«Ученые Северного Арктического федерального университета имени М. В. Ломоносова при участии НОЦ мирового уровня “Российская Арктика” совершенствуют топочное устройство для котлов на древесных гранулах. Задача проекта — повысить эффективность использования биотоплива и снизить вредные выбросы», — указано в сообщении.
Первый этап исследований прошел на базе действующей котельной в селе Шангалы Устьянского округа Архангельской области. В ее состав входят четыре водогрейных котла UTK-300 мощностью по 300 кВт каждый, а суммарная установленная мощность объекта составляет 1,2 МВт. Специалисты изучили работу оборудования в различных режимах, характеристики топлива и продуктов сгорания, выполнили балансовые опыты, 3D-сканирование топочного устройства и теплообменных поверхностей.
Исследования показали, что оборудование обладает значительным потенциалом для модернизации. При базовых настройках работа котлов отличалась выраженной цикличностью, что приводило к изменению энергетических и экологических показателей. В отдельные периоды КПД снижался почти на 20% относительно рабочего цикла из-за роста тепловых потерь и химического недожога топлива. По словам руководителя проекта, директора Высшей школы энергетики, нефти и газа САФУ Анатолия Попова, одно из ключевых направлений — переход от одноступенчатой к двухступенчатой схеме сжигания.
«Сначала топливо сжигается в топочной камере, а выделяющиеся горючие газы и продукты неполного сгорания дожигаются в отдельной зоне с подачей вторичного воздуха. Это снижает потери тепла и выбросы вредных веществ в атмосферу», — пояснил Попов.
Специалисты также прорабатывают оптимизацию подачи воздуха и топлива, увеличение объема топочной камеры, совершенствование автоматики и установку дополнительных средств контроля. Эксперименты показали, что оптимальный диапазон содержания кислорода в продуктах сгорания на выходе из котлов составляет 6−7%. Особое внимание уделяется экологическим показателям. Исследования выявили повышенные выбросы монооксида углерода в отдельных режимах работы оборудования. При этом корректировка процесса горения позволяет существенно улучшить показатели.
Перспективы проекта для Архангельской области
Проект актуален для Архангельской области, где активно развивается использование местного биотоплива в коммунальной энергетике. В регионе планируется строительство 20 биотопливных котельных. Совершенствование отечественного котельного оборудования позволит эффективнее использовать древесные гранулы, снизить нагрузку на окружающую среду и расширить применение местных топливных ресурсов.
Работа продолжится в 2027—2028 годах. Ученым предстоит разработать конструкции топочных камер для жаротрубного котла мощностью 300 кВт, выполнить компьютерное моделирование и расчетные исследования, оптимизировать теплообменные поверхности и режимы работы. В дальнейшем планируются опытно-промышленные испытания котлоагрегата мощностью 1 МВт.
Завершение работ намечено на 2028 год, после чего проект перейдет к опытно-конструкторским работам. По оценке руководителя исследования, первые промышленные образцы и их сертификация возможны к 2030 году.