автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Повышение эффективности использования мазутов на тепловых электрических станциях и котельных

На правах рукописи

005051515

ЗВЕРЕВА ЭЛЬВИРА РАФИКОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЗУТОВ НА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ И КОТЕЛЬНЫХ

Специальность 05.14.14- Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

11 АПР 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Казань-2013

005051515

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» (КГЭУ)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Лаптев Анатолий Григорьевич

Официальные оппоненты: Данилов Александр Михайлович

доктор технических наук, Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти (ОАО «ВНИИ НП»), зам. ген. директора

Аракелян Эднк Койрунович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет»

«Московский энергетический институт» (МЭИ (ТУ)), профессор кафедры «Автоматизированные системы

управления тепловыми процессами»

Тутубалина Валерия Павловна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Казанский

государственный энергетический

университет», профессор кафедры «Тепловые электрические станции»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет»

Защита состоится «25» апреля 2013 года в 14 час. 00 мин, на заседании диссертационного совета Д212.082.02 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» по адресу 420066, г. Казань, ул.Красносельская,д.51, зал заседаний Ученого совета (Д-223).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет»

Автореферат разослан «22» марта 2013 г.

Ученый секретарь —"7/

диссертационного совета --^''/- '^-гу-'^^'У К.Х. Гильфанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей тенденцией развития российской нефтеперерабатывающей отрасли является повышение глубины переработки нефти и рост объема выпуска высококачественных нефтепродуктов, с одновременным увеличением глубины переработки до 80-85 % к 2020 году. По мере углубления переработки нефти доля лрямогонного мазута в котельных топливах снижается, а доля гудрона и тяжелых остатков крекинг-процессов растет, следовательно, качество топочного мазута ухудшается.

Качество мазута оказывает существенное влияние на условия его транспортировки, хранения и сжигания, на объем выбросов вредных веществ в атмосферу, а также на работу основного и вспомогательного оборудования тепловых электростанций. Повышение качества жидкого топлива и интенсивности его сжигания связано с добавлением в топливо специальных веществ, улучшающих его эксплуатационные свойства - многофункциональных присадок.

Развитие энергетики напрямую связано с решением экологических проблем. К числу важнейших проблем, связанных со сжиганием органического топлива на ТЭС, в первую очередь относятся выбросы в окружающую природную среду. Энергетика сегодня поставляет в атмосферу 23,3 % суммарных выбросов от стационарных источников в России. Характерными для энергетической отрасли загрязняющими веществами являются диоксид серы, оксиды азота, углекислый и угарный газы.

Основной проблемой при эксплуатации мазутных хозяйств остаются значительные затраты энергии на подогрев при хранении мазута и подготовке его к сжиганию, и на очистку дымовых газов. Согласно Энергетической стратегии РФ до 2030 года нереализованный потенциал организационного и технологического энергосбережения на момент ее разработки составил 40 % общего объема внутреннего энергопотребления. Часть этого потенциала вполне может быть покрыта за счет оптимизации эксплуатации мазутных хозяйств, повышения эффективности использования топлива.

Исходя из выше изложенного, очевидна актуальность комплексного решения проблем, возникающих при подготовке и сжигании топочных мазутов, повышения потенциала ресурсо- и энергосбережения мазутных хозяйств, повышения экологической безопасности котельных и тепловых электростанций.

Целью работы является разработка научно-технических основ комплексного использования мазутов с присадками на ТЭС и в котельных, разработка и внедрение на их основе практических мероприятий, направленных

на повышение эффективности процессов топливоподготовки, сжигания и снижения вредных выбросов.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

Исследовать возможность использования обезвоженного карбонатного шлама ХВО в качестве присадки к мазуту:

- исследовать физико-химические свойства обезвоженного карбонатного шлама ХВО и определить его дисперсность для использования в качестве присадки к топочному мазуту;

- исследовать эксплуатационные свойства топочного мазута марки М100 в зависимости от содержания в нем присадки, обобщить полученные экспериментальные данные в виде расчетных уравнений;

- на основе полученных экспериментальных данных выполнить анализ эффективности применения карбонатного шлама в качестве присадки к мазуту;

- установить механизм влияния присадки на эксплуатационные свойства мазута;

- разработать принципиальную схему дозирования и смешения присадки к мазуту;

- рассчитать эффективность использования статических проточных смесителей с различными насадками для смешения мазута с присадками;

- изучить влияние карбонатной присадки на КПД энергетических котлов;

- рассчитать предотвращенный экологический ущерб от снижения оксидов серы в дымовых газах;

- оценить технико-экономическую эффективность внедрения дозировочного комплекса присадки на базе одноступенчатой схемы мазутного хозяйства;

- выбрать рациональный способ очистки дымовых газов котельных и тепловых электростанций по данным филиала ОАО «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ-1 от оксидов углерода, от оксидов азота и оксидов серы;

- выбрать режимные и конструктивные характеристики аппарата, обеспечивающего высокую степень извлечения нежелательных примесей из дымовых газов по данным, предоставленным филиалом ОАО «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ-1;

- оценить предотвращенный экологический ущерб от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Объект исследования:

Системы подготовки мазута к сжиганию и очистки газовых выбросов на энергетических объектах, на примере ОАО филиала «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ-1.

