Підвищення теплотехнічної і екологічної ефективності при спалюванні низькосортних палив в киплячиму шарі отоплюючих котлів - Автореферат

Через підвищену зольність твердого палива зменшується надійність роботи котлів, трапляється шлакування, погіршується процес горіння в топці, зменшується ККД та теплопродуктивність. Спалювання низькосортного палива повязано з викидами в оточуюче середовище шкідливих речовин (оксидів азоту, сірки, пилу). Використання водовугільних суспензій, які є сумішшю вугілля з водою (вологість W=28...50%, теплота згоряння Q=8...16МДЖ/кг), може бути використано замість рідкого палива в великих теплогенераторах без їх реконструкції. теплообмінний гідродинамічний киплячий вугілля Дисертаційна робота виконувалась відповідно до держбюджетних тем НТУ ”ХПІ” М 3014: “Розробка нових концептуальних методів і підходів до створення високоефективного та теплоенергетичного устаткування на основі системного аналізу й інтенсифікації теплотехнологій” (№ держреєстрації 0100U001672, 2000-2002рр.), НТУ “ХПІ” М 3015: “Розробка, розвиток і удосконалення теорії і способів імітаційного моделювання і натурно-імітаційних експериментів для створення перспективних енергогенеруючих комплексів” (№ держреєстрації 0103U001505, 2003-2005рр). Розроблено рекомендації з режимів спалювання низькосортних твердих палив і водовугільних суспензій в низькотемпературному киплячому шарі; вказано границі стійкого горіння відходів вуглезбагачування вологістю 30-55% в киплячому шарі; показано можливість зниження викидів шкідливих речовин оксидів азоту, сірки, пилових частинок; експериментально доведено раціональність використання спеціальних екологічних заходів (ступінчаста подача повітря, пульсаційна подача повітря, подача води в шар).В ході експерименту відбиралися проби виносу золи з циклону, а також проби матеріалу шару. Втрати через механічний недопал обчислювалися за формулою: ,% (1 ) де М-маса виносу, який відібраний з циклону за фіксований інтервал часу, кг; Сг-концентрація горючих в виносу, %; Qг-теплота згоряння горючих, МДЖ/кг; ?t-час відбору проб виносу, с; Вт-витрати палива, кг/с; Qir-нижча теплота згоряння палива, МДЖ/кг. Через розмір виносу, уловленого в фільтрі та циклоні, вимірювалась швидкість виносу золи із шару: , кг/с (2 ) де Мц, Мф - маса виносу уловленого в циклоні і фільтрі, кг; Сцг, Сфг - вміст горючих в виносі, %, тц, тф - час відбору виносу, с. Таким чином, при пульсаційній подачі повітря в киплячий шар з частотою до 1,0-2,0 Гц коефіцієнт тепловіддачі збільшується на 10-15%, при подальшому збільшенні частоти пульсації інтенсивність теплообміну киплячого шару з поверхні практично не відрізняються від стаціонарного киплячого шару. Так, для киплячого шару частинок dt=1мм за частотою 0,5 Гц і скважності 0,5 висота динамічного розширення шару дорівнює 250-300мм, а за частотою 4 Гц відповідно 180-200мм.Показані діапазони регулювання теплової потужності котлів і допустимих значень параметрів - зольності і вологості низькосортного вугілля України при його спалюванні в киплячому шарі отоплюючих котлів (граничні значення зольності А<65-68%, вологості W<50-60%). В роботі розвивається наукове положення про значний вплив складу летких і відношення складу вуглецю і летких в паливі. Експериментально встановлено, що ефективність тепловіддачі гладких та оребрених труб в пульсуючому киплячому шарі на 20-25% вища, ніж в стаціонарному киплячому шарі при спалюванні твердих палив. Експериментально досліджено механізм формування виносу частинок з топки киплячого шару в залежності від швидкості зріджуваного повітря, температури киплячого шару, коефіцієнту надлишку повітря, фракційного складу палива та інших параметрів. Встановлено, що повернення виносу для допалювання не забезпечує зменшення q4; укрупнення виносу до частинок розміром 5-10мм, підвищує ефективність його допалювання, при цьому значення q4 знижується від 18-25% до 3-5%.Высокотемпературный теплообмен поверхности в кипящем слое при сжигании водотопливных суспензий // “Энергетическое машиностроение” - 1996г. Редько И.А Математическое моделирование процессов сжигания водотопливных суспензий в кипящем слое // Вестник ХГПУ.-Харьков: ХГПУ.-1998 г.-Вып.6.-С.139-142. Метод сжигания осадков сточных вод в топках с кипящим слоем // VIII Всеукраинская научная конференция аспирантов и студентов “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов” - Донецк.- Методы исследования теплообменных труб в кипящем слое // Вестник Национального технического университета “ХПИ” - Харьков: НТУ “ХПИ”.-2001г.-С.171-175. Экологические показатели котлов при сжигании низкосортных углей в кипящем слое // Вестник Национального технического университета “ХПИ”.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ВИКЛАДЕНО В ПУБЛІКАЦІЯХ:

