автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Эффективность работы промышленных теплоэнергетических систем при увеличении доли использования твердого топлива

На правах рукописи

МИНГАЛЕЕВА ГУЗЕЛЬ РАШИДОВНА

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ДОЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДОГО

ТОПЛИВА

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Казань-2010

004603968

Работа выполнена в Исследовательском центре проблем энергетики Учреждения Российской академии наук Казанского научного центра РАН

Научный консультант

Официальные оппоненты

Ведущая организация

Член-корреспондент РАН, доктор технических наук,

профессор_

Назмеев Юрий Гаязович) доктор технических наук, профессор

Боровков Валерий Михайлович доктор технических наук, профессор

Ковальногов Николай Николаевич

доктор технических наук, профессор

Фафурин Андрей Викторович

Всероссийский теплотехнический институт (ВТИ)

Защита диссертации состоится 18 июня 20] 0 г в 14°° ч. на заседании диссертационного совета Д 212.080.06 при ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет» в зале заседаний Учёного совета Казанского государственного технологического университета по адресу: г. Казань, ул. Толстого, д. 68, зал заседаний.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 420015, г. Казань, ул. Толстого, д. 68.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет»

Автореферат разослан /2. мая 2010 ]

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.080.06, д.т.н., профессор ^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Твердое топливо является одним из основных видов органического ископаемого топлива. К твердым видам топлива относятся каменные и бурые угли, торф и сланцы. В основном в отечественной энергетике используется уголь, хотя торф и сланцы также имеют перспективы широкого применения. Геологические запасы угля в России составляют 17,3% от мировых, что ставит нашу страну на 2-е место в мире после США (27,1 %) по данному показателю. При современном потреблении угля в России самообеспеченность углем составляет более 500 лет - наибольший срок среди всех угледобывающих стран.

В настоящее время в России сложилась парадоксальная ситуация: страна обладает огромными запасами угля, при этом доля его в энергобалансе составляет всего 18 %, тогда как на угольные станции США и Германии приходится половина, вырабатываемой электроэнергии, Австралии, Индии и Китая - около 80%. Причиной этого является не только энергетическая стратегия 70-х годов, ориентированная на развитие нефтегазового комплекса, но и отсутствие технологических предпосылок и экономических стимулов. В первую очередь замещение газа углем должно осуществляться на действующих электростанциях, оборудование которых работоспособно, и уголь в настоящее время используется в качестве основного или резервного топлива. Этот потенциал оценивается более чем в 100 станций, в настоящее время частично работающих на угле наряду с газом и мазутом. В более долгосрочной перспективе до 2015 года из планируемых к строительству 50 ГВт мощности тепловой энергетики угольные станции должны обеспечивать не менее 30 ГВт. Трудности такого перехода обусловлены тем, что промышленные теплоэнергетические системы, обеспечивающие тепловой и электрической энергией предприятия и производственные комплексы, ориентированы, в основном, на использование природного газа или проектных углей. Однако ориентироваться только на проектные угли для данных станций было бы нецелесообразным, тем более, что свойства тех углей, которые считались проектными, значительно изменились. Необходимо провести оценку эффективности использования некоторого перечня доступных углей соответствующей цены и качества и выбрать вариант, предполагающий наименьшие затраты на реконструкцию и последующую эксплуатацию системы подготовки угля. В связи с этим остро встает вопрос о выборе методики для расчета систем подготовки угля с учетом его марки и характеристик применяемого оборудования.

Сжатые сроки, предусмотренные для увеличения доли угля в топливно-энергетическом балансе, требуют выделения локальных участков на тепловых электростанциях и промышленных котельных для первоочередной модернизации и реконструкции, поэтому в качестве объекта исследования выбирается система подготовки топлива, которая охватывает технологическую цепочку от поступления топлива на станцию до подачи готовой угольной пыли в горелки котла.

Наряду с традиционными технологиями использования угля, предполагающими его факельное сжигание в виде угольной пыли, развиваются технологии

комплексной энерготехнологической переработки угля, основанные на двух о новных процессах - газификации и пиролизе. Для оценки эффективности таки. технологий уже недостаточно теплового и аэродинамического расчета, поскольку необходимо учитывать процессы преобразования органической массы угля и получение новых продуктов - энергетического газа, жидких смолопродуктов, кокса и полукокса при помощи методов термодинамического анализа.

Термодинамический анализ систем, а также установление взаимосвязи термодинамической эффективности и технико-экономических показателей позволяет определить внешние и внутренние потери энергии в системе, конкретизировать их по участкам системы и обосновать структуру себестоимости тепловой и электрической энергии, получаемой на тепловой электростанции или промышленной котельной, работающей на твердом топливе. Создание прогнозной модели развития теплоэнергетической системы на основе термодинамически и экономически обоснованных показателей ее работы позволит выявить резервы снижения себестоимости тепловой и электрической энергии при повышении термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива за счет их обоснованного выбора в зависимости от вида топлива и оптимальных условий его поставки Такая постановка вопроса позволит осуществить рациональный выбор топлива I условиях формирования рынка углей и других видов твердого топлива, что в настоящее время является весьма актуальным.

Диссертационная работа решает проблему определения эффективности промышленной теплоэнергетической системы при увеличении доли использованш твердого топлива-угля - на основе комплексной оценки систем его подготовки при наличии выбора используемого угля по качественным и ценовым характеристикам.

Диссертационная работа включает в себя исследования, начатые автором в 2003 году в Казанском научном центре РАН.

Целью диссертационной работы является создание и обоснование ком плексной методики определения термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных и моделирование на ее основе процесса развития промышленной теплоэнергетической системы при увеличении доли использования твердого топлива.

Основные задачи исследований.

1. Определение классификационных признаков систем подготовки твердой топлива и основных параметров их работы.

2. Создание методики определения тепловой и термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных на основе исследования теплофизических и термохимических процессов, происходящих на этапах преобразования топлива, с учетом технико-экономических показателей работы систем.

3. Создание алгоритма проектирования, расчета режимных параметров и выбора оборудования для подготовки угля на тепловых электростанциях и промышленных котельных.

4. Разработка математической модели функционирования и развития промышленных теплоэнергетических систем на основе долгосрочного прогноза использования угля.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Классификация систем подготовки твердого топлива, выполненная на ос-ве положений системного анализа, учитывающая степень взаимосвязи с кот-м, вид сушильного агента, вид получаемого продукта, степень рециркуляции шовых газов в топку котла, вид сушки, концентрацию угольной пыли, подавае-гю в горелки котла.

2. Комплексная методика расчета термодинамической эффективности систем 'Дготовки твердого топлива различных типов на основе эксергетического мето-, включающая теоретические зависимости для определения эксергетической эффек-вности отдельных структурных блоков и систем подготовки топлива в целом.

3. Зависимости для определения термоэкономических показателей систем )ДГотовки твердого топлива.

4. Алгоритм расчета и проектирования систем подготовки твердого топлива 1 тепловых электростанциях и промышленных котельных.

5. Математическая модель функционирования и развития промышленных те-юэнергетических систем на основе рационального выбора на энергетических »ъектах, использующих твердое топливо, типа угля и оптимальных систем его >дготовки.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и реко-ендаций подтверждается сравнением полученных теоретических результатов и :сплуатационных и опытно-промышленных данных по основным характеристи-1М систем подготовки угля, связанных с параметрами теплоносителей и качест-:нными характеристиками подготовленного топлива, а также сравнением рас-:тных значений себестоимости электроэнергии с имеющимися статистическими шными по отдельным энергетическим объектам и системам.

Научная новизна результатов исследований состоит в:

- создании классификации систем подготовки твердого топлива и построе-ш иерархической структуры с учетом степени взаимосвязи с котлом, вида су-ильного агента, вида получаемого продукта, степени рециркуляции дымовых га->в в топку котла, вида сушки, концентрации угольной пыли, подаваемой в горел-л котла;

- проведении анализа структуры систем, выявлении внешних и внутренних зязей в системах, определении порядка расчета на основе теории графов, при этом 1стема подготовки твердого топлива рассматривается как единое целое;

- определении тепловой эффективности отдельных блоков и всей системы в злом на основе тепловых балансов, расчет тепловых КПД систем различных типов;

- установлении функциональных зависимостей для определения термодина-ической эффективности систем на основе эксергетического метода;

- разработке комплексной методики расчета термодинамической эффектив-ости систем подготовки твердого топлива на основе эксергетического метода;

- разработке системы термоэкономических показателей функционирования истем подготовки твердого топлива;

- создании математической модели функционирования и развития промыш-енных теплоэнергетических систем на основе рационального выбора на энерге-ических объектах, использующих твердое топливо, оптимальных систем его подготовки и типа угля с учетом его стоимости и условий его доставки.

Практическое значение результатов работы заключается в:

- разработке комплексной методики расчета и оценки эффективности систе подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и котельных;

- оценке эффективности систем подготовки топлива при замене проектного угля на другие марки.

Реализация результатов работы. В энергетике:

- в расчете систем подготовки твердого топлива (для ТЭЦ-2 г. Казани);

- в создании комплексной методики оценки эффективности систем подготовки твердого топлива;

- в создании алгоритма расчета и проектировании систем подготовки топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных;

- в создании программы для ЭВМ (Свидетельство о государственной регистрации №2009614471) и использовании ее при проведении фундаментальных и прикладных исследований в Исследовательском центре проблем энергетики КазНЦ РАН.

В учебном процессе:

- основные результаты диссертационной работы изложены в справочном пособии «Системы топливоподачи и пылеприготовления ТЭС», использующихся в учебном процессе в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации представлялись, докладывались и обсуждались: на Ежегодной XVI Международной Интернет-конференция молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС пробмаш 2004), Москва, 2004г.; V Международном Симпозиуме «Ресурсоэффективность. Энергосбережение», Казань, 1-3 декабря 2004г.; Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-18», Казань, 2005г.; Всероссийской (с международным участием) научно-технической конференции «Рабочие процессы и технологии двигателей», Казань, 2005г.; Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «VIII Королевские чтения» г. Самара, 2005г.; Национальной конференции по теплоэнергетике, Казань, 5-8 сентября 2006 г.; XVI Школе-семинаре молодых ученых и специалистов

под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 21-25 мая 2007, г. Санкт-Петербург; Российской научной конференции (с международным участием) «Глубокая переработка твердого ископаемого топлива - стратегия России в 21 веке», Звенигород, 21-24 ноября 2007 г.; Всероссийской конференции «Экономический рост, ре-сурсонезависимость и социально-экономическое неравенство», Санкт-Петербург, 15-17 октября 2008 г.

Диссертационная работа в полном объеме докладывалась на научных семинарах в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», ГОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет», ГОУ ВПО «Московский энергетический институт (Технический университет)».

Личный вклад автора состоит: в постановке цели и задач диссертационной работы; разработке классификации современных систем подготовки твердого топлива, разработке основных положений методики определения термодинамиче-

й эффективности систем различных типов, разработке системы термоэкономи-„ских показателей систем подготовки топлива на основе их технико-сономической оценки; создании математической модели функционирования и ввитая промышленной теплоэнергетической системы на основе рационального лбора вида угля и системы его подготовки на тепловой электростанции или эомышленной котельной.

Все результаты диссертационной работы, перечисленные в ее заключении, мучены лично автором при научном консультировании член-корреспондента \Н, д.т.н., профессора Ю.Г. Назмеева.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 печатные работы, в том юле монография, 30 статей в центральных научных изданиях, представлено 20 жладов на международных и всероссийских научных конференциях, симпозиумах семинарах. В изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 15 работ, получен 1 тент на полезную модель и 1 свидетельство о государственной регистрации про-аммы для ЭВМ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти ав, заключения и приложений. Содержит 453 страницы текста, включая 47 ринков, 42 таблицы и библиографический список литературы из 202 наименова-гй.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении излагаются актуальность и структура работы, цели и задачи ис-едований, основные научные положения диссертации, ее научная и практиче-ая значимость.

В первой главе проведен анализ проблем топливно-энергетического ком-екса в области использования угля, наиболее важными из которых являются едующие.

Несбалансированность по видам используемого топлива. По данным ком-нии Росинформуголь несбалансированность топливно-энергетического баланса язана с тем, что он ориентирован преимущественно на газ, доля которого при [работке тепловой и электрической энергии на тепловых электростанциях со-авляет 69 %, по сравнению с углем и мазутом, составляющим соответственно 27 3%. С учетом котельных доля использования угля составляет около 18%. В свя-с тем, что Россия взяла на себя высокие международные обязательства по по-1вкам газа, это может ослабить энергетическую безопасность страны.

Несбалансированность по ценам на различные виды топлива. По мне-ю экспертов с учетом экономических и экологических факторов цена на газ, ставляемый на электростанции России, должна быть как минимум в 3 раза вы-

чем на уголь (в т.у.т). Например, в США уже в 2005 году газ стоил в 5,8 раза роже, чем уголь.

Моральное и физическое старение основного и вспомогательного оборудо-чия. В России функционируют 319 тепловых электростанций, большинство из горых построено в 60-70-х годах и ресурс оборудования которых уже практиче-\ выработан. При модернизации оборудования необходимо предусмотреть бо-; активное внедрение угольных технологий.

Отсутствие рынка технологий по энерготехнологическому использова-ю угля. Отечественная угольная энергетика интенсивно развивалась до 70-х го-

дов XX века, доля угля в общем энергобалансе составляла, например, в 1955 г. 66%, большинство строящихся электростанций приходилось на угольные. Тепловые электростанции большой мощности строились около крупных месторождений независимо от качества добываемого угля. При этом совершенствовались именно технологии сжигания угля, и не уделялось внимание его обогащению, а также развитию технологий переработки угля.

