автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Анализ эффективности и оптимизация параметров ГТУ с реактором-газификатором твердых бытовых, промышленных отходов и низкосортных твердых топлив

ю _

на правах рукописи

ПОДЛЕСНАЯ Татьяна Александровна

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГТУ С РЕАКТОРОМ-ГАЗИФИКАТОРОМ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ, ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ И НИЗКОСОРТНЫХ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ

Специальность 05.04.12 - Турбомашины л комбинированные турбоустановки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

003452883

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана (кафедра Э-3 «Газотурбинные и нетрадиционные энергоустановки»).

Научный руководитель:

кандидат технических наук,

Иванов В.Л.

доцент

Официальные оппоненты:

Гуров В.И.

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Землянский А.В.

кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация:

«Энергомаш(ЮК)Лимитед». г. Санкт-Петербург

Защита состоится « 04 » декабря 2008 года в «14:30» часов на заседании диссертационного совета Д.212.141.09 при Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, Рубцовская наб., д. 2/18, Учебно-лабораторный корпус, ауд. ЛЬ 947.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба посылать по адресу: 105005, Москва, 2-ая Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Ученому секретарю диссертационного совета Д.212.141.09.

Автореферат разослан «_»_2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент

Р.З. Тумашев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие мировой цивилизации сопровождается улучшением комфортности жизни человека. Это является первопричиной и одновременно следствием развития энергетики, промышленности, других отраслей народного хозяйства. Это сопровождается возрастающим темпом образования бытовых и промышленных отходов (ТБПО) как результат жизнедеятельности человека. К промышленным отходам также следует отнести отходы, которые имеют энергетическую и материальную ценность, но их использование на современном этапе развития технологии экономически не оправданно. Накопление ТПБО оказывает отрицательное воздействие на среду обитания и требует специальных дорогостоящих мер по сведению к минимуму последствий их образования.

ТБПО представляют собой неиссякаемый (постоянно подпитываемый) источник связанной в них энергии, которая может и должна быть использована для созидательных целей. По скромным оценкам экспертов в России для энергетических целей можно ежегодно использовать 800 млн. т древесной биомассы, 250 млн. т отходов лесной, бумажной и деревообрабатывающей промышленности, 60 млн. т ТБО городов и поселков.

В программе Энергетической стратегии России на период до 2020 г. отмечено: «важным местным видом топлива... являются бытовые отходы. Необходимо создать условия для включения их в топливо-энергетический баланс и решения одновременно экологических проблем».

Мусоросжигание, или переработка ТБПО термическим методом с выделением и последующим использованием теплоты химических реакций является наиболее сложным, высокотехнологичным способом обращения с отходами, но и более результативным в общеэкономическом и экологическом аспектах. Сокращается масса ТБПО, подлежащая захоронению, а современные технические средства фильтрации и подавления токсичности продуктов сгорания позволяют свести к минимуму (в пределах действующих нормативов) воздействие последствий образования ТБПО на окружающую среду. Выделяемая энергия может и должна быть использована для производства электрической и теплофикационной энергии.

Диссертация посвящена разработке ГТУ на твердом горючем с реактором-газификатором твердых бытовых, промышленных отходов и низкосортного высокозольного твердого топлива. Установка позволяет производить термическую переработку ТБПО на месте их образования, а также использовать местные ресурсы низкосортного твердого топлива для производства товарной электрической и тепловой энергии. Таким образом, диссертационная работа направлена на решения комплексной проблемы охраны окружающей среды и экономии высокосортного углеводородного топлива; направленность работы отвечает задачам Энергетической стратегии России до 2020 г. и программам обращения с твердыми бытовыми отходами, сформулированных в Постановлениях Правительства г. Москвы.

Целью работы является - разработка научно-технических основ расчета и проектирования ГТУ модифицированной схемы на твердом топливе с реактором-газификатором ТБПО и низкосортных твердых топлив.

Исходя из поставленной цели определены и выполнены следующие задачи научного исследования:

- анализ и обобщение результатов опытной эксплуатации двух образцов опытно-промышленного реактора (по технологии ИПХФ РАН г. Черноголовка), создание программы расчета и банка данных теплоэнергетических характеристик продуктов сгорания генераторного газа (при газификации исходного сырья различного состава) в удобной для расчета ГТУ форме;

- разработка и исследование модифицированной схемы ГТУ с турбиной на высокотемпературном воздухе, камерой сгорания после турбины, перепуском части воздуха после турбины в обход камеры сгорания и вводом этого воздуха в газовый тракт воздухонагревателя.

Научную новизну работы представляют:

■ банк данных фракционного состава и теплоэнергетических характеристик генераторного газа при газификации характерных типов исходного сырья в реакторе ИПХФ;

■ методика и программа расчета, банк данных теплоэнергетических характеристик продуктов сгорания генераторного газа при различных видов исходного сырья на газификацию; результаты представлены в удобной для расчета ГТУ форме;

■ результаты исследования модифицированной схемы ГТУ с измененной последовательность процессов и байпассированием камеры сгорания частью воздуха, позволяющей более полно использовать энергетический потенциал низкокалорийного генераторного газа;

■ методика и программа расчета массы перепуска, показано влияние массы перепуска на мощность и экономичность ГТУ, характеристики высокотемпературного воздухонагревателя.

Практическая ценность работы состоит в том, что:

- разработана и исследована модифицированная схема ГТУ на твердом топливе с реактором-газификатором ТБПО и низкосортного твердого топлива, позволяющая создать высокоэффективный энерготехнологический комплекс термической утилизации ТБПО или создать энергетическую ГТУ на твердом высокозольном низкосортном топливе;

- разработан комплекс материалов, на основе которых производится расчет и проектирование твердотопливной ГТУ модифицированной схемы с реактором-газификатором по технологии ИПХФ;

- предложены возможные варианты исполнения твердотопливной ГТУ с реактором ИПХФ; приведен анализ сопутствующих проблем и путей их решения.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на 14-й Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева (Рыбинск, 25-28 мая 2003 г.); на 1-ом Российском научно-практическом семинаре «Использование нетрадиционных и возобнов-

ляемых видов энергии и способы ее хранения» (Москва, 2 декабря 2003 г.); на Международной научно-практической конференции «Использование нетрадиционных и возобновляемых видов энергии и способы ее хранения (Москва, 16 ноября 2004 г.), на XII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели» (Москва, 24-26 ноября 2004 г.); а также семинарах кафедры Э-3 МГТУ им. Баумана в 2003-2005 г.

Научные публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, 6 материалов конференций и _2_ статьи, из них по перечню ВАК -1 публикация.

Структура п объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, общего заключения н списка литературы. Она содержит 168 страницы, 19 приложений, 42 рисунков, 26 таблиц и список литературы из 82_ наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении анализируется общая характеристика проблемы энергосбережения и охраны окружающей среды. Энергетическая программа России на период до 2020 г. ориентирует на максимально экономичное использование топливо-энергетического потенциала страны, рациональное использование вторичных энергоресурсов, к числу которых относятся также твердые бытовые и промышленные отходы (их органическая составляющая). Известно, что затраты на создание утилизационных комплексов с лихвой могут перекрываться экономией материальных ресурсов, потребных на разведку новых месторождений, обустройство, создание транспортных артерий для поставки потребителям эквивалентных масс топлива (не говоря об экономии топливных ресурсов). Энергетически целесообразные способы утилизации ТБГГО приводят к сдерживанию и даже сокращению потребления органического топлива, снижают техногенную нагрузку на среду обитания. Вновь образующиеся ТБГГО и уже являются неиссякаемым возобновляемым источниками энергии.

В России проблеме утилизации ТБПО в последние десятилетия уделяется все большее внимание. Энергетической программой России предусматривается интенсификация работ по использованию ТБПО с целью удовлетворения нужд локальных децентрализованных потребителей, соответствующего сокращения потребления нефти и газа, а также улучшения экологической ситуации территории.

