Розробка експериментального енергетичного комплексу на базі котельної установки з автоматизованим пальником для використання в енергетиці

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.314334

Ключові слова:

виробництво біогазу, вироблення теплової енергії, утилізація біомаси, відновлювані джерела енергії, переробка відходів, поводження з сільськогосподарськими відходами

Анотація

Об’єктом дослідження є стійкий енергетичний комплекс, призначений для перетворення біомаси та відходів тваринництва в теплову енергію. Вирішувана задача полягає в зниженні забруднення навколишнього середовища в сільськогосподарському секторі Казахстану за рахунок ефективного поводження з відходами. Комплекс включає в себе установку з виробництва біопалива, установку синтезу біогазу та оптимізований теплогенератор у вигляді водогрійного котла на біогазі.

Вирішувана задача полягає в необхідності використання відновлюваних джерел енергії, що знижують вплив сільськогосподарських відходів на навколишнє середовище, забезпечуючи при цьому надійне джерело енергії. Існуючі біогазові технології часто неефективні, особливо при переробці різних сільськогосподарських відходів, і вимагають інновацій для задоволення унікальних потреб сільських фермерських господарств.

Основним результатом дослідження стало створення експериментального біогазового теплогенератора потужністю 21,9 кВт. Комплекс успішно переробляє відходи, виробляючи біогаз, який живить водогрійний котел, забезпечуючи теплову енергію та знижуючи залежність від традиційних видів палива. Лабораторні випробування підтвердили високу ефективність біогазової системи, а також були визначені оптимальні параметри ферментації для ефективного виробництва біогазу.

Результати показують, що термофільний режим роботи (52–55 °C) забезпечує максимальний вихід біогазу, а модульна конструкція системи та газгольдер низького тиску підвищують практичність для малих і середніх фермерських господарств. Комплекс являє собою екологічно чисте рішення за рахунок перетворення біомаси в енергію, яка може бути використана на сільськогосподарських підприємствах, що мають доступ до органічних відходів. Ця інноваційна система не тільки сприяє сталому розвитку, а й підвищує енергетичну незалежність сільських громад

Біографії авторів

Ruslan Kassym, ALT University; University of Jaén

Director, Researcher

Department of Science and Innovation

Balzhan Bakhtiyar, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

PhD, Associate Professor

Department of Thermal Power Engineering

Amanzhol Tokmoldayev, ALT University

Senior Lector

Department of Motor Vehicles and Life Safety

Gulzhamal Tursunbayeva, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

M.Eng. Degree in Electrical Engineering and Power Engineering

Department of Electrical Equipment Operating

Maxim Korobkov, Gumarbek Daukeyev Almaty University of Power Engineering and Telecommunications

PhD

Department of Thermal Power Engineering

Muratbek Issakhanov, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

PhD, Associate Professor

Department of Energy and Electrical Engineering

Gulzagira Manapova, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Doctoral Student

Department of Information and Communication Technology

Almagul Mergalimova, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

PhD, Associate Professor

Department of Thermal Power Engineering

Almas Baimukhanbetov, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Department of Thermal Power Engineering