В работе проведен анализ масштабов и перспектив использования угля в Российской Федерации для производства тепловой и электрической энергии, представлены статистические данные. Дана классификация и краткое описание существующих систем топливоподачи и пылеприготовления тепловых электростанций и котельных. Рассмотрены механические, тепловые, термодинамические и термохимические процессы, характерные для основных этапов подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и котельных. Представлено описание методик расчета для основного оборудования систем топливоподачи и пылеприготовления, выявлено отсутствие комплексного подхода.

Разработана классификация систем подготовки топлива к сжиганию по следующим признакам: по способу сжигания в котельных агрегатах; по степени связи системы пылеприготовления с котлом; по виду сушильного агента; по типу применяемого сушильно-размольного оборудования; по способу подачи к горелкам котла; по степени рециркуляции дымовых газов (рис. 1).

В научно-технической литературе, посвященной исследованию процесса подготовки твердого топлива к сжиганию, система топливоподачи и система пылеприготовления рассматриваются раздельно. В настоящей работе предлагается рассматривать единую систему, которая охватывает весь технологический процесс подготовки твердого топлива к сжиганию, который начинается от момента его разгрузки в приемно-разгрузочном устройстве электростанции и завершается подачей топливной пыли требуемого состава и влажности в горелки котельного агрегата.

Исследование и анализ отдельных систем тепловых электростанций и котельных проводились отечественными учеными - Михайловым Н.М., Левитом Г.Т., Белосельским Б.С., Гавриловым Е.И., Антонянцем Г.Р., Картошкиным М.Д., Рассудовым Н.С. и другими. Данные работы, послужившие основой настоящих исследований, посвящены в основном описанию технологических схем, режимам работы оборудования и практическим вопросам его эксплуатации, разработке методов расчета отдельных аппаратов. Существующие нормативные материалы по системам пылеприготовления не позволяют оценить их эффективность и провести сравнительный анализ при использовании различных углей.

Комплексный анализ эффективности отдельных систем тепловых электростанций проводился в трудах Юрия Гаязовича Назмеева (монографии «Мазутные хозяйства ТЭС» и «Системы золошлакоудаления ТЭС») и представляемая работа является естественным продолжением данного направления. В работах Ю. Г. Назмеева большое внимание уделялось термодинамическому анализу, который позволяет определить эффективность систем, пути преобразования энергетических и материальных потоков в системах, участки наибольших потерь и мероприятия по их снижению.

С плазмо-

тпонями

С термоподготовкой пыли £ гопепкя*

С газоге-

НЛПЯТППЯМИ

С насыпным слоем

С паровоздушным дутьем

С воздушным дуть-

Для рядового угля

Для гранулированного угля

Для брикетированного УГЛЯ

С кипящим слоем

С паровоздушным дутьем

С воздушным дутьем

С сушкой и пылелриготовлением

Иентоальные

С центральным пылезаводом

С паровой сушкой

С газовой сушкой

С центральной сушкой топлива

> Бескислородная

1 В шлаковом расплаве 1 ► С кислородным дутьем

| В потоке для ВУС С воздушным дутьем

Интшиипуяггкние

С прямым вдувани-

С И1БМ

С сушкой воздухом

С сушкой смесью воздуха и продуктов сгорания

С ММ и сушкой воздухом под давлением

С пылеконцентратором

Без пылеколцентрато-

Со СМ и сушкой воздухом

Под давлением

Под разрежением

С сушкой пр. сг.

В

С пылеконцентратором

Без пылеконцентратора

1

С распылением С распылени-

ГЖЯТЫМ ЙОТ ПЧ/УПМ ем пяплм

С промежуточным бункером

С ШБМ, замкнутые

С сушкой воздухом

С сушкой смесью воздуха и по.сг.

Высокой концентрации

Низкой концентрации

С ММ

Замкнутые с сушкой смесью воздуха и

Разомкнутые

С использованием для сушки части уход.газов

С использованием для сушки всех ухо л. газов

Со СМ замкнутые, с

СУШКОЙ ВОЗДУХОМ

С сушкой смесью воздуха и продуктов сгорания

Рис. 1. Классификация систем подготовки угля: ШБМ — шаровые барабанные мелышцы, ММ -

вентиляторы; СС - среднеходные мельницы

молотковые мельницы; МВ -мельницы-

Технологическую схему подготовки твердого топлива можно рассматривать как совокупность объектов, элементов или технологических узлов, в каждом из которых осуществляется типовой технологический процесс или несколько процессов. Под объектами (элементами, технологическими узлами) подразумеваются аппараты схемы или комплексы аппаратов.

Реализованный в данной работе системный подход к анализу технологических схем подготовки твердого топлива на объектах промышленной энергетики позволяет выделить три иерархических уровня (рис. 2):

1 - уровень отдельно взятой системы подготовки угля, на котором выделяются возможные направления повышения ее эффективности: оптимизация расхода, температуры и вида сушильного агента, выбор углеразмолыюго и транспортирующего оборудования; внедрение мероприятий, повышающих эффективность аппаратов;

2 — уровень энергетического объекта — тепловой электростанции или промышленной котельной, на котором осуществляется выбор топлива и оценка технико-экономических показателей, количество систем подготовки, доля угля на станции;

3 - уровень теплоэнергетической системы, на котором определяется себестоимость производимой энергии и прогноз ее изменения с учетом динамики цен на уголь и газ и условия их поставки.

Выбор типа системы подготовки твердого топлива на тепловой электростанции или промышленной котельной в условиях реконструкции и модернизации основного и вспомогательного оборудования является многокритериальной задачей. При этом компоновка системы, ее комплектация и даже тип могут быть изменены. В качестве наиболее важных можно выделить два критерия - качественные характеристики используемого твердого топлива и параметры основного энергогенерирующего оборудования.

Технологические узлы или объекты находятся под влиянием ряда факторов. Любой объект имеет свою технологическую структуру, заданные режимные параметры, а также входные и выходные переменные. Структура объекта или топология представляет собой форму организации системы, состав элементов объекта, особенности взаимосвязей между ними.

Исходными данными для проведения анализа на 1-м иерархическом уровне служат качественные характеристики топлива, параметры основного и вспомогательного оборудования. Результаты расчетов являются исходными данными для термодинамического и технико-экономического анализа, проводимого на 2-м уровне. Кроме того, учитываются параметры окружающей среды и технико-экономические условия функционирования энергетического объекта. Полученные данные по термодинамической эффективности и технико-экономической оценке служат основой проведения оптимизационных расчетов в рамках теплоэнергетической системы на 3-м иерархическом уровне.

3 уровень. Теплоэнергетическая система

Определяются показатели:

- себестоимость электроэнергии;

Анализируется:

- доля использования угля для производства тепловой и электрической энергии;

- состав поставщиков угля и объемы поставок;

- динамика цен на газ и уголь в перспективе до 2015 года.

2 уровень. Энергетический объект

Определяются показатели:

- технико-экономические;

- количество систем подготовки угля и его расход.

Анализируется доля использования угля для производства тепловой и электрической энергии; цены на угли и условия доставки.

1 уровень. Система подготовки угля

Определяются показатели:

- расход, температура и вид теплоносителей;

- основные режимные параметры оборудования для подготовки угля;

- выбор мероприятий по повышению эффективности подготовки угля.

Анализируется тепловая эффективность систем подготовки угля.

Рис. 2. Иерархические уровни анализа систем подготовки твердого топлива

Во второй главе рассмотрены основные методы термодинамического анализа, дана их сравнительная характеристика, обоснован выбор эксергети-ческого метода, приведены расчетные зависимости для определения потоков эксергии.

Представлена разработанная методика термодинамического анализа систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных, состоящая из следующих основных этапов: анализ структуры, внешних и внутренних связей в системе; формирование тепловых балансов по аппаратам и блокам и определение расхода теплоносителей на проведение тепловых и термодинамических процессов; аэродинамический расчет аппаратов и транспортирующих участков, определение необходимого расчетного напора в системе; определение затрат электроэнергии при проведении механических процессов; формирование эксергетических балансов, определение эксергии тепловых и материальных потоков по аппаратам, блокам и системе в целом; анализ термодинамической эффективности посредством эксергетических КПД.

На основании анализа состава оборудования систем подготовки твердого топлива и процессов преобразования топлива сформированы эксергетиче-

ские балансы для систем подготовки твердого топлива различных типов. Общий вид эксергетического баланса имеет вид:

= (1) где £■„', £м" - эксергия материальных потоков, входящих в систему и выходящих из нее соответственно; Еч', Ед" - эксергия тепловых потоков, поступающих в систему и образующихся в результате ее работы соответственно; V, Ь" - электрическая энергия на входе в систему и на выходе из нее соответственно; АЕ, АЕ„0.Г - внутренние и внешние потери эксергии в системе соответственно. Для системы подготовки твердого топлива эксергетические балансы составлены по основным блокам.

В соответствии с приведенной в главе 1 классификацией систем подготовки топлива можно выделить следующие типовые схемы, термодинамический расчет которых, проводимый эксергетическим методом осуществляется в определенном порядке:

1) системы, в которых размораживание и дробление, сушка и пылепри-готовление проводятся в отдельных блоках (например, системы с центральным пылезаводом), потоки эксергии для блоков системы приведены на рис. 3; 2) системы, в которых размораживание проводится в отдельном блоке, а сушка и пылеприготовление совмещены, причем выделяются замкнутые и разомкнутые системы (рис. 4 а, б);

3) системы, в которых размораживание также проводится в отдельном блоке, а после небольшой подсушки и дробления топлива проводится его газификация (рис. 5);

4) системы с аналогичными условиями размораживания, но в которых предварительная сушка и дробление не производятся, а только газификации с получением генераторного газа (рис. 6).

Эффективность рассмотренных систем определяется посредством эксер-гетических КПД для отдельных блоков и систем в целом, которые имеют следующий вид:

- блок размораживания, разгрузки и предварительного дробления топлива:

Р" 4- /Г*

ДТ(Ф) •*• ВЛ.Т п-V

2Х+2А-,

(=1 м

полезный эффект заключается в повышении температуры топлива и переходе влаги топлива из твердого в жидкое состояние;

- блок предварительной сушки топлива:

(3)

2Х+24/

в качестве полезных составляющих эксергетического баланса рассматриваются эксергия нагретого и подсушенного топлива;

Рис. 3. Эксергетический баланс системы подготовки топлива с раздельными процессами сушки и пылеприготовления: Ет - эксергия топлива; Еп, - эксергия теплоносителя, поступающего в размораживающее устройство; Ешзл - эксергия воздуха, поступающего в размораживающее устройство; Е"тр - эксергия топлива, прошедшего этапы размораживания, разгрузки и предварительного дробления; Е вл т — эксергия влаги топлива; Е -щ — эксергия потока теплоносителя, выходящего из размораживающего устройства; £"вом - эксергия воздуха, выбрасываемого из размораживающего устройства в окружающую среду; •Е"рсц ~ эксергия рециркулирукяцего воздуха, вновь направляемого в размораживающее устройство; ¿'ру - затраты электроэнергии на привод механизмов при размораживании, разгрузке и предварительном дроблении топлива; Д£Паг1 - внешние потери эксергии при размораживании, разгрузке и предварительном дроблении топлива в блоке I; - внутренние потери эксергии в блоке I; £,тн.с - эксергия теплоносителя, поступающего в сушилку; ¿"возд.с - эксергия воздуха, поступающего в сушилку; £"тс - эксергия теплоносителя, выходящего из сушилки; Е"возд.с - эксергия воздуха, выбрасываемого из сушилки в окружающую среду; Е'-к - эксергия сухого топлива; - затраты электроэнергии на привод сушилок и вспомогательных устройств; Д^поти-! - внешние потери эксергии при сушке топлива в блоке И-1; Д£ц - внутренние потери эксергии в блоке II-1; Е>л - эксергия вентилирующего агента, поступающего в мельницу; Емех - эксергия теплового потока, выделяющегося при работе мелющих органов мельницы; - эксергия вентилирующего агента, выбрасываемого из мельницы в окружающую среду; Е"ры).г.а - эксергия рецирку-лирующего вентилирующего агента; ¿'м - затраты электроэнергии на привод мельницы; Я"уп - эксергия готовой угольной пыли; Д£„отн-2 - потери эксергии при измельчении топлива в блоке II-2; Д£ц - внутренние потери эксергии в блоке П-2

■ блок сушки и пылеприготовления:

„ _ К + Коп +Е"са (Л\

Ь.п „ т > V)

5Х + 1А*

1=1 1=1

■ блок термохимической переработки:

_ Кт + К. + К + IX, ' ХЛг>,

/-1 у-1

б)

Рис. 4. Эхсергетический баланс системы подготовки топлива с совмещенными процессами сушки и пылеприготовления: а) замкнутая система; б) разомкнутая система; обозначения Ег, Е*тн> &возд> Е тр» Е тн"> Е возд» Е реш ?мех? Л£„отГ, ЛЕпотц; А^й А£ц - такие же как на рис. 3; £'1 - эксергия сушильного агента; Е'прс - эксергия присосанного воздуха; Е'тв; £"т в - эк-сергия воздуха, транспортирующего угольную пыль от смесителя к горелкам котла, на входе в систему и на выходе из нее соотвественно; Е"2 - эксергия отработанного сушильного агента без учета энтальпии испаренной влаги; Е"яжп - эксергия теплового потока, затраченного на испарение влаги топлива; Е"уп - эксергия угольной пыли

Рис. 5. Эксергетический баланс системы подготовки топлива с раздельными процессами предварительной подсушки и газификации: обозначения Ет; _£%„; ЕЪОзл1 Е"тр; Е"£"вюд; й"Рец; -Е'«"«; Л£пот1; Д^петп; дЕй АЕ\ - такие же как на рис. 3; Е'ок - эксергия окислителя; Е'д*. р - эксергия теплового потока химических реакций газификации; Е"у„ - эксергия топлива, уносимого с генераторным газом; Е"аюл ~ эксергия смол, образующихся при газификации; Е"шл - эксергия шлака; Е"чм - эксергия теплового потока, передаваемого теплоносителю ; £"г.г - эксергия генераторного газа; ДЕщлш - внешние потери эксергии в газогенераторе; ДЕщ - внутренние потери эксергии в газогенераторе

Г" г

рец I---

1 -■ вс

17"

Iи а\

Е"у

Е"и

Е ш

£1т

Блок I (размораживание и предварительное дробление)

1 '

Е'г Ь'ру

л

кД£по-1

Е\

Е л;

1

Блок III (газификация)

| ДЕпотШ Е\,

Е"а\

АЕ\

ВС

1 , , < ^

Е'ок ь\

гП

Д£щ

Е'сп

Рис. 6. Эксергетический баланс системы подготовки топлива с газификацией без предварительной подсушки: обозначения такие же, как па рис. 3-5

Общий эксергетический КПД системы подготовки топлива может быть выражен формулой:

¡=1 М

где £"пх - экеергия подготовленного топлива, которое может представлять собой дробленый уголь, угольную пыль, генераторный газ или другие субстанции, непосредственно направляемые на сжигание и получение тепловой и электрической энергии; Е"к - экеергия сопутствующих потоков.