Разработка и развитие новых методов и установок, с помощью которых можно эффективно использовать энергетический потенциал ТБПО, не нанося урона окружающей среде, является актуальной задачей.

В первой главе приведен краткий обзор известных методов термической переработки ТБПО и твердых (низкосортных), топлив. Наибольшее распространение получило прямое сжигание ТБПО на мусоросжигательных заводах, оборудованных элсктрогснсрирующими паротурбинными установками. Такие МСЗ ориентированы на большую производительность и привязаны к

территориям с большой численностью населения. Поэтому создание установок небольшой производительности, обслуживающих муниципальные территории с ограниченным числом жителей или производственные предприятия с большим выходом сгораемых промышленных отходов, является актуальным.

Менее распространен метод двухстадийной термической переработки ТБПО: газификация - сжигание генераторного газа. Он позволяет более эффективно решать проблему обезвреживания сбрасываемых в атмосферу субстанций, т.к. позволяет ввести предварительную обработку генераторного газа перед его сжиганием. При этом масса генераторного газа, подлежащего очистке существенно ниже массы продуктов сгорания, получаемых при прямом сжигании исходной массы ТБПО.

Совместная работа МГТУ им. Баумана и ФГУП ММПП «Салют», участником которой являлась диссертант, направлена на создание комплекса по утилизации ТБПО и низкосортного твердого топлива на базе реактора-газификатора нового типа (по технологии Института проблем химической физики Российской академии наук г. Черноголовка).

Это реактор шахтного типа с паровоздушной газификацией при фильтрационном горении в тонком слое с высоким локальным разогревом. Процесс ведется при противоточном движении газифицируемого сырья и газифицирующего агента (паровоздушная смесь). Особенность процесса - вместе с газифицируем сырьем в реактор вводится многократно используемый инерт (высокотеплоемкостный материал, непосредственно не участвующий в химических реакциях), выполняющий роль теплового аккумулятора, концентрирующего теплоту химических реакций в узкой зоне протекания реакций. Характер протекания процесса зависит от соотношения массовых теплоемкостей паровоздушного дутья и шихты, соотношения массовых расходов пара и воздуха, соотношения между расходом воздуха и массой газифицируемого сырья.

В тестовом примере показано, что при газификации угля (чистого углерода) и парокислородном дутье максимальный КПД процесса газификации достигается при относительной концентрации углерода в шихте «углерод-инерт» около 18...20 %. КПД процесса газификации зависит от относительной концентрации водяного пара в газифицирующем агенте: при объемном отношении Н20/02 около 1,7, КПД процесса почти 95 %. Газифицируется чрезвычайно забалластированное сырье. Соотношение «водяной пар - кислород» существенно влияет на КПД процесса газификации, температуру в зоне реакции окисления углерода.

В процессе газификации управляющими (регулирующими) параметрами промышленного реактора являются расход воздуха и пара на газификацию. Реактор работает под атмосферным давлением и требует незначительного избыточного давления наддува. Зола, шлак и повторно используемый инерт с температурой 70... 100 °С выводятся из реактора через нижний шлюз, а генераторный газ с температурой 100...250 °С отводится из верхней части реактора. В зоне максимального разогрева (по терминологии авторов технологии -зона сверхадиабатического разогрева) температура в узком слое достигает

1000... 1200 °С. Реактор газифицирует сырьё повышенной влажности с зольностью до 80 %. В промышленном масштабе технология опробована на реакторе для газификации сильно забалластированных отходов закалочных масел на заводе «Электростальмаш» г. Электросталь, где реактор действует с 1995 г.

Технология подтверждена опытом газификации ТБО на первом действующем с 1998 г. опытно-промышленном реакторе мусоросжигательного завода г. Лаппеенранта в Финляндии. Работа реактора характеризуется низким уровнем выхода пылевых частиц в генераторном газе, в том числе возгонов тяжелых металлов, а продукты сгорания ТБО (даже без специальных мер очистки) - низким уровнем содержания токсинов, в том числе диоксинов. Второй экспериментальный реактор, доведенный до стадии промышленной эксплуатации, установлен на испытательной площадке ФГУП ММПП «Салют» г. Москва. Экспериментальные пуски реактора проводятся с декабря 2003 г. Производительность реактора по переработке ТБО позволяет обслужить муниципальную территорию с населением 15...30 тыс. чел., обеспечив санитарное состояние территории, а генераторный газ, как топливо, может быть использован для производства электрической и тепловой энергии.

На базе реактора можно создавать локальные энергоутилизационные комплексы переработки ТБО, например, для городов Московской области, предотвратив образование новых территорий складирования ТБО и ликвидировав колоссальную захламленность территории области стихийными свалками.

Показателен пример утилизационного комплекса UPU-400 (США) производительностью 100 т/сут ТБО. Обслуживаемая территория - 150 тыс. человек. Комплекс энергетически полностью автономен и замещает (продает) примерно 5 % электроэнергии, потребляемой территорией. В состав комплекса входит устройство сортировки и подготовки сгораемой части ТБО. Экс-трактированные черные, цветные металлы, стекло, песок, керамика, шлам идут на реализацию как ценное вторичное сырье. На 1 долл. вложенных средств (капитальные вложения, в том числе стоимость сортировального устройство, эксплуатационные затраты) за счет продажи товарного продукта (электроэнергия, вторичное сырье) возвращается 1,23 долл.

Задачей реферируемой работы являются разработка и обоснование схемы газотурбинного энергопреобразователя для энергоутилизационного комплекса с реактором ИПХФ. Для решения поставленной задачи необходимо:

- обобщить результаты, полученные в ходе опытно-промышленных пусков реактора, представив их в виде фракционного состава и теплоэнергетических характеристик генераторного газа для различных видов сырья;

- рассчитать и представить в удобной для расчета ГТУ форме зависимости температуры сгорания и теплоемкости продуктов сгорания генераторного газа от коэффициента избытка воздуха и других факторов;

- создать банк данных теплоэнергетических характеристик продуктов сгорания генераторного газа при газификации различных видов исходного сырья;

- создать и обосновать методику расчета оригинальной схемы газотурбинного энергопреобразователя с измененной последовательностью термодинамических процессов (непрямая схема) с байпассированием частью воздуха камеры сгорания; показать возможные пути реализации ГТУ заданной схемы.

Во второй главе рассматривается реактор ИПХФ, установленный на площадке ФГУП ММПП «Салют», анализируются показатели его работы в режиме опытных пусков, теплоэнергетические характеристики генераторного газа и продуктов его сгорания. Конструктивно-технологическая схема реактора с топливосжигающим устройством и системой загрузки реактора представлена на рисунке 1, на рисунке 2 приведена фотография реакторного комплекса на испытательной площадке. Расчетная производительность реактора 15000 т/г, тепловая мощность (в расчете на переработку ТБО московского региона) 4...5 МВт. По техническим характеристикам реактор аналогичен образцу в Финляндии (поэтому часть работ по реактору была проведена на фин-

Рис. 1. Технологическая схема комплекса с реактором-газификатором на площадке ФГУП ММПП «Салют»; 1 - сырье, 2 - инерт, 3 - конвейер подачи инерта с весами, 4 - воронка сбора инерта, 5 - конвейер подачи инерта в воронку, 6 - конвейер подачи сырья, 7 - зола, 8 - контейнер сбора золы, 9 - конвейер отвода золы с инертом от реактора, 10 - питающий механизм, 11 - продукт-газ, 12 - продукты сгорания продукт-газа, 13 - воздух на охлаждение продуктов сгорания продукт-газа, 14 - воздух на горение, 15 - легкое нефтяное топливо, 16- блок розжига, 17-пар, 18-воздух, 19-дежурное топливо, 20 - дымовая труба Реактор оборудован системой загрузки ТБО, перегрузки инерта и вывода зольного остатка, топливосжигающим устройством, системами управления процессом и учетом энергопотребления на обслуживание реакторного комплекса. В стендовом варианте исполнения реакторного комплекса утилизация теплоты сгорания генераторного газа не предусмотрена, в финском варианте генераторный газ сжигается в топке водогрейного котла местной котельной.

