Согласно поручению Главы Республики Бурятия Цыденова А.С. на рабочем совещании с молодыми учеными Бурятии доценту Коновалову В.И. было поручено изготовить несколько конструкций энергоресурсосберегающих электростатических устройств очисти дымовых газов. По результатам совещания у Главы Республики Бурятия – Председателя Правительства Республики Бурятия от 23.07.2019 г. на тему: «Улучшение ситуации с загрязнением атмосферного воздуха в г. Улан-Удэ» было представлено 5 концептуальных конструкций указанных устройств (рис.1 а,б)

Рис.1 – Концептуальные модели конструкций энергоресурсосберегающих электростатических устройств очистки дымовых газов

По результатам предварительных исследований ассистентом кафедры «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» БГСХА Коноваловой А.А. был выигран грант по программе «Умник-2019» в размере 500000 р. на тему «Разработка автономного устройства очистки газов твердотопливных систем отопления с применением термоэлектрического эффекта» (Решение конкурсной комиссии Фонда содействия инновациям, протокол заседания дирекции №3 об утверждении итогов конкурсного отбора по программе «УМНИК» от 27 апреля 2020 г., договор (соглашение) № 15052ГУ/2020 о предоставлении гранта на выполнение научно-исследовательских работ и оценку перспектив коммерческого использования результатов в рамках реализации инновационного проекта от 15.05.2020 г.). 

Техническое описание проекта

На сегодняшний день проблема загрязнения воздуха остро стоит в городах, где наблюдается рост частного сектора, а отсутствие ветра в зимний период и дровяное печное отопление создают безвыходную ситуацию. Разрабатываемый экспериментальный образец автономного устройства очистки газов твердотопливных систем отопления будет применяться как альтернативное решение проблемы загрязнения воздуха во время отопительного сезона от малоэтажных строений в качестве фильтра, устанавливаемого на трубы небольших котельных и печей.

Энергоресурсосберегающий фильтр дымовых газов предназначен для очистки воздуха от вредных выбросов, образующихся при отоплении жилого фонда  малоэтажных строений в зимний период. 

Главным отличием энергоресурсосберегающего электростатического фильтра дымовых газов является его полная автономия и отсутствие подзарядки. Всю энергию фильтр берёт от разности температур между поверхностью трубы и окружающим воздухом.  В конструкции фильтра имеется функция электроударной самоочистки, что повышает его ресурс.

Предварительные результаты проекта

Для проверки основных показателей эффективности работы разрабатываемого устройства по очистке дымовых газов от аэрозольных примесей на средства гранта «Умник-2019» был приобретен газоанализатор Testo-310.

Основными критериями, характеризующими эффективность процесса очистки дымовых газов от аэрозольных примесей были выбраны сажевое число, концентрация монооксида и диоксида углерода (CO и CO2), а также коэффициент избытка воздуха. Исследования проводились в соответствии с методиками, представленными в ГОСТ 27824-2000 «Горелки промышленные на жидком топливе: общие технические требования», ГОСТ Р ИСО 11042-1-2001 «Установки газотурбинные: Методы определения выбросов вредных веществ», ГОСТ 17356-89 «Горелки газовые, жидкотопливные и комбинированные. Термины и определения».

Исследования указанных характеристик производились на лабораторном экспериментальном котлоагрегате с кипящим слоем (рис.2)

Рис.2 – Экспериментальный котлоагрегат с кипящим слоем

В качестве исследуемого твердого топлива, применяемого при горении, использовался каменный уголь месторождения Саган-Нур Мухоршибирского района Бурятии (рис.3). Порция сжигаемого твердого топлива соответствовала 1 кг.

Рис.3 – Каменный уголь месторождения Саган-Нур Мухоршибирского района Бурятии

Исследования степени фильтрации выбросов аэрозолей в окружающий воздух проводилось при помощи оценки степени потемнения белого фильтра при пропускании через него 2 л дыма при помощи специальной конструкции ручного насоса. Повторность опытов с применением электростатического устройства и без него составляла 3 раза с периодичностью в 10 минут.

Рис 4 - Исследование сажевого числа

Степень черноты оценивалась в программе AdobePhotoshop v.CS5.1

В результате проведенного исследования выяснилось, что степень потемнения белого фильтра при пропускании через него дымовых газов выше на 35% при выключенном энергоресурсосберегающем электростатическом устройстве очистки, чем когда оно включено, что говорит о некоторой степени очистки дымовых газов от аэрозольных примесей (рис.5), причем данные исследования проводились в летний период. Также следует принять во внимание тот факт, что процесс электростатической очистки не является линейным и может изменяться в больших пределах из-за ряда внешних факторов, таких как влажность и температура окружающего воздуха.

Рис.5 – Сравнительная оценка сажевого числа при включенной и выключенной установкой

Для определения количественных характеристик применялся газоанализатор Testo-310 (рис.6)

Рис.6– Комплект газоанализатора Testo-310

Рис.7 – Результаты измерения параметров дымовых газов

В результате сравнительного анализа данных измерений газоанализатором дымовых газов при выключенной и включенной установкой выяснилось, что:

1) при выключенном положении концентрация монооксида углерода соответствует 31590 млн⁻¹ (ppm), при включенном – 13308 млн−1 (ppm); 

2) По остальным показателям данные не так сильно отличаются друг от друга.

В конечном итоге можно сделать вывод, что разрабатываемое энергоресурсосберегающее электростатическое устройство очисти дымовых газов позволяет производить дожиг и частичное осаждение несгоревшего углерода и его монооксида посредством применения импульсных высоковольтных электрических разрядов, что в свою очередь снижает количество выбрасываемых в атмосферный воздух опасных веществ во время отопительного сезона.

Руководитель проекта: ассистент кафедры «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» БГСХА Коновалова Анна Александровна

Технический консультант: К.т.н., доцент, председатель РОО «Совет молодых ученых Республики Бурятия» Коновалов Виктор Иванович