Предмет исследования:

Факторы, влияющие на повышение эффективности комплексного использования мазутов на тепловых электрических станциях и котельных.

Методы исследования:

Поставленные задачи решались путем сочетания теоретических и экспериментальных методов исследования. Исследования состава и физико-химических свойств обезвоженного карбонатного шлама и эксплуатационных свойств топочного мазута проведены в соответствии с государственными стандартами в аккредитованных химических лабораториях, что подтверждает достоверность и обоснованность экспериментальных данных.

При проведении исследований по изучению физико-химических свойств карбонатного шлама и возможности его использования в качестве присадки к топочным мазутам использованы методы химического, гравиметрического, элементного анализов.

Экспериментальные исследования проведены автором диссертационной работы совместно с аспирантами в лаборатории «Технология топлив и масел» кафедры «Технология воды и топлива» ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», химической службы ООО «ИЦ Энергопрогресс», Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, филиала ОАО «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ-1, филиала ОАО «ТГК-5 Марий Эл и Чувашии».

Для расчета эффективности перемешивания присадки с мазутом, для расчета КПД энергетического котла ТГМ-84«Б» по прямому балансу использовано программное приложение с использованием среды разработки Microsoft Visual Studio.

Научная новизна:

Разработаны научно-технические основы и комплекс мероприятий, направленные на повышение эффективности использования мазута с присадками на тепловых электростанциях и котельных.

Впервые на основе анализа проведенных экспериментальных исследований выявлен механизм действия карбонатной присадки на эксплуатационные свойства мазута, а именно:

- установлено, что в качестве присадки к мазуту целесообразно использовать обезвоженный карбонатный шлам водоподготовки, с размером частиц менее 90 мкм и суммарным содержанием углекислого кальция и углекислого магния не менее 85 %;

- выявлено, что предложенная присадка в виде обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки позволяет улучшить эксплуатационные свойства

топочных мазутов (снизить вязкость, температуру застывания, содержание серы, коррозионную активность, улучшить структуру отложений) при концентрации присадки в мазуте 0,1 - 0,5 % (масс.). Полученные экспериментальные данные обобщены в виде расчетных уравнений.

На основе проведенных расчетов массообменных аппаратов:

- разработана конструкция массообменной колонны для комплексной очистки дымовых газов при сжигании мазутов, которая обеспечивает высокую степень очистки газов от оксидов азота, оксидов серы и углекислого газа, имеет небольшие геометрические размеры;

- установлено, что при использовании нерегулярных насадок Инжехим, абсорбер имеет лучшие, по сравнению с кольцами Рашига, массообменно-гидродинамические характеристики и меньшие габариты;

- установлено, что данный аппарат целесообразно устанавливать для очистки дымовых газов при пленочном режиме работы на газомазутных котельных средней мощности и на тепловых электростанциях с расходом дымовых газов менее 25 кг/с.

Достоверность и обоснованность полученных экспериментальных данных в работе подтверждается применением действующих аттестованных методик и государственных стандартов, а также использованием аттестованных средств измерений с высоким классом точности, прошедших периодическую поверку.

Расчетно-аналитические исследования проводились с использованием методов регрессионного анализа, математической статистики, прикладных пакетов программ Microsoft Excel и Advanced Grapher.

Результаты работы подтверждены производственными испытаниями на Новочебоксарской ТЭЦ-3.

Практическая ценность работы и внедрение ее результатов

На основе сформулированных научно-технических положений:

Предложено в качестве присадки к топочному мазуту использовать обезвоженный карбонатный шлам водоподготовки ТЭС, которая не требует затрат на производство и транспортировку.

Разработаны технические условия на карбонатную присадку.

Разработаны рекомендации для ТЭС и котельных при использовании мазута с присадками.

Разработана технологическая схема дозирования присадки к мазуту, выбраны режимные и конструктивные характеристики смесителя для однородного распределения присадки в мазуте, даны рекомендации по модернизации одноступенчатой схемы мазутного хозяйства при внедрении дозировочного комплекса.