Рис. 2. Фотография комплекса с реактором-газификатором на ФГУП ММПП «Салют» Энергообеспечение реактора электроэнергией, паром и воздухом для наддува реактора осуществляется от заводских энергоисточников (что естественно для испытательного стенда). Постоянные и кратковременные энергозатраты на реактор соответствуют эквивалентной электрической мощности 250...300 кВт. Располагаемой тепловой мощности реактора (4...5 МВт) при работе с эффективным энергопреобразователем достаточно для перевода реактора на полностью автономный режим работы и производство товарной электроэнергии и теплофикационного тепла.

На реакторах в Финляндии и на площадке ФГУП ММПП «Салют» исследовались производительность реактора при работе на разном сырье, характеристики процесса газификации, температурный режим реактора. В диссертации использованы результаты опытных пусков реактора в Финляндии в 2003 г., а также результаты пусков реактора в Москве в период с декабря 2003 г. по ноябрь 2004 г.

На основании расчетно-тсоретичсских разработок ИПХФ, а также экспериментальных исследований реактора в Финляндии и на Салюте (участником которых являлась диссертант), была апробирована программа расчёта фракционного состава генераторного газа и его характеристик. Результаты расчета хорошо коррелируются с экспериментом, как это показано на рис. 3.

Газ.агент, кг/кг 2,25

2,00

1,75

1,50

1.25

1.00 J £

550 600 650 700 750 S00 850 900 950 1000 1050

— результаты расчетов результаты пусков 06.2004 результаты пусков 09.2004

результаты пусков 10.2004 результаты пусков 1 1.2004

Рис.3. Сопоставление экспериментальных и расчетных параметров реактора

Выполнен расчет характеристик генераторного газа для широкого спектра исходного сырья на газификацию. Пример характеристик приведён в таблице 1. Таблица 2 иллюстрирует характеристики генераторного газа при газификации ТБО морфологического состава близкого к московскому. Приведён фракционный состав генераторного газа на выходе из реактора, а так же при его обезвоживании.

Таблица 1.

Фракционный состав, % по объему Антрацит Газовый уголь Бурый уголь Торф Древесина ТБО

н2о 5,24 5,52 14,84 26,06 30,99 43,92

со2 5,34 4,82 5,27 6,61 5,42 7,89

СО 25,66 25,60 21,74 19,79 19,79 9,31

н2 8,86 12,29 11,04 10,45 10,45 10,84

к, 53,46 48,77 44,90 30,68 30,68 26,60

сн4 0,31 2,62 1,53 2,04 2,04 1,02

С2Н4 0,00 0,35 0,15 0,27 0,27 0,10

Аг 0,64 0,58 0,53 0,36 0,36 0,31

0„г, МДж/кг 3,712 5,096 4,205 4,749 4,429 4,41

Ьо, кг/кг 0,945 1,386 1,123 1,308 1,205 1,220

Таблица 2.

Характеристики генераторного газа - продукта газификации ТБО

Фракционный состав, Исходный Частично Частично Осушенный

% по массе состав осушен осушен

н,о 35,619 20,000 10,000 0,000

со, 14,488 18,003 20,253 22,504

со 9,188 11,417 12,844 14,270

н2 0,844 1,049 1,180 1,311

N. 37,882 47,072 52,956 58,840

СН4 0,883 1,097 1,234 1,372

С2Н4 1,096 1,369 1,532 1,702

Он1', МДж/кг 2,897 3,600 4,050 4,499

Ь0, кг/кг 0,827 1,028 1,156 1,284

Характеристики аналогичного рода рассчитаны для комбинированного сырья: ТБО с добавкой различных видов низкосортного твердого топлива.

Разработана методика расчёта температуры и теплоемкости продуктов сгорания в функции коэффициента избытка воздуха, температуры воздуха и генераторного газа на входе в камеру сгорания. Методика базируется на уравнении сгорания в форме, предложенной профессором МГТУ им. Баумана В.Е. Михальцевым.

Программа расчёта, блок-схема которой представлена на рисунке 4, позволяет рассчитать на ПЭВМ характеристики продуктов сгорания генераторного газа любого фракционного состава.

| Начало |

Рис 4. Блок-схема расчета характеристик продуктов сгорания генераторного газа

Характеристики Та=/ (Тв, а), Ср=/{Ти, а) продуктов сгорания генераторного газа для различного фракционного состава табулированы и представлены в графической форме, удобной при проектировании ГТУ. Примеры характеристик представлены на рисунках 5 и 6.

Рис. 5. Температура сгорания генераторного газа - продукта газификации ТБО, (газ осушен, температура генераторного газа на входе в камеру сгорания 300 К)

Рис. 6. Средняя теплоемкость продуктов сгорания осушенного генераторного газа-продукта газификации ТБО

В третьей главе представлена разработка и исследования оригинальной схемы газотурбинного энергопреобразователя — с изменённой последовательностью процессов и бай пассированием части воздуха в обход камеры сгорания.

Разработки выполнены применительно к реактору ИПХФ производительностью 15000 т/г и тепловой мощностью 4...5 МВт. При КПД энергопреобразователя 25...35 % это соответствует мощности до 6 МВт. Такая мощность мала для ПТУ и достаточно велика для ДВС, для ГТУ - это распространенный ряд мощности. В перспективе предполагается форсированный вариант реактора ИПХФ мощностью порядка 15 МВт.

Использования ГТУ позволяет решать вопросы полной энергетической независимости реактора от внешних энергоисточников и удовлетворять экологическим нормативам.

При переводе ГТУ на твердое топливо требуется ввести защиту газовой турбины от эрозионного воздействия твердых взвесей, которыми загрязнены продукты сгорания. Допустимую концентрация твердой взвеси ограничивают 5 мг/нм3 при максимальном размере частиц не более 5...7 мкм. Инерционные способы очистки (жалюзи, циклон, турбоциклон), характеризуясь приемлемым уровнем гидравлического сопротивления и способностью контактировать с высокотемпературным потоком газа, не позволяют достичь требуемой тонкости очистки. Фильтрация более эффективна, но требует температуростойких фильтров, их постоянной очистки или периодической замены.

Возможен иной путь решения проблемы. Так, в 1950-х г. в Англии была испытана экспериментальная твердотопливная ГТУ, с турбиной на чистом высокотемпературном воздухе, нагреваемом в теплообменнике продуктами сгорания твердого топлива, а камера сгорания встроена в тракт после турбины. Позднее (топливный кризис 1970-х г.) к этой схеме, названной «with indirect combustion» вернулись вновь в связи с разработкой способов эффективной

утилизации различных видов местного низкосортного твердого горючего для целей энергетики.

В работах МГТУ схема с измененной последовательностью процессов и камерой сгорания за турбиной (рисунок 7) была выбрана изначально. Главным преимуществом схемы является полная эрозионная неуязвимость турбины. Камера сгорания работает под атмосферным давлением, что не требует высоконапорного компрессора топливного газа, а высокая температура воздуха на входе в камеру сгорания упрощает сжигание низкокалорийного сильно забалластированного генераторного газа. Фактически это регенеративная схема со стопроцентной регенерацией (в традиционном смысле). А недостаток - работоспособность ГТУ определяется работоспособностью высокотемпературного воздухонагревателя, чем ограничивается температура на входе в турбину и соответственно энергетические показатели ГТУ.

