Магістерська робота

тема: "Оптимізація теплового режиму котла ДЕ-25-14 ГМ"

У теперішній час - енергетичний комплекс України знаходиться в кризовому становищі. У найближчі 20 років національна економіка буде залишатися енергодефіцитною. При щорічному споживанні 150-170 млн. тон умовного палива їх потреба задовольняє за рахунок власного виробництва лише на 45 %, що потребує щорічного імпорта паливно - энергетичних ресурсів. Саме тому, доцільно використовувати вторинні енергоресурси - штучні пальні гази, що утворюються у процесі технологічної переробки твердого палива.

Об'єкт дослідження - котел ДЕ-25-14 ГМ, що опалюється коксовим газом - побічним продуктом коксування.

Ціль роботи: оптимізувати тепловий режим роботи котла, що опалюється коксовим газом; дослідити вплив коефіцієнта надлишку повітря на економічність роботи і эмісію шкідливих компонентів продуктів згоряння котлоагрегату при спалюванні коксового газу.

1. Побудова математичної моделі для оптимізації теплового режиму котла

З метою оптимізації теплового режиму був використаний метод центрального композиційного ортогонального планування повного факторного експерименту.

Вихідними даними для побудови моделі котла були проведені еколого - теплотехнічні випробування.

Для побудови моделі були проведені: вибір факторів і відклику, області змінювання кожного фактору; вибір виду рівняння; проведення експерименту; оцінка його результатів; визначення коефіцієнтів рівняння; визначення їх значущості; перевірка відповідності отриманої моделі досліджованому об'екту.

Рівняння регресії має вид:

Факторами для побудови математичної моделі були прийняті: витрата коксового газу (Х1), коефіцієнт надлищку повітря (Х2), температура підігріву живлючої води (Х3) і температура газів, що ідуть (Х4); відкликом - продуктивність котла. Y=f(X1;X2;X3;X4). Для кожної точки факторного простору були визначені чотири значення відклика Y. Біла побудована план - матриця повного факторного експеримента.

Попередньо були проведені наступні перевірки: однорідності вимірювань у всіх точках плану; відрядкових дисперсій і однорідності значення.

Був проведений розрахунок середніх значень відклику в окремих точках факторного простору і перевірка значущості їх розрізнення. Розрізнення між значеннями відклику в різних точках плану виявилося суттєвим.

Були розраховані значення коефіцієнтів обраної моделі.

За допомогою критерія Стьюдента була проведена перевірка значущості коефіцієнтів рівняння регресії, в ході якої незначущі коефіцієнти були відкинуті. Статистично значущими коефіцієнтами стали b0, b1, b2, b3, b4, b7.

Таким чином кінцеве рівняння регресії має вид:

Відповідність моделі експериментальним даним була перевірена за допомогою критерія Фішера. При 5 %-вом рівні значущості розрахункове значення критерія Фішера менше табличного, т. ч. відповідність моделі була доведена.

2. Дослідження впливу коефіцієнта надлишку повітря на економічність роботи і емісію шкідливих компонентів продуктів згоряння котлоагрегата при спалюванні коксового газу.

При спалюванні коксового газу в котлах в атмосферу поступає значна кількість токсичних речовин, серед яких головні: оксіди азоту (NO и NO2), оксіди сірки (SO2 и SO3), а також у меншої кількості оксід вуглецю (СО).

В ході перевірених досліджень були розраховані рівноважні концентрації оксидов азоту в продуктах згоряння коксового газу при різної температурі у зоні горіння і коефіцієнті надлишку повітря.

Для вибіру оптимального значення коефіцієнта надлишку повітря були проведені теплотехнічні дослідження, в ході яких був визначений процентний склад продуктів згоряння до і після водяного економайзеру.

Використовуючи данні складу продуктів згоряння, по кисневої формулі бів розрахований коефіцієнт надлишку повітря.

Впродовж дослідження були визначені концентрації шкідливих речовин розраховані за економайзером.

2. Методи зниження оксидів сірки в продуктах зглряння в котлах при спалюванні коксового газу

Сер'йозною перешкодою для спалювання коксового газу в топках котлів є наявність сірководню в його складі з масовою концентрацією 3,5 г/м3, в наслідку чого в продуктах згоряння утворюються оксиди сірки SO2, що викликають генерацію похідних сполучень, корозію и забруднення робочих поверхонь, що призводить в кінці до виходу з строю котельного обладнання.

В залежності від температури і концентрації кисню частина SO2, що утворюється може переходити в SO3. Сірковий газ (SO3)в залежності з парами води, може утворювати сіркову кислоту (H2SO4).

Таким чином, в котлі при охолодженні продуктів згоряння нижче крапки роси має місце низькотемпературна кислотна корозія, яка негативно впливає на стан хвостових поверхонь.

Мета роботи: розробити засіб опалення коксовим газом, що дозволить знизити утворення кислот в продуктах згоряння.

З цією ціллю розроблений тепловий режим опалення котла, що передбачає наступні заходи:

- спалювання палива здійснювати з коефіцієнтом надлишку повітря менше 1,1, це розтягує зону згоряння, тобто знижується максимальна температура в ядрі і температурний градієнт, що сприяє зниженню концентрації атомарного кисню і перешкоджає окисленню SO2 до SO3;

- заезпечити мінімальні присоси в топці і конвективному газоходу в межах 1,1- 1,2 шляхом ущільнення димового тракту котла;

- для зв'язування SO2 в CaSO3 (CaSO4) вводять в топку карбонати (CaCO3, MgCO3, FeCO3, MnCO3) або оксіди кальцію та магнію (СаО, МgО);

- ефект десульфурації димових газів головним чином залежить від температури і концентрації карбонатів, що вводяться, процес розлогання яких проходить при температурах СаСО3 - 910-960 градусів Цельсію, МgCO3 - 680-1100; а при вводі оксидів кальцію і магнію температура повинна бути 600- 1200;

- для інтенсивної взаємодії карбонатів і окислів з SO2 необхідно забезпечити турбулізацію потоку шляхом подання потоку повітря з реагентом у центральну частину факелу, причому напрям закручуваня факелів сусідніх пальників повинні бути протилежні у разі зустрічного розташування пальників.