Полученные выражения позволяют оценить эффективность системы подготовки топлива и вклад отдельных процессов его преобразования, что позволит адекватно сравнивать энергетические затраты при замене одного вида топлива другим.

Материальными потоками в системах подготовки твердого топлива являются твердое топливо (уголь), пар, используемый в качестве теплоносителя при размораживании и сушке, воздух или продукты сгорания, являющиеся сушильным агентом при сушке и пылеприготовлении, а также воздух или кислород, используемый в качестве окислителя в системах с газификацией топлива. Общая экеергия топлива Ет равна сумме физической £т(ф) и нормальной химической эксергии , которые определяются по зависимостям:

^Ф) = ёс\с1{Т-Т0)-Тйс°Мт/Т0)\, (7)

где - удельный расход сухого топлива по отношению к поступающему сырому топливу; - теплоемкость сухого топлива; Г-температура процесса; 7о -температура окружающей среды;

(8)

=

<изЮ'+0,П6У 100-(лр+жр)

где Ор - содержание кислорода в рабочем топливе; И715 и Ар - влажность и зольность рабочего топлива соответственно; дЦ- низшая теплота сгорания рабочего топлива;

Экеергия пара определяется по известной зависимости:

К = 8п (<п.„ - г'„о - То С?,,,, - ¿'„О)), (9)

где г'п0 и л„о - энтальпия и энтропия пара при параметрах окружающей среды - температуре Г0 и давлении р0; („ ,, и энтальпия и энтропия пара при температуре и давлении пара на входе Тпм и /?„.„, - удельный расход пара на 1 кг сырого топлива.

Экеергия воздуха вычисляется по формуле:

К =п\ср{Т-Т0)~Т0срЫ{Т/Т,) + (К/М)Га\п(1>/р0)\, (10)

где gв - удельный расход воздуха на 1 кг сырого топлива; ср - теплоемкость воды; Я - универсальная газовая постоянная; М- молекулярная масса; р - рабочее давление.

Экеергия теплового потока при испарении влаги и измельчении топлива _ Е"дист £"?мех находится по зависимости:

£,=1.е=0-го/г)е, (п)

где %е - температурная функция; £) - тепловой поток.

Общая эксергия энергетического газа Е"г г, полученного в процессах пиролиза и газификации, вычисляется по методике Шаргута:

Р 0 | / (12)

-ет) + 1{Т0^ОМ1+Оп 'п / | 2 Рон2о

где |/о '0 — приращение энтальпии и изобарное приращение энтропии компонента; (7, - количество вещества компонента раствора; гу - мольное содержание компонента раствора; е„„ ¿„„- нормальная химическая эксергия и энтальпия девальвации чистого компонента; р0Н20, Ри2о„~ парциальное давления пара в окружающей среде и в газе.

Эксергия продуктов сгорания, использующихся в качестве сушильного агента, складывается из их физической эксергии и нулевой химической эк-сергии. Физическая эксергия продуктов сгорания 1 кг сжигаемого топлива определяется по формуле:

0), (13)

где I и 10 - суммарные энтальпии продуктов сгорания 1 кг топлива соответственно при данной температуре Г и температуре окружающей среды Г0; и суммарные энтропии того же состава и количества продуктов сгорания соответственно при температурах Т и То-

Нулевая эксергия на 1 кг топлива определяется по формуле:

ей = Уй,есн"/22А(\ + гНг0), (14)

где Уд.г - общий объем продуктов сгорания, м3/кг; а - коэффициент пересчета с подсушенного топлива (пыли) на сырое топливо; гНг0; гМ2; гСОг; газовые доли при среднем коэффициенте избытка воздуха аср; есИ =еси + е л - общая

химическая эксергия, определяемая по номограммам методом Ранта.

Затраты электрической энергии на привод различных механизмов определяются в зависимости от нагрузки аппаратов и времени их работы как отношение электрической мощности при номинальной нагрузке к расходу сырого топлива, проходящего через систему.

Расходы теплоносителей на размораживание топлива при его разгрузке из вагонов, на предварительную подсушку и на сушку и пылеприготовление для различных систем топливоподачи и пылеприготовления определяются в результате теплового расчета, проводимого совместно с аэродинамическим расчетом, в ходе которого контролируются скорости движения потоков при соблюдении условий, предотвращающих выпадение пыли из пылегазового потока.

Разработана методика теплового расчета размораживающего устройства, основанная на приближенной методике ВТИ. При составлении теплового баланса размораживающего устройства расходная его часть будет состоять из затрат теплоты непосредственно на процесс размораживания, потерь теплоты на нагрев здания тепляка, с выбрасываемым в атмосферу нагретым воздухом (при наличии рециркуляции эта составляющая будет представлять собой долю от общего количества нагретого воздуха), а также потерь теплоты при теплопередаче через стены здания. Потери теплоты зависят от времени размораживания. Время размораживания является также определяющим параметром при вычислении приходной части теплового баланса, составляющие которой зависят от типа размораживающего устройства.

Время размораживания может быть определено из теплового баланса, ч: О .р +о -Р

__ г£общ ваг «--ст.тепл. ст.тепл.

где й,одв - количество теплоты, которое необходимо подвести к тепляку, кДж/кг. Общее количество теплоты, необходимое для размораживания складывается из составляющих:

бобш = &т+2„+&+еР + 2уд.с. (16)

где <2ст - расход теплоты на нагрев стенки вагона; Qu - расход теплоты на нагрев слоя топлива толщиной 50 от /0 Д° О °С; (2^ - расход теплоты на таяние льда; (?р - расход теплоты на разогрев влажного топлива от О °С до температуры стенки вагона; £?уд сл - расход теплоты на разогрев удаленных слоев топлива с толщиной 8Х.

Тепловой КПД размораживающего устройства составит

^=^•100%., (17)

Чп

где <7обш и с], в - удельные расходы теплоты на 1 кг сырого топлива, кДж/кг.

Определение эффективности систем подготовки твердого топлива и степени их влияния на общую эффективность промышленной теплоэнергетической системы, определяемую себестоимостью производимой энергии, необходимо в следующих случаях: при замене проектного топлива на непроектное; при изменении типа сушильного агента и условий связи с котлом; при изменении производительности системы; при изменении условий доставки топлива.

Для систем 1-го типа (рис. 3) сушка осуществляется отдельно от измельчения. Тепловой расчет сушилок проводится по известным зависимостям, в результате определяются удельные расходы теплоносителей - расход пара на сушку g,к, воздуха gвc или продуктов сгорания gпcc. Измельчение до пылевидного состояния производится в невентшшруемых мельницах. Процесс пылеприго-товления подробно рассмотрен применительно к системам 2-го типа, к которым относятся индивидуальные системы с сушкой и пылеприготовлением.

Результаты расчета для центральных систем пылеприготовления с паровой сушкой подмосковного угля представлены в виде эксергетической диаграммы на рис. 7.

Рис. 7. Диаграмма потоков эксергии для центральной системы пылеприготовления с ЦПЗ и паровой сушкой топлива (обозначения как на рис. 3)

Для алгоритмизации расчетов систем 2-го типа (рис. 4) наиболее удобным является их первоначальное деление на замкнутые и разомкнутые. Подробная классификация индивидуальных замкнутых систем представлена на рис. 8, разомкнутых - на рис. 9. В системах с прямым вдуванием угольной пыли в топку котла может быть установлен пылеконцентратор, позволяющий получить поток с высоким содержанием угольной пыли.

Согласно действующим материалам тепловой расчет индивидуальных систем пылеприготовления проводится на основе теплового баланса, составленного на 1 кг сырого топлива:

Ч[ + 9мех + ?прс " С, - 41 ~ <7,"гг - ЧпотП = 0 , где д[ - теплота сушильного агента на входе в систему; ?'ма - теплота, выделяющаяся при работе мелющих органов мельницы; у'„рс - теплота воздуха, присосанного в систему (при работе под разрежением); д"С11 - теплота, затраченная на испарение влаги топлива; теплота отработанного сушильного агента (без учета энтальпии испаренной влаги); - теплота, затраченная на нагрев топлива; чттП - потери теплоты в системе.

При тепловом расчете пылеприготовительных установок учитывается только взаимосвязь между влажностью пыли, температурой сушильного агента в конце установки и начальной влажностью топлива. Такая связь выявляется отдельно для условий сушки топлива смесью топочных газов с воздухом и для сушки топлива горячим воздухом.

Индивидуальные замкнутые системы пылеприготовления

С прямым вдуванием

Под давлением

Под оазоежением

1. С суш- 2. С сушкой смесью 3. С сушкой

кой воз- воздуха и продуктов продуктами

духом сгорания сгорания

-) сИТБМ 1

сМ-В

И_

4. С сушкой смссью воздуха и продуктов сгорания

сШБМ

сШБМ

С промежуточным бункером

Под давлением

Под разрежением

5. С сушкой воздухом

6. С сушкой воздухом

сМВС

8. С сушкой воздухом

7. С сушкой смссью воздуха и продуктов сгорания

9. С сушкой смесью воздуха и продуктов сгорания

-С

-с

с ШБМ

Рис. 8. Классификация индивидуальных замкнутых систем пылеприготовления

Рис. 9. Классификация индивидуальных разомкнутых систем пылеприготовления

При проведении теплового расчета пылесистемы влажность пыли принимается в соответствии с условиями ее сжигание в котле, а температура в конце установки выбирается в зависимости от влажности пыли с учетом условий взрывобе-зопасности. После проведения теплового расчета принятое значение Ь увязывается с относительной влажностью сушильного агента, покидающего установку. Во всех случаях температура агента ^ должна быть выше температуры точки росы водяных паров.

В результате теплового расчета определяется расход сушильного агента, который должен удовлетворять условиям сушки и транспортирования топлива к горелкам котла. В предлагаемой методике расчет расхода сушильного агента проводится с учетом технологических особенностей различных систем.

В разработанной методике введено понятие теплового КПД (т]т), как одного из показателей эффективности систем подготовки топлива, на величину которого оказывает влияние расход и температура сушильного агента, причем в разной степени для мельниц различных типоразмеров. С помощью теплового КПД выбираются наиболее оптимальные условия сушки и пыле-приготовления (рис. 10). Результаты расчета для замкнутых и разомкнутых систем с промежуточным бункером угольной пыли при замене проектного угля (Кузнецкий Т) на непроектный (Кизеловский Г) представлены на рис. 11,12.

______ь^с_____

—»-ШБМ 287/410 ~ —«—ШБМ 287/470 —^-ШБМ 250/390 —К—ШБМ 220/330 —ж— ШБМ 320/570 —♦—ЧЕМ 370/850

Рис. 10. Диапазон изменения теплового КПД для замкнутой индивидуальной системы пылеприготовле-ния, работающей под давлением, с сушкой воздухом, с ШБМ различных типоразмеров

Рис. 11. Зависимость теплового КПД индивидуальной замкнутой системы пылепришговлеиия, работающей под давлением, с сушкой воздухом от типоразмера мельниц ШБМ: 1- ШБМ 220/330; 2 -ШБМ 250/390; 3 - ШБМ 287/410; 4 -ШБМ 287/470; 5 - ШБМ 320/570; 6 -ШБМ 370/850

♦ Кизеловский Г__а Кузнецкий Т

Рис. 12. Зависимость теплового КПД индивидуальной разомкнутой системы пылеприготовляшя, работающей под разрежением, с сушкой продуктами сгорания от типоразмера мельниц ШБМ: обозначения 1-6 как на рис. 11

ПЭ, %

,__Типоразмер мельниц ШЕМ___

| ♦ Кизеловский Г _■ Кузнецкий Т

ПЭ,% 70

60

50

40

30

20

10

0

1 2 3 4 5

Типоразмер мельниц ШБМ

♦ Кизеловский Г

■ Кузнецкий Т

Рис. 13. Зависимость эксергетического КПД индивидуальной замкнутой системы иылеприготовления, работающей под давлением, с сушкой воздухом от типоразмера мельниц ШБМ: обозначения 1-6 как на рис. 11

Рис. 14. Зависимость эксергетического КПД индивидуальной разомкнутой системы пылеприготовления, работающей под разрежением, с сушкой продуктами сгорания от типоразмера мельниц ШБМ: обозначения 1-6 как на рис. 11

Расчеты проведены практически для всех систем, представленных в классификации. Для примера рассмотрены индивидуальные системы пылеприготовления с промежуточным бункером угольной пыли. Значения эксергетиче-ских КПД для данных систем представлены на рис. 13,14.

В третьей главе разработана система технико-экономических и термоэкономических показателей систем подготовки твердого топлива.