Рис. 7. Схема ГТУ на твердых горючих (разработка МГТУ им. Баумана)

Сопоставление ГТУ принятой и традиционной регенеративной схемы при идентичных поверхностях теплообменников и затрате энергии на сжатие топливного газа не выявляет термодинамических преимуществ последней.

Характерным для высокотемпературного воздухонагревателя является значительное различие водяного эквивалента продуктов сгорания и нагреваемого воздуха при сгорании низкокалорийного газа (стехиометрический коэффициент при сжигании природного газа около 16, при сжигании генераторного газа 0,8... 1,3). Соответственно, водяной эквивалент продуктов сгорания может превысить водяной эквивалент нагреваемого воздуха в 1,3... 1,8 раза. Это отражается на недоиспользовании энергетического потенциала продуктов сгорания.

Предложена модифицированная схема ГТУ с более полным использованием теплосодержания продуктов сгорания, схема представлена на рисунке 8, где 1 - воздух перед компрессором, 2 - воздух после компрессора, 3 - воздух после регенератора перед турбиной, 4 - воздух за турбиной, 5 - продукты сгорания, 6 — точка ввода перепускного воздуха в теплообмеииый аппарат, 7 -выход смеси продуктов сгорания и перепускного воздуха.

отходы ш:;рт

Ав

Рис. 8. Модифицированная схема ГТУ

Воздухонагреватель составлен из высокотемпературной и низкотемпературной секций. Температура продуктов сгорания за высокотемпреатурной секцией равна температуре воздуха за турбиной. Это позволяет части воздуха массой АС после турбины (минуя камеру сгорания) ввести в газовый тракт между секциями. Через воздушный тракт воздухонагревателя проходит массовый расход (Ай + аЬц07).

Массовый расход ДО воздуха на перепуске, температура воздуха Т6 в воздушном тракте между секциями воздухонагревателя, расход продуктов сгорания связаны уравнением энергии в форме уравнения (1). Соответственно температура Т7 на выходе из горячего тракта воздухонагревателя определяется зависимостью (2).

- AG

AG =

a- L„ 'GT

Српс (T,-Tt) Сри (Ti-Tj

1

a-L„

+ 1-1

1 + AG

1 + AG +

1

0)

(2)

a -Ln

Система уравнений (1)...(2) позволяет построить удобную номограмму для выбора расхода АС на перепуск. Пример номограммы приведён на рисунке 9.

дС--------|Л Т4-6

■250

50 100 150 200 250 300' Рис. 9. Номограмма для расчета относительной массы перепуска (7.5=1273 К, L„= 1,28, а =3,89, С>,=1,133 кДж/(кгК), С7=0,86 кг/с)

Массовый расход воздуха на перепуске влияет на эффективность (степень регенерации) секций воздухонагревателя:

Т -Т

13 'б

Т -Т

'5 'б

(3)

(4)

дс

дТ

Рис. 10. Номограмма эффективности теплообменного аппарата по уравнениям (1)...(4) для осушенного газа (7'5=1273 К, (>,=1,133 кДж/(кгК), Ст=0,86 кг/с)

При неизменных параметрах ГТУ и расходе генераторного газа мощность и КПД ГТУ изменяются пропорционально изменению относительного расхода воздуха на входе в компрессор:

Ме=М,0{\ + Ав) (5) + (6)

Увеличение массы перепуска улучшает экономические показатели ГТУ. Но приводит к изменению степени эффективности и размеров секций воздухонагревателя.

Масса расхода на перепуск может быть оптимизирована.

ГТУ с байпассированием позволяет создать более «гибкую» систему регулирования и приспособляемости при изменении состава генераторного газа.

В четвертой главе представлены результаты поисковых разработок газотурбинного энергопреобразователя. Решение возможно в рамках конверсии авиационных двигателей.

Диапазону мощностей соответствует целый ряд серийных ГТУ и ГТД, в том числе ГТД ТВЗ-117: температура перед турбиной 1163... 1193 К, расход воздуха через компрессор 8,7 кт/с, степень повышения давления 9,4. Упрощенная схема не позволяет достичь экономичности выше 27. ..29 %.

Переход к модифицированной схеме (в основу концептуальной разработки положен проект ГТД ГАЗ 903) позволил при тех же параметрах поднять КПД до 37...39%.

В соответствии с принятой схемой энергопреобразователя теплообмен-ный аппарат состоит из двух секций: высокотемпературной и низкотемпературной, так, что байпассированный воздух вводится в сечении между секциями, где происходит смешение потоков воздуха и продуктов сгорания с равными температурами. Возможная реализация такой схемы показана на рисунке 11.

Ключевым элементом комплекса является высокотемпературный нагреватель воздуха. В одном из принятых анализируемых вариантов ГТУ температура продуктов сгорания 1273 К, а температура воздуха на входе в турбину составляет 1173 К. К материалу матрицы предъявляются повышенные требования жаростойкости (окалиностойкости) и жаропрочности. Кроме того, вследствие технологии изготовления материал должен иметь достаточную пластичность, позволяющую обеспечить требуемую вытяжку при штамповке Он должен обрабатываться резанием и хорошо свариваться всеми видами сварки.

»03ДУХ

температурный двухярусный воздухонагреватель, 2 - регулятор перепуска байпассного воздуха, 3 - основная камера сгорания, 4 - блок регулирования перепуска холодного воздуха, 5 - пусковая камера сгорания на пусковом топливе, 6 - двухкаскадный компрессор со встроенным воздухоохладителем, 7 - турбина привода компрессоров, 8 - силовая турбина, 9 - муфта привода электрогенератора,10 - горелка

Таким требованиям удовлетворяют материалы, широко применяемые для изготовления деталей камер сгорания, форсажных камер, экранов, труб и других деталей авиационных газотурбинных двигателей, работающих при температуре 950-1100 °С.

Для изготовления матрицы пластинчатого теплообменника может быть выбран сплав на никелевой основе ХН60ВТ (ЭИ868, ВЖ-98).

Как вариант, может быть рассмотрен новый высокохромистый сплав SIRIUS 314, допускающий длительную работу в окислительной атмосфере низким содержанием соединений серы при температуре до 1100 °С, а в среде с высоким содержанием сернистых соединений - до 950 "С.

Важным аспектом изготовления теплообменника является его стоимость и ресурс. Применение дорогостоящих жаропрочных сплавов целесообразно лишь для тех участков теплообменника, температура стенок которых максимальна. Участки с меньшей температурой могут быть выполнены из менее жаропрочного и более дешевого материала, например нержавеющей стали. Реализация подобной схемы теплообменника требует разработки модульной конструкции, в которой увеличение ресурса может быть достигнуто легкой заменой вышедших из работы модулей. Модульная конструкция позволяет использовать одну и ту же оснастку для изготовления тепло-

14

обменников на различную тепловую мощность (при одинаковых параметрах теплоносителей).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Основные положения и выводы, характеризующие представленные результаты исследования применения ГТУ-преобразователя в комплексе с газификацией твердых топлив, следующие:

1. Выполнен анализ существующих технологий утилизации ТБПО и показан экологический, экономический и эксплуатационный эффект применения ГТУ как энергопреобразователя в комплексе термической переработки ТБПО с реактором-газификатором по технологии ИПХФ. Это положение может быть распространено на комплекс и с другим типом газификатора.

2. Проведены исследования характеристик генераторного газа, полученного в результате опытных пусков газификатора (по технологии ИПХФ) при газификации различных видов низкосортных твердых топлив, в том числе твердых бытовых отходов. Разработана программа расчета характеристик продуктов сгорания генераторного газа в форме, удобной для инженерных расчетов ГТУ или комбинированных установок.

3. Показано, что на базе испытанного реактора может быть создан эффективный энергоутилизационный комплекс по переработке ТБПО, характеризуемый высокой тепловой эффективностью и полной автономностью.

