект Н.Е.4.4-2019 «Підвищення екологічності котла ТПП 312 шляхом застосування технології Reburning при використанні традиційних та відновлюваних джерел енергії»

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Інтелектуальна екологічно безпечна енергетика з традиційними та відновлюваними джерелами енергії»(«Нова енергетика») код 6541030

Етап 1. «Верифікація механізмів хімічної кінетики відновлення оксидів азоту за технологією Reburning з продуктами піролізу біомаси в якості палива допалення».

Розглянуто особливості застосування продуктів піролізу біомаси в якості палива допалення в технології Reburning для зниження оксидів азоту від пиловугільного котла ТПП 312. Визначені механізми хімічної кінетики процесу Reburning при використанні піролізних газів. Проведено вдосконалення модулів розрахунку горіння та утворення оксидів азоту пакету прикладних програм та виконана його верифікація. Верифікація програмного комплексу була проведена використовуючи відкриті літературні данні. Результати тестових розрахунків показали, що процес відновлення оксидів азоту продуктами піролізу біомаси можливо розрахувати за допомогою спрощеного механізму шляхом замінити вуглеводнів однією речовиною (з близьким співвідношенням вуглець/водень як у суміші газів), за умови збереження масової частки вуглеводнів в паливі допалення, що подається на відновлення оксидів азоту незмінною. В якості механізму горіння вибраного вуглеводня доцільно використовувати тристадійний механізм горіння. Даний підхід дозволяє значно скоротити витрати машинного часу та розраховувати ефективність зниження оксидів азоту за технологією Reburning з точністю 17%.

Отримано у 2019 році: 100 тис. грн.

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар,

ПРОЕКТ створення та впровадження приладів для експрес-контролю коефіцієнту емісії поверхонь матеріалів та покриттів з використанням високочутливих сенсорів інфрачервоного випромінювання

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Напівпровідникові матеріали, технології і датчики для технічних систем діагностики, контролю та управління», код 6541230

Спільно з відділом теплометрії, діагностики та оптимізації в енергетиці.

Етап 2 Комп’ютерне моделювання складного теплообміну системи сенсор-поверхня, макетування основних вузлів приладу, дослідження їх характеристик та розроблення робочої документації

Проведено комп’ютерне моделювання термогазодинаміки середовища в об’ємі комірки приладу для визначення радіаційних характеристик поверхні. Проведено порівняльний аналіз теплопровідності, вільної конвекції та випромінювання. Встановлено, що розподіл теплового потоку суттєво залежить від орієнтації датчика. Задовільний для практичного застосування приладу розподіл теплового потоку забезпечує варіант вертикального розташування датчика з верхнім положенням сенсора, та варіант горизонтального розташування датчика.

Частка ВТТГД у 2019 р. складає 200,0 тис. грн.

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар, І.І. Борисов

Проект К-3-22-10 «Вдосконалення та впровадження моделей аналізу і прогнозування розповсюдження радіоактивних аерозолів всередині і за межі Нового Безпечного Конфайнменту»

Цільова комплексна програма наукових досліджень НАН України «Ядерні та радіаційні технології для енергетичного сектору і суспільних потреб»

Етап: «Розробка та вдосконалення тривимірної моделі аналізу просторового розподілу, прогнозу, накопичення та вторинного пилопідйому РА як всередині НБК, так і за його межі при роботах з радіоактивними відходами. Підготовка проміжного звіту»

Код 6541030

Вдосконалена CFD (Computational Fluid Dynamic) тривимірна модель термогазодинамічного і радіаційного стану Нового Безпечного Конфайнмента (НБК) і Об’єкту Укриття (ОУ) для оцінки витоку неорганізованих потоків повітря за межі НБК через нещільності самого НБК і будівельних конструкцій під його стінами в оточуюче середовище поряд з організованими потоками через витяжні вентиляційні установки основного об’єму НБК в залежності від напрямків та швидкості вітру. На засаді методу обернених задач розроблено алгоритм визначення Інститутом технічної теплофізики НАН України та Державним спеціалізованим підприємством “Чорнобильська АЕС” в частині науково-технічного супроводу експлуатації комплексу “НБК-ОУ” за допомогою розроблених в ІТТФ моделей, згідно з яким ІТТФ почав одержувати ефективну площу і рівень неорганизованого витоку повітря з РА зовні НБК в оточуюче середовищета за допомогою вдосконаленої моделі зовнішнього аеродинамічного обтікання і внутрішнього гідравлічного стану НБК. Заключено договір про співпрацю з ДП ЧАЄС. За допомогою одержаних робочих значень тисків і витрат приточних і витяжних вентиляційних установок основного об’єму НБК одержані результати значення ефективної площі в 8-9 м² і залежностеі рівнів неорганизованого витоку повітря з РА зовні НБК при різних напрямках і швидкості вітру.

Отримано у 2019 році 200 тис. грн.

П.Г.Круковський

2018

Тема 1.7.1.880 «РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ НАДЕФЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСУ НА ОСНОВІ ЦИКЛІВ РЕНКІНА І МАЙСОЦЕНКА ДЛЯ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ І КОНДИЦІОНУВАННЯ БУДІВЕЛЬ »

Цільова наукова програма відділення НАНУ, код 6541030

Проведено експериментальне дослідження пілотного зразка надефективного комбінованого теплового насоса в зимовий період 2017-2018рр. та весняний період 2018р., обробка та узагальнення отриманих результатів дослідження показали, що СОР такого теплового насосу спостерігається на рівні 7-10, навіть при зниженні температури оточуючого повітря до -8°C, на відміну від інших видів подібного обладнання, СОР яких за таких же умов знижується до 2. На основі отриманих даних була розроблена нова схема комбінованого теплового насоса та подано 2 заявки на патенти. Розпочато нову серію експериментального дослідження пілотного зразка надефективного комбінованого теплового насоса в осінній та зимовий періоди 2018р.

Рівень дослідження: перевищує міжнародні стандарти високого рівня

Акад. НАН України А.А. Халатов, О.С.Ступак.

Цільова наукова програма відділення НАНУ, код 6541230

Під час виконання першого етапу побудовано комп’ютерну мотель газового тракту котла ТПП 312. Проведено окреме дослідження гідродинаміки закрученого потоку в моделі пальника котла ТПП 312 з різною кількістю лопаток завихрення вторинного повітря пальника. Результати цих досліджень використовували для завдання граничних умов на зрізі пальників при розрахунку термогазодинаміки котла ТПП 312. Проведено чисельне моделювання процесу горіння вугілля в комп’ютерній моделі котла, визначено вплив ступеня завихрення та його напрямку на термогазодинаміку вогневого простору топки котла та процес утворення оксидів азоту в активній зоні згоряння. Проведено дослідження впливу завихрення потоку в пальниках на кількість часток попелу, що будуть вилучені з потоку продуктів згоряння та виведені з котла з рідким шлаком.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Отримано у 2018 р. 500,0 тис. грн.

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар

Відомча тематика, код 6541030

Виконано довідні експерименти з дослідження випарного тепломасообмінного апарату. Проведено експериментальні дослідження теплообміну і гідродинаміки у випарному тепломасообмінному апараті Розроблено експериментальний стенд для дослідження теплообміну і гідродинаміки при обтіканні трубних пучків. Проведено експериментальні дослідження теплообміну і гідродинаміки при поперечному обтіканні одиночної труби зі спіральною канавкою.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Акад. НАН України А.А. Халатов, І.І. Борисов, О.С.Ступак, Г.В.Коваленко

Тема 1.7.1.870. ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЙ ЕЛЕКТРООПАЛЕННЯ З МЕТОЮ ЗАМІЩЕННЯ ПРИРОДНОГО ГАЗУ В СИСТЕМАХ ПОБУТОВОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

Відомча тематика, код 6541050

Відповідно до робочого плану на 2018 рік був проведений аналітичний огляд методів термодинамічного аналізу (ТДА) ефективності технологій опалення в системах побутового теплопостачання, головним чином ‒ систем централізованого теплопостачання (СЦТ). Як методи ТДА, були використані методи енергетичного та ексергоекономічного аналізу. Спочатку були розглянуті ефективність технологій опалення з роздільним та комбінованим (з теплофікаційним циклом) виробленням енергії. Встановлено, що для оптимізації системи енергопостачання (тепло- та електропостачання) в випадку розподіленого (децентралізованого) енергопостачання доцільно залучати кінцевих споживачів енергії з наданням їм функцій активних споживачів в рамках смарт-енергетичної системи і з можливістю приймати участь у регулюванні ринку енергії на принципах управління попитом (DSM) на енергію (теплову та електричну), – вирівнювання графіка навантажень. Для підвищення ТДА ефективності технологій СЦТ з розподіленим енергопостачанням на базі альтернативних джерел енергії запропоновано систему комбінованої (електричної та теплової, у тому числі системами централізованого комбінованого тепло- та холодопостачання) генерації компонувати додатковими потужними засобами накопичення теплової енергії. Для підвищення енергоефективності СЦТ пропонуються полівалентні (гібридні) системи з низькоексергетичними приладами опалення. Як один із перспективних варіантів, якій відповідає рівню міжнародного стандарту пропонується гібридна система з існуючою СЦТ (як базовою) та з електричними підігрівальними засобами (з накопичуванням теплової енергії у години позапікових інтервалів добового циклу) як доводчиками до комфортного стану. Рівень отриманих результатів проведених досліджень та технічних рішень досліджень відповідає міжнародним стандартам, зокрема EN 15603 та EN 15217рівня.

