Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Однією з актуальних задач теплової енергетики України є заміщення природного газу місцевими енергоносіями - вугіллям, углеродсодержащими відходами, біомасою та іншими видами твердого палива. На ТЕС до теперішнього часу ця проблема в основному вирішено: у 2007 р, в порівнянні з попереднім десятиріччям, споживання газу скоротилося майже в 10 разів, а на пиловугільних енергоблоках становить не більше 1 млрд м3 на рік. Наступним за важливістю споживачем газу є комунальна та промислова теплоенергетика.

При цьому на передній план висувається проблема пошуку дешевих додаткових ресурсів енергоносіїв, використання яких може бути організовано в порівняно короткий термін і не зажадає значних капіталовкладень. Використання таких відносно дешевих енергоносіїв хоча б в малій енергетиці дозволить в якійсь мірі стабілізувати паливно-енергетичний баланс країни.

Одним із шляхів вирішення проблеми пошуку додаткових паливних ресурсів є утилізація відходів або попутних НЕ утилізованих в даний час горючих продуктів різних виробництв. У цьому плані вельми перспективним може виявитися використання відходів і продуктів коксохімічного виробництва в якості енергоносіїв для виробництва теплової або електричної енергії. Таким чином, відходи коксохімічного виробництва (коксовий газ і високозольні вугільні шлами) принципово можуть служити додатковим джерелом паливних ресурсів для отримання теплової та електричної енергії.

З метою отримання додаткових дешевих енергоносіїв для забезпечення безперебійної роботи ТЕЦ Ясинівського КХЗ в періоди підвищеного споживання теплової енергії була проведена робота, при якій в якості об'єкта досліджень був прийнятий високозольний вугільний шлам коксівного вугілля. Найбільш перспективним напрямком було визнано приготування на основі вугільного шламу водовугільного палива та спільне його спалювання з коксівним газом.

1. Стан питання і завдання досліджень

1.1 Використання вугільних шламів для комбінованого спалювання у вигляді водовугільного палива спільно зі штатним у світовій практиці

Відсутність в Україні власної розвиненою газонефтедобивающей промисловості призводить до необхідності імпортування вуглеводневих енергоносіїв, що ставить країну у важку економічну залежність від закордонних постачальників. У цих умовах основним енергоносієм стає вугілля, обсяги видобутку якого, незважаючи на деякий приріст в останні роки, явно відстають від потреб теплоенергетики. Збільшення обсягу видобутку вугілля може бути здійснено тільки шляхом докорінної реконструкції та будівництва нових шахт, що вимагає часу і пов'язане зі значними капіталовкладеннями.

У цих умовах виникає проблема пошуку додаткових дешевих енергоносіїв та вдосконалення технологій використання твердого палива. Саме ця обставина є першочерговим стимулюючим фактором до використання в теплоенергетиці високозольних відходів збагачення вугілля (шламів). У цьому плані більш доцільним є використання витягають із шламонакопичувачів високозольних вугільних шламів як вихідного продукту для приготування водовугільного палива. Привабливим фактором у цьому випадку є і та обставина, що вугілля вже подрібнений і, отже, енергоємність процесу приготування ВВП буде істотно знижена порівняно з рядовим вугіллям.

Ефективність технології спільного спалювання (в англомовній літературі - технологія «co-firing») водовугільного палива, приготованого на основі вугільних шламів, значно зросте при їх спільному спалюванні з іншими відходами виробництва, такими, наприклад, як коксовий газ.

Великий досвід по застосуванню технології «Co-firing» має США. США не відносяться до країн, що відчувають нестачу нафти, а тому інтерес до виробництва та використання ВВП в цій країні обумовлений здебільшого необхідністю утилізації великих обсягів вугільної дрібниці, що є при прийнятої технології збагачення вугілля відходами виробництва.

Корпорацією з досліджень в галузі енергетики та охорони навколишнього середовища (EER), штат Огайо, науково-дослідним центром Пенсільванського університету, фірмою Пенелек і деякими іншими виконано великий обсяг теоретичних і експериментальних досліджень з приготування ВВП низької концентрації (до 50% при зольності 10 - 15 %) без використання хімічних добавок з дрібного вугілля, що надходить по технологічній лінії збагачувальної фабрики або заскладовано у відвалах.

Для збагачення дрібного вугілля були використані хімічна екстракція, виборча вуглемасляного агломерація, гравітаційні методи і флотація. Спалювання ВВП з пилоподібним вугіллям при співвідношенні 1:4 виробляється в котлі потужністю 32 МВт на збагачувальній фабриці в Хоумер Сіті, а також на електростанції Сьюард в котлоагрегате продуктивністю 130 т пари на годину.

Дослідники вважають, що приготування ВВП з дрібного високозольного вугілля може створити ринок для матеріалу здебільшого вважається відходами виробництва і одночасно знизити вартість палива для споживачів.