При выборе и расчете технико-экономических показателей системы подготовки твердого топлива, схема формирования которых представлена на рис. 15, использовались следующие основные предпосылки:

- тепловая электростанция или промышленная котельная, как самостоятельный субъект на рынке топливных ресурсов, имеет возможность выбора типа и марки угля, который осуществляется по цене топлива на месте его добычи или реализации и стоимости доставки;

- при оценке затрат на создание или модернизацию системы подготовки твердого топлива учитываются особенности выбранных видов топлива;

- реконструкция не затрагивает основное энергогенерирующее оборудование, т.е. система подготовки топлива должна обеспечивать показатели на выходе, соответствующие требованиям основного оборудования.

Процесс подготовки топлива можно рассматривать как один из энергетических процессов тепловой электростанции или котельной, поэтому суммарные приведенные годовые затраты могут быть записаны следующим образом:

3ПТ=£„К + С,

где Еи - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений (для электроэнергетики Ен = 0,15); К - суммарные капиталовложения в систему подготовки топлива; С - эксплуатационные затраты на функционирование системы подготовки топлива.

Рис. 15. Схема формирования технико-экономических показателей системы подготовки топлива тепловой электростанции или промышленной котельной

Расчет капитальных и эксплуатационных затрат проведен опосредованно с использованием данных заводов-изготовителей, нормативных документов, а также соотношений цен на строительство зданий, оборудование и его монтаж для тепловых электростанций.

Степень технико-экономического совершенства системы, определяемая коэффициентом термоэкономической эффективности, учитывающим ее термодинамическую эффективность и экономические затраты, представляет собой отношение стоимость единицы введенной эксергии к стоимость единицы полученной эксергии. Введенная эксергия - это сумма физической и химической эксергии поступающего угля.

Так как полная стоимость эксергии на выходе из системы включает в себя затраты на доставку и подготовку топлива, то можно записать:

Е"с" = Е'с' + Зд+Зпт, (18)

где с' и с" - стоимость единицы введенной и полученной эксергии соответственно, руб./кДж; Е и Е" - введенная и полученная эксергия соответственно, кДж/кг сырого топлива.

Тогда коэффициент термоэкономической эффективности определяется по следующей зависимости:

Ф= (19)

1 +

¿дЦд + 3,

Е'с'

Данный показатель должен стремиться к своему максимальному значению. Влияние одного из наиболее важных показателей - дальности доставки топлива на станцию или котельную показано на рис. 16.

Рис. 16. Зависимость коэффициента термоэкономической эффективности от дальности доставки Кузнецкого угля марки Т при подготовке его в индивидуальных замкнутых системах пылеприго-товления, работающих под давлением с сушкой воздухом, оборудованных ШБМ 287/410

Четвертая глава посвящена разработке алгоритма проектирования и выбора оборудования технологических схем подготовки угля.

Общую концепцию разработки технологической схемы подготовки твердого топлива можно представить в виде алгоритма, представленного на рис. 17.

В пятой главе разработана математическая модель для расчета основных показателей теплоэнергетической системы, в зависимости от характеристик используемого угля, условий его доставки, типа системы подготовки угля на энергетических объектах.

При разработке модели рассматриваются основные параметры, определяющие функционирование и развитие теплоэнергетической системы, при максимально возможных объемах использования угля с учетом выбора рациональных условий доставки и подготовки его к сжиганию в котельных агрегатах. В качестве целевой функции в данном случае рассматривается себестоимость электроэнергии. Для решения поставленной задачи необходимо определить минимум целевой функции для энергетических объектов системы, на которых уголь используется или когда-либо использовался в качестве основного или резервного топлива по каждому году рассматриваемого временного периода Т:

Сэ = [Ит + +ЦД)*+ чл + 3»втЬ/э =>тт > (2°)

<=1

1=1, ■•■, п\}~ 1, ...,т, где Сэ - себестоимость электроэнергии, руб./кВт-ч; И<Ки - издержки, связанные с работой основного оборудовании, руб.; Э - выработанная энергосистемой электроэнергия, кВт; Ц(у), - цена угля, приобретаемого у г'-й угледобывающей компании, руб./т у.т.; В(уу>;- расход угля от г-й угледобывающей компании, потребляемого на у-й тепловой электростанции в условном выражении, т у.т./год; Цц - стоимость транспортировки 1 тонны угля по железной дороге, руб./км (железнодорожные тарифы на перевозку угля); В(")&. - расход

угля от /-й угледобывающей компании, потребляемого на у'-й тепловой электростанции в натуральном выражении, т/год; Ц(г) - цена газа, руб./т у.т.; В(уг)_, - расхода газа на /-й тепловой электростанции в натуральном выражении, т у.т./год; Зу - затраты на подготовку топлива, приобретенного у г'-й угледобывающей компании, на /-й тепловой электростанции в зависимости от типа системы подготовки угля, руб./т; п - количество угледобывающих компаний, осуществляющих поставки угля для данной энергосистемы; /и - количество энергетических объектов в системе.

Задача поиска экстремума функции решалась с использованием метода линейного программирования с учетом ограничений по расходу топлива на каждой станции и объемам поставок топлива от угольных компаний.

В качестве примера рассмотрена энергосистема, в состав которой входят три тепловые электростанции, установленной мощностью 160, 320 и 450 МВт, использующие уголь наряду с газом и мазутом, снабжающие тепловой и электрической энергией промышленные предприятия. Поставка углей различных марок осуществляется шестью угольными компаниями, расположенными на различных расстояниях от электростанций. Результаты расчета себестоимости электроэнергии при сохранении существующей доли угля в топливно-энергетическом балансе региона, составляющей 10%, и при увеличении ее до 35 % согласно базовому варианту развития энергетики с учетом оптимизации условий доставки угля от имеющихся поставщиков представлены на рис. 18.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что увеличение доли угля при производстве электроэнергии с учетом оптимизации условий его доставки и использования на тепловых электростанциях энергосистемы позволяет существенно снизить годовые издержки и повысить эффективность функционирования промышленных теплоэнергетических систем.

Заключение содержит выводы и рекомендации по результатам выполненной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана классификация систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных, учитывающая степень взаимосвязи с котлом, вид сушильного агента, вид получаемого продукта, степень рециркуляции дымовых газов в топку котла, вид сушки, концентрацию угольной пыли, подаваемой в горелки котла. Выявлены основные факторы, влияющие на эффективность систем подготовки твердого топлива.

9. Принятие технического решения о реконструкции или модернизации системы подготовки угля

Рис. 17. Общий алгоритм концепции разработки эффективных технологических схем подготовки твердого топлива

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2019 2016

—Средняя себестоимость по энергосистеме при неизменюй доле угля. руСЛВт.ч —Средняя себестоимость по энергосистеме (расчетное эначе>ме), р>б ЛВт.ч

Рис.18. Изменение себестоимости электроэнергии по годам

2. Разработаны теоретические положения системного подхода к анализу систем подготовки твердого топлива на 3-х иерархических уровнях - уровень технологической схемы подготовки твердого топлива, уровень энергетического объекта, уровень теплоэнергетической системы, в которую входит энергетический объект.

3. Разработаны теоретические положения теплового и термодинамического анализа систем подготовки твердого топлива, обоснован выбор эксер-гетического метода, выявлены основные функциональные зависимости для определения потоков теплоты и эксергии для систем различных типов.

4. Определена тепловая и термодинамическая эффективность отдельных блоков и всей системы в целом на основе тепловых и эксергетических КПД для систем различных типов.

5. Разработана система технико-экономических показателей, учитывающих затраты на топливо и его доставку, капитальные и эксплуатационные затраты на систему его подготовки, взаимосвязь с термодинамическими показателями.

6. Разработана комплексная методика оценки термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива и выбора технического решения при проектировании или модернизации системы подготовки твердого топлива на тепловой электростанции или промышленной котельной, практическая значимость которой заключается в возможности выбора оптимальной системы подготовки твердого топлива, обеспечивающей наибольшую эффективность теплоэнергетической системы с использованием программы для ЭВМ, на которую получено свидетельство о государственной регистрации.

7. Создана математическая модель для определения себестоимости электрической энергии, вырабатываемой в рамках промышленной теплоэнергетической системы на основе рационального выбора на энергетических объектах, использующих твердое топливо, оптимальных систем его подготовки и типа угля с учетом его стоимости и условий его доставки.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монография

1. Назмеев, Ю.Г., Мингалеева Г.Р. Системы топливоподачи и пылепри-готовления ТЭС (Справочное пособие) / Ю.Г. Назмеев, Г.Р. Мингалеева - М.: Издательский дом МЭИ, 2005. - 480 с.

Издания, входящие в перечень ВАК

2. Мингалеева, Г.Р. Анализ работы системы топливоподачи и пылепри-готовления, работающей на твердом топливе / Г.Р. Мингалеева, Ю.Н. Заца-ринная, Е.К. Вачагина // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. - 2005. -№1. - С.22-31.

3. Назмеев, Ю.Г., Оценка термодинамической эффективности процесса сушки угля в системах подготовки топлива с центральным пылезаводом / Ю.Г. Назмеев, Г.Р. Мингалеева // Известия РАН. Энергетика. - 2005. - №6. -С.132-137.

4. Мингалеева, Г.Р. Последовательность расчета и термодинамическая эффективность индивидуальной системы подготовки угля с промежуточным бункером / Г.Р. Мингалеева, Ю.Н. Зацаринная, Ю.Г. Назмеев // Известия РАН. Энергетика. 2006. №2. С. 67-73.

5. Назмеев, Ю.Г. Расчет термодинамической эффективности систем прямого вдувания угольной пыли в топку котла / Ю.Г. Назмеев, Г.Р. Мингалеева // Вестник МЭИ. - №6. - 2006. - С. 119-124.

6. Назмеев, Ю.Г. Термодинамическая эффективность систем пылеприго-товления прямого вдувания / Ю.Г. Назмеев, Г.Р. Мингалеева // Известия РАН. Энергетика. - 2006. - № 6. - С. 103-107.

7. Назмеев, Ю.Г.Анализ тепловой и термодинамической эффективности систем пылеприготовления / Ю.Г. Назмеев, Г.Р. Мингалеева // Известия РАН. Энергетика. - 2006. - № 6. - С. 108-114.

8. Назмеев, Ю.Г. Оценка эффективности работы систем пылеприготовления при использовании углей ухудшенного качества / Ю.Г. Назмеев, Г.Р. Мингалеева // Уголь. - 2006. - № 9. - С.50-51.

9. Мингалеева, Г.Р. Эксергетический анализ технологической схемы с газификацией угля / Г.Р. Мингалеева, A.A. Легков // Уголь. - 2008. - №4 -С.71-72.

10. Мингалеева, Г.Р. Термодинамический анализ систем подготовки угля с газогенераторами различных типов / Г.Р. Мингалеева, A.A. Легков // Известия РАН. Энергетика. - 2008. - № 5. - С. 107-113.

11. Афанасьева, О.В. Экологические показатели угольных мини-ТЭС и анализ их эффективности / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Альтернативная энергетика и экология. - 2008. - №8. - С. 47-51.

12. Афанасьева, О.В. Эксергетическая эффективность угольных мини-ТЭС как критерий перспективности их широкого использования / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Химия твердого топлива. - 2009. - №1. - С. 64-69.

13. Пятыгина, М.В. Моделирование процесса разложения органической массы угля / М.В. Пятыгина, Г.Р. Мингалеева // Журнал прикладной химии. -2009.-№2.-С. 301-306.

14. Мингалеева, Г.Р. Комплексная методика определения термодинамических и технико-экономических систем подготовки угля / Г.Р. Мингалеева // Промышленная энергетика. - 2009. - №8. - С. 26-31.

15. Мингалеева, Г.Р. Эффективность функционирования энергосистемы при увеличении доли угля в топливно-энергетическом балансе / Г.Р. Мингалеева // Энергетик. - 2009. - № 9. - С. 8-11.

Патенты

16. Патент РФ №72154. Устройство подвода ожижающего газа в реакторе с кипящим слоем // Шамсутдинов Э.В., Мингалеева Г.Р., Ермолаев Д.В.,

Легков A.A. Заявка №2007144418/22 (003021) от 22.11.2007. Опубл. 10.04.2008. Бюл. №10.

Другие периодические шдаиия

17. Тухватуллина, JI.H. Тепловая эффективность системы подготовки топлива с пылеконцентратором / JI.H. Тухватуллина, Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - 2005. - № 1. - С.89-91.

18. Легков, A.A. Анализ структуры и эффективности системы подготовки твердого топлива с газогенератором на воздушном дутье / A.A. Легков, Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - 2005. - №1. - С.84-88.

19. Мингалеева, Г.Р. Определение энергетической эффективности индивидуальных систем подготовки угля сушкой продуктами сгорания / Г.Р. Мингалеева, Ю.Н. Зацаринная, Е.К. Вачагина, Ю.Г. Назмеев // Фундаментальные исследования. - 2005. - №6. - С. 44-45.

20. Зацаринная, Ю.Н. Определение термодинамической эффективности энергоиспользования в теплотехнологических схемах топливоприготовления / Ю.Н. Зацаринная. Г.Р. Мингалеева, Е.К. Вачагина, Ю.Г. Назмеев // Успехи современного естествознания. - 2005. - № 8. - С. 35.

21. Зацаринная, Ю.Н. Структурный анализ замкнутой индивидуальной системы топливоприготовления с промежуточным бункером пыли / Ю.Н. Зацаринная, Г.Р. Мингалеева, Ю.Г. Назмеев, Е.К. Вачагина // Современные наукоемкие технологии. - 2005. - №5. - С.54.

22. Мингалеева, Г.Р. Анализ структуры и эксергетические показатели термодинамической эффективности центральных систем пылеприготовления на ТЭС / Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - 2006. - №1. - С. 132-141.

23. Легков, A.A. Анализ термодинамической эффективности системы подготовки угля с газификацией на воздушном дутье / A.A. Легков, Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - 2006. - №1. - С. 142-151.

24. Афанасьева, О.В. Оценка тепловой эффективности систем подготовки топлива мини-ТЭЦ с пиролизом угля / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - 2006. - №4. - С.70-78.

