Registration Number
0825U002033, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
16-06-2025
popup.evolution
o
Title
ENERGY TECHNOLOGICAL FEATURES OF THE USE OF HYDROGEN TECHNOLOGIES IN TECHNOLOGICAL INSTALLATIONS
Author
Ruslan Riabtsun,
popup.head Mykyta Vorobiov
popup.opponent Igor Volchyn
popup.opponent Borys Davydenko
popup.review Yevhen Novakivskyy
popup.review Valery Rohachov
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Рябцун Р.С. Енерготехнологічні особливості використання водневих технологій в технологічних установках – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичнемашинобудування». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025.
Підготовка здійснювалася на кафедрі атомних та електричних станцій Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України.
Ключові слова: воднева енергетика, метано-водневі суміші,
СFD моделювання, окисли азоту, процеси горіння, шкідливі викиди, промислові пальники, радіаційний та конвективний теплообмін, котельна установка.
Заміна природного газу воднем, окрім очевидних переваг у зменшенні викидів CO₂ і декарбонізації атмосфери, спричиняє зміни вогнетехнічних та емісійних характеристик паливно-окислювальних сумішей. Зокрема, це веде до збільшення абсолютного споживання паливного газу через нижчу теплоту згоряння водню, а також до зростання утворення оксидів азоту (NOx) через вищу температуру горіння водню.
У вступі обґрунтовано актуальність дослідження, визначено його мету та основні завдання, а також визначено об’єкт і предмет дослідження. Розкрито наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, окреслено особистий внесок здобувача і зроблено ключові висновки. В першому розділі проаналізовані відомі наукові роботи стосовно використання воденьмістких палив для промислових об’єктів та побутових пристроїв, також розглянуто особливості виробництва водню, та перспективи водневої енерегетики. В другому розділі проведені теоретично-розрахункові дослідення вогнетехнічних та екологічних властивостей газових палив, складених із сумішей метану та водню, а саме швидкостей горіння, зміни адіабатичної температури горіння сумішей при збільшенні долі водню у паливі, оцінці утворення оксидів азоту, та викидів СО2.
Використання водню при заміщенні природного газу крім очевидних переваг з декарбонізації атмосфери (зменшення викидів СО2) призводить до зміни вогнетехнічних та емісійних використання характеристик паливо-окислювальних сумішей, зокрема збільшення абсолютної витрати паливного газу через меншу теплоту згоряння водню, збільшення утворення оксидів азоту NOx через більшу температуру горіння водню та ін.
В третьому розділі проведено експериментальні дослідження спалювання метано-водневих сумішей на промисловому пальнику SUEMAX потужністю до 30 кВт. Доля заміщення воднем природного газу складала відповідно [Н2] = 30 % об. та 50 % об. Також в пальнику було спалено чистий водень ([Н2] =100 % об.). Мета дослідження полягала у визначенні енергоекологічних характеристик спалювання метано-водневих сумішей в промисловому газовому пальнику з визначенням емісії NOx, СО та температурних характеристик факелу з порівнянням з випадком спалювання чистого природного газу (метану).
На основі аналізу результатів експериментів визначено, що при спалюванні метано-водневої суміші зменшуються викиди СО та збільшуються температури викидних газів і емісія NOx.
Встановлено, що емісія оксидів азоту NOx зростає в ~1,5…2,0 рази та складає [NOx] = 89 – 50 ppm для спалювання чистого водню. В той же час відмічається суттєве зниження утворення СО, ~20 разів при спалюванні суміші [СН4] / [Н2] = 50 / 50, % об., рівень утворення СО складає [СО] = 1 – 2 ppm.
Наведені характеристики показують суттєвий вплив конструкції стабілізатору, так для пальника SUEMAX довжина факелу в наведеному робочому режимі коротша на 20 % у порівнянні з СНС.
В четвертому розділі основною метою дослідження є визначення впливу процентного вмісту водню в паливній суміші з метаном на утворення оксидів азоту (NOx), при використанні в штатних осьових пальниках водогрійного котла типу ДКВР-10-13. Також в роботі ставилась задача визначити середні характеристики теплообміну в топковій камері згаданого котельного агрегату за допомогою відомого пакету програм CFD-моделювання ANSYS-Fluent, що дозволяє після попередньої верифікації з експериментальними даними взятими з робіт інших авторів, розширити діапазони режимних параметрів, що можуть впливати на роботу котельного агрегату в цілому.
Методи, об’єкт та предмет дослідження.
Об’єкт дослідження – процеси спалювання метано-водневих сумішей у технологічних установках.
Предмет дослідження – енергетичні та екологічні харакетристики (утворення шкідливих речовин) процесу горіння при спалювані метано-водневих сумішей.
Методи дослідження – у дослідженні застосовувалися як експериментальні, так і розрахунково-теоретичні методи аналізу процесів горіння. Експерименти зі спалювання суміші природного газу та водню проводилися на спеціально обладнаному експериментальному стенді. Отримані результати оброблялися й узагальнювалися із використанням сучасного програмного забезпечення.
Registration Date
2025-05-29
popup.nrat_date
2025-05-29 / 2026-07-01