Отримано акт впровадження.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Акад. НАН України А.А.Халатов, М.П.Тимченко

Проект Об5.3.1 «Застосування технологій триступеневого спалювання вугілля та селективного некаталітичного відновлення для зниження емісії оксидів азоту в енергетичному котлі ТПП 312»

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Науково-технічні основи енергетичного співробітництва між Україною та Європейським Союзом» (Об’єднання-3), код 6541030

Етап 3 «Оптимізація системи вдосконаленого триступеневого спалювання вугілля котла ТПП 312»

Отримано у 2018 р. 85,0 тис. грн.

Внаслідок конструктивних особливостей котла ТПП 312 реалізація вдосконаленого методу триступеневого спалювання вугілля з подачею реагенту відновника у збагачену паливом зону відновлення, яка знаходиться між додатковими пальниками та соплами третинного повітря, є недоцільною. Для забезпечення позитивного ефекту по зниженню оксидів азоту шляхом впровадження технології вдосконаленого триступеневого спалювання вугілля з паливом допалення вугільний пил та реагенту відновника аміаку на котлі ТПП 312 доцільно використовувати подачу реагенту відновника у збіднену паливом зону, що знаходиться вище сопел третинного повітря. Показана теоретична можливість досягти зниження викидів оксидів азоту на рівні 56,5 % при навантаженнях близьких до номінальних, в разі впровадження системи вдосконаленого триступеневого спалювання на котлі ТПП 312. Даний відсоток зниження викидів оксидів азоту теоретично дозволяє досягти концентрації 200 мг/нм³, що відповідає екологічним нормам ЄС.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар

Проект Об5.3.1д «Розроблення технології подачі аміновмисного реагенту у димові гази для зниження оксидів азоту в котлі ТПП 312»

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Науково-технічні основи енергетичного співробітництва між Україною та Європейським Союзом» (Об’єднання-3), код 6541230

Отримано у 2018 р. 110,0 тис. грн.

В результаті виконання проекту розроблено концепцію технології подачі аміновмістного реагенту у димові гази для зниження оксидів азоту в котлі ТПП 312 яка базується на методі селективного некаталітичного відновлення і дозволяє отримати зниження оксидів азоту: 20-25% при подачі реагенту відновника у сопла рециркуляції димових газів, які знаходяться в горі топки на тиловій поверхні; в залежності від навантаження 40-60% в разі подачі реагенту відновника у існуючі сопла рециркуляції димових газів та у отвори, які створюються на фронтовій на бокових поверхнях топки котла у перетині біля ширмового пароперегрівника.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар.

Проект Об.2.5 «РОЗРОБЛЕННЯ НАУКОВО-ТЕХНІЧНИХ ОСНОВ ПОБУДОВИ ГІБРИДНИХ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОТЕПЛОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СЕРІЙНИХ ОБ‘ЄКТІВ ЖКГ (ТИПУ БАГАТОПОВЕРХОВИХ БУДИНКІВ) ЯК АКТИВНИХ СМАРТ-СПОЖИВАЧІВ, ІНТЕГРОВАНИХ У ПЕРСПЕКТИВНУ СИСТЕМУ ОЕС УКРАЇНИ-ENTSO-Е»

Спільно з відділом «Теплофізики енергоефективних технологій».

Етап 3 ” Розроблення методики інтегрування бівалентних смарт-модулів гібридної системи електротепло-забезпечення та перспективної ОЕС України -ENTSO-E. Розроблення технічного завдання на створення гібридній системи електротеплозабезпечення типового багатоповерхового будинку як активного споживача ОЕС України “.

Частка ВТТГД у 2018 р. складає 26,5 тис. грн.

Відповідно до плану робіт розроблені загальні положення методики інтегрування ОЕС України та ENTSO-E у вигляді смарт-енергетичної системи з врахуванням особливостей як вітчизняних, так і європейських електроенергетичних систем та теплоенергетичних систем (систем централізованого теплопостачання). Враховані також особливості систем централізованого теплопостачання четвертого покоління (4G-DH). Розглянуті особливості бівалентного електротеплоакумуляційного смарт-модуля як агрегатора смарт-енергетичної системи для гібридної системи електротеплозабезпечення багатоквартирних будинків. Розроблено аванпроект технічного завдання. на створення гібридній системи електротеплозабезпечення типового багатоповерхового будинку як активного споживача ОЕС України. Створений заключний звіт по темі “Розроблення науково-технічних основ побудови гібридних систем електротеплозабезпечення серійних об‘єктів ЖКГ (типу багатоповерхових будинків) як активних смарт-споживачів, інтегрованих у перспективну систему ОЕС України-ENTSO-Е.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Акад. НАН України А.А.Халатов, М.П.Тимченко

Проект № Р5.9 «Подовження ресурсу конвективних поверхонь нагріву котла ТПП 312 шляхом зменшення абразивної ерозії»

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Надійність і довговічність матеріалів, конструкцій, обладнання та споруд» (Ресурс-2), код 6541030

Етап 3 «Розробити метод подовження ресурсу конвективних поверхонь котла ТПП 312 шляхом зменшення їх абразивної ерозії»

На третьому етапі розроблено метод подовження ресурсу конвективних поверхонь нагріву, який базується на локальному захисті труб. Розроблено практичні рекомендації по подовженню ресурсу теплообмінних поверхонь котла ТПП 312.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Отримано у 2018 р. 56,0 тис. грн.

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар, Г.В.Коваленко

Проект створення та впровадження приладів для експрес-контролю коефіцієнту емісії поверхонь матеріалів та покриттів з використанням високочутливих сенсорів інфрачервоного випромінювання

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Напівпровідникові матеріали, технології і датчики для технічних систем діагностики, контролю та управління», код 6541030

Спільно з відділом теплометрії, діагностики та оптимізації в енергетиці.

Етап 1 «Аналіз методів визначення коефіцієнту емісії, комп’ютерне моделювання складного теплообміну, вибір структури приладу, визначення характеристик сенсорів та складу вторинної апаратури»

Проведено верифікацію чисельного розрахунку теплообміну в циліндричній порожнині з верхнім торцем, що нагрівається. Створено комп’ютерну модель на базі програмного комплексу ANSYS для розрахунку теплообміну в порожнині циліндру стосовно моделювання тарування датчиків теплового потоку. Модель включає променеву, конвективну та теплопровідну складові.

Показано, що конвективна та теплопровідна складові відіграють незначну роль у загальному теплообміні (сумарно до 0,1%), і їх внеском можна знехтувати. Отримано добрий збіг результатів експериментів та розрахунків (розбіжність не перевищує 2%). Зроблено висновок про те, що розрахунки адекватно описують теплообмін у циліндричній порожнині, і комплекс ANSYS може бути застосований для проведення подальшого чисельного багатопараметричного дослідження, спрямованого на виявлення впливу різних факторів на теплообмін.

Рівень дослідження: відповідає міжнародним стандартам високого рівня

Частка ВТТГД у 2018 р. складає 150,0 тис. грн.

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар, І.І. Борисов

2017

Тема 1.7.1.880 «РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ НАДЕФЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСУ НА ОСНОВІ ЦИКЛІВ РЕНКІНА І МАЙСОЦЕНКА ДЛЯ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ І КОНДИЦІОНУВАННЯ БУДІВЕЛЬ » в рамках цільової наукової програми відділення НАНУ

В рамках першого етапу роботи виконано термодинамічний аналіз циклу Майсоценка для систем повітряернр опалення приміщень. Розроблено систему комбінованого теплового насосу на базі циклів Ренкіна і Майсоценка, створено та випробувано пілотний зразок теплового насосу потужністю 28 кВт. Виконані теплові експерименти, які показали, що коефіцієнт ефективності (7–9) значно перевищте показники традиційних теплових насосів на базі циклу Ренкіна. Отримано акт впровадження.

Акад. НАН України А.А. Халатов, О.С.Ступак.

Розроблено математичну модель зворотного циклу Брайтона з утилізацією викидної теплоти по М-циклу. Проведено аналіз термодинамічного циклу; впливу параметрів циклу та навколишнього середовища на коефіцієнт корисної дії. Розроблено математичну модель тепломасообміну в каналах апарату Майсоценка. Створено експериментальну установку для дослідження термодинамічного циклу Майсоценка на базі випарного тепломасообмінного апарату

Акад. НАН України А.А. Халатов, І.І. Борисов, С.Г. Кобзар, С.Д. Сєвєрін

Відповідно до робочого плану на 2017 рік досліджувалась технічна бази технологій електроопалення на основі комбінованого (централізованих систем теплопостачання та електропостачання) мережного енергозабезпечення. Найбільшу увагу було приділено аналізу та вибору схем накопичувачів енергії, сенсорних мереж, інформаційно-телеметрічних засобів, платформ, протоколів для програмованих логічних контролерів, інформаційного середовища, необхідних для організації та функціонування мереж розподілених фінальних споживачів енергії. Були запропоновані раціональні ‒ з використанням наявних та перспективних бездротових мереж контролю та керування ‒ системи бівалентного електротеплозабезпечення для типових об’єктів ЖКГ, якими є множини квартир в багатоквартирних будинках з вертикальною та горизонтальними розводками теплоносія від ІТП до кінцевих приладів опалення. Більш детально розглянута система бівалентного електротеплозабезпечення квартири з горизонтальною променевою розводкою та накопичувачами теплоенергії у нічному інтервалі в теплоакумуляційних електропечах. Ця квартира (домогосподарство, або точка обліку споживаної енергії) розглядається як активний споживач-регулятор потужністю 5-10 кВт для ОЕС України. Були розроблені схемо-технічні рішення бівалентних систем електротеплозабезпечення абонентів нижнього, найбільш масового рівня багатоквартирних будинків. Також були запропоновані схемо-технічні рішення для серійних об’єктів, які утворюють багаторівневі системи автономного, децентралізованого, помірно-централізованого та централізованого теплопостачання. Зібраний та упорядкований єдиний звід техніко-нормативних вимог до сучасних і перспективних гібридних систем електротеплозабезпечення, зокрема, електроопалення, серійних об’єктів ЖКГ. Він нараховує близько 70 ДБН, ДСТУ, Законів України (а також ЄС), відомчих матеріалів, які безпосередньо стосуються електротеплозабезпечення багатоквартирних будинків і яким вони мають відповідати.