4. Предложена и исследована модифицированная схема с ГТУ, турбина которой работает на чистом высокотемпературном воздухе. Воздух после компрессора направляется в высокотемпературный нагреватель. Высокотемпературный воздух высокого давления расширяется в турбине и затем подается как окислитель в камеру сгорания. Для повышения коэффициента использования энергии продуктов сгорания вводится перепуск части воздуха в обход камеры сгорания. Такая схема позволяет улучшить мощно-стные и экономические показатели.

5. Разработан комплекс программ, необходимых для инженерных расчетов в ГТУ модифицированной схемы, в том числе определение массы байпасного воздуха.

6. Показано, что эффективность ГТУ модифицированной схемы может достигать уровня 38-40 % при умеренной температуре воздуха перед турбиной.

7. На конкретных примерах показаны возможные пути реализации ГТУ модифицированной схемы при работе с реактором-газификатором.

8. Основные положения работы используются в учебном процессе подготовки инженеров в МГТУ им. Баумана.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Газотурбинная установка на твердом топливе с реактором-газификатором / Заживихина Т.А., Иванов В.Л., Синичкин A.A., Трдатьян С.А. // Труды XIV Школы-семинара молодых учёных и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. - Рыбинск, 2003. - Т.2. - С. 66-69.

2. Проблемы создания ГТУ для утилизации ТБО и низкосортного твердого топлива / Елисеев Ю.С., Заживихина Т.А., Иванов В.Л., Осипов М.И. и др. // Тез. докл. Международная научно-практическая конференция «Малая энергетика-2005». - М„ 2005. - С. 34-36.

3. Иванов В.Л., Заживихина Т.А. Энергокомплекс по утилизации твердых бытовых отходов // Тез. докл. I Российский научно-практический семинар «Использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и способы ее хранения». - М., 2003. - С. 55-56.

4. Иванов В.Л., Егоров К.С., Заживихина Т.А. Энерготехнологический газотурбинный комплекс для утилизации твердых сжигаемых промышленных и бытовых отходов // Возобновляемые источники энергии.: Тез. докл. IV Всероссийская научная молодежная школа МГУ им. М.В.Ломоносова. - М., 2004.-С. 37-38.

5. Иванов В.Л., Заживихина Т.А. Энерготехнологическая установка с газотурбинным преобразователем энергии для переработки твердых промышленных и бытовых отходов посредством их газификации // Тез. докл. XII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели». - М., 2004. - С. 148-149.

6. Иванов В.Л., Заживихина Т.А., Трдатьян С.А. Исследование экологических и энергетических характеристик реактора-газификатора для переработки твердых бытовых и промышленных отходов // Тез. докл. Международная научно-практическая конференция ЮНЕСКО «Использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и способы их хранения», УТС при МГТУ им. Баумана. - М., 2005. - С. 37-39.

7. Иванов В.Л., Заживихина Т.А. Газотурбинный двигатель для установки по термической переработке твердых бытовых и промышленных отходов // Авиационная техника. - Казань, 2006. - №2 - С. 76-79.

8. Иванов В.Л., Подлесная Т.А. Особенности выбора схемы и параметров ГТУ, работающей на сильно запыленном низкокалорийном топливном газе // Тез. докл. XIII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели». -М., 2008.-С. 18-19.

* - фамилия Подлесной Т А до замужества 16

Условные сокращения и обозначения, принятые в тексте и в таблицах

Введение.

Глава 1. Обращение с твердыми бытовыми и промышленными отходами.

1.1. Бытовые и промышленные отходы - непременный атрибут развития цивилизации.

1.2. Использование санитарной засыпки для захоронения ТБПО.

1.3. Термическая переработка ТБПО.

1.3.1. Термическая переработка ТБПО как способ решения экологической, энергетической и экономической проблемы.

1.3.2. Метод слоевого сжигания ТБО.

1.3.3. Низкотемпературный пиролиз.

1.3.4. Высокотемпературный пиролиз.

1.3.5. Термическая переработка ТБПО по методу ИПХФЧ.

1.3.5.1. Явление «Сверхадиабатического разогрева при фильтрационном горении».

1.3.5.2. Основные реакции газификации.

1.3.5.3. Основные достоинства реактора-газификатора ИПХФ.

Задачи исследования.

Глава 2. Исследование характеристик реактора-газификатора ИПХФ.

2.1. Реактор-газификатор ФГУП «ММПП «Салют».

2.2. Материальный и энергетический баланс реактора (на примере газификации ТБО).

2.3. Экспериментальные пуски реактора. Сопоставление результатов пусков с теоретическими расчетами.

2.3.1. Пуск установки в г. Тонкасуо (Финляндия).

2.3.2. Пуски и отладка установки на ММПП «Салют».

2.3.3. Результаты опытных пусков.

2.4. Теплоэнергетические характеристики генераторного газа и продуктов его сгорания.

2.4.1. Газогенерация твердых топлив.

2.4.2. Сравнение расчетных показателей с данными, полученными в ходе экспериментальных пусков реактора-газификатора.

2.4.3. Генераторный газ — продукт газификации ТПБО как топливо для газотурбинной установки.

Глава 3. Газотурбинный энергопреобразователь для реактора-газификатора

3.1. Использование ГТУ в процессах термической переработки ТБПО.

3.2. Выбор схемы ГТУ для комплекса термической переработки ТБПО методом газификации в реакторе ИПХФ.

3.2.1. Первый этап разработки газотурбинного энергопреобразователя.

3.3. Зависимость величины поверхности теплообмена воздухонагревателя (регенератора) от степени нагрева (регенерации) и суммарной относительной потери давления теплоносителей.

3.4. Модифицированная схема ГТУ с камерой сгорания после турбины, байпассированием камеры сгорания частью воздуха после турбины и вводом его в газовый тракт воздухонагревателя.

3.4.1. .Сопоставление ГТУ с камерой сгорания после турбины и работой турбины на чистом высокотемпературном воздухе с ГТУ традиционной схемы.

3.4.2. Особенности работы воздухонагревателя при использовании в ГТУ низкокалорийного топливного газа.

3.5. Газотурбинная установка с камерой сгорания за турбиной, работой турбины на чистом высокотемпературном воздухе, байпассированием камеры сгорания частью воздуха при последующем его вводе в газовый тракт воздухонагревателя.

3.6. Определение массового расхода воздуха AG на перепуск в обход камеры сгорания и последующий ввод в газовый тракт воздухонагревателя.

3.7. Влияние относительной величины массы перепуска AG байпассирование камеры сгорания) на показатели ГТУ.

Глава 4. Возможные пути практической реализации газотурбинного энергопреобразователя модифицированной схемы для реактора-газификатора ИПХФ.

4.1. Требования к энергопреобразователю реактора ИПХФ.

4.2. Анализ и выбор ГТУ из числа отечественных турбомашин для газотурбинного энергопреобразователя реактора-газификатора ИПХФ.

4.2.1. Анализ возможности использования ГТГ-2500.

4.2.2. Анализ возможности использования ГТУ на основе серийного турбовалъного двигателя ТВЗ-117 и его модификаций.

4.3. Газотурбинный энергопреобразователь на базе модифицированной схемы ГТУ.

4.4. Высокотемпературный воздухонагреватель.

Выводы по главе 4.

Выводы по диссертации.

Список используемой литературы.

Двадцатое столетие характеризовалось интенсивным развитием добычи и потребления топливо-энергетических ресурсов (ТЭК). В последние четверть столетия двадцатого века энергопотребление более чем в два раза превысило энергопотребление предыдущих 75 лет. Объективно это вызвано как ростом народонаселения на нашей Планете, так и увеличением энергопотребления на душу населения. Так, например, за период 1975. 1985 г.г. население мира возросло с 3796 до 4480 млн. чел. (на 18 %), а энергопотребление от уровня 2320 до 3350 кг.у.т/чел.год, или более чем на 44 %. При этом энергопотребление на душу населения и далее будет непрерывно возрастать за счет дальнейшего выравнивания уровня жизни (повышения уровня жизни в развивающихся странах мира).