Оценена технико-экономическая эффективность применения присадки к топочному мазуту марки М100. Срок окупаемости внедрения составляет 4 месяца.

Получен акт о целесообразности внедрения указанной присадки на базе одноступенчатой схемы мазутного хозяйства филиала ОАО «Генерирующая компания Казанская ТЭЦ-1», а также филиала ОАО «ТГК-5 Марий Эл и Чувашии».

Предложено для очистки дымовых газов на примере Казанской ТЭЦ-1 при использовании в качестве основного и резервного котельного топлива -мазута использовать аппараты насадочного типа, которые более эффективны полых вихревых аппаратов при относительно небольших расходах дымовых газов (до 25 кг/с).

Основные положения, выносимые на защиту

Экспериментальные данные физико-химических показателей обезвоженного карбонатного шлама, образующегося при подготовке питательной воды на теплоэлектростанциях.

Результаты экспериментальных исследований влияния многофункциональной присадки в виде обезвоженного карбонатного шлама на физико-химические и эксплуатационные свойства топочного мазута марки МЮОи механизм действия данной присадки на свойства топочного мазута.

Результаты расчета эффективности использования, режимные и конструктивные характеристики смесителя для однородного распределения присадки в мазуте.

Разработанная принципиальная технологическая схема дозирования присадки к топочному мазуту.

Результаты расчета и конструкция насадочного абсорбера очистки газовых выбросов тепловых электростанций и котельных.

Личный вклад автора состоит в выдвижении идей, научном обосновании и непосредственном участии в проведении экспериментальных исследований, анализе полученных результатов и их обобщении, разработке оборудования и технологий, их патентовании, разработке рабочей программы проведения режимно-наладочных испытаний на Новочебоксарской ТЭЦ-3.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены на:

XX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Ярославль, 2007), XIII Международной, научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2007), школе-семинаре молодых

ученых и специалистов акад. РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, 2008), IV научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009 г.), VI Международной научно-практической конференции «Новые горючие и смазочные материалы с присадками» (Санкт-Петербург, 2010),XI Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2010), XXIV Международная научная конференция ММТТ-24 (Саратов, 2011), VI Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетического оборудования» (Иваново, 2011), VI Международной научно-технической конференции «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» (Москва, 2011), VII Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетического оборудования» (Санкт-Петербург, 2012) и др.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 36 работ, из них 13 в журналах из перечня ВАК Минобрнауки России, 4 статьи в других изданиях, 2 монографии, 2 патента и тезисы докладов.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, б глав, заключения, списка использованных источников, насчитывающего 251 библиографическую ссылку. Она изложена на 338 страницах, содержит 33 рисунка и 53 таблицы. В приложении приведены справки и акты об испытаниях и внедрении разработанных мероприятий.

При написании отдельных разделов диссертации автор использовала материалы диссертационных работ аспирантов, у которых являлась руководителем и соруководителем: Л.В. Ганиной «Улучшение эксплуатационных свойств топочного мазута карбонатсодержащей присадкой» и Т.М. Фарахова «Многофункциональные контактные устройства смешения котельного топлива с присадками и очистки газовых выбросов ТЭС».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и задачи исследования, изложены научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу проблем, возникающих при использовании тяжелых, высокосернистых мазутов в котельных и на тепловых элек-

тростанциях. Рассмотрены мазутные хозяйства котельных и ТЭС, влияние низкокачественного жидкого топлива на работу котлов. Большой вклад, особенно в части исследования, описания и совершенствования комплекса оборудования мазутных хозяйств внесли виднейшие специалисты в этой области: З.И. Геллер, В.А. Адамов, H.H. Верховский, Б.С. Белосельский, В.Я. Рыжкин, И.М. Ляндо, Ю.Г. Назмеев, Л.С. Стерман и многие другие. Работы этих ученых и специалистов заложили основу систем подготовки жидких то-плив на тепловых электростанциях и котельных.

Представлен аналитический обзор научных работ по применению присадок к высокосернистым топочным мазутам в России и за рубежом. Следует отметить значительный вклад, в разработке, изучении свойств и механизма действия на качество жидкого нефтяного топлива специальных веществ - присадок виднейших специалистов в этой области в России - A.M. Данилова, P.A. Тертеряна, A.M. Кулиева, J1.M. Цирюльникова, З.А. Саблиной, Т.П. Вишняковой, Т.Н. Митусовой и за рубежом - Clunies-Ross С, Stanmore B.R., Lin J.J., Weaver S.L., Bums L.D., Berger J., Forster H.J. и многих других. Широко известные работы этих ученых и специалистов заложили основу технологии улучшения показателей качества жидкого топлива при помощи присадок.