Акад. НАН України А.А.Халатов, М.П.Тимченко

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Науково-технічні основи енергетичного співробітництва між Україною та Європейським Союзом» (Об’єднання-3).

Етап 2 «Розроблення технології вдосконаленого методу триступеневого спалювання вугілля для котла ТПП 312»

Отримано у 2017 р. 85,0 тис. грн.

Розроблено детальну комп’ютерну модель котла ТПП 312 та проведено дослідження роботи змонтованої системи триступеневого спалювання (ТС) вугілля з використанням вугільного пилу в якості палива допалювання. Аналіз розподілу температури в об’ємі котла при роботі системи триступеневого сталювання вугілля на проектних режимних параметрах показав, що з збагаченій паливом зоні, яка розташована між додатковими пальниками та соплами третинного повітря не забезпечуються умови температурного вікна (850 – 1175^оС) для впровадження технології селективного некаталітичного відновлення (СНКВ). Одночасне застосування технологій триступеневого спалювання вугілля та селективного некаталітичного відновлення можливо при введенні реагенту відновника вище сопел третинного повітря. Позитивний ефект від одночасного застосування технологій ТС та СНКВ залежить від місця введення реагенту відновника. Найбільший ефект досягнуто при введенні аміаку в сопла рециркуляції разом з димовими газами. Так при введені аміаку у кількості 0,1667 кг/с спостерігається підвищення ефективності зниження оксидів азоту до 51% порівняно зі стандартним котлом. Приріст зниження оксиду азоту порівняно з випадком роботи однієї системи ТС складає 38%. Концентрація аміаку на виході з котла становить 90 ppm. Для підвищення рівня відновлення оксидів азоту потрібно провести оптимізацію системи триступеневого спалювання вугілля, що буде виконано на третьому етапі виконання проекту.

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар

Сумісно з відділом “Теплофізики енергоефективних технологій”.

Етап 2 “Розроблення основних положень побудови бівалентного електротеплоакумуляційного смарт-модуля (БЕТА СМ) фінальних споживачів теплової енергії та їх мережевої моделі”.

Частка ВТТГД у 2017 р. складає 26,5 тис. грн.

Відповідно до плану робіт розроблені загальні принципи та основні положення побудови бівалентного елекротеплоакумуляційного смарт-модуля (БЕТА СМ) фінальних споживачів теплової енергії. Виконано аналіз різних способів акумулювання енергії в БЕТА СМ, а саме акумулювання в системах опалення, гарячого водопостачання, холодозабезпечення та накопичення мережних «надлишків» у добовому циклі виробництва електричної енергії. Наводяться результати огляду особливостей систем забезпечення штучного мікроклімату в об’єктах високотехнологічних галузей з узагальненням наявного досвіду стосовно гібридних систем електротеплозабезпечення серійних багатоквартирних будинків. На прикладі квартири у багатоквартирному будинку, обладнаному сучасною системою централізованого теплопостачання з горизонтальною розводкою і променевим підключенням опалювальних приладів розроблено типову схему бівалентного квартирного енергозабезпечення багатоквартирних будинків з накопиченням теплоти в тепло акумуляційних електропечах. Висвітлено питання вибору сучасних та перспективних засобів інформаційно-телекомунікаційного забезпечення об’єктів житлово-комунального господарства в ланцюзі «БЕТА СМ» ↔ «смарт-будинок» ↔ «смарт-місто» ↔ «інтелектуальні електричні мережі». Побудовано мережну модель БЕТА СМ як вузлового елемента гібридної системи електротеплозабезпечення багатоквартирного будинку.

Акад. НАН України А.А.Халатов, М.П.Тимченко

Цільова програма наукових досліджень НАН України «Надійність і довговічність матеріалів, конструкцій, обладнання та споруд» (Ресурс-2)

Етап 2 «Скласти карту зон підвищеного зносу труб конвективних поверхонь»

Отримано у 2017 р. 56,0 тис. грн.

На другому етапі використовуючи розроблену на першому етапі детальну комп’ютерну модель котла ТПП 312, було проведено повно-параметричне моделювання газового тракту котла ТПП 312 на основних режимах навантаження за результатами якого складено карту зон підвищеного зношення труб конвективних поверхонь нагріву. Визначено, що найбільшого негативного впливу твердих часток зазнають нижні труби ширмового пароперегрівача першого ступеня, особливо ті ділянки труб, що знаходяться біля перевалу. На теплообмінних поверхнях конвективної шахти котла, зона підвищеної негативної дії твердих часток на матеріал труб знаходиться від середини ширини до зовнішньої сторони конвективної шахти та проходить крізь усі теплообмінні пакети. Найбільш небезпечна ця зона є для труб водяного економайзеру, тому що водяний економайзер виконано з вуглецевої сталі. Результати другого етапу будуть використані на третьому етапі проекту для розробки методу подовження ресурсу конвективних поверхонь нагріву котла ТПП 312 шляхом зменшення їх абразивної ерозії. Результати виконання проекту в цілому мають перспективи впровадження на котлах ТПП 312 теплової енергетики України. Впровадження результатів проекту дозволять подовжити ресурс конвективних поверхонь нагріву, зазначених котлів ТПП 312, і тим самим підвищити їх експлуатаційну надійність.

Акад. НАН України А.А.Халатов, С.Г.Кобзар

2016

Тема 1.7.1.858 «ДОСЛІДЖЕННЯ ПОВІТРЯНОГО ЦИКЛУ УТИЛІЗАЦІЇ ТЕПЛОТИ ПОЗА ПРИВОДНИМИ ГАЗОТУРБІННИМИ УСТАНОВКАМИ ГТС УКРАЇНИ» в рамках цільової наукової програми відділення НАНУ

В рамках четвертого етапу роботи виконано узагальнення результатів досліджень термодинамічних характеристик циклу і теплогідравлічних характеристик теплообмінника повітряної турбінної теплоутилізаційної установки. Проведено порівняльне дослідження техніко-економічних показників газоповітряної і парогазової теплоутилізаційної установок. Підготовлено вихідні дані для технічного завдання проекту пілотної установки для утилізації викидної теплоти за приводними ГТУ газотранспортної системи України номінальної електричною потужністю 1 МВт. Підготовлено заключний звіт по темі.

Акад. НАН України А.А. Халатов, С.Д. Сєвєрін, О.С. Коваленко .В., Коваленко О.С.

Проведено математичне моделювання плівкового охолодження однорядною системою похилих отворів без заглибин та отворів у сферичних заглибинах (осцилююче охолодження) та прямокутній траншеї у стаціонарних умовах та в умовах обертання поверхні охолодження. Проведено моделювання ефективності багаторядного плівкового охолодження. Виконано узагальнення даних, розроблено рекомендації для впровадження результатів в практику промислового турбобудування.

Акад. НАН України А.А. Халатов, І.І. Борисов, С.Г. Кобзар, С.Д. Сєвєрін

Тема 1.7.1.870 «Оптимізація технологій електроопалення з метою заміщення природного газу в системах побутового теплопостачання»

Проведений аналіз потенціалу встановлених електрогенеруючих потужностей на предмет їх використання для економічно доцільного електроопалення в системах побутового теплопостачання. Цей резерв в основному складається з нічного провалу добового графіка навантажень і, з врахуванням перспективного розвитку децентралізованої генерації енергії, і в цілому оцінюється потужністю до 4 ГВт. Вивчена структура інфраструктурних вимог (у тому числі на підрівнях техніко-функціональних, інституціональних, енергоекономічних вимог). З врахуванням особливостей, що виникають при поширенні електроопалення серед малопотужних (до 5 кВт), але масових (до 19 млн.) кінцевих споживачів, виходячи із сучасного та перспективного рівня розвитку інформаційно-комутаційних мережних технологій, пропонується вибірковий перехід множини кінцевих споживачів систем побутового теплопостачання до стану активних споживачів ОЕС України за концепцією Smart Grid. Розглянуті особливості розробки і впровадження гібридної системи електротеплозабезпечення серійних об‘єктів ЖКГ (типу багатоповерхових будинків) та запропоновані їх бівалентні схемотехнічні рішення як споживачів-регуляторів перспективної системи ОЕС України-ENTSO-Е

Акад. НАН України А.А. Халатов, М.П. Тимченко

Етап 1: Розробити детальну комп’ютерну модель котла ТПП 312

Отримано у 2016 р. 50,0 тис. грн.