25. Легков, A.A. Эффективность процесса газификации брикетированного угля / A.A. Легков, Г.Р. Мингалеева // Успехи современного естествознания. - 2006. - №11. - С. 67-68.

26. Пятыгина, М.В. Термохимическая переработка угля в процессах его подготовки к сжиганию на ТЭС / М.В. Пятыгина, Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - 2007. - №2. - С.56-63.

27. Афанасьева, О.В. Термодинамическая эффективность угольной мини-ТЭС с пиролизом и газификацией / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - 2007. - №3. - С.52-61.

28. Афанасьева, О.В. Тепловая эффективность производства вторичных продуктов на угольной мини-ТЭС / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Фундаментальные исследования. - 2007. - №6. - С. 60.

29. Ермолаев, Д.В. Оценка энергетической эффективности теплотехно-логической схемы газификации в кипящем слое с последующим дожиганием

топлива / Д.В. Ермолаев, Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - №1. -2008. - С. 50-59.

30. Мингалеева, Г.Р. Влияние масштабного и технологического факторов на эксергетические показатели систем подготовки угля / Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - 2008. - №1. - С.73-83.

31. Пятыгина, М.В. Термодинамический анализ процесса разложения основных функциональных групп органической массы угля / М.В. Пятыгина, Г.Р. Мингалеева // Труды Академэнерго. - 2008. - №4. - С. 88-98.

Материалы научных конференций и симпозиумов

32. Зацаринная, Ю.Н. Оценка энергетических затрат на подготовку твердого топлива к сжиганию / Ю.Н. Зацаринная, Г.Р. Мингалеева // Ежегодная XVI Международная Интернет-конференция молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС пробмаш 2004). Москва, 2004 г. - С.95.

33. Мингалеева, Г.Р. Эффективность подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и пути ее повышения / Г.Р. Мингалеева, Ю.Н. Зацаринная, Р.В. Цышевский // V Международный Симпозиум «Ресурсоэффек-тивность. Энергосбережение». Казань, 1 - 3 декабря 2004 г. - С. 291-295.

34. Мингалеева, Г.Р. Структурное моделирование технологической схемы индивидуальной системы подготовки угля на ТЭС / Г.Р. Мингалеева, Ю.Н. Зацаринная, Е.К. Вачагина // Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-18». Казань, 2005 г.-С. 191.

35. Мингалеева, Г.Р. Моделирование структуры теплотехнологической схемы подготовки угля на центральном пылезаводе / Г.Р. Мингалеева, Ю.Г. Назмеев, Ю.Н. Зацаринная, Е.К. Вачагина // Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-18». Казань, 2005 г.-С. 193-194.

36. Мингалеева, Г.Р. Анализ энергетических затрат системы топливо-приготовления Казанской ТЭЦ - 2 / Г.Р. Мингалеева, Ю.Н. Зацаринная, Е.К. Вачагина ИIX Всероссийская конференция Ассоциации технических университетов России и представительств отраслевых академий наук при СПбГПУ по проблемам науки и высшей школы: «Фундаментальные исследования в технических университетах», Санкт-Петербург, 2005 г. - С. 195.

37. Зацаринная, Ю.Н. Эффективность процесса сушки твердого топлива в системах топливоприготовления / Ю.Н. Зацаринная, Г.Р. Мингалеева // Всероссийская (с международным участием) научно-техническая конференция «Рабочие процессы и технологии двигателей», Казань, 2005 г. - С. 102-103.

38. Легков, A.A. Анализ структуры и эффективности системы подготовки твердого топлива с газогенератором на паро-воздушном дутье / A.A. Легков, Г.Р. Мингалеева // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности. Материалы Пятой Российской научно-технической конференции. г. Ульяновск, 20-21 апреля 2006 г. Том 2. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. -С. 248-251.

39. Мингалеева, Г.Р. Методика анализа и оценки тепловой и термодинамической эффективности систем топливоподачи и пылеприготовления / Г.Р. Мингалеева // Материалы докладов Национальной конференции по теплоэнергетике. - Казань, 5-8 сентября 2006 г. - С. 47-50.

40. Афанасьева, О.В. Оценка тепловой эффективности угольной мини-ТЭС / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Наука и технологии. Тезисы докладов XXVII Российской школы, посвященной 150-летию К.Э. Циолковского, 100-летию С.П. Королева и 60-летию Государственного ракетного центра «КБ им. академика В.П. Макеева». - Миасс: МСНТ, 2007. - С. 67.

41. Легков, A.A. Оценка тепловой и термодинамической эффективности систем подготовки угля с кислородной газификацией / A.A. Легков, Г.Р. Мингалеева // Материалы докладов XVI Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», Санкт-Петербург, 21-25 мая 2007 г. - Т.2. - С.288-290.

42. Легков, A.A. Термодинамический анализ системы подготовки угля с газификацией в кипящем слое / A.A. Легков, Г.Р. Мингалеева // Глубокая переработка твердого ископаемого топлива - стратегия России в 21 веке: Сб.тезисов Российской научной конференции (с международным участием). Звенигород, 2124 ноября 2007 г. - М.: МГУ, 2007. - С. 52.

43. Пятыгина, М.В. Обеспечение условий автотермичности процесса термохимической переработки угля / М.В. Пятыгина, Г.Р. Мингалеева // Глубокая переработка твердою ископаемого топлива - стратегия России в 21 веке: Сб.тезисов Российской научной конференции (с международным участием). Звенигород, 21-24 ноября 2007 г. - М.: МГУ, 2007. - С. 68.

44. Афанасьева, О.В. Перспективы использования угольных мини-ТЭЦ как стратегического направления развития автономного энергоснабжения / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Глубокая переработка твердого ископаемого топлива - стратегия России в 21 веке: Сб.тезисов Российской научной конференции (с международным участием). Звенигород, 21-24 ноября 2007г. - М.: МГУ. 2007. - С. 6.

45. Афанасьева, О.В. Термодинамический анализ процесса подготовки угля при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии на мини-ТЭС / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Физика неравновесных процессов в энергетике и наноиндустрии: Тезисы докладов Всероссийской школы- семинара молодых ученых. Новосибирск, 6-15 октября 2007 г. - Новосибирск: СО РАН, 2007. - С. 13-14.

46. Афанасьева, О.В. Обеспечение надежности энергоснабжения на базе угольных мини-ТЭС / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Труды VIII Международного симпозиума «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение». Часть 2. - г. Казань, 4-6 декабря 2007 г. - С. 14-19.

47. Афанасьева, О.В. Определение эксергетических показателей угольной мини-ТЭС с аккумулированием тепловой энергии / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Материалы XIX Международной Интернет - конференции мо-

лодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС-2007). - Москва, 5-7 декабря 2007 г. - С. 101.

48. Легков, A.A. Оценка факторов повышения термодинамической эффективности газогенератора с кипящим слоем твердого топлива / A.A. Легков, Г.Р. Мингалеева // Сборник материалов XX Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Казань, 13-15 мая 2008 г. - С. 123-124.

49. Афанасьева, О.В. Оценка эффективности работы электростанции малой мощности с дизель-генератором для обеспечения резервного и автономного энергоснабжения / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева II Сборник материалов XX Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Казань, 13-15 мая 2008 г. -С. 125-127.

50. Пятыгина, М.В. Определение теплофизических свойств продуктов термохимической переработки угля / М.В. Пятыгина, Г.Р. Мингалеева // Тезисы докладов XII Российская конференция по теплофизическим свойствам веществ, г. Москва, 7-10 октября 2008 г. - М.: Интерконтакт Наука, 2008. - С.

51. Афанасьева, О.В. Моделирование экологического воздействия угольных мини-ТЭС на воздушный бассейн с учетом регионального и масштабного факторов / О.В. Афанасьева, Г.Р. Мингалеева // Тезисы докладов III Всероссийской школы молодых ученых «Математические методы в экологии», г. Петрозаводск, 24-29 августа, 2008 г. - С. 98-100.

52. Мингалеева, Г.Р. Обеспечение ресурсонезависимости энергетических объектов как один из факторов экономического роста регионов / Г.Р. Мингалеева // Материалы докладов Всероссийской конференции «Экономический рост, ресурсонезависимость и социально-экономическое неравенство», Санкт-Петербург, 15-17 октября 2008 г. - С. 67-69.

53. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009614471. Расчет и выбор оптимального варианта индивидуальной системы пылеприготовления для тепловой электростанции или котельной / Ха-литова Г.Р., Мингалеева Г.Р. 21.08.2009.

48.

Соискатель

Мингалеева Г.Р.

Подписано в печать 29.04.2010. Формат 60x84 1/16. Тираж 100 экз. Гарнитура «Тайме». Бумага ксероксная.

Усл. печ. л. 2,0, Заказ № 04/78. Печать ризографическая.

»----------------- -------------------♦

Отпечатано с готового оригинал-макета в издательстве «ИГМА-пресс» ИП Маликовой И.Г. ОГРН 308169031500136 Казань, ул. Московская, д.31, офис 215. Тел. 526-03-69.

Введение

Глава 1. Современное состояние и перспективы использования угля в энергетике России

1.1 Масштабы использования угля в качестве энергетического топлива на российском и мировом уровне, бли- 14 жайшие и долгосрочные перспективы

1.2 Современное состояние оборудования систем подго- ^ товки угля

1.3 Процессы, происходящие в системах подготовки угля

1.4 Существующие методы расчета систем топливоподачи ^ и пылеприготовления

1.5 Системный подход к исследованию систем подготовки твердого топлива и формированию комплексной мето- 129 дики оценки их эффективности

Глава 2. Термодинамический анализ систем подготовки ^ твердого топлива

2.1 Выбор метода термодинамического анализа систем

2.2 Методика теплового расчета систем и определение расхода теплоносителей

2.2.1 Тепловой расчет систем подготовки топлива 1-го типа

- систем с центральным пылезаводом (ЦПЗ)

2.2.2 Тепловой расчет систем 2-го типа - индивидуальных систем подготовки топлива

2.2.3 Тепловой расчет систем 3-го и 4-го типов - систем подготовки топлива с газификацией

2.3 Определение тепловой эффективности отдельных составляющих и всей системы в целом

2.4 Определение эксергии тепловых и материальных пото- ^ ков, оценка термодинамической эффективности

Глава 3. Технико-экономический анализ систем подготовки твердого топлива

3.1 Структура и порядок формирования техникоэкономических показателей систем подготовки твердого топлива

3.2 Порядок оценки себестоимости тепловой и электрической энергии с учетом показателей систем подготовки 236 топлива

3.3 Взаимосвязь технико-экономических и термодинами- ^ ческих показателей работы систем подготовки угля

3.4 Результаты комплексной оценки эффективности сис- ^^ тем подготовки угля

Глава 4. Алгоритм проектирования и выбора оборудования технологических схем подготовки угля на тепловых 254 электростанциях и промышленных котельных

4.1 Общая концепция разработки технологических схем ^^ систем подготовки угля

4.2 Критерии выбора систем подготовки угля

4.3 Основные требования к организации и модернизации систем подготовки угля в условиях новых и дейст- 271 вующих ТЭС и котельных

4.4 Рекомендации по выбору способов модернизации систем подготовки угля

Глава 5. Математическая модель функционирования и развития промышленной теплоэнергетической системы 282 на основе максимального использования угля

5.1 Постановка задачи и информационная схема модели

5.2 Основные расчетные зависимости модели

5.3 Определение эффективности использования угля в ^^ промышленной теплоэнергетической системе

Современное состояние топливно-энергетического комплекса России характеризуется высокой долей использования п риродного газа и незначительной — других ресурсов - мазута, угля, местных видов углеводородных топлив. Альтернативная энергетика в ближайшей перспективе также не будет играть определяющую роль в обеспечении населения и промышленных предприятий тепловой и электрической энергией. Основной энергетической базой по-прежнему остаются тепловые электростанции и котельные. Использование природного газа при функционировании промышленных теплоэнергетических систем в процессах, имеющих КПД 30-40 %, не может быть признано рациональным, тем более что его запасы на порядок меньше, чем запасы твердых топлив — каменных и бурых углей, торфа, сланцев, природных битумов.

Поэтому актуальной для отечественной энергетики является переориентация на преимущественное использование твердых топлив и постепенный отход от газовой зависимости.

Необходимость таких решений связана и с ценовой политикой в области энергоносителей. Учитывая высокие экспортные потребности в природном газе, трудно рассчитывать, что внутри страны газ будет по-прежнему продаваться ниже себестоимости его добычи и транспортировки. Предполагается, что произойдет увеличение внутренних цен на газ до уровня общемировых [1]. Такое положение является стимулом к внедрению технологий использования твердых топлив. Для энергетики России движение в этом направлении начато с перевода существующих угольных станций, долгое время работавших на газе, на проектное топливо - каменный и бурый уголь. Этот процесс в настоящее время носит во многом стихийный характер, при котором учитываются далеко не все возможности модернизации систем подготовки топлива с учетом современных научно-технических разработок, наиболее радикальными из которых можно считать внедрение процессов термохимической переработки твердого топлива — пиролиз и газификацию в традиционную схему подготовки твердого топлива. Однако при рассмотрении всех возможных вариантов модернизации системы можно впасть в другую крайность - выбор наиболее оптимального варианта затрудняется, поскольку отсутствует критерий сравнения.

В связи с вышеизложенным возникла необходимость создания инструмента, позволяющего выбрать оптимальную систему подготовки топлива, исходя из свойств самого топлива и параметров основного энергогенери-рующего оборудования.

Одним из важнейших факторов, влияющих на выбор системы подготовки топлива, в частности угля, является то, что поставки его, как правило, долгосрочны, и большие вложения в реконструкцию или модернизацию системы подготовки могут окупиться в результате покупки более дешевого топлива.