В настоящее время разработаны разнообразные виды присадок к мазуту, широко применяемые в США и в Западной Европе. Например, в США более 90 % сжигаемого мазута обязательно обрабатывается присадками. Наиболее известны присадки к мазуту - Dodiflow 4138Х, Dodiflow 5200 и 5236, Dodiflow 5773, HYBASE, Amber SSR-113, Alken Even-Flo 905, Protea Coronata M-29. Из отечественных присадок к мазутам наибольшее распространение получили группа присадок ВНИИНП, присадка ВТИ-4ст, ВЭС, Сэвилен, ДМН-2005 и некоторые другие. Кроме того, в качестве присадок можно использовать природные минералы (доломит, известняк, магнезит) и отходы производств. Анализ литературы, показал, что наибольший интерес представляют присадки, полученные из отходов производств.

Приведен краткий обзор основных методов очистки дымовых газов. Очистка дымовых газов является актуальной проблемой защиты окружающей среды. Эффективность очистки газов значительно зависит от аппаратурного оформления проводимых процессов. Широко известны работы и монографии российских ученых П.В. Рослякова, Л.Д. Скорик Л.Д., Ю.С. Ходако-ва, А.Г. Лаптева, А.Г. Ветошкина, H.A. Николаева, Ю.В. Вихрева, Г.В. Дени-

сова, B.C. Ежова и зарубежных ученых и специалистов Schrofelbauer Н., Tauschitz J., Zellinger G., Tauschitz J. , V.M. Zamansky, Hirnes R., Hubbard D., Engler R„ Voje H„ Hannes K„ R. Hemberger и многих других, посвященных проблеме очистки дымовых газов электростанций и котельных.

Анализ литературных источников показал, что совершенствование эксплуатации мазутного хозяйства, с целью повышения потенциала энергосбережения в новых экономических условиях, требует комплексного подхода по внедрению нового оборудования и технологий хранения, подготовки к сжиганию мазута. Исходя из выше изложенного, очевидна актуальность комплексного решения проблем, возникающих при подготовке и сжигании топочных мазутов, повышения потенциала ресурсо- и энергосбережения мазутных хозяйств, повышения экологической безопасности котельных и тепловых электростанций. Разработка теоретических основ и технических решений по комплексному использованию мазутов с присадками в качестве основного и резервного топлива на ТЭС и в котельных, направленных на повышение эффективности процессов топливоподготовки, сжигания и снижения вредных выбросов, позволит решить научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение. Таким образом, актуальной задачей является исследование и повышение эффективности комплексного использования мазутов с присадками в качестве топлива на ТЭС и в котельных на стадии его подготовки, сжигания и очистки образующихся дымовых газов от вредных примесей. На основе анализа литературных данных и данных работы тепловых электростанций были сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе для решения возможности использования обезвоженного карбонатного шлама в качестве присадки к мазуту, для установления механизма действия присадки на эксплуатационные свойства мазута был использован экспериментальный метод исследования. Активные экспериментальные исследования состава и физико-химических свойств обезвоженного карбонатного шлама и эксплуатационных свойств топочного мазута были проведены в соответствии с государственными стандартами в аккредитованных химических лабораториях, что подтверждает достоверность и обоснованность экспериментальных данных.

При проведении исследований по изучению физико-химических свойств карбонатного шлама и его использования в качестве присадки к топочным мазутам были использованы методы химического, гравиметрического, элементного анализов.

Результаты экспериментальных исследований химического состава и физико-химических свойств обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки Казанской ТЭЦ-1 (табл. 1,2).

Таблица 1. Химический состав шлама водоподготовки КТЭЦ-1

Содержание компонентов, % (масс.) Фракция шлама < 0,09 мм

Массовая доля кремнекислоты 2,22

Массовая доля окислов железа 4,2

Сумма массовых долей кальция и магния 51,25

Сумма массовых долей меди и цинка отс.

Массовая доля сульфатов 3,64

Массовая доля фосфатов отс.