Розроблено математичну та комп’ютерну модель топки котла ТПП 312, яка дозволяє отримати адекватну інформацію з гідродинаміки тепло- та масообміну та визначити зони підвищеної ерозії труб конвективних поверхонь нагріву. Отримано поля швидкостей, температур та концентрацій в об’ємі котла ТПП 312 для навантаження турбіни 280 МВт та виявлені зони підвищеної інтенсивності накиду часток твердої фази на труби конвективних поверхонь нагріву. Результати комп’ютерного моделювання показали наявність двох зон підвищеної інтенсивності накиду часток на труби конвективних поверхонь нагріву: перша зона – це нижні згини труб ширмового пароперегрівника І-ї ступені; друга зона – починається на відстані 4 м та закінчується на відстані 6 м від початку конвективної шахти.

Акад. НАН України А.А. Халатов, С.Г. Кобзар

Проект Об5.3.1 «Застосування технологій триступеневого спалювання вугілля та селективного некаталітичного відновлення для зниження емісії оксидів азоту в енергетичному котлі ТПП 312»

Етап І: Верифікація механізмів хімічної кінетики відновлення оксидів азоту в умовах одночасного протікання процесів Reburning та хімічної конверсії за технологією селективного некаталітичного відновлення

Отримано у 2016 р. 72,0 тис. грн.

Проведено вдосконалення модулю розрахунку оксидів азоту пакету прикладних програм та виконана його верифікація. Верифікація програмного комплексу показала: розподіл температури має добре узгодження з експериментальними даними; концентрація оксидів азоту на виході тестової геометрії при одноступеневому спалюванні вугілля визначається з точністю 25%; відносна ефективність вдосконаленого методу триступеневого спалювання вугілля визначається з похибкою 6%. Проведено дослідження впливу застосування низько реакційного палива відновлення (вугільний пил) на одночасний перебіг процесів відновлення оксидів азоту за механізмами Reburning та СНКВ. В якості об’єкту дослідження використовувалася модель камери згоряння тестової геометрії на якій проводилася верифікація програмного комплексу. Отримані результати показали, що подача реагенту відновника (аміаку) дозволяє підвищити ефективність триступеневого спалювання вугілля до 71% при незначній концентрації аміаку на виході з камери згоряння. Використання в якості палива допалення вугільного пилу на відміну від випадку, коли в якості останнього використовується високо реакційне паливо (природний газ), знижує ефективність зниження оксидів азоту при використанні вдосконаленого методу триступеневого спалювання вугілля на 7 відсотків: 78,4 % при використанні природного газу проти 71% при використанні вугільного пилу.

Акад. НАН України А.А. Халатов, С.Г. Кобзар

Проект Об.2.5-2016 від 01.04.2016 р. «Розроблення науково-технічних основ побудови гібридних систем електротеплозабезпечення серійних об‘єктів ЖКГ (типу багатоповерхових будинків) як активних смарт-споживачів, інтегрованих у перспективну систему ОЕС України-ENTSO-Е»

Етап І: Розроблення схемо-технічних рішень бівалентних електротеплоакумуляційних систем теплозабезпечення як споживачів – регуляторів ОЕС України

Отримано у 2016 р. 28,0 тис. грн.

Розроблено основні вимоги до сучасних гібридних систем електротеплозабезпечення серійних об’єктів ЖКГ (типу багатоповерхових будинків). Проведена їх систематизація за структурними рівнями. Запропоновані схемо-технічні рішення для основної маси серійних об’єктів, які утворюють багаторівневі системи автономного, децентралізованого, помірно-централізованого та централізованого теплопостачання. Нижній рівень вказаних систем пропонується розглядати як активні регулятори-споживачи, локалізовані як окрема квартира (домогосподарство) з тепловою потужністю 5…10 кВт і підключені до квартирного електровводу у середньому 11 кВт. Кожен такий активний регулятор-споживач має доступ до засобів накопичення електро- та теплоенергії у добовому циклі навантаження ОЕС України; обладнаний сенсорною мережею, програмованими логічними контролерами для керування кліматичними режимами відповідно до цільових функцій як споживача-регулятора, так і усіх інших зацікавлених сторін процесу генерації, передачі, розподілу і споживання енергії.

Акад. НАН України А.А. Халатов, М.П. Тимченко

Договір № 03-08-16 від 1 березня 2016 р. «Теплообмін і аеродинаміка при шаровому спалюванні різних видів твердого біопалива та сільськогосподарських відходів» в рамках цільової програми НАН України, спільний конкурс з НАН Білорусі

Отримано у 2016 р. – 85,0 тис. грн.

Досліджено процес двостадійного спалювання низькосортних палив. Додавання до торфу відходів деревини і відпрацьованого машинного мастила призвело до значного зменшення викидів окису вуглецю. Підігрів первинного і вторинного повітря на 80^оС зменшив викиди оксиду вуглецю в 1,3…1,5 рази, при збереженні стабільного рівня викидів оксидів азоту. Досліджено вплив розмірів часток твердого палива, на потужність теплогенератора. Відмічено каталітичний вплив на процес горіння торфу додатків стружки зі сталі 1Х18Н9Т, які призвели до зменшення концентрації оксиду вуглецю в продуктах згоряння. Розроблено метод розрахунку пристрою для спалювання біопалива та сільськогосподарських відходів. Розроблено і досліджено новий теплогенератор з підігрівом первинного і вторинного повітря. Запропоновано рецептуру сумішей відходів деревини і торфу, придатних для спалювання в теплогенераторах малої потужності. Сформульовано рекомендації щодо проектування камер згоряння теплогенераторів малої потужності. Виконано порівняння шарового спалювання та спалювання в циклонно- шарових топках.

Акад. А.А.Халатов, Г.В.Коваленко, .О.В.Шіхабутінова

2015:

Тема 1.7.1.858 «ДОСЛІДЖЕННЯ ПОВІТРЯНОГО ЦИКЛУ УТИЛІЗАЦІЇ ТЕПЛОТИ ПОЗА ПРИВОДНИМИ ГАЗОТУРБІННИМИ УСТАНОВКАМИ ГТС УКРАЇНИ» в рамках цільової наукової програми відділення НАНУ

В рамках третього етапу роботи обгрунтовано вибір теплової схеми теплоутилізаційної паротурбінної установки (ПТУ) для утилізації викидної теплоти за газотурбінними приводами ГТС, і розроблено математичну модель ПТУ. Математичну модель ПТУ була створено на основі теплогідравлічних моделей елементів ПТУ (парової турбіни, парогенератора і конденсатора), з використанням інтервально – ітераційного підходу до моделювання парогенератора ПТУ, що має найбільший вплив на техніко – економічні показники установки.

На підставі розробленої математичної моделі ПТУ було виконано порівняння техніко – економічних показників повітряної турбінної (цикл Брайтона) і паро – турбінної (цикл Ренкина) установок номінальною потужністю 1 МВт для утилізації викидної теплоти за приводними ГТУ потужністю 25 МВт. Виконано порівняльний аналіз економічних показників утилізації за допомогою повітряно-турбінної та паротурбінної установок. На основі виконаних розрахунків зроблено техніко-економічне обґрунтування використання теплоутилізаційних установок за приводними ГТУ ГТС України.

Акад. НАН України Халатов А.А., Сєвєрін С.Д., Коваленко О.С., Коваленко Г.В.

Тема 1.7.1.864 «ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛО- І МАСООБМІНУ В КАНАЛАХ ІЗ ЗАКРУТКОЮ ПОТОКУ ТА СТВОРЕННЯ НОВИХ ВИХРОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ ДЛЯ ЕНЕРГОМАШИНОБУДУВАННЯ»

Виконано теоретичне дослідження газодинаміки та теплообміну в круглому каналі, що радіально-обертається із завихренням потоку. Порівнянням з експериментальними даними визначені адекватні моделі турбулентності для розрахунку теплообміну та газодинаміки. Визначено вплив прискорення сили Коріоліса. Показано, що для досягнення максимального теплообміну, напрям завихрення потоку в каналі охолодження повинен співпадати з напрямом обертання каналу. Аналогічні висновки отримані при дослідженні моделі циклонного охолодження лопатки, що обертається. Показано, що використовуючи різні закони завихрення потоку, можна керувати законом теплообміну в каналі циклонного охолодження, як при стаціонарних умовах, так і при обертанні каналу. Для досягнення максимуму теплового потоку в середній частині каналу охолодження, що характерно для лопаток ГТД, оптимальною виявилася конструкція з поданням охолоджувача через тангенціально-похилий завихрювач з компактно розташованими багаторядними щілинами, що звужуються.

Акад. НАН України Халатов А.А., Борисов І.І., Кобзар С.Г., Сєвєрін С.Д.

Відповідно до робочого плану на 2015 рік був проведений збір та аналіз відомостей про паливно-енергетичний баланс (ПЕБ) України та про системи побутового теплопостачання за міжнародною методикою МЕА. У даних про ПЕБ України враховувався вплив на техніко-економічні показники енергетики факту військових дій на Донбасі. Для порівняння були також розглянуті ПЕБ 16 показових країн, які складають групу “північних” країн (Канада, скандинавські держави, Білорусь, Польща, Словаччина) та групу розвинутих країн (США, КНР, Японія, Німеччина, Франція, Велика Британія, РФ). Проаналізовані відомі цільові функції задач оптимізації ефективності енергоперетворюючих технологій в системах теплопостачання. Встановлена необхідність постановки і вирішення спеціальної задачі оптимізації технологій електроопалення та пошуку на основі ексергоекономічного аналізу цільовій функції оптимізації схем підключення (гібридизації) електротеплоакумуляційних технологій до існуючих систем і обладнання побутового теплопостачання.

Акад. НАН України Халатов А.А., Тимченко М.П.

