Вплив мінеральних компонентів на теплотехнічні характеристики енергетичного вугілля - Автореферат

Вугілля в Україні є основним органічним енергоресурсом місцевого походження, його запасів при сучасних темпах видобутку вистачить на понад 400 років. Впровадження урядових постанов про перехід на розрахунки за поставлене вугілля за його калорійністю гальмується тим, що існуючі методи розрахунку теплоти згоряння вугілля за його зольністю та вологою дають значну розбіжність порівняно з калориметричним аналізом. Важливим є також дослідження впливу зольності на вихід летких речовин, що визначає умови безпечного розмелу вугілля та стійкого займання пиловугільного факелу, і на вміст сірки, що визначає один з основних екологічних показників ТЕС - викиди оксидів сірки з димовими газами. Продукти термічного розкладу мінеральної речовини дають внесок у вихід летких речовин та оксидів сірки, а різниця між мінеральною масою та зольністю є вірогідною причиною недосконалості існуючих методів розрахунку калорійності. Пряме ж визначення мінеральної речовини вугілля повязано з багатьма труднощами і не дістало розповсюдження, а поведінку мінеральної речовини українського енергетичного вугілля при спалюванні до цього часу не вивчено.Розкрито вплив теплотехнічних характеристик вугілля на техніко-економічні та екологічні показники ТЕС та обґрунтовані вимоги до якості вугілля для пиловидного спалювання. Як додаткові, враховуються такі теплотехнічні показники, як вихід летких речовин на сухий беззольний стан палива Vdaf, який визначає умови безпечного пилоприготування та стійкого займання факелу, загальна волога в робочому стані Wtr, яка повинна задовольняти сушильну продуктивність вугільних млинів, та вміст загальної сірки на сухий стан палива Std, який визначає питомі викиди оксидів сірки при спалюванні. Для полегшення стосунків ТЕС з вугільними підприємствами, які оцінюють якість вугілля за зольністю, в ДСТУ рекомендовано метод розрахунку калорійності вугілля за зольністю, вологою та характерними для кожної марки вугілля значеннями вищої теплоти згоряння для сухого беззольного стану палива Qsdaf: вугілля зольність енергетичний теплотехнічний Qir = Qsdaf (1-Ad/100)(1-Wtr/100) - 2,44 [Wtr/100 k?(1-Ad/100) (1-Wtr/100)], МДЖ/кг, (1) де k - коефіцієнт, який враховує вміст водню у вугіллі в перерахунку на воду (усереднені значення 0,46 для камяного вугілля, 0,21 для антрациту). При елементному аналізі зразків визначались: - вміст загальної сірки - методом Ешка, тобто спалюванням наважки вугілля разом із сумішшю оксиду магнію та безводного карбонату натрію з перетворенням різновидів сірки на сульфати, екстрагуванням сульфатів та визначенням сірки гравіметричним методом після осадження сульфатів хлоридом барію (ДСТУ 3528-97);В дисертаційній роботі на основі результатів експериментальних досліджень залежності теплоти згоряння, виходу летких речовин, вмісту сірки та елементного складу вугілля від зольності у широкому діапазоні її зміни, внеску органічної і мінеральної речовин до виходу летких речовин і вмісту сірки, складу продуктів термічного розкладу мінеральної речовини визначено вплив мінеральних компонентів на теплотехнічні характеристики енергетичного вугілля і уточнено методи розрахунку калорійності, виходу летких речовин і вмісту сірки по зольності і волозі вугілля для забезпечення проектних вимог котлоагрегатів з якості палива, що сприяє вирішенню важливої науково-прикладної задачі - розробці методів підвищення ефективності спалювання вугілля та покращення екологічних показників вугільних ТЕС. Покладена в основу дослідження оригінальна методика розділення лабораторних проб вугілля у важкій рідині, формування зразків з різною зольністю та їх аналізу вперше дозволила визначити залежність теплоти згоряння від зольності вугілля, внесок органічної і мінеральної речовин у спостережувані значення виходу летких речовин і вмісту сірки в широкому діапазоні зольності, оцінити склад продуктів термічного розкладу мінеральної речовини при спалюванні українського енергетичного вугілля різних марок та басейнів. Експериментально встановлено, що позірний вплив зольності на теплоту згоряння, вихід летких речовин та елементний склад сухої беззольної маси вугілля обумовлений використанням у стандартних методах розрахунку показників на різний стан палива зольності замість мінеральної маси вугілля. За співвідношенням мольних часток вуглецю, водню і сірки в продуктах спалювання доведено, що різниця між визначенням мінеральної речовини і зольності повязана не тільки з розкладом карбонатів, а і з втратою гідратної вологи, з окисленням сульфідів та з іншими реакціями термічного розкладу мінеральної речовини, і вперше знайдено їх внесок. Вперше експериментально встановлено залежність вищої теплоти згоряння для сухого стану від зольності вугілля, на підставі чого уточнені значення вищої теплоти згоряння для сухого беззольного стану палива і знайдено поправкові коефіцієнти до зольності Кмм для розрахунку калорійності.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