Топливные кризисы 1970-х годов и начала 21 столетия, хотя они во многом спровоцированы политическими событиями, являются объективным показателем надвигающегося истощения ресурсов природного топлива, а также возрастающей трудоемкости его добычи, первичной обработки, транспортирования, др. По экспертным оценкам «топливный голод» может наступить уже в текущем столетии. Так, например, по оценке академика Д.С. Львова [44], обеспеченность России разведанными запасами (в расчете на уровень добычи 1991 г.) может составить: нефть - 35 лет, природный газ -81 год, каменный уголь - 180 лет. И, хотя по другим прогнозным оценкам, потенциальные запасы топлива заметно выше, это не уменьшает значимости проблемы экономного расходования ТЭК и разработки альтернативных источников энергии.

Развитие мировой цивилизации сопровождается улучшением комфортности жизни человека, растет потребительская корзина. Это является первопричиной и одновременно следствием развития энергетики, промышленности и других отраслей народного хозяйства. Одновременно развитие цивилизации сопровождается возрастающим темпом образования бытовых и промышленных отходов (ТБПО), что напрямую связано с жизнедеятельностью человека. К промышленным отходам также следует отнести и те отходы производства, которые имеют энергетическую и материальную ценность, но их использование на современном технологическом уровне экономически не оправданно (например, большое количество каменного угля находится в терриконах). Накопление ТБПО оказывает отрицательное воздействие на среду обитания и требует специальных дорогостоящих мер по сведению к минимуму последствий их образования.

На протяжении столетий отходы выбрасывались сначала на стихийные, а затем на специально организованные свалки, где они сжигались или подвергались процессу многолетнего естественного гниения. При этом сброс как инертных, так и токсичных газообразных и жидких продуктов процесса окисления происходил в окружающую среду. Позднее стали выделяться специально оборудованные полигоны для захоронения ТБПО. В экономически развитых странах их располагают на достаточном удалении от мест проживания. Полигоны на десятилетия выводят из землепользования всё дорожающие земельные территории. При этом затрачиваются громадные материальные ресурсы на обустройство и содержание полигонов, транспортировку ТБПО на большие расстояния. В США за размещения на полигоне одной тонны ТБПО взимается 40 долл., в Норвегии около 80 долл.

В толще слоя захоронения законсервированного полигона (в условиях недостатка кислорода) органические составляющие отходов подвергаются анаэробному микробиологическому процессу, что приводит к образованию метана и окиси углерода (свалочный газ). В недрах слоя формируется также токсичная жидкость - фильтрат. Фактически, даже по всем правилам оборудованные современные полигоны представляют собой бомбу замедленного действия.

Вместе с тем ТБПО представляют собой неиссякаемый (постоянно подпитываемый) источник связанной в них энергии, которая может и должна быть использована для созидательных целей. По приблизительным оценкам экспертов в России для энергетических целей можно ежегодно использовать 800 млн. т древесной биомассы, 250 млн. т отходов лесной, бумажной и деревообрабатывающей промышленности, 60 млн. т ТБО городов и поселков.

В Энергетической стратегии России на период до 2020 г. [82], концепция которой утверждена Правительством страны в 2003 г., отмечено, что «важным местным видом топлива . являются бытовые отходы. Необходимо создать условия для включения их в топливо-энергетический баланс и решения одновременно экологических проблем». Ставится задача «преодоления отставания России в использовании возобновляемых источников энергии, сохранения запасов органического ископаемого топлива для будущих поколений., а также улучшения экологической обстановки в экологически напряженных районах. Общим направлением энергетической политики являются проведение активной энергосберегающей политики».

Переработка ТБПО термическим методом (мусоросжигание) с последующим полезным использованием выделяемой теплоты, является сложным, но и высокотехнологичным способом обращения с отходами. Способ является и более результативным как в экономическом, так и экологическом аспектах. По мере расширения масштабов термической переработки ТБПО сокращается масса ТБПО, подлежащая захоронению. Современные технические средства фильтрации и подавления токсичности продуктов сгорания позволяют свести к минимуму (в пределах действующих нормативов) воздействие продуктов сгорания ТБПО на окружающую среду. Образующиеся при сгорании шлаки (зольные остатки), требуют не только существенно меньше места для их захоронения, но и часто используются как вторичная продукция в домостроении и прокладке дорог. Выделяемая теплота сгорания используется для электрогенерации или в теплофикационных целях.

В большинстве промышленно развитых стран мира термическая переработка ТБПО с использованием заключенного в них энергетического потенциала нашла широкое распространение. Так около 50 % ТБПО в Бельгии и Швеции перерабатываются сжиганием, в Дании и Швейцарии эта цифра доходит до 80 %. Значительная доля бытового потребления электроэнергии Парижа генерируется на расположенных в пригороде мусоросжигательных заводах (МСЗ).

В России переработке сжиганием подвергается не более 2 % ТБПО, тогда как территории полигонов и несанкционированных свалок составляют многие тысячи гектар и продолжают увеличиваться.

Следует отметить, что термическая переработка ТБПО при существующих отечественных законодательных нормативах (независимо от степени совершенства технологического процесса) заметно дороже захоронения отходов на полигонах. Но, если учитывать возникающее при этом сокращение потребления органического топлива, сокращения плеча транспортировки ТБПО, с учетом стоимости «не занятой под полигон» земли, стоимости обслуживания гипотетического полигона - экономические показатели существенно изменятся в пользу термической переработки ТБПО. Например, расчет [39] себестоимости переработки ТБО на газотурбинном мусоросжигательном комплексе CPU-400 (США, Калифорния) показывает, что на вложенный доллар доход от реализации товарной электроэнергии и вторичного сырья (черные и цветные металлы, стекло, керамика, др.) доход составляет около 25 центов. То есть даже без учета «стоимости» улучшения экологической ситуации процесс термической переработки ТБПО по существу является рентабельным.

Также известно, что удельные затраты на обустройство нового месторождения топлива и создание новых транспортных артерий выше затрат на эквивалентную утилизацию вторичных топливо-энергетических ресурсов.

Разработка и создание эффективных способов термической переработки ТБПО является актуальной задачей настоящего времени. При этом значимость способа термической переработки ТБПО становится выше, если он позволяет эффективно утилизировать также низкосортное твердое топливо в смеси с ТБПО или в чистом виде.

Кафедра «Газотурбинные и нетрадиционные энергоустановки» МГТУ им. Н.Э. Баумана не только имела опыт разработки твердотопливных газотурбинных установок, но и последовательно выступала за бережное отношение к топливо-энергетическим ресурсам страны. Начатая по инициативе кафедры совместная с ФГУП «ММПП «Салют» работа по созданию энерготехнологического комплекса термической переработки ТБПО явилась логическим продолжением научно-технической политики кафедры.

За основу принят процесс газификации ТБО, разработанный учеными Института проблем химической физики РАН (ИПХФ г. Черноголовка).

Реактор-газификатор ИПХФ позволяет газифицировать ТБПО различного фракционного состава, с высокой влажностью и зольностью, в том числе отходы медицинских учреждений (полное обеззараживание), а также различные низкосортные твердые топлива. Включение в состав комплекса газотурбинного энергопреобразователя позволяет производить товарное электричество, теплофикационную теплоту, а также компенсировать энергозатраты на собственные нужды, что делает установку полностью автономной. Это позволяет размещать установку на площадках, не привязанных к линиям энергообеспечения, а также использовать ее в качестве децентрализованного источника энергии. Энергетическим сырьём для установки могут быть твердые бытовые и промышленные отходы обслуживаемой территории, а также местное низкосортное твердое топливо, либо их комбинация в любой пропорции. Установка может способствовать решению, например, проблемы поддержания санитарно-экологической чистоты небольших муниципальных территорий, возможности которых пользоваться услугами полигонов и мусоросжигательных заводов ограничены.