Договір № Р5.1.2 – 2015 «Подовження ресурсу екранів топки котла тпп-312 шляхом зменшення високотемпературної газової корозії за допомогою керування структурою течії в об’ємі топки при спалюванні вугілля» в рамках цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України “Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин” («РЕСУРС»)

Етап 3 – Розробити метод управління процесом спалювання вугілля в топці котла ТПП-312 для зменшення газової корозії топкових екранів

Розроблено метод управління процесом спалювання вугілля в об’ємі топки котла ТПП 312, який базується на перерозподілі витрати вторинного повітря на пальниках першого ярусу. Метод прийнятий до використання на ДТЕК Ладижинська ТЕС та має ефективність по зниженню високотемпературної газової корозії близько 20%, що дозволить продовжити ресурс нижньої радіаційної частини блоку до 1,5 року. Станції передані практичні рекомендації щодо організації процесу спалювання сірковмісного вугілля в котлі ТПП 312, які прийняті до використання на ДТЕК Ладижинська ТЕС

Акад. НАН України Халатов А.А., Кобзар С.Г.

Договір № Об.5.3.1–2015 «Зменшення емісії оксидів азоту в атмосферу шляхом впровадження методу стадійного спалювання вугілля на котлах ТПП-312» в рамках цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України «Науково-технічне, нормативне та інформаційне забезпечення створення гнучкої та адаптивної об’єднаної енергетичної системи України» („ОБ’ЄДНАННЯ-2”)

Етап 3 – Розробка рекомендації для оператора енергоблоку у вигляді режимної карти експлуатації блоку з системою ступеневого спалювання вугілля для основних режимів навантаження турбін електростанцій

Розроблено режиму карту котла ТПП 312 блоку №6 ДТЕК Ладижинська ТЕС при роботі в режимі триступеневого спалювання вугілля яка дозволяє зменшити викиди оксидів азоту на 30%. Режимна карта прийнята для використання на ДТЕК Ладижинська ТЕС. Запропоновано заходи по модернізації існуючої системи ступеневого спалювання вугілля, які забезпечують зниження оксидів азоту на 50%..

Акад. НАН України Халатов А.А.,Кобзар С.Г.

Проект К-5-47/2015 «Оптимізація теплогідравлічних характеристик теплообмінного і парогенеруючого устаткування для високотемпературною газоохолоджуваної ядерної енергетичної установки четвертого покоління тепловою потужністю 250 МВт» в рамках цільової програми НАН України по ядерній енергетиці

Розроблено методику інтервально – ітераційного теплогідравлічного розрахунку високотемпературного парогенератора ЯЕУ типу ГТ-МГР-ВЕП, на основі якої було створено математичну модель парогенератора АЕС вертикального типу з гвинтовими закрученими (змієвиковими) трубами. З використанням математичної моделі парогенератора було виконано постановку завдання і розроблено концептуальну методику багатокритеріальної оптимізації теплогідравлічних і масогабаритних характеристик високотемпературного парогенератора АЕС з газоохолоджуваним реактором, що використовує гелій у якості первинного теплоносія. Виконано аналіз режимних і геометричних параметрів високотемпературних парогенераторів АЕС та обґрунтування попереднього вибору їх значень для високотемпературних парогенераторів АЕС четвертого покоління. Розроблений алгоритм був використаний для виконання тестових оптимізаційних розрахунків високотемпературного парогенератора для перспективної ЯЕУ типа ГТ-МГР-ВЕП з тепловою потужністю реактора 250 МВт. Показана можливість практичного використання розробленої математичної моделі і запропонованого алгоритму оптимізації для оптимального проектування високотемпературних парогенераторів АЕС четвертого покоління.

Акад. А.А.Халатов, Сєвєрін С.Д., Доник Т.В.

Договір № 03-08-15 від 8 липня 2015 р. «Теплообмін і аеродинаміка при шаровому спалюванні різних видів твердого біопалива та сільськогосподарських відходів» в рамках цільової програми НАН України, спільний конкурс з НАН Білорусі

Модернізовано експериментальний стенд для спалювання торфу (біопалива) у двостадійному процесі. Проведено налагоджувальні експерименти. Виконано експериментальні дослідження температурних режимів спалювання торфу, сільськогосподарських залишків та їх сумішей при різноманітних рівнях підігріву повітря.

Опубліковано три статті, зроблено одну доповідь на міжнародній конференції

Акад. Халатов А.А., Коваленко Г.В., .Шіхабутінова О.В.

Договір №01-08-15 від 05.05.2015 «ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ТА ЧИСЕЛЬНЕ дослідження перспективних схем плівкового охолодження високотемпературних енергетичних установок» в рамках цільової програми НАН України, спільний конкурс з РФФД

Виконано чисельне дослідження гідродинаміки, а також чисельне та експериментальне дослідження ефективності плівкового охолодження пласкої поверхні однорядною системою похилих циліндричних отворів, які розташовані у траншеї. Як показали розрахунки, при подачі вторинного повітря у траншею значно послаблюється парний вихор, який, наряду з відривом, є одним із ключових механізмів руйнування плівки за рахунок транспортування мас основного потоку до поверхні. Проведені експериментальні та чисельні дослідження плівкового охолодження пласкої поверхні за допомогою однорядної системи похилих отворів у траншеї показали значно більш високу ефективність та рівномірність покриття поверхні у порівнянні з традиційними схемами (підвищення ефективності у 2…3 рази при великих параметрах вдуву). Дані схеми можуть бути рекомендовано для застосування в практиці плівкового охолодження високотемпературних енергетичних установок.

Акад. НАН України Халатов А.А., Борисов І.І., Сєвєрін С.Д., Безлюдна М.В., Панченко Н.А.

2014:

Виконано чисельне порівняльне дослідження шляхів підвищення ефективності повітряної турбінної теплоутилізаційної установки (ПТТУ) номінальною потужністю 1 МВт. Розроблено математичну модель і комп’ютерну програму, та виконано теплогідравлічні розрахунки теплообмінника ПТТУ трубчастого типу. Визначені оптимальні режимні параметри та геометричні характеристики теплообмінника. Виконано аналіз впливу перспективних способів інтенсифікації теплообміну в трубних пучках теплообмінника на його теплогідравлічні характеристики, а також на ефективність ПТТУ в цілому, з використанням розроблених на першому етапі математичних моделей та наявних експериментальних даних. Представлено порівняння теплогідравлічних та масогабаритних характеристик теплообмінних апаратів з різними способами внутрішньої та зовнішньої інтенсифікації теплообміну.

Акад. НАНУ Халатов А.А., Сєвєрін С.Д., Коваленко О.С., Коваленко Г.В.

Тема 1.7.1.853 «ДОСЛІДЖЕННЯ ПОВЕРХНЕВО-ВИХРОВИХ СИСТЕМ ДЛЯ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ТЕПЛООБМІНУ ТА ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОХОЛОДЖЕННЯ ПОВЕРХОНЬ В ПЕРСПЕКТИВНИХ ГТД»

Виконано цикл експериментальних досліджень ефективності траншейного та двохструменевого плівкового охолодження, проведено порівняння з традиційною конфігурацією отворів. Показано, що застосування цих методів охолодження дозволяє суттєво підвищити показник ефективності у півтора – два рази. Проведено узагальнення експериментальних даних, отримані розрахункові співвідношення. За допомогою програмного комплексу «ANSYS» виконано чисельні розрахунки траншейного та двохструменевого плівкового охолодження. Проведено експериментальні дослідження теплообміну при поперечному обтіканні повітряним потоком одиночної труби та пучків труб зі сферичними лунками на їх поверхні. Показано, що в діапазоні чисел Рейнольдса від 1000 до 6000 ступінь інтенсифікації теплообміну досягає 1,4, при цьому гідравлічний опір практично не зростає.

Акад. НАНУ Халатов А.А., Борисов І.І., Коваленко Г.В., Безлюдная М.В., Панченко Н.А.

Тема 1.7.1.857. «РОЗРОБКА ТА ВПРОВАДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОТЕПЛОАКУМУЛЯЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ НА ОБ‘ЄКТАХ СОЦІАЛЬНО-БЮДЖЕТНОЇ СФЕРИ»

Відповідно до робочого плану на 2014 рік був проведений енергомоніторинг встановлених систем електроопалення, зіставлені основні види ЕТА-технологій, вибрана оптимальна технологія для пілотної зони. Також був проведений аналіз енергоефективності електротеплозабезпечення за новими технологіями у порівнянні з іншими технологіями теплопостачання на базі НДЕ і ВДЕ. Одержані результати були опрацьовані та узагальнені. Була підготовлена звітна документація. За результатами дослідження в Хмельницькій області Деражнянського р-ну була створена пілотна зона, в якій на сьогоднішній час ? 60% шкіл переведені на електротеплоакумуляційне опалення (нагрівальні кабелі, електрокотли). За підсумками обстежень встановлено, що у порівнянні з існуючими котельнями на вугіллі і природному газі системи електроопалення за фактичними даними споживають у 2 – 2,3 рази менше умовного палива. За висновком Деражнянської РДА, є доцільним також впровадження електроопалення в житловому секторі. Отримано акт від РДА Деражнянського р-ну Хмельницької обл. про впровадження результатів досліджень в пілотній зоні.

Акад. НАНУ Халатов А.А., Тимченко М.П.