Потери при прокаливании 38,64

Таблица 2. Физико-химические показатели шлама водоподготовки КТЭЦ-1

Показатели Размер частиц шлама, мм

< 0,09 0,090,5 0,51,0 1,01,4 > 1,4 Непросеянный

1 2 3 4 5 6 7

Гранулометрический состав, % 53,91 12,18 6,37 4,99 21,836 100

Насыпная плотность, г/см1 0,876 0,833 - - 0,824 0,85

Удельная поверхность, м2Уг 4,6 3,3 3,0 2,4 1,5 2,8

Адсорбция, мг/г 2,3 1,65 1,5 1,2 0,75 1,41

Зольность, % (масс.) 82,3 82,1 84,5 86,7 88,1 89,4

Влажность, % (масс.) 0,71 0,76 0,73 0,65 0,59 0,66

Растворимость в техн. воде, % (масс.) 0,709 0,663 0,688 0,701 0,716 0,734

Растворимость в турбинном масле, % (масс.) 0,491 0,492 0,485 0,494 0,502 0,497

Растворимость в трансформаторном масле, % (масс.) 0,492 0,485 0,491 0,486 0,479 0,484

Растворимость в топочном мазуте, % (масс.) 0,395 0,392 0,391 0,385 0,387 0,394

По результатам анализов можно сделать следующие выводы:

- суммарное содержание углекислого кальция и углекислого магния в обезвоженном шламе составляет не менее 85 %;

- обезвоженный шлам относится к низкодисперсному сырью (содержание фракции <0,09 мм составляет 54 %), и имеет развитую удельную поверхность;

- влажность обезвоженного шлама и его растворимость в воде и нефтепродуктах не зависят от дисперсности.

На данный момент накопленные объемы шлама водоподготовки, а также его ежегодный прирост являются неограниченным ресурсом для того, чтобы начать массовое и планомерное применение шлама в энергетике в качестве доступной и дешевой присадки к топочному мазуту. Обезвоженный карбонатный шлам водоподготовки Казанской ТЭЦ-1 был испытан в качестве присадки на высокосернистом топочном мазуте марки М100 Нижнекамского НПЗ, который используется на Казанской ТЭЦ-1 в качестве аварийного и резервного топлива. Результаты лабораторных испытаний представлены в табл. 3, результаты элементного анализа - в табл. 4.

Таблица 3. Показатели качества топочного мазута

Определяемый показатель Концентрация присадки в мазуте, % (масс.)

0 0,1 0,5 1 1,5 2 3

Вязкость условная при 80" С, °ВУ 13,4 13,3 13,2 13 12,9 12,8 12,5

Температура застывания, °С 7,3 4,8 3,6 3,8 3,5 1,7 0,7

Содержание влаги, % (масс.) 1,7 2 2,1 2,2 2 1,8 2

Содержание серы, % (масс.) 2,9 2,64 2,51 2,51 2,48 2,45 2,37

Низшая теплота сгорания топлива, 0;кДж/кг 39375 39467 39259 38984 38876 38133 38644

Зольность, % (масс.) 0,127 0,377 1,144 1,74 2,21 2,73 3,25

Содержание механических примесей, % (масс.) 0,217 0,395 0,56 0,67 0,87 1,203 1,44

Плотность при 20" С, кг/м5 997 1001 1004 996 993 995 1000

Содержание водорастворимых кислот и щелочей отсутствие

Таблица 4. Элементный состав топочного мазута

Топливо Содержание, % (масс.)

С Н Б N

Мазут М100 77,95+0,13 12,0±0,15 6,58± 0,13 0,71±0,11

М100+ 0,1 % (масс.) присадки 77,91±-0,03 12,04±0,14 б,36±0,2 0,87±0,15

М100+ 0,5 % (масс.) присадки 78,33±0,05 11,99±0,08 7,03±0,21 0,88+0,12

По результатам элементного анализа видно, что при добавлении присадки в топочный мазут количественного изменения по компонентам не происходит. Однако соединения присадки сорбируются на поверхности парафинов и оказывают положительное действие на реологические свойства мазута. Парафины при понижении температуры легко кристаллизуются и образуют пространственную структуру, в результате чего топливо теряет подвижность. Присадка же препятствует росту зарождающихся кристаллов и их ассоциации, в результате чего снижаются вязкость и температура застывания топочного мазута (табл. 3). В связи с этим уменьшаются энергозатраты на подогрев мазута и на его перекачку по трубопроводам.

При сжигании топочного мазута в калориметрической бомбе было установлено, что происходит снижение содержания серы и теплоты сгорания топочного мазута по мере увеличения концентрации присадки в мазуте (табл. 3). Однако учитывая, что допустимое расхождение между параллельными опытами по ГОСТ 21261-91 «Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания» составляет 130 кДж/кг (31 ккал/кг), можно считать, что калорийность мазута не изменяется при добавлении в него присадки в количестве до 0,5 масс. %.