1.2 Передбачуваний об'єкт впровадження і завдання дослідженні

На ТЕЦ Ясинівського коксохімзаводу працюють котли ТП 35-39 з параметрами:

Паропродуктивність – 35 т/годину;

Температура перегрітої пари – 440 °С;

Температура живильної води – 125 °С;

Теплоємність перегрітої пари – 790,6 ккал/кг;

Теплоємність живильної води – 131,1 ккал/кг;

К.к.д. (За довідковими даними) – 90%;

Топливо - коксовий газ з теплотою згоряння (за даними ЯКХЗ) – 4200 ккал/м3;

Витрата палива (без урахування продувки):

В = 6107 м3/ч;

Годинний підвід теплової енергії Е = 25,65 Гкал/годину.


Завдання досліджень

Дослідити якісні характеристики вугільних шламів дисперсного середовища з умов використання їх в якості вихідних продуктів для приготування водовугільного палива.

Провести лабораторні дослідження технології приготування водовугільного палива на основі високозольних шламів коксівного вугілля, відібраних з шламонакопичувача ЯКХЗ, визначити структурно-реологічні та седиментаційні параметри ВВП.

Розробити рекомендації і технічні рішення з приготування і спалюванню водовугільного палива на основі вугільних шламів.

2. Особливості спалювання шламів в кс і вимоги до паливопідготовки

Технологія спалювання твердих палив в КС відноситься до сучасних, екологічно чистим, зі зниженими вимогами до якості палива і з можливістю регулювання навантаження в широких межах. КС-котлоагрегати добре освоєні для діапазону теплової потужності 1,9-70 МВт (паропродуктивність 2-75 т / год). Основними їх перевагами перед котлами з нерухомим шаром з факельним спалюванням з точки зору вимог до палива є:

Таким чином, для високозольних шламів спалювання в КС є найкращим. З іншого боку, оскільки більшість котлів з КС використовують подрібнений вугілля, досвід розробки та експлуатації котлів з КС на шламах обмежений. У даному розділі обговорені труднощі, пов'язані з організацією спалювання шламу в КС, та можливі шляхи їх подолання.

shema_CKS

Рисунок 1 - Модифікований стенд ЦКС-0,02 для дослідження спалювання твердих палив в КС і ЦКС: 1 - бункер вугілля, 2 - шнековий живитель, 3 - топка киплячого слою, 4 - перфорована решітка, 5,6 - пальники для розпалювання, 7 - циклон, 8 - тракт циркуляції золи, 9 - пристрій зливу донної золи, 10 - пристрій зливу циркулюючої золи, 11 - газоохолоджувач, 12 - бункер інертного матеріалу, 13 - накопичувач золи виносу, 14 - шибер димососа.

У топках з КС використовується паливо класу крупності від 0-3 мм до 0-13 мм. У шарі підйомна сила газовоздушного потоку, що подається знизу через решітку, врівноважує вагу частинок, через що виникає псевдоожіжёніе - інтенсивний тепломасоперенос по висоті і перетину шару. У надшарового просторі площа живого перетину, а отже, і швидкість газу, менше (до 1,5-2,5 м / с), і більшість винесених із шару частинок падають назад в шар. Через те, що палаючі частки, частка яких в шарі невелика, оточені інертними, палаючі частки не перегріваються, а середня температура шару не перевищує 950°С. У цих умовах генерація оксидів азоту невисока, і існує можливість зв'язування сірки вапняком, що подається в шар, до хімічно інертного гіпсу, так що котли з КС задовольняють сучасним екологічним вимогам без застосування сіро-і азотоочистки. Низькі питома швидкість горіння вуглецю і його концентрація в шарі компенсуються відносно великою масою і висотою шару (до 1,0-1,2 м), а глибокий випал більшості частинок досягається за рахунок їх тривалого часу перебування в шарі. У КС-котлоагрегатах поверхні нагрівання розміщують на зводі топки, в конвективної шахті, а також використовують поверхні, занурені безпосередньо в шарі.

Хоча, на відміну від нерухомого шару, наявність дрібниці в паливі не критично для організації процесу горіння в КС, воно істотно знижує його ефективність. Справа в тому, що винесена з шару дрібниця розміром менше 0,5 мм в шар не повертається, а оскільки температура в надшарового просторі на 200-300°С нижче, ніж в шарі, то і горіння дрібниці припиняється. Спроби ж вловити дріб'язок і повернути її на дожигание в шар малоефективні, тому що ККД уловлювання циклонів для пилоподібних часток не перевищує 70%. Бажаним умовою паливопідготовки є окомковиваніе (агломерація) дрібниці; за рахунок високого часу перебування і обмежених температур горіння (нижче точки плавлення золи) паливні гранули з розміром до 13 мм в киплячому шарі повністю вигорають. Однак оскільки повністю прибрати дріб'язок з реального палива не представляється можливим, втрати вуглецю з унесенням до теперішнього часу є одним з найбільш істотних недоліків технології спалювання в КС. Іншим недоліком є труднощі забезпечення рівномірної подачі палива і перемішування матеріалу шару в котлах великої потужності, а значить, і з великою площею решітки.