Посилання

  1. Akmaral Tlenshiyeva, Marcos Tostado-Véliz, Hany M. Hasanien, Nima Khosravi, Francisco Jurado, A data-driven methodology to design user-friendly tariffs in energy communities, Electric Power Systems Research, Volume 228, 2024, 110108, ISSN 0378-7796, https://doi.org/10.1016/j.epsr.2023.110108.
  2. Hashish, M.S.; Hasanien, H.M.; Ji, H.; Alkuhayli, A.; Alharbi, M.; Akmaral, T.; Turky, R.A.; Jurado, F.; Badr, A.O. Monte Carlo Simulation and a Clustering Technique for Solving the Probabilistic Optimal Power Flow Problem for Hybrid Renewable Energy Systems. Sustainability 2023, 15, 783. https://doi.org/10.3390/su15010783
  3. Mohamed, N.A.; Hasanien, H.M.; Alkuhayli, A.; Akmaral, T.; Jurado, F.; Badr, A.O. Hybrid Particle Swarm and Gravitational Search Algorithm-Based Optimal Fractional Order PID Control Scheme for Performance Enhancement of Offshore Wind Farms. Sustainability 2023, 15, 11912. https://doi.org/10.3390/su151511912
  4. Keshuov, S., Omarov, R., Tokmoldayev, A., ... Kunelbayev, M., Amirseit, S./Hybrid system for using renewable sources of energy for local consumers in agriculture/ Journal of Engineering and Applied Sciences, 2017, 12(5), 1296–1306.
  5. Baibolov, A., Sydykov, S., Alibek, N., Tokmoldayev, A., Turdybek, B., Jurado, F., & Kassym, R. (2022). Map of zoning of the territory of Kazakhstan by the average temperature of the heating period in order to select a heat pump system of heat supply: A case study. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 44(3), 7303–7315. https://doi.org/10.1080/15567036.2022.2108168
  6. Sultan, Aidos, Gulnaz Yermoldina, Ruslan Kassym, Tansaule Serikov, Serik Bekbosynov, Nursultan Yernazarov, Akmaral Tlenshiyeva, Ali Samat, Erkin Yerzhigitov, and Yerdaulet Beibit. “Research and Construction of an Adaptive Drive with Increased Efficiency Based on a Balancing Friction Clutch.” Vibroengineering Procedia 54 (April 4, 2024): 334–40. https://doi.org/10.21595/vp.2024.23971.
  7. Bimurzaev, S., Aldiyarov, N., Yerzhigitov, Y., Tlenshiyeva, A., & Kassym, R. (2023). Improving the resolution and sensitivity of an orthogonal time-of-flight mass spectrometer with orthogonal ion injection. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (126), 43–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.290649
  8. Nurmaganbetova, G., Issenov, S., Kaverin, V., Em, G., Asainov, G., Nurmaganbetova, Z., Bulatbayeva, Y., & Kassym, R. (2024). Indirect temperature protection of an asynchronous generator by stator winding resistance measurement with superimposition of high-frequency pulse signals. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8 (128), 46–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.302872
  9. B. Han, H. Lin, Z. Miao, Numerical investigation on the optimized arrangement for high-temperature corrosion after low NOx transformation, J. Therm. Anal. Calorim. 146 (2021) 2183–2197.
  10. BP Statistical Review, 2020.
  11. A. Zain Ahmed, A.R. Ridzuan, A. Mohd Azmi, B.S. A/L Bathal Singh, R. Zailani, Energy and environmental security in developing countries case studies of countries in Southeast Asia, in: M. Asif (Ed.), Energy and Environmental Security in Developing Countries. Advanced Sciences and Technologies for Security Applications, Springer, Cham, 2021.
  12. M. Ucal, Energy and sustainable development from perspective of energy poverty, in: M. Asif (Ed.), Energy and Environmental Security in Developing Countries. Advanced Sciences and Technologies for Security Applications, Springer, Cham, 2021.
  13. Jian Chang, Zhijian Zhou, Xinrui Ma, Jinshuo Liu, Computational investigation of hydrodynamics, coal combustion and NOx emissions in a tangentially fired pulverized coal boiler at various loads, Particuology 65 (2022) 105–116, 1674-2001.
  14. X. Guan, X. Zou, S. Sun, Influence of the type of the pulverized coal concentrator on the operation of a tangential fired boiler with horizontal bias combustion, J. Shanghai Jiao Tong Univ. (Sci.) 21 (2016) 450–456.
  15. Y. Fujimoto, Y. Inokuchi, N. Yamasaki, Large eddy simulation of swirling jet in a bluff-body burner, J. Therm. Sci. 14 (2005) 28–33.
  16. T. Nishimura, T. Kaga, K. Shirotani, et al., Vortex structures and temperature fluctuations in a bluff-body burner, J. Vis. 1 (1999) 271–281.
  17. X. Li, L. Zeng, H. Liu, et al., Numerical simulation investigations into the influence of the mass ratio of pulverized-coal in fuel-rich flow to that in fuel-lean flow on the combustion and NOx generation characteristics of a 600-MW down-fired boiler, Environ. Sci. Pollut. Res. 27 (2020) 16900–16915.