Механизм действия присадки на оксиды серы, образующиеся при сжигании топочного мазута, можно представить следующими химическими реакциями:

1. Разложение соединений присадки - углекислого кальция СаС03 при 1=900 °С и углекислого магния М§С03 при 1=540° С:

СаСОз СаО + С02|, (1)

М£СОз — МбО + С02|, (2)

2. Связывание оксидов серы, образующихся при горении мазута:

БОг + 1/202 — БОзТ, (3)

СаО + Б03 ->Са804|, (4)

МёО + БОз -^Мё804|, (5)

Mg(OH)2 + БОз — МбБО.,! + Н20. (6)

Кроме БОг, непосредственно в факеле можно обнаружить двухатомную серу сероводород НгБ и свободные радикалы Б О, Б, БН. При высоких температурах относительное содержание свободных радикалов БН, БО и Б может достигать 30 % общего содержания серы. Свободные сернистые радикалы на определенном этапе превращений, по-видимому, также могут вступать в химические реакции с компонентами присадки. Сероводород могут нейтрализовать соединения присадки по приведённым выше уравнениям. Не исключено, что возможен и процесс адсорбции сернистых соединений на оксидах магния и кальция, а также на частицах золы. Проведенный элементный анализ состава золы (табл. 5, 6), полученной при сжигании мазута без присадки и при сжигании мазута с присадкой 0,5 % (масс.), доказывает возможность протекания описанных выше процессов.

Таблица 5. Элементный состав золы мазута без присадки

Содержание компонентов, % (масс.)

Опыт м2 Б Са Ие N3 А1

№1 1,21 3,31 5,71 20,25 16,01 10,08

№2 1,23 3,96 5,86 20,63 16,49 10,34

Таблица б.Элементный состав золы мазута с присадкой Содержание компонентов, % (масс.)_

Опыт мё Б Са Ре Ыа А1

№1 8,73 4,05 14,38 20,05 8,25 9,68

№2 8,76 4,69 14,65 20,42 8,41 9,86

Таким образом, присадка к мазуту в виде обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки позволяет химически связывать серу, содержащуюся в топливе, в процессе его сгорания, тем самым уменьшая низкотемпературную коррозию поверхностей нагрева и выбросы оксидов серы в атмосферу.

Результаты испытаний (табл. 3) показали, что с увеличением массовой доли присадки в мазуте повышается его зольность и содержание механических примесей. Однако при этом зольный остаток, полученный при сжигании мазута марки М100 с присадкой, является порошкообразным и более рыхлым и может легко удаляться с поверхностей нагрева под небольшим механическим воздействием или осыпаться под действием своего веса по сравнению с липкой золой, полученной при сжигании мазута, необработанного присадкой.

Согласно ГОСТ 10585-99 зольность мазута марки М100 не должна превышать 0,14 % (масс.), а содержание механических примесей должно быть не более 1,0 % (масс.). Следовательно, сумма концентраций присадки в

мазуте и его собственных механических примесей должна быть не более 1,14 % (масс.).

Также в данной главе приведены результаты промышленных испытаний предложенной присадки к топочному мазуту. Промышленные испытания были проведены на парогенераторах ТГМ-84«Б» Новочебоксарской ТЭЦ. На основе собранных данных составлена режимная карта работы котельного агрегата на топочном мазуте с присадкой в виде обезвоженного карбонатного шлама. Согласно результатам промышленных испытаний, снижение температуры уходящих газов на 5 °С и повышение КПД брутто котельного агрегата на 0,7 %.

В третьей главе приведено описание экспериментальных исследований влияния карбонатного шлама водоподготовки на свойства мазута. Предметом настоящих исследований является улучшение качества высокосернистого топочного мазута марки М100 Нижнекамского НПЗ присадкой в виде обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки Казанской ТЭЦ-1.

На сегодняшний день наиболее известными марками котельного жидкого топлива являются марки М40 и М100. Однако при выборе объекта исследования мы руководствовались тем, что марка мазута М100 имеет худшие показатели качества (ГОСТ 10585-99), следовательно, требует улучшения эксплуатационных показателей. Кроме того, данная марка мазута, из-за дешевизны, чаще используется на электрических станциях и котельных не только в Республике Татарстан, но и в других регионах. Однако все проведенные экспериментальные исследования можно распространить и на другие марки мазута М40, М200 и др., требующие улучшения эксплуатационных свойств (снизить вязкость и температуру застывания, содержание серы, улучшить структуру отложений).

Карбонатный шлам образуется в процессе коагуляции и известкования природных вод на ТЭС и, с производственной точки зрения, является отходом. Однако данный вид шлама может иметь довольно широкое применение в качестве вторичного сырья при условии обеспечения товарного вида и условий транспортировки за счет его обезвоживания. Например, на Казанской ТЭЦ-1 для обезвоживания функционирует цех по переработке шлама. Технологический процесс заключается в сушке осадка в ленточной сушилке и размалывании полученного продукта в установке тонкого растирания.