Поэтому задачей настоящего исследования является создание комплексной методики определения эффективности систем подготовки твердого топлива для сжигания в топках котельных агрегатов, а также моделирования на ее основе прогноза развития промышленных теплоэнергетических систем на базе использования твердого топлива. При этом учитываются такие основные факторы как, цена и марка топлива, стоимость и дальность его доставки, капитальные и эксплуатационные затраты на основное оборудование тепловых электростанций и котельных и системы подготовки твердого топлива, эффективность их работы при использовании конкретного вида топлива.

Созданная прогнозная модель позволяет на основе данных о динамике цен на твердое топливо и основные виды энергоносителей определить наиболее выгодное распределение ресурсов для конкретных тепловых электростанций и котельных промышленной теплоэнергетической системы.

Новизной данной работы является разработка методических основ термодинамического анализа и определение термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива, которая характеризуется термодинамическим КПД системы, определяемым эксергетическим методом.

Комплексная методика определения термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива базируется на результатах теплового, аэродинамического расчета, а также затрат электроэнергии на привод механизмов.

Рост доли использования угля должен обеспечиваться не только соответствующей ценовой политикой, но и готовностью соответствующих технологий. В первую очередь это касается мощных тепловых электростанций, которые изначально проектировались как угольные, но впоследствии были переориентированы на газообразное топливо. Эти объекты могут быть переведены на использование угля с наименьшими затратами, так как уже обладают системами топливоподачи и оборудованием для сушки и измельчения топлива. Тщательной проработки требует только изменение сорта используемого твердого топлива в связи с ухудшением его характеристик или заменой. Существенная реконструкция системы подготовки твердого топлива, связанная с внедрением более «чистых» угольных технологий, таких как пиролиз, газификация угля, использование водоугольных суспензий, является более затратной, но может принести более ощутимый экологический и экономический эффект. Актуальным является переоборудование на использование угля промышленных котельных, подготовка топлива для которых может осуществляться централизованно (брикетирование, гранулирование, приготовление водоугольных суспензий).

Связанные с использование твердых топлив экологические ограничения решаются путем предварительной термической и термохимической переработки. Это процессы пиролиза и газификации. Внедрение таких технологий непосредственно в процесс производства тепловой и электрической энергии связано с необходимостью проработки не только фундаментальных вопросов проведения самих процессов, но и с формированием нормативной и проектной документации, так как традиционно термическая переработка твердых топлив относилась к углехимии, а не к энергетике.

В настоящее время все более актуальным становится вопрос о показателях эффективности энергетических установок. Как правило, оценка энергетической эффективности в виде теплового или электрического КПД проводится независимо от расчета технико-экономических показателей. Однако авторами статьи [2] указывается на этот недостаток и предлагается ввести коэффициент «эксергии-нетто», равный отношению выработанной за весь срок службы энергообъектом эксергии к эксергии, израсходованной на строительство, которая вычисляется по энергетическим затратам на добычу, обработку и транспорт всех материалов, затраченных на изготовление основного и вспомогательного оборудования.

Несмотря на то, что при разработке и усовершенствовании ряда технических систем, в том числе и систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и котельных, и решении связанных с этим задач технико-экономический анализ играет важнейшую роль, необходимо сочетание и комплексный учет термодинамических и технико-экономических показателей.

Выбор типа системы подготовки твердого топлива энергетического объекта в условиях реконструкции и модернизации основного и вспомогательного оборудования является многокритериальной задачей. В качестве наиболее важных можно выделить два критерия - качественные характеристики используемого твердого топлива и установленное на тепловой электростанции или котельной основное энергогенерирующее оборудование. Внедрение современных парогазовых установок (ПГУ), без которых уже трудно представить отечественную энергетику, еще больше осложняет проблему выбора и усовершенствования систем подготовки твердого топлива, комплектация которых учитывает характеристики поставляемого топлива непосредственно влияющие на его стоимость. Как известно, топливная составляющая при производстве энергии достигает 70 % и является основой оценки себестоимости тепловой и электрической энергии.

Поскольку формирование тарифов на тепловую и электрическую энергию происходит в рамках теплоэнергетической системы, то в предлагаемой модели рассмотрена модельная система и предложены различные варианты ее развития.

Методика технико-экономического анализа систем подготовки твердого топлива является составной частью проведения оптимизационного расчета функционирования теплоэнергетических систем промышленных предприятий при максимальном использовании твердого органического топлива на основе учета динамики рыночных цен на различные вида топлива и прогнозов их изменения. В качестве целевой функции рассматривается себестоимость электроэнергии, производимой энергосистемой. Расчетная схема представляет собой информационно-оптимизационную экономико-математическую сеть топливно-энергетического баланса теплоэнергетической системы, которая представляет собой совокупность объектов различного типа - ресурсов, технологий и потребителей, взаимодействие между которыми осуществляется посредством материальных и энергетических потоков.

Диссертационная работа включает в себя исследования, начатые автором в 2003 году в Казанском научном центре РАН.

Целью диссертационной работы создание и обоснование комплексной методики определения термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных и моделирование на ее основе процесса развития промышленной теплоэнергетической системы при увеличении доли использования твердого топлива.

Основные задачи исследований.

1. Определение классификационных признаков систем подготовки твердого топлива и основных параметров их работы.

2. Создание методики определения тепловой и термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных на основе исследования теплофизических и термохимических процессов, происходящих на этапах преобразования топлива, с учетом технико-экономических показателей работы систем.

3. Создание алгоритма проектирования, расчета режимных параметров и выбора оборудования для подготовки угля на тепловых электростанциях и промышленных котельных.

4. Разработка математической модели функционирования и развития промышленных теплоэнергетических систем на основе долгосрочного прогноза использования угля.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Классификация систем подготовки твердого топлива, выполненная на основе положений системного анализа, учитывающая степень взаимосвязи с котлом, вид сушильного агента, вид получаемого продукта, степень рециркуляции дымовых газов в топку котла, вид сушки, концентрацию угольной пыли, подаваемую в горелки котла.

2. Комплексная методика расчета термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива различных типов на основе эксергети-ческого метода, включающая теоретические зависимости для определения эксергетической эффективности отдельных структурных блоков и систем подготовки топлива в целом.

3. Зависимости для определения термоэкономических показателей систем подготовки твердого топлива.

4. Алгоритм расчета и проектирования систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных.

5. Математическая модель функционирования и развития промышленных теплоэнергетических систем на основе рационального выбора на энергетических объектах, использующих твердое топливо, типа угля и оптимальных систем его подготовки.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сравнением теоретических результатов и эксплуатационных данных по отдельным характеристикам систем подготовки угля, применением современных методов термодинамического анализа и технико-экономической оценки.

Научная новизна результатов исследований состоит в:

- создании классификации систем подготовки твердого топлива и построении иерархической структуры с учетом степени взаимосвязи с котлом, вида сушильного агента, вида получаемого продукта, степени рециркуляции дымовых газов в топку котла, вида сушки, концентрации угольной пыли, подаваемой в горелки котла;

- проведении анализа структуры систем, выявлении внешних и внутренних связей в системах, определении порядка расчета на основе теории графов, при этом система подготовки твердого топлива рассматривается как единое целое;

- определении тепловой эффективности отдельных блоков и всей системы в целом на основе тепловых балансов, расчет тепловых КПД систем различных типов;

- установлении функциональных зависимостей для определения термодинамической эффективности систем на основе эксергетического метода;

- разработке комплексной методики расчета термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива на основе эксергетического метода;

- разработке системы термоэкономических показателей функционирования систем подготовки твердого топлива;

- создании математической модели функционирования и развития промышленных теплоэнергетических систем на основе рационального выбора на энергетических объектах, использующих твердое топливо, оптимальных систем его подготовки и типа угля с учетом его стоимости и условий его доставки.

Практическая значимость результатов работы заключается в:

- разработке комплексной методики расчета и оценки эффективности систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и котельных;

- оценке эффективности систем подготовки топлива при замене проектного угля на другие марки.

Реализация результатов работы. В энергетике:

- в расчете систем подготовки твердого топлива (для ТЭЦ-2 г. Казани);

- в создании комплексной методики оценки эффективности систем подготовки твердого топлива;

- в создании алгоритма расчета и проектировании систем подготовки топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных;

- в создании программы для ЭВМ (Свидетельство о государственной регистрации №2009614471) и использовании ее при проведении фундаментальных и прикладных исследований в Исследовательском центре проблем энергетики КазНЦ РАН.

В учебном процессе:

- основные результаты диссертационной работы изложены в справочном пособии «Системы топливоподачи и пылеприготовления ТЭС», использующихся в учебном процессе в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации представлялись, докладывались и обсуждались: на Ежегодной XVI Международной Интернет-конференция молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС пробмаш 2004), Москва, 2004г.; V Международном Симпозиуме «Ресурсоэффективность. Энергосбережение», Казань, 1-3 декабря 2004г.; Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-18», Казань, 2005г.; IX Всероссийской конференции Ассоциации технических университетов России и представительств отраслевых академий наук при СПбГПУ по проблемам науки и высшей школы: «Фундаментальные исследования в технических университетах», Санкт-Петербург, 2005г.; Всероссийской (с международным участием) научно-технической конференции «Рабочие процессы и технологии двигателей», Казань, 2005г.; Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «VIII Королевские чтения» г. Самара, 2005г.; Национальной конференции по теплоэнергетике, Казань, 5-8 сентября 2006 г.; XVI Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках»,

21-25 мая 2007, г. Санкт-Петербург; Российской научной конференции (с международным участием) «Глубокая переработка твердого ископаемого топлива - стратегия России в 21 веке», Звенигород, 21-24 ноября 2007 г.; Всероссийской конференции «Экономический рост, ресурсонезависимость и социально-экономическое неравенство», Санкт-Петербург, 15-17 октября 2008 г.

Личный вклад автора состоит: в постановке цели и задач диссертационной работы; разработке классификации современных систем подготовки твердого топлива, разработке основных положений методики определения термодинамической эффективности систем различных типов, разработке системы термоэкономических показателей систем подготовки топлива на основе их технико-экономической оценки; создании математической модели функционирования и развития промышленной теплоэнергетической системы на основе рационального выбора вида угля и системы его подготовки на тепловой электростанции или промышленной котельной.

Все результаты диссертационной работы, перечисленные в ее заключении, получены лично автором при научном консультировании член-корреспондента РАН, д.т.н., профессора Ю.Г. Назмеева.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 печатные работы, в том числе монография, 30 статей в центральных научных изданиях, представлено 20 докладов на международных и всероссийских научных конференциях, симпозиумах и семинарах. В изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 15 работ, получен 1 патент на полезную модель и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе обоснованы теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение научно-технической проблемы по созданию и обоснованию комплексной методики оценки эффективности систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и котельных, позволяющей осуществить прогнозирование изменения себестоимости производимой теплоэнергетической системой электроэнергии при увеличении доли твердого топлива в топливно-энергетическом балансе.

Основные научные и практические результаты работы состоят в следующем:

1. Разработана классификация систем подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и промышленных котельных, учитывающая степень взаимосвязи с котлом, вид сушильного агента, вид получаемого продукта, степень рециркуляции дымовых газов в топку котла, вид сушки, концентрацию угольной пыли, подаваемой в горелки котла. Выявлены основные факторы, влияющие на эффективность систем подготовки твердого топлива.

2. Разработаны теоретические положения системного подхода к анализу систем подготовки твердого топлива на 3-х иерархических уровнях - уровень технологической схемы подготовки твердого топлива, уровень энергетического объекта, уровень теплоэнергетической системы, в которую входит энергетический объект.

3. Разработаны теоретические положения теплового и термодинамического анализа систем подготовки твердого топлива, обоснован выбор эксергетического метода, выявлены основные функциональные зависимости для определения потоков теплоты и эксергии для систем различных типов.

4. Определена тепловая и термодинамическая эффективность отдельных блоков и всей системы в целом на основе тепловых и эксергетических КПД для систем различных типов.

5. Разработана система технико-экономических показателей, учитывающих затраты на топливо и его доставку, капитальные и эксплуатационные затраты на систему его подготовки, взаимосвязь с термодинамическими показателями.

6. Разработана комплексная методика оценки термодинамической эффективности систем подготовки твердого топлива и выбора технического решения при проектировании или модернизации системы подготовки твердого топлива на тепловой электростанции или промышленной котельной, практическая значимость которой заключается в возможности выбора оптимальной системы подготовки твердого топлива, обеспечивающей наибольшую эффективность теплоэнергетической системы с использованием программы для ЭВМ, на которую получено свидетельство о государственной регистрации.

7. Создана математическая модель для определения себестоимости электрической энергии, вырабатываемой в рамках промышленной теплоэнергетической системы на основе рационального выбора на энергетических объектах, использующих твердое топливо, оптимальных систем его подготовки и типа угля с учетом его стоимости и условий его доставки.

302

1. Новая генерация: «вторая угольная волна», рынок газа и реформа теплоэнергетики. М.: Аналитический центр «Эксперт», 2006.

2. Андрющенко А.И., Дубинин А.Б., Ларин Е.А. О показателях экономической эффективности энергетических объектов // Известия ВУЗов. Энергетика. 1990. №7.

3. Агафонов Г.Ф. Долгосрочные тенденции развития угольной промышленности мира и России / Г.Ф. Агафонов, А.Д. Соколов // Известия РАН. Энергетика. 2004. №1. С. 26-33.

4. ТЭК и экономика России: вчера сегодня - завтра. Взгляд из 2007 года. М.: ИЭС, 2007.

5. ТЭК и экономика регионов. Справочник в 7-ми томах. М.: ИД «Энергия», 2007.

6. Российский рынок энергетических углей. М.: Росинформуголь, 2007.

7. Инновации в угольной промышленности. М.: Эксперт, 2005.

8. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. М.: ГУ ИЭС, 2003.

9. Говсиевич Е. Р., Алешинский Р. Е., Векслер Ф. М., Бржезянская Н. В. Технико-экономические особенности использования непроектных углей на тепловых электростанциях // Промышленная энергетика. 2008. № 11. С. 15-21.