  18. Hao Zhou, Weichen Ma, Kai Zhao, Yu Yang, Kunzan Qiu, Experimental investigation on the flow characteristics of rice husk in a fuel-rich/lean burner, Fuel 164 (2016) 1–10, 0016-2361.
  19. B. Zhong, X. Xu, Xuebao Gongcheng Rewuli, Research on NOx formation characteristics in pulverized burner with boat-shaped flame stabilizer, 1996, 17, (4),
  20. –500. (In Chinese), Fuel Energy Abstr. 40 (2) (1999) 150, 0140-6701.
  21. J. Guan, Q. Yu, R. Sun, et al., Experimental investigation for Co-combustion characteristics of semi-coke and bituminous coal in a 3 MWth tangential combustion facility, J. Therm. Sci. 29 (2020) 1655–1662.
  22. Qiangtai Zhou, Principles of Boiler, China Electric Power Press, 2013, ISBN 9787512342248.
  23. Defu Che, Boiler, Xi ’an Jiaotong University Press, 2008, ISBN 9787560529684.
  24. Quangui Fan, Principles of Boiler, China Electric Power Press, 2014, ISBN 9787512343924.
  25. Z. Wang, S. Sun, L. Qian, S. Meng, Y. Tan, Numerical study on the stereo-staged combustion properties of a 600 MWe tangentially fired boiler, in: H. Qi, B. Zhao (Eds.), Cleaner Combustion and Sustainable World. ISCC 2011, Springer, Berlin, Heidelberg, 2013.
  26. FLUENT 18.2-User’s Guide, Fluent Inc., 2017.
  27. Guang Zeng, Shaozeng Sun, Heming Dong, Yijun Zhao, Zhenqi Ye, Wei Lai, Effects of combustion conditions on formation characteristics of particulate matter from pulverized coal bias ignition, Energy Fuels 30 (10) (2016) 8691–8700.
  28. X. Zhao, C. Bu, X. Wang, et al., A kinetic study on gasification characteristics of high-ash-fusion-temperature Huainan coal for non-slagging entrained flow gasification, J. Therm. Anal. Calorim. 147 (2022) 8289–8299.
  29. M.Y. Hwang, S.G. Ahn, H.C. Jang, et al., Numerical study of an 870MW wall-fired boiler using De-NOx burners and an air staging system for low rank coal, J. Mech. Sci. Technol. 30 (2016) 5715–5725.
  30. Long Sha, Research on the Combustion Technology of a 1000 MW Ultra-supercritical Lignite Boiler, vol. 6, Harbin Institute of Technology, 2014.
  31. Zhi Zhang, Zhenshan Li, Ningsheng Cai, An improved char combustion model and its implement in Fluent and experimental validation, Proc. CSEE 35 (7) (2015) 1681–1688.
  32. Lirui Wang. Research and Numerical Simulation of Coal Boiler with Low-NOx Burners and Comparison between Arrangements of Corner-Burner and WallBurner. Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the Degree of Master.
  33. Yongbo Du, Chang’an Wang, Qiang Lv, Debo Li, Liu Hu, Defu Che, CFD investigation on combustion and NOx emission characteristics in a 600MW wall-fired boiler under high temperature and strong reducing atmosphere, Appl. Therm. Eng. 126 (2017) 407–418. ISSN 1359-4311.
  34. S.C. Hill, L.D. Smoot, Modeling of nitrogen oxides formation and destruction in combustion systems, Prog. Energy Combust. 26 (2000) 417–458.
  35. Qingyan Fang, A. Amir, B. Musa, Wei Yan, Zixue Luo, Huaichun Zhou, Numerical simulation of multifuel combustion in a 200 MW tangentially fired utility boiler, Energy Fuels 26 (1) (2012) 313–323.
  36. Lun Ma, Anlong Guo, Qingyan Fang, Tingxu Wang, Cheng Zhang, Gang Chen, Combustion interactions of blended coals in an O2/CO2 mixture in a drop-tube furnace: experimental investigation and numerical simulation, Appl. Therm. Eng. 145 (2018) 184–200. ISSN 1359-4311.
  37. Y.C. Liu, W.D. Fan, M.Z. Wu, Experimental and numerical studies on the gas velocity deviation in a 600MWe tangentially fired boiler, Appl. Therm. Eng. 110
  38. (2017) 553–563.
  39. Xiaolin Wei, Tongmo Xu, Shien Hui, Burning low volatile fuel in tangentially fired furnaces with fuel rich/lean burners [J], Energy Convers. Manag. 45 (5) (2004) 725–735.
Розробка експериментального енергетичного комплексу на базі котельної установки з автоматизованим пальником для використання в енергетиці

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-30

Як цитувати

Kassym, R., Bakhtiyar, B., Tokmoldayev, A., Tursunbayeva, G., Korobkov, M., Issakhanov, M., Manapova, G., Mergalimova, A., & Baimukhanbetov, A. (2024). Розробка експериментального енергетичного комплексу на базі котельної установки з автоматизованим пальником для використання в енергетиці. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(8 (132), 56–65. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.314334

Номер

Том 6 № 8 (132) (2024): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Ruslan Kassym, Balzhan Bakhtiyar, Amanzhol Tokmoldayev, Gulzhamal Tursunbayeva, Maxim Korobkov, Muratbek Issakhanov, Gulzagira Manapova, Almagul Mergalimova, Almas Baimukhanbetov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.