Целью настоящей работы являются обобщение результатов опытной эксплуатации и энергетических характеристик реактора-газификатора ИПХФ (один реактор в Финляндии и один реактор на опытной площадке ФГУП ММПП «Салют»), разработка и исследование газотурбинного энергопреобразователя оригинальной схемы, позволяющей реализовать высокий электрический КПД установки (до 35.39 %).

Выводы по диссертации

1. Выполнен анализ существующих технологий утилизации ТБПО и показан экологический, экономический и эксплуатационный эффект применения ГТУ как энергопреобразователя в комплексе термической переработки ТБПО с реактором-газификатором по технологии ИПХФ. Это положение может быть распространено на комплекс и с другим типом газификатора.

2. Проведены исследования характеристик генераторного газа, полученного в результате опытных пусков газификатора (по технологии ИПХФ) при газификации различных видов низкосортных твердых топлив, в том числе твердых бытовых отходов. Разработана программа расчета характеристик продуктов сгорания генераторного газа в форме, удобной для инженерных расчетов ГТУ или комбинированных установок.

3. Показано, что на базе испытанного реактора может быть создан эффективный энергоутилизационный комплекс по переработке ТБПО, характеризуемый высокой тепловой эффективностью и полной автономностью.

4. Предложена и исследована модифицированная схема с ГТУ, турбина которой работает на чистом высокотемпературном воздухе. Воздух после компрессора направляется в высокотемпературный нагреватель. Высокотемпературный воздух высокого давления расширяется в турбине и затем подается как окислитель в камеру сгорания. Для повышения коэффициента использования энергии продуктов сгорания вводится перепуск части воздуха в обход камеры сгорания. Такая схема позволяет улучшить мощно-стные и экономические показатели.

5. Разработан комплекс программ, необходимых для инженерных расчетов в ГТУ модифицированной схемы, в том числе определение массы байпасного воздуха.

6. Показано, что эффективность ГТУ модифицированной схемы может достигать уровня 38-40 % при умеренной температуре воздуха перед турбиной.

7. На конкретных примерах показаны возможные пути реализации ГТУ модифицированной схемы при работе с реактором-газификатором.

8. Основные положения работы используются в учебном процессе подготовки инженеров в МГТУ им. Баумана.

1. Bannister R.L., Newby R.A. A status update of Westinghouse's contributions to clean coal technology // Proc. Instn. Mech. Engrs. 1996. - Vol. 210. - P. 351-362.

2. Bruckner H., Witchow F. Kombinierte gasdampfturbinenprozrsses // Stromerzeugung aus gas und kohle. B.K., 1979. - N5. - 39 p.

3. Craig J.D., Purvis C.R. A small scale biomass fuelled gas turbine engine // Trans, of the ASME, January 1999. Vol. 121.- P. 64-67.4. «Chemical Engineering». 1996. - N1. - 73 p.

4. Harada E. Research and development of a new coal based combined cycle power plant concept // JSME Int. Journ., 1998. series B. - Vol. 41. - № 3 -P. 685-690.

5. Hryniszak W. Heat Exchangers. Application to Gas Turbines. London, 1958.-354 p.

6. IEA coal research // Clean coal technology transfer ССЬ reduction in power generation. August 1999. - P.32-35.

7. Ishimura D.M. Cycle analyses of 5 and 20 MWe biomass gasifier-based electric power stations in Hawaii // Journ. of engnrng. for gas turbine and power, January 1999. Vol. 121 - P. 25-30.

8. Larson E.D. Combined biomass and black liquor gasifier / gas turbine cogeneration at pulp and paper mills // Trans, of the ASME, July 1999. Vol. 121 -P. 394-398.

9. Mordell D.L. Experimental coal burning Gas Turbine Unit // Proceeding of Institution of Mechanical Engineers., 1955. -№ 7 P. 163-176.

10. Newby R.A. Status of Westinghouse hot gas filters for coal and biomass power systems // Journ. of engnrng. for gas turbine and power, July 1999. — Vol. 121 P. 401-408.

11. Paisley M.A., Anson D. Biomass gasification for gas turbine-based power generation // Trans, of the ASME, April 1998. Vol. 120 - P. 284-288.

12. Storm C. Co-pyrolysis of coal / biomass and coal / sewage sludge mixtures // Journ. of engnrng. for gas turbine and power, Januaiy 1999. Vol. 121 — P. 55-63.

13. Strategic Waste Disposal in London Planning Advisoiy Committee, 1995.-124 p.

14. The Development a Waste management policy in Northern Ireland, Wil-cock D.N. et. al. / J. Inst. Water and Environ. Manag (Gr. Brit.), 1994. №5 (8). -P. 546-551.

15. Авторское свидетельство SU № 1137864. Теплообменник для газотурбинного двигателя / Бродецкий B.C., Егоркина А.А., Иванов B.JI. // Б.И. -1984.

16. Альков Н.Г., Наумов В.Н. Развитие газификации твердых топлив как эффективное решение современных проблем энергообеспечения // Центр Келдыша. М., 2001. - 7 с.

17. Антонов А.Н., Баранов Ю.Ф., Клочков А.Ю. Экспериментальное исследование теплопередающих поверхностей с компланарными каналами (типа Френкеля) // Вестник МЭИ. Теплоэнергетика. 1977. - №1- С. 33-38.

18. Арсеньев Л.В., Тыртышкин В.Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. - 247 с.

19. Бионер //БИНИШ. Наука и жизнь. 1987. - № 2. - С. 31-33.

20. Бисенгалиева М.К. Хоть на уровне датчан // Химия и жизнь. 1992.- № 5. С. 57-70.

21. Брочкин М И., Мищенков М.Т.,. Худяков А.И. Отработка технологии изготовления пластинчатого теплообменника системы регенерации тепла ГТД // Труды ЦИАМ № 1282. Теплообменные аппараты газотурбинных двигателей. 1991. - С. 65-74.

22. Вольфкович С.И., Егоров А.П., Эпштейн Д.А. Общая химическая технология. — М.,Л.: Гос. научно-технич. изд. химической литературы, 1953.- 165 с.

23. Выжол Ю.А., Сверхадиабатический режим фильтрационного горения гетерогенных систем // Канд. дисс. ОИХФ АН СССР Черноголовка-1990 г.-231 с.

24. Гелетуха Г.Г., Железная Т.А. Обзор технологий газификации биомассы // Энерготехнологии и ресурсосбережение. 1996. - № 2. - С. 21-30.

25. Гелитуха Г.Г., Железная Т.А. Обзор технологий генерирования электроэнергии, полученной из биомассы при ее газификации // Экотехноло-гии и ресурсосбережение. 1998. - № 3. - С. 3-11.

26. Гинзбург Д.Б. Газогенераторные установки — М.: Изд-во легкой промышленности, 1936. 496 с.

27. Глазов С.В., Манелис Г.Б., Стесик JI.H. М.: Машиностроитель, 1996.-№1.-26 с.

28. Гонопольский А. М., Якушев В. И., Нефёдова Ю. А. Разработка технологии и оборудования для повышения энергоэффективности мусоросжигательных заводов Москвы М.: ИЦ ГУЛ «Экотехпром», 2002. - 275 с.

29. Гордон JI.B., Фефилов В.В., Скворцов С.О. Технология лесохимических производств.-М., Л.: «Гослесбумиздат», 1960.-261 с.

30. Гречко А.В. Об уменьшении выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании топлива // Промышленная энергетика. — 1999. № 6. - С. 45-48.

31. Дуденков С.В., Зайцев В.А., Пекелис Г.Л. Рациональное использование твердых бытовых отходов // Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов. -М.: ВИНИТИ, 1984. Т. 15. - 117 с.

