Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Одной из актуальных задач тепловой энергетики Украины является замещение природного газа местными энергоносителями - углем, углеродсодержащими отходами, биомассой и другими видами твердого топлива. На ТЭС к настоящему времени эта проблема в основном решена: в 2007 г., по сравнению с предыдущим десятилетием, потребление газа сократилось почти в 10 раз, а на пылеугольных энергоблоках составляет не более 1 млрд м3 в год. Следующим по важности потребителем газа является коммунальная и промышленная теплоэнергетика.

При этом на передний план выдвигается проблема поиска дешевых дополнительных ресурсов энергоносителей, использование которых может быть организовано в сравнительно короткий срок и не потребует значительных капиталовложений. Использование таких относительно дешевых энергоносителей хотя бы в малой энергетике позволит в какой-то степени стабилизировать топливно-энергетический баланс страны.

Одним из путей решения проблемы поиска дополнительных топливных ресурсов является утилизация отходов или попутных не утилизируемых в настоящее время горючих продуктов различных производств. В этом плане весьма перспективным может оказаться использование отходов и продуктов коксохимического производства в качестве энергоносителей для производства тепловой или электрической энергии. Таким образом, отходы коксохимического производства (коксовый газ и высокозольные угольные шламы) принципиально могут служить дополнительным источником топливных ресурсов для получения тепловой и электрической энергии.

С целью получения дополнительных дешёвых энергоносителей для обеспечения бесперебойной работы ТЭЦ Ясиновского КХЗ в периоды повышенного потребления тепловой энергии была проведена работа, при которой в качестве объекта исследований был принят высокозольный угольный шлам коксующихся углей. Наиболее перспективным направлением было признано приготовление на основе угольного шлама водоугольного топлива и совместное его сжигание с коксовым газом.

1. Состояние вопроса и задачи исследований

1.1 Использование угольных шламов для комбинированного сжигания в виде водоугольного топлива совместно со штатным в мировой практике

Отсутствие в Украине собственной развитой газонефтедобывающей промышленности приводит к необходимости импортирования углеводородных энергоносителей, что ставит страну в тяжёлую экономическую зависимость от зарубежных поставщиков. В этих условиях основным энергоносителем становится уголь, объёмы добычи которого, несмотря на некоторый прирост в последние годы, явно отстают от нужд теплоэнергетики. Увеличение объёма добычи угля может быть осуществлено только путём коренной реконструкции и строительства новых шахт, что требует времени и сопряжено со значительными капиталовложениями.

В этих условиях возникает проблема поиска дополнительных дешёвых энергоносителей и совершенствования технологий использования твёрдого топлива. Именно это обстоятельство является первоочередным стимулирующим фактором к использованию в теплоэнергетике высокозольных отходов обогащения угля (шламов). В этом плане более целесообразным представляется использование извлекаемых из шламонакопителей высокозольных угольных шламов в качестве исходного продукта для приготовления водоугольного топлива. Привлекательным фактором в этом случае является и то обстоятельство, что уголь уже измельчён и, следовательно, энергоёмкость процесса приготовления ВУТ будет существенно снижена по сравнению с рядовым углём.

Эффективность технологии совместного сжигания (в англоязычной литературе — технология «co-firing») водоугольного топлива, приготовленного на основе угольных шламов, значительно возрастет при их совместном сжигании с другими отходами производства, такими, например, как коксовый газ.

Большой опыт по применению технологии «Co-firing» имеет США. США не относятся к странам, испытывающим недостаток нефти, а поэтому интерес к производству и использованию ВУТ в этой стране обусловлен большей частью необходимостью утилизации больших объемов угольной мелочи, являющейся при принятой технологии обогащения угля отходами производства.

Корпорацией по исследованиям в области энергетики и охраны окружающей среды (EER), штат Огайо, научно-исследовательским центром Пенсильванского университета, фирмой Пенелек и некоторыми другими выполнен большой объем теоретических и экспериментальных исследований по приготовлению ВУТ низкой концентрации (до 50% при зольности 10 - 15%) без использования химических добавок из мелкого угля, поступающего по технологической линии обогатительной фабрики или заскладированного в отвалах.

Для обогащения мелкого угля были использованы химическая экстракция, избирательная углемасляная агломерация, гравитационные методы и флотация. Сжигание ВУТ с пылевидным углем при соотношении 1:4 производится в котле мощностью 32 МВт на обогатительной фабрике в Хоумер Сити, а также на электростанции Сьюард в котлоагрегате производительностью 130 т пара в час.

Исследователи считают, что приготовление ВУТ из мелкого высокозольного угля может создать рынок для материала большей частью считающегося отходами производства и одновременно снизить стоимость топлива для потребителей.

1.2 Предполагаемый объект внедрения и задачи исследовании

На ТЭЦ Ясиновского коксохимзавода работают котлы ТП 35-39 с параметрами:

Паропроизводительность – 35 т/час;

Температура перегретого пара – 440 °С;

Температура питательной воды – 125 °С;

Теплоёмкость перегретого пара – 790,6 ккал/кг;

Теплоёмкость питательной воды – 131,1 ккал/кг;

К.п.д. (по справочным данным) – 90%;

Топливо - коксовый газ с теплотой сгорания (по данным ЯКХЗ) – 4200 ккал/м3;

Расход топлива (без учёта продувки):

В = 6107 м3/ч;

Часовой подвод тепловой энергии Э = 25,65 Гкал/час.