Одним из основных этапов любого эксперимента является статистическая обработка экспериментальных данных, которая направлена, как правило, на построение математической модели исследуемого объекта

или явления, а также на определение достоверности полученных опытных данных в пределах требуемой точности.

Все экспериментальные данные подвергались статистической обработке, в ходе которой результаты экспериментальных исследований обобщены в расчетные уравнения с помощью пакета прикладных программ Advanced Grapher 2.2 на основе регрессионного анализа.

В ходе эксперимента для каждого типа исследований определялся модуль доверительного интервала А и предельная абсолютная ошибка (погрешность) интервального оценивания математического ожидания //. В проведенных экспериментах точность оценки математического ожидания // для различных показателей изменялась в пределах 0,0016 + 0,2. Чем ниже //, тем более точны результаты прогнозирования на основании проведенного эксперимента.

Все исследуемые выше показатели качества мазута (вязкость, температура застывания, теплота сгорания, содержание серы и др.) зависят от концентрации (массовой доли) присадки в нем. Для определения эмпирических зависимостей применялся регрессионный анализ, предназначенный для получения математической модели в виде уравнения регрессии:

у = <р{Х„Х2.....Х,;0„02'-1Ъ)+£- (7>

где у - показатель выхода объекта исследования; X - входные переменные, имеющие количественный характер; <р - известная с точностью до коэффициентов в функция; е - случайная помеха.

Основной особенностью регрессионного анализа является то, что при его помощи можно получить конкретные сведения о том, какую форму и характер имеет зависимость между исследуемыми переменными. Задача регрессионного анализа сводится к оценке неизвестных коэффициентов в по экспериментальным данным. При построении расчетных уравнений с помощью пакета прикладных программ Advanced Grapher 2.2 вычисление коэффициентов выполнялось по методу наименьших квадратов. Степень полинома подбиралась от 1 до 6 и, анализируя получаемые графические изображения и величину коэффициента детерминации, получали математическую модель в виде уравнения парной регрессии.

Расчетные уравнения и результаты экспериментальных исследований с учетом погрешности эксперимента в графическом виде представлены на рисунках 1-4.

Рис. 1: Зависимость условной вязкости мазута при 1=80 °С (ВУ) от концентрации присадки (С) ■ - экспериментальные значения; линия - расчетная кривая: У,(х) = -0,285х+ 13,34, Я2 = 0,9865, а = 0,036

Рис. 2: Зависимость зольности (А)

от концентрации присадки (С) ш - экспериментальные значения; линия - расчетная кривая: У2(х) = 0,07х3 - 0,55х2 + 2,09х + 0,16, Я2 = 0,998, а = 0,051

Рис. 3: Зависимость содержания серы (С5) от концентрации присадки (С)

■ - экспериментальные значения;

линия - расчетная кривая: У3(х) = 0,03х2 - 0,2х + 2,68, Я2 = 0,86; о = 0,05

Рис. 4: Зависимость содержания механических примесей (Смсх) от концентрации присадки (С)

■ - экспериментальные значения;

линия - расчетная кривая: У4(х) = -0,02х3 + 0,06х2 + 0,38х + + 0,29, Я2 = 0,979, а = 0,063

где У|(х) - условная вязкость при 1=80 °С, °ВУ; У2(х) - зольность, % (масс.); У3(х) - содержания серы, % (масс.); У4(х) - содержание механических примесей, % (масс.); х - концентрация присадки в мазуте, % (масс.); Я2 - коэффициент детерминации, а - стандартное отклонение.

Проверка значимости расчетных уравнений определялась с помощью коэффициента детерминации Я2. Так как Я = 1, то между величинами имеется функциональная (детерминированная) связь.

Сходимость экспериментальных данных и данных, вычисленных с помощью расчетных уравнений, оценивалась по доверительному интервалу Д; по полученным уравнениям определялись значения в контрольных точках; затем анализировалась принадлежность данного значения ширине доверительного интервала Д.

Анализируя полученные данные, можно судить об адекватности полученных расчетных уравнений, описывающих динамику изменения показателей качества мазута в зависимости от концентрации в нем присадки.

Четвертая глава посвящена разработке принципиальной схемы дозирования присадки к мазуту. С учетом требований, предъявляемых к работе оборудования мазутного и присадочного хозяйств на ТЭС, разработана схема дозирования присадки во всасывающий коллектор мазутных насосов, которая приведена на рисунке 5.