Договір № Р5.1.2 – 2014 «Подовження ресурсу екранів топки котла тпп-312 шляхом зменшення високотемпературної газової корозії за допомогою керування структурою течії в об’ємі топки при спалюванні вугілля» в рамках цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України “Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин” («РЕСУРС»)

Етап 2 – Розробити модифіковану модель горіння вугілля, яка враховує утворення сірководню з сірки вугілля

За результатами проведених досліджень виявлені зони підвищеної концентрацію сірководню біля поверхонь труб НРЧ для основних режимів навантаження блоку та визначені причини їх утворення. Проведено дослідження впливу локальних надлишків повітря на розташування зон підвищеної концентрації сірководню та визначені шляхи його зменшення біля поверхонь труб нижньої радіаційної частини. Визначено основні напрямки заходів, які будуть враховуватися при розробці нового методу керування структурою течії при спалюванні вугілля в топці котла, який забезпечить зменшення високотемпературної газової корозії екранів топки в низу нижньої радіаційної частини на третьому етапі виконання проекту.

Акад. НАН України Халатов А.А., Кобзар С.Г.

Договір № Об.5.3.1–2014 «Зменшення емісії оксидів азоту в атмосферу шляхом впровадження методу стадійного спалювання вугілля на котлах ТПП-312» в рамках цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України «Науково-технічне, нормативне та інформаційне забезпечення створення гнучкої та адаптивної об’єднаної енергетичної системи України» („ОБ’ЄДНАННЯ-2”)

Етап 2 – Комп’ютерне моделювання термогазодинаміки котла ТПП-312 та визначення оптимальних параметрів системи ступеневого спалювання вугілля для забезпечення мінімального вмісту оксидів азоту у продуктах спалювання на основних режимах навантаження турбіни

Визначено ефективність роботи системи ступеневого спалювання вугілля яка змонтована на блоці №6 ДТЕК Ладижинська ТЕС на проектних режимах роботи. Проведено визначення оптимальних робочих параметрів системи ступеневого спалювання, які забезпечують 55 – 60% зниження емісії оксидів азоту при задовільних втратах палива від недопалу та температурі біля поверхонь системи підвісних ширм, що забезпечить значення емісії оксиду азоту на рівні 250 – 340 мг/м³, що впритул наближає до нормативів ЕС.

Акад. НАН України Халатов А.А.,Кобзар С.Г.

Договір № К5-47/2013 від 1.04.2013 «Оптимізація теплогідравлічних характеристик теплообмінного та парогенеруючого обладнання для високотемпературної газоохолоджуваної ядерної енергетичної установки четвертого покоління тепловою потужністю 250 МВт»

Виконано аналіз різних варіантів конструктивного теплообмінного устаткування для газоохолоджуваної ядерної енергетичної установки четвертого покоління. Вибрано тип компактного теплообмінника для подальшої оптимізації його теплогідравлічних характеристик. З використанням математичної моделі, що була розроблена в рамках першого етапу, було запропоновано алгоритм оптимізації теплогідравлічних характеристик гелієво-водяного теплообмінника, а також виконано серію оптимізаційних розрахунків попереднього та проміжного теплообмінників блоку перетворення енергії ГТ-МГР тепловою потужністю 250 МВт. Чисельні розрахунки дозволили визначити концептуальну методологію вибору раціональних режимних та геометричних параметрів роботи теплообмінників блоку перетворення енергії для простішої схеми їх конструктивного виконання.

Акад. НАН України Халатов А.А., Сєвєрін С.Д., Доник Т.В.

Договір №01-08-14 від 17.04.2014 «ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ТА ЧИСЕЛЬНЕ дослідження перспективних схем плівкового охолодження високотемпературних енергетичних установок»

Виконано чисельне дослідження гідродинаміки, а також чисельне та експериментальне дослідження ефективності плівкового охолодження пласкої поверхні одно– та двохрядною системою похилих циліндричних отворів, які розташовані у заглибинах у вигляді сферичних сегментів. Як показали розрахунки, при подачі вторинного повітря у сферичні заглибини практично повністю подавляється парний вихор, який, наряду з відривом, є одним із ключових механізмів руйнування плівки за рахунок транспортування мас основного потоку до поверхні. Проведені експериментальні та чисельні дослідження плівкового охолодження пласкої поверхні за допомогою систем похилих отворів в сферичних заглибинах показали значно більш високу ефективність та рівномірність покриття поверхні у порівнянні з традиційними схемами (підвищення від 30% при малих, та в 2…2,3 рази при великих параметрах вдува). Дані схеми можуть бути рекомендовано для застосування в практиці плівкового охолодження високотемпературних енергетичних установок.

Акад. НАН України Халатов А.А., Борисов І.І., Безлюдная М.В., Панченко Н.А.

2013:

Розроблено математичну модель та комп’ютерну програму розрахунку термодинамічного циклу перспективної повітряної теплоутилізаційної газотурбінної установки номінальною електричною потужністю 1 МВт, а також алгоритм тепло гідравлічного розрахунку кожухотрубного рекуператора, який входить до складу розробленої моделі ГТУ. З використанням розробленої математичної моделі виконано аналіз ідеального та реального термодинамічних циклів на основі використання серійного компресора ГТУ ДЖ-59, вибрані оптимальні параметри робочого процесу та виконано оцінку масогабаритних характеристик рекуператора. Розроблено та створено експериментальну установку для дослідження гідродинаміки і теплообміну при зовнішньому обтіканні пучка труб та внутрішній течії в трубах з інтенсифікаторами теплообміну вихрового типу. Виконані тестові експерименти з оцінки впливу інтенсифікаторів теплообміну вихрового типу на внутрішній та зовнішній поверхнях труб та на теплогідравлічну ефективність процесу конвективного теплообміну.

Акад. НАНУ Халатов А.А., Сєвєрін С.Д., Коваленко О.С.

Виконано цикл експериментальних досліджень ефективності кратерного плівкового охолодження, проведено порівняння з традиційною конфігурацією отворів без кратеров. Показано, що застосування цього методу охолодження дозволяє суттєво підвищити показник ефективності у півтора – два рази. За допомогою програмного комплексу «ANSYS» виконано чисельні розрахунки струменево-осцилюючого та кратерного плівкового охолодження. Проведено експериментальне дослідження теплообміну повітряного потоку в трубі із виступами. У порівнянні з традиційними методами досліджені методи інтенсифікації теплообміну відрізняються помірними енерговитратами – фактор аналогії Рейнольдса перевищує одинцю. Виконано експериментальне дослідження теплогідравлічних характеристик повітряного потоку в трубі з хрестоподібними вставками з вихровими інтенсифікаторами. Показано, що дані по параметру аналогії Рейнольдса добре співвідносяться з даними по вихровим потокам в каналах.

Акад. НАНУ Халатов А.А., Борисов І.І., Коваленко О.С., Коваленко Г.В., Доник Т.В.

Відповідно до робочого плану на 2013 рік був виконаний техніко-економічний аналіз різних схем електротеплоакумуляційних технологій на основі блочних теплогенераторів, акумуляторів теплоти різного типу та кінцевих споживачів. Розглянуті також комбіновані схеми, які включають вищерозглянуті схеми з акумуляцією теплоти в огороджувальних конструкціях. Вказані технології розроблялись на основі Державного стандарту України ДСТУ-Н Б В.2.5 – ХХ:20ХХ “Системи електроопалення об’єктів житлового і громадського призначення. Улаштування та використання. Настанова”. Цей нормативний документ був створений за участю ІТТФ НАНУ і в даний час знаходиться в стадії затвердження. Одержані результати були використані при розробці Регіональних програм технічної модернізації систем теплопостачання Винницької області та Автономної республіки Крим.

Акад. НАНУ Халатов А.А., Тимченко М.П.

Договір № Р5.1.2 – 2013 від 25 березня 2013 р. «Подовження ресурсу екранів топки котла тпп-312 шляхом зменшення високотемпературної газової корозії за допомогою керування структурою течії в об’ємі топки при спалюванні вугілля» в рамках цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України “Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин” («РЕСУРС»)

Етап 1 – Розробити модифіковану модель горіння вугілля, яка враховує утворення сірководню з сірки вугілля

Розроблено механізм хімічної кінетики утворення сірководню з сірки вугілля при його факельному спалюванні; на основі глобальних реакції розроблено механізм утворення водню під час спалювання пиловугільного палива; проведена інтеграція моделі горіння вугілля з розробленим механізмом хімічної кінетики утворення сірководню з сірки вугілля. Побудована комп’ютерна модель топки котла ТПП 312 та проведені тестові розрахунки для режиму навантаження турбіни 280 МВт_е. Співставлення тестових розрахунків з результами обстежень стану труб НРЧ співробітниками Лабораторії металів ДТЕК Ладижинська ТЕС показало, що розроблена модель утворення сірководню дає достатньо точну картину по розташуванню зон підвищеного зносу труб, що спричинена високотемпературною газовою корозією.

Акад. НАН України Халатов А.А., Кобзар С.Г.

Договір № Об.5.3.1–2013 «Зменшення емісії оксидів азоту в атмосферу шляхом впровадження методу стадійного спалювання вугілля на котлах ТПП-312» в рамках цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України «Науково-технічне, нормативне та інформаційне забезпечення створення гнучкої та адаптивної об’єднаної енергетичної системи України» („ОБ’ЄДНАННЯ-2”)

Етап 1 – Розробка комп’ютерної моделі котла ТПП-312 та удосконалення математичної моделі горіння вугілля в топці котла

Зібрані вихідні данні по конструкції котла та експлуатаційним характеристикам енергоблоку в залежності від навантаження турбіни, побудована комп’ютерна модель топки котла та розроблена модифікована модель горіння вугілля, яка враховує особливості горіння вугілля, яке спалюється на станції. Проведено повнопараметричне комп’ютерне моделювання роботи топки котла як до, так і після реалізації системи ступеневого спалювання при проектних значеннях режимних параметрів. Отримані детальні поля швидкостей, температур та концентрацій в об’ємі топки котла ТПП-312

Акад. НАН України Халатов А.А.,Кобзар С.Г.