1. Показані діапазони регулювання теплової потужності котлів і допустимих значень параметрів - зольності і вологості низькосортного вугілля України при його спалюванні в киплячому шарі отоплюючих котлів (граничні значення зольності А<65-68%, вологості W<50-60%). В роботі розвивається наукове положення про значний вплив складу летких і відношення складу вуглецю і летких в паливі. Вугілля з високим вмістом летких більше підходить для спалювання в КШ. Доказано що за ефективністю спалювання донецьке вугілля можна розділити на: донецький Г, К(промпродукт), Т, АШ.

2. Експериментально встановлено, що ефективність тепловіддачі гладких та оребрених труб в пульсуючому киплячому шарі на 20-25% вища, ніж в стаціонарному киплячому шарі при спалюванні твердих палив. Запропоновані критеріальне і регресійне рівняння для розрахунку коефіцієнту тепловіддачі.

3. Встановлено, що вихід NOX в пульсуючому киплячому шарі менший, ніж в стаціонарному киплячому шарі і становить відповідно 220-240мг/м3 і 300-350мг/м3.

4. Експериментально досліджено механізм формування виносу частинок з топки киплячого шару в залежності від швидкості зріджуваного повітря, температури киплячого шару, коефіцієнту надлишку повітря, фракційного складу палива та інших параметрів. Встановлено, що повернення виносу для допалювання не забезпечує зменшення q4; укрупнення виносу до частинок розміром 5-10мм, підвищує ефективність його допалювання, при цьому значення q4 знижується від 18-25% до 3-5%. Отримано регресійне рівняння для розрахунку q4 від впливових параметрів.

5. Результати дослідження підтвердили можливість ефективного стійкого процесу горіння водовугільних суспензій вологістю до 30-50% та зольністю до 50% в топках з киплячим шаром. При цьому втрати з механічним недопалом складають 2,4-3,5%, а з хімічним недопалом 0,5%.

6. Експериментально встановлено вплив режимних параметрів на концентрацію оксидів азоту і діоксиду сірки при спалюванні ВВС донецького вугілля різних найменувань. Встановлено, що вихід NOX і SOX нижче, ніж при спалюванні необводненого вугілля та складає відповідно 250мг/м3 і 170 мг/м3.

7. Результати дослідження в промисловості підтвердили ефективність технологічних засобів для зменшення шкідливих викидів в NOX; SOX, пилових частинок за рахунок укрупнення і зволоження виносу, що повертається на допалення, ступінчаста подача повітря - вторинного до 20-25%, пульсаційна подача повітря з частотою ?=1-5Гц і скважністю до 0,3. В результаті обробки і узагальнення експериментальних даних по викидам NOX отримана регресійна залежність концентрації NOX від температури киплячого шару в діапазоні 700-980?С і ?В=1,05-4.

8. Результати дисертаційної роботи впроваджені в КП “Харківтеплоенерго”.