Також перевагами котлів КС є можливості:

Вибір варіанта технології з псевдозрідженим шаром залежить від теплової потужності установки і застосовуваного палива. Для паропродуктивності нижче 50 т/год і дробленого вугілля з відносно невисоким вмістом пилоподібною дрібниці цілком придатний котел з класичним КС, у тому числі переобладнаний з старого котла з нерухомим шаром. Кілька десятків топок з нерухомим шаром на вугільних підприємствах Донбасу шаром було реконструйовано на киплячий шар, до теперішнього часу вони виробили ресурс і виведені з експлуатації. Для проміжної паропродуктивності і використання шламів коксівного вугілля можна рекомендувати технологію КС з поверненням.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2015 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.

Перелік посилань

  1. Ходаков Г.С. Водоугольные суспензии в энергетике // Теплоэнергетика. – 2007. – № 1. – С. 35–45.
  2. Делягин Г.Н., Онищенко А.Г. Теоретический анализ выгорания водоугольной суспензии с учетом ее начальной зольности и влажности // «Горение дисперсных топливных систем». Сб. научных трудов. М.: Наука. – 1969. – С. 7–18.
  3. Делягин Г.Н., Онищенко А.Г. Радиационный теплообмен в топке парового котла при сжигании водоугольных суспензий // «Горение дисперсных топливных систем». Сб. научных трудов. М.: Наука. – 1969. – С. 40–47.
  4. Петраков А.Д., Радченко С.М. Яковлев О.П. Водоугольное топливо. Патент России №2249029. Приоритет от 27.03.2005.
  5. Пузырев Е.М., Мурко В.И., Звягин В.Н., и др. Результаты опытно;промышленных испытаний работы мазутного котла ДКВР 6,5/13 на водоугольном топливе // Теплоэнергетика. – 2001. – № 2. – С. 69–71.
  6. Нехороший И.Х, Костовецкий С.П., Мурко В.И., и др. Результаты перевода котла КВ-ТС-20 на сжигание водоугольного топлива // Теплоэнергетика. – 1997. – № 2. – С. 13–15.
  7. Гладкий А.И., Делягин Г.Н., Кирсанов В.И., Онищенко А.Г. Сжигание водоугольных суспензий из донецких тощих углей в топке промышленного парового котла // «Новые методы сжигания топлива и вопросы теории горения». Сб. научных трудов. М.: Наука. – 1969. – С. 28–37.
  8. Белоусов В.Н., Смородин С.Н., Смирнова О.С. Топливо и теория горения/СПб., 2011 - 84 с.
  9. Deayagin G.N., Demidov Y.V., Kostovetsky S.P. and Nekhoroshy J.K. Highly concentrated water-coal suspensions a new form of ecologically-clean fuellW Symposium on New Coal Utilization Technologies. - Helsinki (Finland).-1993.-10-13 May.
  10. Мурко В.И. Научные основы процессов получения и эффективного применения водоугольных суспензий: Авторефер. Дис. На соиск. Уч. Степени д-ра техн. наук.-М., 1999.-48с.
  11. Доброхотов В.И., Зайденварг В.Е., Трубецкой К.Н., Нехороший И.Х. Состояние и перспективы развития работ по водоугольному топливу в России: Международный симпозиум, Токио, 1994.-С.1-13.
  12. Угольные суспензии новое экологически чистое топливо и технологическое сырье/ Г.Н. Делягин, Е.А.Ельчанинив, В.М.Еремеев и др. // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов.- М., 1991.-№9.-С.105.
  13. Делягин Г.Н. Вопросы теории горения водоуголтной суспензии в потоке воздуха // Сжигание высокообводненного топлива в виде водоугольных суспензий.- М.: Наука, 1967.- С.45-55.
  14. Сжигание водоугольных суспензий на опытно-промышленной установке / Г.Н. Делягин, Б.В. Канторович, В.И. Караченцев и др. // Уголь.-1964.-№9.-С.86-87.
  15. Экспериментальное исследование процесса горения водоугольной суспензии / И.В.Давыдова, Г.Н. Делягин, Б.В. Канторович и др. // Тепло-и массоперенос.- Минск: Наука и техника, 1966.-Т.4.
  16. Исаев В.В. Влияние зольности на основные теплотехнические характеристики при сжигании отходов углеобогащения в виде водоугольной суспензии // Горение дисперсных систем.- М.: Наука, 1969.