Етап 1 «Розробка математичної та комп’ютерної моделі гелієво–водяного теплообмінника для блоку перетворення енергії ГТ–МГР з тепловою потужністю ревктора 250 МВт»

Розроблено математичну і комп’ютерну модель гелиєво – водяного компактного (попереднього та проміжного) теплообмінника для блока перетворення энергії ГТ-МГР для реактора тепловою потужністю 250 МВт.

Акад. НАН України Халатов А.А., Сєвєрін С.Д

Договір № Ф54/155-2013 (проект № Ф54.2/001) від «04» червня 2013 р. «Аеродинамічні та теплові основи розробки шарових та циклонно–шарових теплогенераторів малої потужності для спалювання низькосортних місцевих палив», Державне агентство з питань науки, інновацій та інформатизації України, з рамках “Угоди про співробітництво між Державним фондом фундаментальних досліджень і Білоруським республіканським фондом фундаментальних досліджень”, затвердженим 25.04.2013 р. Радою ДФФД, та наказом Державного комітету України з питань науки, інновацій та інформатизації від 30 квітня 2013 року № 110.

Науковий керівник теми: Халатов Артем Артемович

Виконано огляд сучасних технологій спалювання низькосортних палив, що показали. ефективність використання методу спалювання з попередньою термохімічної обробкою (двостадійний процес), який полягає у газифікації палива піролізом в первинній камері і допалювання летких у вторинній камері. Створено сучасну конструкцію двостадійного шарового теплогенератора малої потужності (40 кВт) для спалювання низькосортних твердих палив (торф, буре вугілля, відходах деревини) і їх сумішей з необхідною повнотою згоряння та забезпеченням екологічних вимог. Виконано порівняння двокамерної і трикамерної камер згоряння теплогенератора. Виконано дослідження впливу підігріву повітря на вході в первинну і вторинну камери. Досліджувався вплив добавок деревини на екологічні показники при спалювання торфу та бурого вугілля.

2012:

Виконано цикл експериментальних досліджень ефективності струменево-осцилюючого плівкового охолодження пласкої поверхні за допомогою двохрядної системи похилих отворів, які розташовані в сферичних заглибинах, проведено порівняння з традиційною конфігурацією отворів без лунок. Показано, що застосування цього методу охолодження дозволяє суттєво підвищити показник ефективності (на початковій ділянці у 2 рази). Адаптовано програмний комплекс «ANSYS» для розрахунку плівкового охолодження, проведено тестові розрахунки. Модернізовано експериментальну установку для дослідження внутрішнього та зовнішнього теплообміну труби з виступами на внутрішній поверхні та впадинами на зовнішній. Проведено експериментально-розрахункове дослідження теплогідравлічних характеристик повітряного потоку в трубі з гладкими хрестоподібними вставками, впервые введено новое понятие– коэффициент качества интенсификатора теплообмена.

Акад. НАНУ Халатов А.А., Борисов І.І., Коваленко О.С., Коваленко Г.В., Доник Т.В.

Проведено аналіз регіонального розподілу електроенергетичного ресурсу України на предмет вибору пілотної зони для впровадження енергоефективних електротеплоакумуляційних (далі ЕТА) технологій. За комплексом показників для впровадження ЕТА-технологій була вибрана пілотна зона на базі Хмельницької області, зокрема об‘єктів Деражнянського та Сусловецького районів. Одержана кількісна оцінка електроенергетичного ресурсу, якій припускає впровадження ЕТА-технологій у пілотної зоні. Її технічно досяжна осереднена величина сягає 179 МВт; економічно доцільна – »37 МВт, що еквівалентно обсягам заміщення природного газу, відповідно, 80,6 та 17 млн. м³/рік природного газу. Проведено теплотехнологічний та макроекономічний аналіз існуючих систем теплопостачання у пілотної зоні. У результаті його визначені 17 об‘єктів соціально-бюджетної сфери (у тому числі 9 навчальних закладів, 3 бібліотеки, 4 будинки культури та 1 лікарня), на яких будуть впроваджені енергоефективні ЕТА-технології теплопостачання. Закінчена розробка розділу «Використання електроенергії для теплопостачання» в регіональних програмах модернізації муніципальної енергетики Черкаської області та Вінницької областей. Підготовлені та видані Державні будівельні норми України «Електрична кабельна система опалення, продовжена технічна модернізація систем теплозабезпечення Київського метрополітену.

Акад. НАНУ Халатов А.А., Тимченко М.П.

Договір Р5.8-2012 від 01.03.2012 (проект 5.8) «ЗМЕНШЕННЯ ЕРОЗІЇ ТОПКОВИХ ЕКРАНІВ ШЛЯХОМ КЕРУВАННЯ СТРУКТУРОЮ ТЕЧІЇ В ОБ’ЄМІ ТОПКИ КОТЛА ТПП-312» програми «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин («РЕСУРС»)

Етап 3 «На основі розробленого методу розробити режимну карту котла ТПП-312»

Розроблені практичні рекомендації для оператора блоку у вигляді карти режимів роботи блоку, яка реалізує розроблений метод управління аеродинамікою в об’ємі топки котла для зменшення ерозії топкових екранів в залежності від режиму навантаження котлоагрегату. При збереженні рівня завантаження блоків Ладижинської станції на теперішньому рівні впродовж залишкового ресурсу блоків, застосування методу управління дозволить продовжити ресурс нижньої радіаційної частини блоку на 1 рік. В разі продовження експлуатації блоків економічний ефект від впровадження розробленого методу управління буде становити не менше 500 тис. грн. на 1 блок у цінах 2012 року. На розроблений метод управління отримано Патент України UA67268U, МПК F23C 1/12 (2006.01)/Спосіб керування процесом горіння пиловугільного котла/ А.А. Халатов, С.Г. Кобзар, І.В. Новохацька/ Бюл. №3 – 2012. За результатами проекту отримано акт впровадження результатів проекту від ДТЕК Ладижинська ТЕС

Акад. НАНУ А.А.Халатов, С.Г.Кобзар

Договір № К-5-14 від 01.07.2011 «ТЕРМОДИНАМІЧНЕ І ТЕПЛОФІЗИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУ ТУРБІНИ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГАЗООХОЛОДЖУВАНОГО РЕАКТОРА ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛІННЯ ТЕПЛОВОЮ ПОТУЖНІСТЮ 250 МВТ» програми «Науково-технічний супровід розвитку ядерної енергетики та застосування радіаційних технологій у галузях економіки»

Етап 2 «Аналіз термодинамічного циклу виробництва водню методом високотемпературного електролізу пари. Розрахунки теплообмінного устаткування, параметрів и ККД циклу. Аналіз інфраструктури українського газотурбобудування по розробці та виготовленню гелієвої турбіни»

В рамках виконання другого етапу проекту розроблено математичну модель циклу гелієвої газотурбінної установки з регенерацією теплоти та проміжним охолодженням робочого тіла в компресорі блока перетворенння енергії (БПЕ) високотемпературного газоохолоджуваного реактора четвертого покоління для виробництва водня. Виконано аналіз термодинамічного циклу виробництва водню методом високотемпературного електролізу пари. Розроблено математичну модель компактного пластинчатого теплообмінника. Виконано розрахунки параметрів та ККД циклу для комбінованого виробництва електроенергії та високотемпературної пари для виробництва водню методом високотемпературного електролізу пари. Вибрано тип та схему теплообмінного устаткування блоку перетворення енергії ВТГР.

Акад. НАН України Халатов А.А., Сєвєрін С.Д.

ДОГОВІР № Ф40/19-2012 від 05.06.2012 р. (проект № Ф40.7/003) ” ІНТЕНСИФІКАЦІЯ теплообміну вихроутворюючими елементами в гомогенних та гетерогенних потоках, включаючи нанорідини ” між Державним агентством з питань науки, інновацій та інформатизації України та Інститутом технічної теплофізики НАН України в рамках «Угоди про співробітництво між Державним фондом фундаментальних досліджень і Російським фондом фундаментальних досліджень»

Досліджено теплогідравлічну ефективність поверхнево-вихрових систем. Визначено умови випереджального зростання теплообміну. Запропоновано інженерні методи розрахунку. Запропоновані системи інтенсифікації теплообміну, завдяки оригінальним конструкціям (захищеними патентом), відрізняються незначним гідравлічним опором, що робить їх перспективними при застосуванні в регенераторах газотурбінних установок та в інших застосуваннях.

Акад. НАН України Халатов А.А., Коваленко Г.В., Шіхабутінова О.В.

ДОГОВІР № _41.2/010 від 05.06.2012 р. (Проект № Ф41.2/010) «Теплообмін і горіння рідких тяжких вуглеводнів у закрученому потоці» між Державним агентством з питань науки, інновацій та інформатизації України та Інститутом технічної теплофізики НАН України в рамках «Угоди про співробітництво між Державним фондом фундаментальних досліджень і Білоруським республіканським фондом фундаментальних досліджень»

Досліджено концентрації оксиду вуглецю та оксидів азоту на виході з камери спалювання відпрацьованого машинного масла. Розроблено рекомендації щодо проектування камер згоряння важких вуглеводнів, ці камери характеризуються високими екологічними характеристиками. Одержано патент України на корисну модель № 7358. Результати досліджень опубліковано в матеріалах 14-го Мінського міжнародного форуму з тепло- і масообміну.