Задачи исследований

Исследовать качественные характеристики угольных шламов дисперсной среды из условий использования их в качестве исходных продуктов для приготовления водоугольного топлива.

Провести лабораторные исследования технологии приготовления водоугольного топлива на основе высокозольных шламов коксующихся углей, отобранных из шламонакопителя ЯКХЗ, определить структурно-реологические и седиментационные параметры ВУТ.

Разработать рекомендации и технические решения по приготовлению и сжиганию водоугольного топлива на основе угольных шламов.

2. Особенности сжигания шламов в кс и требования к топливоподготовке

Технология сжигания твердых топлив в КС относится к современным, экологически чистым, с пониженными требованиями к качеству топлива и с возможностью регулирования нагрузки в широких пределах. КС-котлоагрегаты хорошо освоены для диапазона тепловой мощности 1,9-70 МВт (паропроизводительность 2-75 т/ч). Основными их преимуществами перед котлами с неподвижным слоем с факельным сжиганием с точки зрения требований к топливу являются:

Таким образом, для высокозольных шламов сжигание в КС является наиболее предпочтительным. С другой стороны, поскольку большинство котлов с КС используют дробленый уголь, опыт разработки и эксплуатации котлов с КС на шламах ограничен. В данном разделе обсуждены трудности, связанные с организацией сжигания шлама в КС, и возможные пути их преодоления.

shema_CKS

Рисунок 1 - Модифицированный стенд ЦКС-0,02 для исследования сжигания твердых топлив в КС и ЦКС: 1 - бункер угля, 2 - шнековый питатель, 3 - топка кипящего слоя, 4 - перфорированная решетка, 5,6 - розжиговые горелки, 7 - циклон, 8 - тракт циркуляции золы, 9 - устройство слива донной золы, 10 - устройство слива циркулирующей золы, 11 - газоохладитель, 12 - бункер инертного материала, 13 - накопитель золы уноса, 14 - шибер дымососа.

В топках с КС используется топливо класса крупности от 0-3 мм до 0-13 мм. В слое подъемная сила газовоздушного потока, подаваемого снизу через решетку, уравновешивает вес частиц, из-за чего возникает псевдоожижёние - интенсивный тепломассоперенос по высоте и сечению слоя. В надслоевом пространстве площадь живого сечения, а следовательно, и скорость газа, меньше (до 1,5-2,5 м/с), и большинство вынесенных из слоя частиц падают обратно в слой. Из-за того, что горящие частицы, доля которых в слое невелика, окружены инертными, горящие частицы не перегреваются, а средняя температура слоя не превышает 950°С. В этих условиях генерация оксидов азота невысока, и существует возможность связывания серы известняком, подаваемым в слой, до химически инертного гипса, так что котлы с КС удовлетворяют современным экологическим требованиям без применения серо- и азотоочистки. Низкие удельная скорость горения углерода и его концентрация в слое компенсируются относительно большой массой и высотой слоя (до 1,0-1,2 м), а глубокий выжиг большинства частиц достигается за счет их длительного времени пребывания в слое. В КС-котлоагрегатах поверхности нагрева размещают на своде топки, в конвективной шахте, а также используют поверхности, погруженные непосредственно в слое.

Хотя, в отличие от неподвижного слоя, наличие мелочи в топливе не критично для организации процесса горения в КС, оно существенно снижает его эффективность. Дело в том, что вынесенная из слоя мелочь размером менее 0,5 мм в слой не возвращается, а поскольку температура в надслоевом пространстве на 200-300°С ниже, чем в слое, то и горение мелочи прекращается. Попытки же уловить мелочь и вернуть ее на дожигание в слой малоэффективны, потому что КПД улавливания циклонов для пылевидных частиц не превышает 70%. Желательным условием топливоподготовки является окомковывание (агломерирование) мелочи; за счет высокого времени пребывания и ограниченных температур горения (ниже точки плавления золы) топливные гранулы с размером до 13 мм в кипящем слое полностью выгорают. Однако поскольку полностью убрать мелочь из реального топлива не представляется возможным, потери углерода с уносом до настоящего времени являются одним из наиболее существенных недостатков технологии сжигания в КС. Другим недостатком является трудность обеспечения равномерной подачи топлива и перемешивания материала слоя в котлах большой мощности, а значит, и с большой площадью решетки.

Также преимуществами котлов КС являются возможности:

Выбор варианта технологии с псевдоожиженным слоем зависит от тепловой мощности установки и применяемого топлива. Для паропроизводительности ниже 50 т/ч и дробленого угля с относительно невысоким содержанием пылевидной мелочи вполне пригоден котел с классическим КС, в том числе переоборудованный из старого котла с неподвижным слоем. Несколько десятков топок с неподвижным слоем на угольных предприятиях Донбасса слоем было реконструировано на кипящий слой, к настоящему времени они выработали ресурс и выведены из эксплуатации. Для промежуточной паропроизводительности и использования шламов коксующихся углей можно рекомендовать технологию КС с возвратом.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2015 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  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.