The aim of the work is to improve cyclone and filter dust collectors by increasing the efficiency of fine particle deposition classes PM10, PM2,5 as well as reducing energy and material costs. The analysis of existing methods of cyclonic filtration of industrial dispersed emissions is carried out. The laboratory tests of the cyclone filter, made by modernization of the cyclone CN-11-200, were performed, the aerodynamic characteristics of its operation were found. The calculated determination of the efficiency of suspension deposition from multiphase flow in the separator using a dimensionless Re r criterion is performed, derived from the Navier-Stokes single-phase flow equations of motion and the particle motion equation based on Newton’s law. A numerically studied the aerodynamic parameters of the cyclone on the basis of computational fluid dynamics methods. For mathematical modeling of turbulence we used the DES model

ВведениеНепрекращающийся рост мирового потребле ния энергии выдвинул в качестве одного из гло бальных вызовов человечеству проблему энергоге нерации в условиях сокращения невозобновляемо го энергоресурса -ископаемых топлив, и роста за грязнения атмосферы планеты. Ее увязанное реше ние, включающее минимализацию как объемов выбросов, так и энергозатрат на их обработку, ста новится приоритетной целью современной отече ственной и мировой энергетической политики. При этом уже сегодняшний уровень развития техники генерации позволяет существенно, почти вдвое, по высить эффективность использования ископаемого топлива на тепловых станциях, и пропорциональ но уменьшить объемы атмосферных выбросов. С эт им связан и наблюдаемый сейчас перевод генера ции тепловой и электрической энергии на газотур бинные и парогазовые циклы, что дополнительно позволит несколько оптимизировать долю природ ного газа в топливном балансе ТЭС, которая сейчас находится на уровне порядка 70 %.С позиции состояния атмосферы в крупных го родах европейской части РФ такое положение мо жет рассматриваться как благоприятное. Однако на сегодня базовые месторождения Западной Си бири, обеспечивающие основную часть текущей добычи, в значительной мере уже выработаны: Медвежье -на 78 %, Уренгойское -на 67 %, Ям бургское -на 46 %. Имея в виду еще новые эк Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 9. 143-153 Замалиева А.Т., Зиганшин М.Г. Повышение энергетической и экологической эффективности систем газоочистки на ТЭС

Energy is a basic industry that affects the state of the entire economy. At the same time, it is one of the main consumers of primary energy resources and has a noticeable impact on the environment. Increasing the energy and environmental efficiency of gas treatment systems and purification of atmospheric emissions for the reliable and environmentally safe operation of urban energy systems is an urgent problem. A theoretical determination of the efficiency of gas fuel purification for urban energy sources in a cyclone filter was carried out using the relative Reynolds number Rer, with the data obtained further validated based on data on serial cyclones currently produced and widely used in the Russian Federation. Besides, on the basis of CFD methods, numerical studies of the flow movement and experimental studies of the characteristics of velocities and pressures in the flow were carried out. A system of Reynolds-averaged Navier-Stokes equations is used to describe the separation process. Bench tests of the cyclone filter were carried out, which was designed on the basis of the serial cyclone TSN-11 with a diameter of 200 mm. The results of theoretical calculations, numerical and experimental studies showed the possibility and expediency of improving the cyclone by installing a fabric filter in it, which makes it possible to reduce the cut-off diameter (for particles captured to 50%) from the average values for standard cyclones (10 μm) to 0.4 μm, i.e. e. provides capturing of fine particles of the PM10, PM2.5 class, while increasing the purification efficiency up to 99.89% with minimal energy consumption. Consequently, the cyclone filter can be used as the second (final) stage of purification.

Energy is the basic sector of the economy and the largest consumer of primary energy resources of any country, which is why the development of world energy is accompanied by global pressure on the environment. The issues are considered of reducing the atmospheric impact of emissions of thermal power plants, improving the reliability and working life of their units, systems, and plants as a whole. The principles are presented of development and improvement of technologies for processing industrial emissions of thermal power plants, the neutralization of which is currently relevant on a regional and global scale. Analysis is carried out of existing methods of cyclone and filtration treatment. An improved design of a cyclone filter is proposed, which allows to increase the reliability of gas turbine and steam-gas units of TPP, while ensuring the efficiency of separation of the suspended part of the flow at the gas treatment point (GTP) of TPP. Similar devices can also be used to increase the degree of cleaning atmospheric emissions released by the TPP coal dust preparation and flue gas systems at coal generation from fi ne particles of PM10 and PM2,5 classes (coal dust and ash), owing to reduction of the size of caught particles from average values for cyclones and wet scrubbers of the order of 5–10 μm to 0.5 μm. The design of the cyclone filter is improved as a result of research of cyclone filtration by methods of Computational Fluid Dynamics (CFD). A system of Reynolds-averaged equations of a single-phase Navier-Stokes flow is used for mathematical modeling of motion in the cyclone filter. To determine the efficiency of separation of the suspended part of the flow in the cyclone filter, the Rercomplex is used obtained by reducing a set comprising the Navier-Stokes equations and the equation of particle motion based on Newton's law to a dimensionless form. Numerical characteristics of the suspension sedimentation from a multiphase flow in a cyclone separator of specified dimensions are found by means of the Rercomplex. The results of bench tests of the proposed design of the cyclone filter are given.

В соответствии с концепцией развития и модернизации энергетики, совершенствование систем энергообеспечения предприятий ПАО «Газпром» по переработке газа будет направленно на создание высокоэффективных энергетических комплексов и газосбережение путем внедрения новых комбинированных установок на базе газотурбинных установок (ГТУ), обеспечивающих минимальный уровень затрат. Совершенствование инфраструктуры энергетического оборудования газоперерабатывающих предприятий, в том числе систем топливоподготовки, определяет эффективность его эксплуатации. Предлагается усовершенствованная конструкция циклона-фильтра для модернизации линии фильтрации газа системы топливоподготовки с с целью повышения надежности работы как инфраструктуры, так и самих энергетических систем и комплексов. Устройство может использоваться для отделения взвесей в пунктах подготовки газа КС и ГРС, в том числе для газотурбинных и парогазовых установок ТЭС. Приведены результаты стендовых испытаний предлагаемой конструкции циклона-фильтра и численных исследований аэродинамических параметров работы циклона на основе методов вычислительной гидродинамики (Computational Fluid Dynamics, CFD). Аналогичные устройства также могут быть применены для повышения степени очистки от мелкодисперсных частиц классов PM 10 , PM 2.5 атмосферных выбросов энергетических систем, вследствие уменьшения размера улавливаемых частиц со средних для циклонов и мокрых скрубберов значений порядка 5-10 мкм до 0,5 мкм.