Акад. НАН України, професор Халатов А.А., Шіхабутінова О.В., Коваленко Г.В.

2011:

Тема 1.7.1.817 «ТЕРМОГАЗОДИНАМІКА ВИХРОВИХ ТА ЗАКРУЧЕНИХ ПОТОКІВ І ЇЇ ДОДАТОК ДО СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ І РЕГЕНЕРАТОРІВ ТЕПЛОТИ ПРОМИСЛОВИХ ГАЗОТУРБІННИХ УСТАНОВОК»

Виконано цикл експериментальних досліджень та математичне моделювання перспективних схем зовнішнього та внутрішнього охолодження лопаток газових турбін, а також нових поверхонь теплообміну. Експериментально досліджено ефективність осцилюючого плівкового охолодження за допомогою ряду похилих отворів, які розташовані в сферичних заглибинах, проведено порівняння з традиційною конфігурацією отворів без лунок. Показано, що застосування цього методу охолодження дозволяє підвищити показник ефективності у 2 рази. Виконано експериментальне дослідження та комп’ютерне моделювання гідродинаміки та структури повітряного потоку біля двохрядної системи заглибин різної форми відповідно до розробки нових теплообмінних поверхонь зі зниженим гідравлічним опором. Проведено експериментальні дослідження теплообміну при поперечному обтіканні пучка труб, поверхні яких сформовано заглибинами різних типів. Показано, що досягнуто інтенсифікацію теплообміну на 80% при підвищенні опору до 15%, тобто має місце значне покращення теплогідравлічної характеристики.

Чл.–кор. НАН України Халатов А.А., Борисов І.І., Коваленко О.С., Коваленко Г.В.

Тема 1.7.1.818 «ТЕПЛОФІЗИЧНЕ ТА ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРООБІГРІВУ З МЕТОЮ ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ОПАЛЕННЯ БУДИНКІВ»

В результаті роботи було здійснено теплофізичне обґрунтування та встановлена техніко-економічна доцільність акумуляційного електроопалення. Показано, що потенціал впровадження акумуляційного електротеплозабезпечення у рамках ОЕС Українискладає близько7 ГВт як технічно досяжний і 1,3 ГВт як економічно доцільний. Граничні обсяги заміщення природного газу в комунальної енергетиці України оцінюються 0,7 млрд. м³ (економічно обумовлена величина) і 3,32 млрд.м³ (технічно досяжна). Ці величини перевищують сукупний потенціал таких видів НВДЕ як геотермальна, сонячна, вітряна енергетики разом взятих. Відповідне зниження викидів шкідливих речовин та парникових газів оцінюється (з урахуванням частки невугільної генерації) 0,64 і 3,18 млн. т СО₂. Була розроблена інженерна методика розрахунку теплоакумуляційної здатності приміщень з електротеплоакумуляційним опаленням. Розроблені розділи “Використання електроенергії для теплопостачання” у регіональних програмах модернізації муніципальної енергетики (Запорізька, Дніпропетровська та Черкаська області). Результати роботи послужили науковою основою модернізації систем теплозабезпечення станції «Либідська» Київського метрополітену.

Тема1.7.1.715 «ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПРИ РОЗРАХУНКАХ ТА МОДЕРНІЗАЦІЇ ГАЗОВИХ КОТЛІВ ТА КАМЕР ЗГОРЯННЯ В КОМУНАЛЬНІЙ ТА ПРОМИСЛОВІЙ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЦІ»

З використанням модифікованого програмного комплекса «Phoenics» проведено комп’ютерне моделювання вогневого простору котла ДКВр 4/13. Показано, що подача водяної пари крізь отвір мазутного пальника зменшує утворення оксидів азоту на 34% та знижує утворення сажі в зоні активного горіння. При внесенні аналогічної кількості водяної пари при зволоженні дуттьового повітря очікується зменшення викидів оксидів азоту на 10%. Присутність у природному газі домішки сірководню призводить до зменшення максимальної та вихідної температур, що пов’язано зі зменшенням теплотворної спроможності палива. Розроблено математичну та комп’ютерну модель топки котла ТПП-312, яка дозволяє отримувати адекватну інформацію щодо процесів теплообміну та горіння пиловугільної суміші в топці та інтегральних характеристик емісії оксидів азоту. Вдосконалено математичну модель радіаційного теплообміну, що враховує утворення сажі та вплив її концентрації на радіаційний теплообмін.

Чл.–кор. НАН України Халатов А.А., Кобзар С.Г.

Договір №803 Р5.8-2011 від 01.03.2011 (проект 5.8) «ЗМЕНШЕННЯ ЕРОЗІЇ ТОПКОВИХ ЕКРАНІВ ШЛЯХОМ КЕРУВАННЯ СТРУКТУРОЮ ТЕЧІЇ В ОБ’ЄМІ ТОПКИ КОТЛА ТПП-312» програми «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин («РЕСУРС»)

Етап 2 «Розробка метода управління аеродинамікою в об’ємі топки котла ТПП-312. Випробування та впровадження метода на Ладижинській ТЕС»

В рамках виконання другого етапу проекту проведено дослідження впливу перерозподілу витрати палива між пальниками першого ярусу на ерозію труб нижньої радіаційної частини. Отримано поля швидкостей, температур та концентрацій в об’ємі топки котла ТПП-312 для основних режимів навантаження турбіни: 280 та 180 МВт_е. На основі результаті комп’ютерного моделювання запропоновано метод управління аеродинамікою в об’ємі топки котла ТПП-312 Ладижинської ТЕС, в якому для зменшення ерозії труб нижньої радіаційної частини, запропоновано виконати перерозподіл витрати пиловугільного палива по пальникам першого ярусу, а саме: збільшення витрати палива на 10% у крайні пальники та відповідного зменшення витрати палива у центральні пальники при незмінній витраті повітря. На метод управління аеродинамікою в об’ємі котла ТПП-312 отримано акт випробування та впровадження Подано заявку на патент України «Спосіб управління процесом горіння пиловугільного котла».

Чл.–кор. НАН України Халатов А.А., Кобзар С.Г.

Етап 1 «Аналіз термодинамічного циклу з виробленням електричної і теплової енергії в газотурбінному циклі з гелієвою турбіною Розрахунки оптимальних параметрів циклу, теплообмінного устаткування і к.к.д. виробництва електроенергії».

В рамках виконання першого етапу розроблена математична модель циклу гелієвої газотурбінної установки з регенерацією теплоти і проміжним охолоджуванням робочого тіла в компресорі блоку перетворення енергії (БПЄ) високотемпературного газоохолоджуваного реактора четвертого покоління. Виконано дослідження впливу к.к.д. елементів ГТУ і рівня гідравлічних втрат в них на її теплову і електричну ефективність. Розглянуто два режими роботи БПЄ: режим вироблення електроенергії і комбінований режим з виробленням теплової і електричної енергії. Виконані тепловий і гідравлічний розрахунки а також оцінка массогабаритних характеристик компактного регенератора пластинчастого типу.

Чл.-корр. НАН України Халатов А.А., Сєвєрін С.Д.

Договір № Ф40/24-2011 від 12.05.2011 р. (проект Ф 40.7/003) “Інтенсифікація теплообміну вихроутворюючими елементами в гомогенних і гетерогенних потоках, включаючи нанорідини”. Між Державним агентством з питань науки, інновацій та інформатизації України та Інститутом технічної теплофізики НАН України, з рамках “Угоди про співробітництво між Державним фондом фундаментальних досліджень і Російським фондом фундаментальних досліджень”

Науковий керівник теми: Халатов Артем Артемович

Здійснено числове моделювання структури вихрового потоку в одиночному заглибленні сферичної і циліндричної форми. Експериментально досліджено гідравлічний опір в системах з двома і трьома рядами сферичних, циліндричних і призматичних заглиблень. Вивчено взаємодію вихорів.

Договір № Ф41/101-2011 (проект № Ф41.2/010) від «12» травня 2011 р. «Теплообмін і горіння рідких тяжких вуглеводнів в закрученому потоці», Державне агентство з питань науки, інновацій та інформатизації України, з рамках “Угоди про співробітництво між Державним фондом фундаментальних досліджень і Білоруським республіканським фондом фундаментальних досліджень”, “Переліку проектів-переможців четвертого спільного конкурсу Державного фонду фундаментальних досліджень і Білоруського республіканського фонду фундаментальних досліджень”, затвердженого 23.04.2011 р., та наказу Державного комітету України з питань науки, інновацій та інформатизації від 31 березня 2011 року № 28.

Науковий керівник теми: Халатов Артем Артемович

Виконано аналіз методів переробки, спалювання, утилізації, використання сумішей тяжких вуглеводнів та огляд конструкцій теплогенераторів, призначених для спалювання рідких тяжких вуглеводнів. На основі проведеного аналізу визначена схема теплогенератора з використанням ґнотових систем для спалювання рідких тяжких вуглеводнів в закрученому потоці. Спроектовано і виготовлено удосконалену установку для спалювання пари відпрацьованого машинного масла у вихровому потоці повітря, що рециркулює. Проведені експериментальні випробування та дослідження процесів розпалювання камери згоряння, дослідження полів швидкостей і температур над поверхнею поруватого ґноту при згорянні над ним пари вуглеводнів. Проаналізовано вплив різних конструктивних параметрів камери згоряння.