10. Капельсон Л.М. Организация и проведение опытного сжигания непроектного топлива// Электрические станции. 2001. №5. С. 16-21.

11. Гаврилов А.Ф., Гаврилов Е.И. Экологические аспекты замещения экиба-стузского угля кузнецкими углями на ТЭС России // Теплоэнергетика. 2004. № 12. С. 23-27.

12. Долин Ю.Е., Опанасенко С.Н., Зырянов В.П. Проблемы эффективности топливообеспечения тепловых электростанций // Энергетик. 2003. №3. С. 2-6.

13. Векслер Ф.М. и др. Влияние изменений основных показателей непроектных углей на работу узлов и агрегатов пылеугольных тепловых электростанций // Электрические станции. 2003. № 4. С. 36-41.

14. Тумановский А.Г., Резинских В.Ф. Стратегия продления ресурса и технического перевооружения тепловых электростанций // Теплоэнергетика. 2001. №6. С. 3-10.

15. Ольховский Г.Г., Тумановский А.Г. Перспективы совершенствования тепловых электростанций // Электрические станции. 2000. №1. С. 63-70.

16. Михайлов Н.М. Вопросы сушки топлива на электростанциях. M.-JL: Госэнергоиздат, 1957.

17. Михайлов Н.М., Шарков А.Т. Физические свойства топлива и борьба с затруднениями при топливоподаче электростанций. М.: Энергия, 1972.

18. Левит Г.Т. Пылеприготовление на тепловых электростанциях. М.: Энер-гоатомиздат, 1991.

19. Белосельский Б.С. Технология подготовки топлива и смазочных масел. М.: Издательство МЭИ, 2005.

20. Белосельский Б.С., Барышев В.И. Низкосортные энергетические топлива: особенности подготовки и сжигания. М.: Энергоатомиздат, 1989.

21. Гаврилов Е.И. Топливно-транспортное хозяйство и золошлакоудаление на ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1987.

22. Антонянц Г.Р. и др. Топливно-транспортное хозяйство тепловых электростанций. М.: Энергия, 1977.

23. Картошкин М.Д. Топливоподача тепловых электростанций. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961.

24. Унификация парогенераторов по топливу / Под ред.Н.С. Рассудова. М.: Машиностроение, 1982.

25. Назмеев Ю.Г. Мазутные хозяйства ТЭС. М.: Издательство МЭИ, 2002.

26. Назмеев Ю.Г. Системы золошлакоудаления ТЭС. М.: Изд-во МЭИ, 2002.

27. Назмеев Ю.Г., Мингалеева Г.Р. Системы топливоподачи и пылеприго-товления ТЭС: Справочное пособие. М.: Издательский дом МЭИ, 2005.

28. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской федерации. РД 34.20.501-95. М.: СПО ОРГРЭС, 1996.

29. Втюрин Ю.Н. Опыт эксплуатации, исследования и технико-экономические показатели централизованных систем пылеприготовления на ТЭС // Электрические станции, 1996, №7. С. 34-41.

30. Лузин П.М., Маслов В.Е. Выбор оптимальных систем подготовки топлива к сжиганию / Тр.ЦКТИ. Л.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1981.

31. А. с. СССР № 1736883. Устройство для разогрева полувагонов со смерзшимся грузом. 30.05.92. Бюл. № 20.

32. А. с. СССР № 2055800. Способ разогрева железнодорожных вагонов со смерзшимся грузом. 10.03.96. Бюл. № 7.

33. Лурье З.С. Комплексная механизация и автоматизация бункеров тепловых электростанций. Л.: Энергия, 1975.

34. Осокин В.П. Молотковые мельницы. М.: Энергия, 1980.

35. ТУ 108.1376-85. Мельницы-вентиляторы МВ / Препринт. М.: Госкомитет по стандартам, 1985.

36. Летин Л.А. Среднеходные и тихоходные мельницы. М.: Энергоатомиз-дат, 1981.

37. ВНТП 81. Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций. М.: ОРГРЭС, 1981.

38. РД 34.20.501-95. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: СПО ОРГРЭС, 1996.

39. Конвейеры: справочник / под общ. ред. Ю.А. Пертена. М.: Машиностроение, 1984.

40. Шахмейстер JI.F. Теория и расчет ленточных конвейеров. М.: Машиностроение, 1984.

41. Галимзянов Ф.Г. Вентиляторы. Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1968.

42. Калинушкин М.П. Пневмотранспортное оборудование: справочник. Д.: Машиностроение, 1986.

43. Волковинский В.А. Системы пылеприготовления с мельницами-вентиляторами. М.: Энергоатомиздат, 1990.

44. Маслов В.Е. Пылеконцентраторы в топочной технике. М.: Энергия, 1977.

45. Расчет и проектирование пылеприготовительных установок котельных агрегатов. M.-JL: ЦКТИ, 1971.

46. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива. АН СССР, Москва 1958.

47. Шпильрайн Э.Э. и др. Введение в водородную энергетику. М.: Энергоатомиздат, 1984.

48. Белосельский Б.С., Барышев В.И. Низкосортные энергетические топлива: Особенности подготовки и сжигания. М.: Энергоатомиздат, 1989.

49. Химические вещества из угля. /Под ред. И.В. Калечица. М.: Химия. 1980.

50. Сыромятников И.И., Волков В.Ф. Процессы в кипящем слое. Свердловск: Металлургиздат. 1959.

51. Плановский А.Н., Рамм В.М. Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1967.

52. Теплотехнический справочник: в 2 т. / под общ.ред. В.Н. Юренева, П.Д. Лебедева. М.: Энергия, 1976. Т.2.

53. ГОСТ 15489.1-93. Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Методы определения коэффициента размолоспособности по ВТИ. М.: Изд-во стандартов, 1993.

54. ГОСТ 15489.2-93 (ИСО 5074-80). Угли каменные. Метод определения коэффициента размолоспособности по Хардгрову. М.: Изд-во стандартов, 1993.

55. Белосельский Б.С., Соляков В.К. Энергетическое топливо. М.: Энергия. 1980.

56. РД 153-34.1-03.352-99. Правила взрывобезопасности топливоподачи и установок для приготовления и сжигания пылевидного топлива. М.: РАО «ЕЭС России», 1999.

57. Дытнерский Ю.Н. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 2002.

58. Лыков A.B. Тепло- и массообмен в процессах сушки. М.-Л.: Госэнерго-издат, 1956.

59. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах: пер.с англ. М.: Мир, 1981.

60. Кржижановский Г.М., Вейц В.И. Единая энергетическая система СССР. -М.: Изд-во АН СССР, 1956.

61. Аганбегян А.Г., Багриновский К.А. Система моделей народнохозяйственного планирования. М.: Мысль, 1972.

62. Мелентьев Л.А., Макаров A.A. Методы исследования и оптимизации энергетического хозяйства. Новосибирск: Наука, 1973.

63. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. М.: Наука, 1979.

64. Мелентьев Л.А. Оптимизация развития и управления больших систем энергетики. М.: Высшая школа, 1982.

65. Оптимизация развития топливно-энергетического комплекса / Под. ред. A.C. Некрасова. М.: Энергоиздат, 1981.

66. Зоммерфельд А. Термодинамика и статистическая физика. Пер.с нем. М.: Изд-во иностр. лит., 1955.

67. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия. М.: Энергия, 1968.

68. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия, 1973.

69. Бродянский В.М. О терминологической базе современной инженерной термодинамики // Известия АН. Энергетика. №1. 2007. С.21-27.

70. Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. М.: Энергоатомиздат, 1988.

71. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности. М.: Издательство МЭИ. 2001.

72. Т. Srinivas, A.V.S.S.K.S. Gupta, B.V. Reddy and P.K. Nag. Parametric analysis of coal based combined cycle power plant // Int. J. Energy Res. 2006. V.30pp. 19-36.

73. V. Ramaprabhu, R. P. Roy. A Computational Model of a Combined Cycle Power Generation Unit // J. of Energy Resources Technology, 2004. September. Vol. 126 pp. 231-240.

74. Андрющенко А.И., Эксергетические КПД систем преобразования энергии и взаимосвязь между ними // Известия ВУЗов. Энергетика. №3. 1991. С.3-9.

75. Ziya Sogut, Zuhal Oktay, Arif Hepbasli. Investigation of effect of varying dead-state temperatures on energy and exergy efficiencies of a Raw Mill process in a cement plant // International Journal of Exergy, 2009. Vol. 6, No.5 pp. 655 -670.

76. A.N. Anozie, F.N. Osuolale, A.S. Osunleke. Exergy analysis of binary plate distillation column operations // International Journal of Exergy 2009, Vol. 6, No.5 pp. 715 728.

77. R.K. Ali. Exergy analysis of turbulent flow for tubes of power plant feed water heaters and condensers // International Journal of Exergy. 2009, Vol. 6, No.4 pp. 509 522 .

78. Дубовский C.B. Термодинамический метод определения объективных показателей тепловой экономичности ГТУ ТЭЦ простого цикла // Промышленная теплотехника. 2000. Т.22. № 2. С.85-91.

79. Yue Xu, Yining Wu, Shimin Deng, Shirang Wei. Thermodynamic analysis and conceptual design for partial coal gasification air preheating coal-fired combined cycle //J. of Thermal Science. 2004. Vo.13. No 1 pp. 85-90.

80. Липов Ю.М. и др. Компоновка и тепловой расчет парового котла: учеб.пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1988.

81. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива АН СССР, Москва 1958.

82. АйнштейнВГ. и др. Псевдоожижение. М.: Химия, 1991.

83. Тухватуллина Л.Н., Мингалеева Г.Р. Тепловая эффективность системы подготовки топлива с пылеконцентратором //Труды Академэнерш. 2005. №1. С.89-91.

84. Легков А А, Мингалеева ГР. Анализ структуры и эффективности системы подготовки твердого топлива с газогенератором на воздушном дутье // Труды Академэнерго. 2005.№1.С.84-88.

85. МингалееваГ.Р., Зацаринная Ю.Н., Вачагина Е.К., Назмеев ЮГ. Определение энергетической эффективности индивидуальных систем подготовки угля сушкой продуктами сгорания // Фундаментальные исследования. №6.2005. С. 44-45.

86. Афанасьева О.В., Мингалеева Г.Р. Оценка тепловой эффективности систем подготовки топлива мини-ТЭЦ с пиролизом угля // Труды Академэнер-го. 2006. №4. С.70-78.

87. Пятыгина М.В., Мингалеева Г.Р. Термохимическая переработка угля в процессах его подготовки к сжиганию на ТЭС // Труды Академэнерго. 2007. №2. С.56-63.

88. Ермолаев Д.В., Мингалеева Г.Р. Оценка энергетической эффективности теплотехнологической схемы газификации в кипящем слое с последующим дожиганием топлива//Труды Академэнерго. №1. 2008. С. 50-59.

89. Мингалеева Г.Р. Влияние масштабного и технологического факторов на эксергетические показатели систем подготовки угля // Труды Академэнерго. 2008. №1. С.73-83.

90. Мингалеева Г.Р., Зацаринная Ю.Н., Цышевский Р.В. Эффективность подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и пути ее повышения // V Международный Симпозиум «Ресурсоэффективность. Энергосбережение». Казань, 1-3 декабря 2004 г. С. 291-295.

91. Ульяновск, 20-21 апреля 2006 г. Том 2. Ульяновск: УлГТУ, 2006. С. 248251.

92. Хренкова Т.М. Механо-химическая активация углей. М.: Недра, 1993.

93. Степанов B.C. Химическая энергия и эксергия веществ. Новосибирск: Наука, 1985.

94. Назмеев Ю.Г., Мингалеева Г.Р. Оценка термодинамической эффективности процесса сушки угля в системах подготовки топлива с центральным пылезаводом // Известия АН. Энергетика. 2005. №6. С. 132-137.

95. Мингалеева Г.Р., Зацаринная Ю.Н., Назмеев Ю.Г. Последовательность расчета и термодинамическая эффективность индивидуальной системы подготовки угля с промежуточным бункером // Известия АН. Энергетика. 2006. №2. С. 67-73.

96. Назмеев Ю.Г., Мингалеева Г.Р. Расчет термодинамической эффективности систем прямого вдувания угольной пыли в топку котла // Вестник МЭИ. №6. 2006. С. 119-124.

97. Назмеев Ю.Г., Мингалеева Г.Р. Термодинамическая эффективность систем пылеприготовления прямого вдувания // Известия АН. Энергетика. 2006. №6. С. 103-107.

98. Назмеев Ю.Г., Мингалеева Г.Р. Анализ тепловой и термодинамической эффективности систем пылеприготовления // Известия АН. Энергетика.2006. №6. С. 108-114.

99. Назмеев Ю.Г., Мингалеева Г.Р. Оценка эффективности работы систем пылеприготовления при использовании углей ухудшенного качества // Уголь. 2006. №9. С.50-51.

100. Мингалеева Г.Р., Легков A.A. Эксергетический анализ технологической схемы с газификацией угля // Уголь. №4. 2008. С.71-72.

101. Мингалеева Г.Р., Легков A.A. Термодинамический анализ систем подготовки угля с газогенераторами различных типов // Известия РАН. Энергетика. № 5. 2008. С. 107-113.

102. Афанасьева О.В., Мингалеева Г.Р. Экологические показатели угольных мини-ТЭС и анализ их эффективности // Альтернативная энергетика и экология. №8, 2008. С. 47-51.

103. Афанасьева О.В., Мингалеева Г.Р. Эксергетическая эффективность угольных мини-ТЭС как критерий перспективности их широкого использования // Химия твердого топлива. №1. 2009. С. 64-69.

104. Мингалеева Г.Р. Анализ структуры и эксергетические показатели термодинамической эффективности центральных систем пылеприготовления на ТЭС //Труды Академэнерго. 2006. №1. С. 132-141.

105. Легков A.A., Мингалеева Г.Р. Анализ термодинамической эффективности системы подготовки угля с газификацией на воздушном дутье // Труды Академэнерго. 2006. №1. С. 142-151.