  17. Исаев В.В. Исследование процесса сжигания отходов углеобогащенияв виде водоугольных суспензий над слоем топлива // Новые методы сжигания топлива и вопросы теории горения.- М.: Наука, 1969.- С.93.
  18. Schwarz О. Verbrennung von Staubkohle und Kohle — Wasser — Suspension in Wasserrohrkesseln // Brennst Kraft. - 1964. - №16, -S. 273-277.
  19. Schwarz O. Das Entwicklugsvorhaben «Directer Verbrennung von KohleWasser Suspension in Kraftwerken» // Electrizi - tatwirstchaft. - 1966. S. 719-723.
  20. Klose Reinhard В. DENSECOAL an alternative to gas and oil // 6-th Jnt. Symp. On Coal Slury Combust and Technol.: Orlando, FL, USA.- June 25-27.1984.- Proc. Pittsburg, Pa.S.A., 791-805.
  21. Hammond Т.К., Mathiesen M.M. Manufacture and commercial use of carbogel coal/water fuel in Canada //6th Jnt. Symp. Coal Slurry Combast and Technol.: Orlando, FL, USA. June 25-27. - 1984. - Proc.Pittsburg, Pa. S.A., 982989.
  22. Landry G. e.a. The Cape Breton Development Corporations Carbogel Coal Water Fuel Project // Proc. 7-th Int. Symp. On Coal Slarry Fuel Preparation and
  23. Grinzi F., Romani G., Ercolani D. Snamprogetty reocarb: from the production plants into the boilers. // Proc. 8-th Int. Symp. On Coal Slurry Fuels Preparation and Utilization: Orlando, FL, USA. May 27-30. - 1986. - P. 947-951.
  24. Atkins E.G. Status report on. CO-AL Fuel // Proc. 6-th Int. Symp. On Coal Slurry Fuel Combustion on: Orlando, FL, USA. June 25-27. - 1984. - P. 557-568.
  25. Brandis U. e.a. CWS (DENSECOAL) from North America for the Foreign market // Proc. 8-th Int. Conf. On Coal and Slurry Technologies: Clearwater, FL, USA. April 22-25. - 1991. - P. 229-237.
  26. Atlas H., Casassa E.Z., Parfitt G.D., Rao A.S. and Toor E.W. In Proc. 10-th Annual Powder and Bulk Solids conf., Chicago, I., Vay, 1985.
  27. Glenn R.D. Coal slurry applications and technology. EPRJ GS-7209, Palo Alto, С A, USA, Electric Power Research Institute, 1991.- 66 p.
  28. Дягтеренко Т.Д., Макаров A.C., Завгородний В.А., Делягин Г.Н., Слипенюк Т.С. Взаимодействие частиц в водоугольных суспензиях. ХТТ,1990.№6. С 125-128.
  29. Ларина A.A., Макаров A.C. Влияние степени окисленности поверхности природных углей на реологические свойства высококонцентрированных водоугольных суспензий. ХТТ,1992.№2. С 39-42.
  30. Дроздник И.Д., Кафтан Ю.С., Должанская Ю.Б. Новые направления использования углей. К и X, 1999. №1. С 11-16.
  31. Мурко В.И., Корочкин Г.К., Горлов Е.Г., Своров В.А., Горлова С.Е., Головина Н.Г. Экологические аспекты приготовления и транспорта водоугольных суспензий. ХТТ, 1999.№1. С 81-87.
  32. Hashimoto N. CWM from China to Japan the word's first bilateral CWM trade / CWM Project Jperations Dept. JGC Corporation, Yokohama, Japan, 1995.
  33. Солодов Г.А., Заостровский А.Н., Папин A.B., Папина Т.А., Клейн М.С. Утилизация угольных шламов Кузбасса в виде высококонцентрированных водоугольных суспензий // Вестн. КузГТУ. 2003. № 6. С. 71-74.
  34. Клейн М.С., Байченко A.A., Почевалова Е.В. Обогащение и обезвоживание тонких угольных шламов с использованием метода маслянойгрануляции // Горный инф.-аналит. бюллетень. 2002. № 4. С. 237 239.
  35. Солодов Г.А., Заостровский А.Н., Папин A.B., Папина Т.А. Стабилизация водоугольных суспензий органическими реагентами // Вестн. КузГТУ. 2003. № 2. С. 79 83.
  36. Беляев, Е.Н. Технологии производства и сжигания водоугольного топлива / Е.Н. Беляев, С.М. Кисляк, П.К. Сеначин // Проблемы совершенствования энергетических установок: Сб. статей / Под ред. А.А. Мельберт / Российский союз научных и инженерных организаций, АлтГТУ им. И.И. Ползунова.- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2008.- С. 95-99.