1. В дисертаційній роботі на основі результатів експериментальних досліджень залежності теплоти згоряння, виходу летких речовин, вмісту сірки та елементного складу вугілля від зольності у широкому діапазоні її зміни, внеску органічної і мінеральної речовин до виходу летких речовин і вмісту сірки, складу продуктів термічного розкладу мінеральної речовини визначено вплив мінеральних компонентів на теплотехнічні характеристики енергетичного вугілля і уточнено методи розрахунку калорійності, виходу летких речовин і вмісту сірки по зольності і волозі вугілля для забезпечення проектних вимог котлоагрегатів з якості палива, що сприяє вирішенню важливої науково-прикладної задачі - розробці методів підвищення ефективності спалювання вугілля та покращення екологічних показників вугільних ТЕС.

2. Покладена в основу дослідження оригінальна методика розділення лабораторних проб вугілля у важкій рідині, формування зразків з різною зольністю та їх аналізу вперше дозволила визначити залежність теплоти згоряння від зольності вугілля, внесок органічної і мінеральної речовин у спостережувані значення виходу летких речовин і вмісту сірки в широкому діапазоні зольності, оцінити склад продуктів термічного розкладу мінеральної речовини при спалюванні українського енергетичного вугілля різних марок та басейнів.

3. Експериментально встановлено, що позірний вплив зольності на теплоту згоряння, вихід летких речовин та елементний склад сухої беззольної маси вугілля обумовлений використанням у стандартних методах розрахунку показників на різний стан палива зольності замість мінеральної маси вугілля.

4. Експериментально уточнено частку мінеральної речовини вугілля, що розкладається при спалюванні, та вперше оцінено її склад. За співвідношенням мольних часток вуглецю, водню і сірки в продуктах спалювання доведено, що різниця між визначенням мінеральної речовини і зольності повязана не тільки з розкладом карбонатів, а і з втратою гідратної вологи, з окисленням сульфідів та з іншими реакціями термічного розкладу мінеральної речовини, і вперше знайдено їх внесок.

5. Вперше експериментально встановлено залежність вищої теплоти згоряння для сухого стану від зольності вугілля, на підставі чого уточнені значення вищої теплоти згоряння для сухого беззольного стану палива і знайдено поправкові коефіцієнти до зольності Кмм для розрахунку калорійності. Значення Кмм (1,08-1,13) виявились більшими, ніж прийняті в нормативних документах з урахуванням тільки розкладу карбонатів (1,025-1,083). Вони співпадають з часткою мінеральної речовини, що розкладається, і погоджуються із зарубіжними даними, одержаними з використанням складних методів визначення гідратної вологи та різновидів сірки у вугіллі.

6. Розроблено метод розрахунку калорійності з урахуванням внеску розкладу мінеральної речовини при спалюванні, який в широкому діапазоні зольності дає результати більш точні, ніж існуючі розрахункові методи, і з розбіжністю з результатом стандартного лабораторного визначення в допустимих межах повторюваності.

7. Показано, що позірне збільшення виходу летких речовин із зростанням зольності вугілля повязане з виходом продуктів термічного розкладу мінеральної речовини при піролізі. Вперше в широкому діапазоні зольності експериментально встановлені внески виходу летких речовин органічної і мінеральної речовин при спалюванні українського енергетичного вугілля.

8. Вперше експериментально встановлено залежність вмісту загальної сірки від зольності на суху масу вугілля, на підставі чого у широкому діапазоні зольності визначено внесок органічної і мінеральної сірки в утворення шкідливих речовин при спалюванні українського енергетичного вугілля.