106. Легков A.A., Мингалеева Г.Р. Эффективность процесса газификации брикетированного угля // Успехи современного естествознания. 2006. №11. С. 67-68.

107. Афанасьева О.В., Мингалеева Г.Р. Термодинамическая эффективность угольной мини-ТЭС с пиролизом и газификацией // Труды Академэнерго.2007. №3. С.52-61.

108. Мингалеева Г.Р. Методика анализа и оценки тепловой и термодинамической эффективности систем топливоподачи и пылеприготовления // Материалы докладов Национальной конференции по теплоэнергетике. Казань 5-8 сентября 2006 г. С. 47-50.

109. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2001.

110. Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки. М.: Стройиздат, 1986.

111. Ларионов B.C. и др. Технико-экономическая эффективность энергоблоков ТЭС: Учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998.

112. ФЕРм-2001-6. Федеральные единичные расценки на монтаж оборудования. Сборник 6. Теплосиловое оборудование. М.: Госстрой, 2003.

113. ГЭСНм-2001-06. Государственные элементные сметные нормы на монтаж оборудования. Сборник 6. Теплосиловое оборудование. М.: Госстрой, 2001.

114. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. Официальное издание. М.: НПКВЦ «Теринвест», 1984.

115. Горшков A.C. Технико-экономические показатели тепловых электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1984.

116. Мартыновский B.C. Анализ действительных термодинамических циклов. М.: Энергия, 1972.

117. Литовский Е.И. Потоки энергии и эксергии. М.: Наука, 1988.

118. Дубовской C.B., Базеев Е.Т., Литовский Е.И. Анализ эксергетического баланса теплоэнергетической подсистемы топливно-энергетического баланса СССР // Промышленная теплотехника, 1990, т. 12, №6. С.71-75.

119. Штым А.Н., Ипатов В.Б. Методика определения технико-экономических показателей тепловых электростанций на базе использования эксергетического метода// Труды Дальневосточ. гос. техн. университета. 1999. № 122. С. 174-182.

120. Андрющенко А.И., Дубинин А.Б., Ларин Е.А. О показателях экономической эффективности энергетических объектов // Известия вузов. Энергетика. 1990. №7. С. 3-6.

121. Enis Т. Turgut, Т. Hikmet Karakoc, Arif Hepbasli. Exergoeconomic analysis of an aircraft turbofan engine // International Journal of Exergy 2009 Vol. 6, No.3 pp. 277-294.

122. George Tsatsaronis. Recent developments in exergy analysis and exergoeconomics // International Journal of Exergy 2008 Vol. 5, No.5/6 pp. 489 - 499.

123. РД 34.09.105-96. Методические указания по организации учета топлива на тепловых электростанциях. М.: СПО ОРГРЭС, 1996.

124. МИ 1953-88. Рекомендации. Государственная система обеспечения единства измерений. Масса народнохозяйственных грузов при бестарных перевозках. Методика выполнения измерений. М.: Госстандарт, 1989.

125. РД 34.11.331-91. Методика определения допускаемых расхождений при определении массы «нетто» груза, перевозимого при бестарных перевозках по железной дороге между поставщиками и предприятиями энергетики. М.: СПО ОРГРЭС, 1992.

126. Технический отчет по тепловым испытаниям котлоагрегата БКЗ-210-140 ФЖШ (ст. №10) Казанской ТЭЦ-2 с системой транспорта пыли высокой концентрации под разрежением. Самара, 2003.

127. Пат. № 2314160 РФ. Сортирующая бронефутеровка барабанных мельниц / В.К. Совмен и др. // 2008. Бюл. №1.

128. Пат. № 2321459 РФ. Футеровка барабанной мельницы / Е.Ф. Чижик // 2008. Бюл. № 10.

129. Пат. № 2305597 РФ. Мелющий элемент барабанной мельницы / В.В. Шутов // 2007. Бюл. № 25.

130. Пат. № 45096 РФ. Барабанная мельница / Н.Г. Заматаев, Г.М. Потапов // 2005. Бюл. № 12.

131. Пат. № 2291749 РФ. Шаровая барабанная мельница / B.C. Богданов и др. // 2007. Бюл. № 2.

132. Пат. № 2279923 РФ. Барабанная мельница / С.И. Ханин // 2006. Бюл. № 20.

133. Пат. № 68922 РФ. Барабанная шаровая мельница с центральной разгрузкой / А.Ю. Никитин, С.Ф. Шинкоренко, Н.О. Шведов // 2007. Бюл. № 34.

134. Пат. № 58949 РФ. Шаровая барабанная мельница с внутренним рециклом / B.C. Богданов и др. // 2006. Бюл. № 34.

135. Пат. № 2339450 РФ. Ролик размольной мельницы / A.M. Хобатков, Б.И. Коган, A.A. Самохин // 2008. Бюл. № 33.

136. Пат. № 2339449 РФ. Валок размольной мельницы / Б.И. Коган, М.Ф. Ка-моский, A.A. Самохин // 2008. Бюл. № 33.

137. Пат. № 2354452 РФ. Инерционная мельница для твердых материалов / Р.Я. Ермолаева, М.М. Ермолаев, В.Н. Ульянов // 2009. Бюл. № 13.

138. Пат № 2354453 РФ. Устройство для измельчения / В.В. Шкунов, Б.И. Южанинов // 2009. Бюл. № 13.152.

139. Пат. № 2273521 РФ. Способ и устройство для ультратонкого помола угля / C.B. Алексеенко и др. // 2006. Бюл. № 10.

140. Пат. № 2345838 РФ. Способ измельчения материала и устройство для его осуществления / Е.Д. Верич и др. // 2009. Бюл. № 4.

141. A.c. 1663323 СССР. Пылеконцентратор / В.Е. Маслов, В.З. Лейкин и др.// Открытия. Изобретения. 1991. № 26.

142. A.c. 1612178 СССР. Пылеконцентратор / В.Л. Шульман, Ф.С. Щипаков и др. // Открытия. Изобретения. 1990. № 45.

143. Пат. № 2138736 РФ. Пылеконцентратор / И.Н. Сулиманов // Открытия. Изобретения. 1999. № 9.

144. A.c. 1332103 СССР. Пылеконцентратор / Ю.А. Долбня, А.И. Мигунов, Б.В. Хоменко // Открытия. Изобретения. 1987. № 31.

145. A.c. 1222986 СССР. Делитель-пылеконцентратор / В.Е. Маслов и др. // Открытия. Изобретения. 1986. № 13.

146. A.c. 1170227 СССР. Делитель-пылеконцентратор / В.Д. Лебедев и др. // Открытия. Изобретения. 1985. № 28.

147. A.c. 1016631 СССР. Делитель-пылеконцентратор / В.Д. Лебедев, A.B. Клюнин и др. // Открытия. Изобретения. 1983. № 17.

148. Пат. № 2209374 РФ. Делитель-пылеконцентратор / В.А. Дубровский, М.В. Зубова и др. // Открытия. Изобретения. 2003. № 7.

149. Пат. № 2269061 РФ. Центробежный делитель-пылеконцентратор с вертикальной осью / Ю.И. Лафа и др. // 2006. Бюл. № 3.

150. A.c. 1025960 СССР. Пыледелитель / A.C. Цветко // Открытия. Изобретения. 1983. №24.

151. A.c. 1183784 СССР. Распределитель пылегазового потока / В.З. Лейкин, В.Е. Маслов и др. // Открытия. Изобретения. 1992. № 8.

152. Пат. № 2176360 РФ. Пылесистема / В.А. Дубровский и др. // Открытия. Изобретения. 2001. № 11.

153. Пат. № 2181182 РФ. Пылесистема / В.А. Дубровский и др. // Открытия. Изобретения. 2002. № 4.

154. A.c. 1071875 СССР. Пылесистема / В.А. Парилов, С.Г. Ушаков и др. // Открытия. Изобретения. 1984. № 5.

155. A.c. 1068664 СССР. Способ подготовки твердого топлива к сжиганию / В.Л. Белоцерковский и др. // Открытия. Изобретения. 1984. № 3.

156. Лузин П.М. Создание оборудования для систем пылепитания с высокой концентрацией пыли под разрежением / П.М. Лузин, Ю.О. Заболоцкий, Т.А. Пых // Тр. НПО ЦКТИ 1983.

157. Тверской Ю.С. Автоматизация котлов с пылесистемами прямого вдувания / Ю.С. Тверской. М.: Энергоатомиздат, 1996.

158. Пат. № 2072479 РФ. Пылесистема / В.А. Дубровский и др. // Открытия. Изобретения. 1997. № 3.

159. Пат. № 2200278 РФ. Способ приготовления пылевидного топлива для сжигания и система приготовления пылевидного топлива / В.К. Артемьев и др. // 2003. Бюл. № 3.

160. Пат. № 2281432 РФ. Способ подготовки и сжигания твердого топлива и система для его осуществления / Ф.А. Серант и др. // 2006. Бюл. № 22.

161. Пат. № 2347142 РФ. Способ регулирования режима горения паропроиз-водительной установки / Е.А. Бойко и др. // 2009. Бюл. №5.

162. Пат. № 2315083 РФ. Газификатор твердого топлива / А.Е. Князев // 2008. Бюл. № 2.

163. Пат. № 2320700 РФ. Способ получения пылеугольного топлива и установка для осуществления способа / М.Б. Школлер, С.Г. Степанов, С.Р. Исламов // 2008. Бюл. № 9.

164. Пат. № 2334777 РФ. Способ и установка для термической переработки мелкозернистого топлива / А.И. Блохин и др. // 2008. Бюл. № 27.

165. A.c. 1736883 СССР. Устройство для разогрева полувагонов со смерзшимся грузом / Ю.М. Грабовой и др. // Открытия. Изобретения. 1992. №20.

166. A.c. 1615110 СССР. Способ разогрева железнодорожных полувагонов со смерзшимся грузом и гараж для его осуществления / Ю.М. Грабовой, С.А. Годин, В.И. Сычев // Открытия. Изобретения. 1990. №47.

167. A.c. 2055800 СССР. Способ разогрева железнодорожных вагонов со смерзшимся грузом / Ю.М. Грабовой // Открытия. Изобретения. 1996. №7.

168. A.c. 1611818 СССР. Камера для разогрева вагонов со смерзшимся грузом / Ю.М. Грабовой // Открытия. Изобретения. 1990. № 45.

169. A.c. 381387 СССР. Дробилка / В.Г. Литвинов, Н.Ф. Литвинова и др. // Открытия. Изобретения. 1973. №22.

170. A.c. 1445776 СССР. Валковая дробилка / В.А. Казанов, В.П. Маниев, Н.П. Чижиков // Открытия. Изобретения. 1988. № 47.

171. A.c. 1430101 СССР. Дробилка / В .Я. Герман, А.Е. Тарасенко и др. // Открытия. Изобретения. 1988. № 38.

172. A.c. 1766506 СССР. Способ измельчения материала / П.И. Миронов, A.C. Князев и др. // Открытия. Изобретения. 1992. № 37.

173. A.c. 1791002 СССР. Шнековая дробилка / В.Г. Литвинов, И.Г. Логинов и др. // Открытия. Изобретения. 1993. № 4.

174. Блохин А.И. и др. Угольные мини-ТЭС с внутрицикловым пиролизом топлива // Электрические станции. 2005. № 7. С.25-33.

175. Гольдштейн А.Д., Позгалев Г.И., Доброхотов В.И. Состояние развития ПТУ на твердом топливе // Теплоэнергетика. 2003. №2. С. 16-23.

176. Боровков В.М., Зысин Л.В. Основные направления развития мини-ТЭЦ на основе современных парогазовых технологий // Известия АН. Энергетика. 2001. №1. С. 100-105.

177. Данилевич Я.Б., Боченинский В.П. Малая тепловая электростанция с парогазовой установкой // Известия АН. Энергетика. 1996. №4. С. 68-71.

178. Шестаков С.М. Газификация твердого топлива для использования в котельных и ТЭЦ // Теплоэнергоэффективные технологии. 2004. №2. С. 26-32.

179. Афанасьева О.В., Мингалеева Г.Р. Тепловая эффективность производства вторичных продуктов на угольной мини-ТЭС // Фундаментальные исследования. 2007. №6. С. 60.

180. Афанасьева О.В., Мингалеева Г.Р. Обеспечение надежности энергоснабжения на базе угольных мини-ТЭС // Труды VIII Международного симпозиума «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение». Часть 2. г. Казань, 4-6 декабря 2007 г. С. 14-19.

181. Демченко, И. И. Экономические аспекты перевозки угля в контейнерах на примере г. Красноярска / И. И. Демченко, В. А. Ковалев, М. Г. Омышев

182. Вестн. Краснояр. гос. техн. ун-та. Вып. 11 : Машиностроение, транспорт / КГТУ. Красноярск, 1998. С. 48-62.

183. Беляев J1.C. Рынок в электроэнергетике: Проблемы развития генерирующих мощностей / JI.C. Беляев, C.B. Подковальников. Новосибирск: Наука, 2004.

184. Пресс-релиз о тарификации железнодорожных тарифов на 2006 год от 16.12.2005 / Информация с официального сайта ФСТ РФ.

185. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009614471. Расчет и выбор оптимального варианта индивидуальной системы пылеприготовления для тепловой электростанции или котельной / Ха-литова Г.Р., Мингалеева Г.Р. 21.08.2009.

186. Мингалеева Г.Р. Комплексная методика определения термодинамических и технико-экономических систем подготовки угля // Промышленная энергетика. №8. 2009.

187. Мингалеева Г.Р. Эффективность функционирования энергосистемы при увеличении доли угля в топливно-энергетическом балансе // Энергетик. № . 2009.

188. Концепция Энергетической стратегии России на период до 2030 г. (проект) // Прил. к научн., обществ.-дел. журналу "Энергетическая политика". М.: ГУ ИЭС, 2007.