Сжигание мазута в энергетических котлах с наддувом и разрежением

ЦЕЛЬ. Экспериментальное исследование и сравнение режимных параметров работы энергетических котлов при сжигании мазута с наддувом и при сжигании мазута с разрежением для повышения эффективности использования мазута как топлива (увеличения КПД) и снижения вредных выбросов оксидов азота.

МЕТОДЫ. В ходе исследования использованы натурные экспериментальные исследования на промышленных котлах ТГМ-84Б и ТГМЕ-46. Оценка эффективности их работы выполнялась методом обратного теплового баланса. Для верификации результатов применялся комплекс взаимосвязанных методов: газовый анализ выбросов оксидов азота, серы и углерода, оптическая пирометрия факела и сопоставительный анализ энергетических затрат на работу тягодутьевых машин.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Сжигание мазута характеризуется высокими температурами в ядре факела и повышенными выбросами оксидов азота. При этом необходимость защиты хвостовых поверхностей от сернокислотной коррозии заставляет завышать температуру уходящих газов, что снижает КПД котла относительно газового режима. Одним из способов повышения эффективности использования мазута является его сжигание в котлах с наддувом, при котором в герметичной топке создается избыточное давление воздуха, а присосы холодного воздуха через неплотности обмуровки полностью отсутствуют. В котлах под наддувом удаление продуктов сгорания происходит за счет избыточного давления в топочной камере и естественной тяги дымовой трубы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В результате экспериментального исследования сжигания мазута М100 на котле ТГМЕ-464 при сжигании с наддувом и на котле ТГМ-84Б при сжигании с разрежением получено повышение коэффициента полезного действия на 0,33% и снижение выбросов оксидов азота, удельные затраты электроэнергии на тягу и дутьё при наддуве в 2 раза ниже, чем при разрежении.

1. Bueters K.A. NOx emissions from utility boilers // AICHE Symposium Series. 1975. Vol. 148. P. 85-94.

2. Lavoie, G.A. Combustion // The Science and Technology of Coal Utilization / ed. by B.R. Cooper and W.A. Ellingson. – New York: Plenum Press, 1984.

3. Fenimore, C.P. Formation of nitric oxide from fuel nitrogen in ethylene flames // Combustion and Flame. 1972. Vol. 19. No. 2. P. 289–296.

4. Демин А.В., Демина Г.В. Экологические характеристики термической утилизации отходов с внешним и внутренним подводом тепловой энергии // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022. Т. 24. № 6. С. 143-152. DOI: 10.30724/1998-9903-2022-24-6-143-152.

5. Шайхутдинов Я.О., Павлов Г.И., Халиулин Р.Р., Теляшов Д.А., Тихонов О.А. Исследование газодинамических процессов взаимодействия хордальных газовых струй с вихревым воздушным потоком // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2026. Т. 28. № 1. С. 156-167. DOI: 10.30724/1998-9903-2026-28-1-156-167.

6. Абрютин А.А. Сжигание мазута с недостатком воздуха // Теплоэнергетика. 2011. № 2. С. 16–21.

7. Mitchell J.W., Tarbell J.M. A kinetic model of nitric oxide formation during pulverized coal combustion // AIChE Journal. 1982. Vol. 28. No. 2. P. 302–311.

8. Hountalas D.T., Mavropoulos G.C., Zannis T.C. Comparative evaluation of EGR, intake water injection and fuel/water emulsion as NOx reduction techniques for heavy duty diesel engines // SAE Technical Paper. 2007. No. 2007-01-0120. P. 1–18.

9. Ахметова, Р. В. Разработка и исследование энергоэффективных методов сжигания газового топлива в энергетических системах / Р. В. Ахметова, Ю. Н. Звонарева, И. Р. Шорохов // Вестник Казанского государственного энергетического университета. – 2022. – Т. 14, № 1(53). – С. 13-23.

10. Таймаров М.А., Лавирко Ю.В. Работа котла ТГМЕ-464 под наддувом при сжигании газа // Прорывные научные исследования как двигатель науки: сборник статей Международной научно-практической конференции; 27 февраля 2021 г., Магнитогорск. Уфа: ОМЕГА САЙНС, 2021. С. 83–85.

11. Таймаров М.А., Ахметова Р.В., Ильин В.К., Маргулис С.М. Сжигание мазута в котлах при различных компоновках горелок // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2018. Т. 20. № 7-8. С. 55-62.

12. Stenin V.A., Ershova I.V. Improving energy efficiency and environmental safety of marine steam boilers // Bulletin of Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technology. 2020. Vol. 3. P. 40–46. DOI: 10.24143/2073-1574-2020-3-40-46.

13. Radin Yu.A., Lenev S.N., Khaneev K.V., Melnikov D.A., Smyshlyaev V.B. Features of Deep Load Reduction of Mosenergo Drum-Type 130 kgf/cm² Steam Pressure Boilers // Power Technology and Engineering. 2022. Vol. 55. P. 888–893. DOI: 10.1007/s10749-022-01447-y.

14. Shlegel N., Islamova A., Klimenko A., et al. Combustion and fragmentation of droplets of fuel oil/water emulsions // Environmental Science and Pollution Research. 2025. Vol. 32. P. 12630–12645. DOI: 10.1007/s11356-025-36468-3.

15. Chen Z., Wang L., Zhang Y., et al. Experimental study on flue gas recirculation for NOx reduction in fuel oil-fired industrial boilers // Energy. 2023. Vol. 263. P. 125678. DOI: 10.1016/j.energy.2022.125678.

16. Zhang Q., Liu H., Li M., et al. Influence of excess air ratio on combustion characteristics and NOx emissions of fuel oil // Journal of the Energy Institute. 2024. Vol. 112. P. 101456. DOI: 10.1016/j.joei.2023.101456.

17. Катин В.Д., Журавлев А.А. Анализ действующих и разработка модернизированных конструкций горелок типа ГП с низким выбросом оксидов азота для трубчатых нефтезаводских печей // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2024. Т. 32. № 2. С. 126-135.

18. Ениватов А.В., Артемов И.Н., Савонин И.А. Оптимизация тепловой схемы котельной с утилизатором тепла дымовых газов // Вестник Мордовского университета. 2024. Т. 34. № 2. С. 45–52. DOI: 10.15507/0236-2910.034.202402.045-052 (дата обращения: 30.06.2026).

19. Пономарева Н.В., Родионов А.А. Методика технико-экономической оптимизации тепловой схемы котлоагрегата с системой газоочистки // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2023. № 5. С. 33–41. DOI: 10.17588/2072-2672.2023.5.033-041. (дата обращения: 30.06.2026).

20. Григорьев С.В., Михайлов Д.А., Федотов К.В. Снижение выбросов оксидов азота при сжигании мазута в энергетических котлах с использованием двухстадийного сжигания // Теплоэнергетика. 2025. № 3. С. 54–63. DOI: 10.1134/S004036362503001X.

21. Слюсарский К.В., Асильбеков А.К. Закономерности зажигания и горения смесей низкосортного угля с пиролизной жидкостью // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2024. Т. 26. № 1. С. 151-164. DOI: 10.30724/1998-9903-2024-26-1-151-164.

22. Варфоломеева О.И., Тененев В.А., Хворенков Д.А. Разработка универсальной модели для численного анализа топочных процессов в теплогенерирующих установках. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2025;27(6):171-186. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2025-27-6-171-186.