9. Розроблено методи розрахунку виходу летких речовин і вмісту сірки в енергетичному вугіллі у широкому діапазоні зольності з розбіжністю з результатом стандартного лабораторного визначення в допустимих межах повторюваності.

10. Розроблено уточнені положення нормативних документів з визначення класифікаційних показників і теплотехнічних характеристик енергетичного вугілля з урахуванням впливу розкладу мінеральної речовини при його спалюванні, рекомендації з удосконалення обліку палива та планування техніко-економічних показників ТЕС, а також з вибору оптимального ступеню збагачення вугілля за співвідношенням «вартість тонни умовного палива - виплати за викиди діоксиду сірки при його спалюванні» з урахуванням розподілу мінеральної та органічної сірки. Результати досліджень та розробок використані НАК „Енергетична компанія України”, ДП „Вугілля України”, Технічним комітетом з стандартизації ТК 92, Державною інспекцією з контролю якості вугільної продукції, вугільними підприємствами.

11. Достовірність та обґрунтованість результатів забезпечена використанням стандартних методів аналізу вугілля та числової обробки, їх відповідністю до результатів зарубіжних досліджень з використанням більш складних методів аналізу.

Насєдкін Ю. О. Принципи ціноутворення на вугільну продукцію для теплових електростанцій / Ю. О. Насєдкін, М. В. Чернявський, С. В. Яцкевич, Ю. М. Філіппенко // Енергетика: економіка, технології, екологія. - 2001. - № 1. - С. 71-74.

Чернявский Н. В. Нормативная база по качеству угля для сжигания на ТЭС Украины / Н. В. Чернявский, П. Т. Скляр, Ю. Н. Филиппенко [и др.] // Угольная теплоэнергетика: проблемы реабилитации и развития: научно-практ. конф., 17-18 сентября 2006 г. - Алушта, 2006. - С. 57-60.

Скляр П. Т. Пути повышения качества добываемых углей и товарной угольной продукции / П. Т. Скляр, Ю. Н. Филиппенко // Збагачення корисних копалин: науково-технічний збірник. - Дніпропетровськ, Нац. гірн. університет. - 2008. - Вип. 34 (75).- С. 42-47.

Курченко И. П. Состояние и перспективы развития углеобогащения в Украине / И. П. Курченко, Ю. Н. Филиппенко // Збагачення корисних копалин: науково-технічний збірник. - Дніпропетровськ, Нац. гірн. університет. - 2008. - Вип. 33 (74). - С. 30-37.

Филиппенко Ю. Н. Достоверность определения теплоты сгорания и выхода летучих веществ каменных углей в широком диапазоне зольности / Ю. Н. Филиппенко, Е. В. Рудавина, П. Т. Скляр, Н. В. Чернявский // Энерготехнологии и ресурсосбережение. - 2009. - № 2. - С. 11-17.

Филиппенко Ю.Н. Анализ качества добываемого угля и продуктов его переработки / Ю. Н. Филиппенко // Збагачення корисних копалин: науково-технічний збірник. - Дніпропетровськ, Нац. гірн. університет. - 2009. - Вип. 38 (78).- С. 24-29.

Чернявський М. Нормативні та цінові важелі забезпечення якості вугільної продукції для ТЕС України / М. Чернявський, Ю. Філіппенко, О. Мойсеєнко // В зб.: Теплова енергетика - нові виклики часу (за ред. П. Омеляновського, Й. Мисака). - Львів: НВФ «Українські технології», 2009. - С. 122-132.

Филиппенко Ю. Н. Влияние зольности на теплоту сгорания, выход летучих и содержание серы в энергетических углях Украины / Ю. Н. Филиппенко, Е. В. Рудавина, Н. В. Чернявский // В сб.: Современная наука. - 2010. - №1(3). - С. 56-59.

Филиппенко Ю. Н. Вклад минеральной массы в наблюдаемые значения выхода летучих веществ и элементного состава угля / Ю. Н. Филиппенко, Е. В. Рудавина, П. Т. Скляр, Н. В. Чернявский // Збагачення корисних копалин: науково-технічний збірник. - Дніпропетровськ, Нац. гірн. університет.- 2010.- Вип. 40(81).- С.26-31.