32. Заживихина Т.А., Трдатьян С.А., Иванов B.JI. Газотурбинная установка на твердом топливе с реактором-газификатором // Труды XIV Школы-семинара молодых учёных и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. Рыбинск, 2003. - Т.2 - С. 66-69;

33. Зысин Л.В., Кошкин Н.Л. Газификация и сжигание биомассы в Дании // Теплоэнергетика. 1999. - № 2. - С. 73-75.

34. Зысин Л.В., Кошкин Н.Л. Некоторые итоги применения растительной биомассы в энергетике развитых стран // Теплоэнергетика. 1997. - № 4. - С. 28-32.

35. Зысин Л.В., Кошкин Н.Л., Финкер Ф.З. Вопросы энергетического использования биомассы на основе термической газификации // Теплоэнергетика. 1994. - № 11.- С. 30-35.

36. Иванов В.Л., Самсонов О.Н. Современное состояние и перспективы развития ГТУ // Итоги науки и техники. Сер. «Турбостроение». М., 1976. -Т. 1. - С. 57-68.

37. Иванов В.Л., Самсонов О.Н. Энергетические и транспортные газотурбинные установки // Современное состояние развития газотурбинных установок. Сер. «Турбостроение». М.: ВИНИТИ АН СССР, 1976. - Т. 1. -С.126-134.

38. Иванов О.В., Мельник Л.Г., Шепеленко А.Н. В борьбе с драконом «Когай»: Опыт природопользования в Японии. — М.: Наука, 1991. — 172 с.

39. Котлер В.Р. Уголь и его роль в мировой электроэнергетике // Электрические станции. 1999. — № 4. - С. 67-70.

40. Львов Д.С. Путь в XXI век. М.: Экономика, 1999. - 149 с.

41. Манелис Г.Б., Полианчик Е.В., Фурсов В.П. Физико-химические основы способа термической переработки твердых бытовых отходов на основе газификации в режиме сверхадиабатического горения // ИПХФ РАН. — Черноголовка, 2001. 240 с.

42. Манелис Г.Б., Полианчик Е.В., Фурсов В.П. Энерготехнологии сжигания на основе явления сверхадиабатических разогревов // ИПХФ РАН. -Черноголовка, 1998. 193 с.

43. Патент РФ № 2079051 Способ переработки твердых бытовых отходов / Манелис Г.Б., Полианчик Е.В., Фурсов В.П., Червонный А.Д., Альков Н.Г., Рафеев В.А., Черемисин В.В., Юданов А.А., Червонная Н.А., 1994.

44. Манелис Г.Б. Сверхадиабатика // Природа. 1996. - №3. - С. 43-51.

45. Михальцев В.Е. К определению относительного расхода топлива в ГТУ // Известия ВУЗов СССР. М.: Машиностроение, 1963. - № 6. - С. 114122.

46. Михальцев В.Е., Моляков В.Д., Тумашев Р.З. Полузамкнутая газотурбинная установка на твердых горючих // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 1999.-№1. -С. 75-83.

47. Михеев О.Е. Богатства второго круга: Вторичные ресурсы в экономике. М.: Экономика, 1989. - 83 с.

48. НПФ «Термоэкология». Схема «Пироксэл»: Рекламный листок. -М.: АО «ВНИИЭТО», 1995. 2 с.

49. Основы практической теории горения. Учебн. пособие для вузов / Под ред. В.В. Померанцева; 2 изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1986. - 312 с.

50. Пан J1.H. Сборник статей Лаб. биогеохим. оценок загрязненя окружающей среды Ин-та водных и экол. проблем ДВО РАН. М., 1981 г. - 105 с.

51. Панцхава Е.С., Пожарнов В.А., Майоров Н.И. Биогазовые технологии и решение проблем биомассы и «парникового эффекта» в России // Теплоэнергетика, 1999. № 2. - С. 30-39.

52. Потапенко И.О. Перспективы производства экологически чистого топлива для электростанций на основе газификации углей // Химия твердого топлива, 2003. -№ 6. С. 85-91.

53. Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей — М.: Машиностроение, 1984. 280 с.

54. Исследование в работе о Отчет по теме «Разработка газотурбинных теплоэнергоустановок на твердых горючих» / МГТУ им. Н.Э. Баумана, НИИ ЭМ МГТУ. Научн. руководитель В.Е. Михальцев. М.,. 2000. - 150 с.

55. Рекламный проспект МАШИМПЕКС, 2003. 1 с.

56. Рекламный проспект НОЭМИ, 2002. 1 с.

57. Рекламный проспект CREUSOT-LOIR INDUSTRY. FRANCE., 2002.-2 с.

58. Рогнер Х.-Х., Хан А. Сравнение источников энергии // Энергия: экономика, техника, экология, 1999. — № 3. С. 8-14.

59. Санитарная очистка в Токио. Юдин А.Г. ВИНИТИ, в сб. «Новые экологические технологии», 1995. С. 57-62.

60. Сариев В.Н. Бескислородная переработка отходов процесс «Пур-вокс» // Интернет http://www.ecoline.ru/mc/waste/TECHNO.HTM

61. Сеченов Г.П., Альтишулер B.C. Газогенераторы для производства энергетических газов из твердых топлив. — М., 1967. 371 с.

62. Симановский И.В. Качественное сравнение стандартных способов переработки твердых бытовых отходов с их газификацией в плотном слое -М., 2000.-21 с.

63. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов / Елисеев Ю.С., Манушин Э.А., Михальцев В.Е. и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. -640 с.

64. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). Издание 3-е, переработанное и дополненное. СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. - 438 с.

65. Тихонов A.M. Регенерация тепла в авиационных ГТД. М., Машиностроение, 1977. -107 с.

66. Тихоцкая И.С. Сырьевая проблема современной Японии. — М.: Наука, 1987. 98 с.

67. Тихоцкая И.С. Япония: проблемы утилизации отходов. — М.: Наука, 1992.- 107 с.

68. Туманов Ю.Н., Галкин А.Ф., Соловьев В.Б. Плазменный пиролиз твердых бытовых отходов // Экология и промышленность России, февраль1999. С. 8-12. Март 1999. - С. 20-25.

69. Тумашев Р.З., Михальцев В.Е., Моляков В.Д. Отчет «Разработка газотурбинных теплоэнергоустановок на твердых горючих» // НИИ ЭМ МГТУ.2000.- 159 с.

70. Уваров В.В., Бекнев B.C., Грязнов Н.Д. Локомотивные газотурбинные установки. М., Машгиз, 1962. - С. 548.

71. Хачиян А.С. Отчет «О предварительной оценке снижения мощности дизелей ЗД6 при конвертации их для работы на генераторном газе с принудительным зажиганием и количественным регулированием» // МАДИ. 2000. 65 с.

72. Химические вещества из угля / Под общ. ред. Ю.Фальбе М.: Химия, 1980. - 149 с.

73. Худяков А.И., Цветков С.И. Расчет коллекторного кольцевого пластинчатого теплообменника // Труды ЦИАМ № 1282. Теплообменные аппараты газотурбинных двигателей. — 1991. — С. 4-11.

74. Чередниченко B.C., Казанов А.М, Аныыаков А.С. Современные методы переработки твердых бытовых отходов. Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 1995. - 56 с.

75. Шершунов В.А., Блохин А.И. и др. О возможности создания сланцеперерабатывающего предприятия на сланцах Мантуровского месторождения // Экология и промышленность России, 1999. № 1. — С. 17-21.

76. Шиллинг Г.Д., Бонн Б., Краус У. Газификация углей М.: Недра, 1986.- 175 с.

77. Шмелев А. Заводы по переработке и сжиганию мусора будут построены в Москве // Мой район, 2008. №11 (260). - С. 3-4.

78. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года // Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 28 августа 2003 г. № 1234-р. 118 с.