Рис. 5. Принципиальная схема дозирования присадки к мазуту: 1 - питатель; 2 - грохот; 3 - питатель; 4 - весоизмерительный транспортер; 5 - узел смешения; 6 - силоизмерительный преобразователь; 7 - сумматор сигналов; 8 - задатчик расхода массы присадки; 9 - регулятор; 10 — электродвигатель; 11 — преобразователь частоты; 12 — источник напряжения; 13 - привод питателя; 14- промежуточный бункер.

На основании теоретических, расчетных и экспериментальных данных выбраны режимные и конструктивные характеристики смесителя для однородного распределения присадки в мазуте. Для расчета эффективности перемешивания присадки с мазутом использовано программное приложение с использованием среды разработки Microsoft Visual Studio.

Расчет эффективности перемешивания проводился для пропеллерных мешалок с тремя лопастями и открытых турбинных мешалок с шестью прямыми лопатками с отражательными перегородками при dM = 0,25 м и dM = 0,33 м. На основании расчетных данных для приготовления суспензии мазута марки M100 с присадкой, массовая доля которой составляет 0,5 %, был выбран аппарат с открытой турбинной мешалкой, имеющей 6 прямых лопаток, с отражательными перегородками с диаметром мешалки dM = 0,33 м при диаметре аппарата D = 1 м (табл. 7).

Таблица 7. Конструктивные и режимные характеристики мешалок

№ п/п Наименование d„, м по, с'1 Rey N, Вт

1 Пропеллерная мешалка с тремя лопастями с отражательными перегородками 0,25 0,33 3,15 6,175 6758,65 6591,87 858,3 649,7

2 Открытая турбинная мешалка с шестью прямыми лопатками с отражательными перегородками 0,25 0,33 4,94 2,77 3027,3 2952,6 223,1 158,5

Далее в четвертой главе произведена оценка использования проточных статических смесителей для перемешивания мазута с присадкой на основе использования аналогии турбулентного переноса импульса и массы. Смесители устанавливают на мазутопроводах, подводящих смешиваемые компоненты присадки и мазута к горелкам котлов. По выражениям для расчета эффективного коэффициента перемешивания выполнены расчеты смесителей с различными насадками.

Для расчета эффективности смешения присадок с мазутами (КПД) использованы известные модели идеального перемешивания для прямотока мазута с карбонатной присадкой:

77 = 1-ехР(-л:0) (В)

и идеального вытеснения

где Nu - число единиц переноса импульса, - коэффициент

переноса импульса м/с; Р- поверхность насадки, м2; V- объемный расход, м3/с.

Построены фафики зависимости коэффициента полезного действия т\ от длины смесителя Ь (рис. 6,7).

Рис. 6. Зависимость ц от длины смесителя Ь:

1-кольца Рашига разм. 10x10x1,5; 2- «Инжехим-2003М» разм.8х7 ч

Рис. 7. Зависимость ц от длины смесителя Ь:

1-кольца Рашига разм. 50x50x5; 2- «Инжехим-2002» разм. 50x40; 3 - «Инжехим 2000» разм. 35x45 мм

Из полученных результатов очевидно преимущество нерегулярной насадки «Инжехим 2003М» при использовании в статических смесителях при длине смесителя L= 5 м при КПД перемешивания ц =0,98. Даны рекомендации по внедрению предложенной присадки к топочному мазуту в виде обезвоженного карбонатного шлама и дозировочного комплекса на базе одноступенчатой схемы мазутного хозяйства Казанской ТЭЦ-1.

В пятой главе рукописи представлены расчет КПД брутто энергетического котла ТГМ-84«Б» в зависимости от вида сжигаемого топлива по прямому и обратному балансу, расчет предотвращенного экологического ущерба и расчет технико-экономической эффективности внедрения дозировочного комплекса присадки к топочному мазуту на котлах Казанской ТЭЦ-1.

Для оценки эффективности внедрения многофункциональной присадки к топочному мазуту в виде обезвоженного карбонатного шлама водоподго-товки был проведен расчет КПД брутто энергетического котла ТГМ-84«Б» по прямому и обратному балансу. При сжигании мазута марки M100 с присадкой КПД брутто энергетического котла ТГМ-84«Б» повышается по сравнению со сжиганием мазута марки М100, необработанного присадкой. Для расчета КПД энергетического котла ТГМ-84«Б» по прямому балансу было использовано программное приложение с использованием среды разработки Microsoft Visual Studio.

Промышленные испытания присадки к топочному мазуту были проведены на энергетических парогенераторах ТГМ-84Б Новочебоксарской ТЭЦ-3, согласно разработанной автором рабочей программы проведения режимно-наладочных испытаний. На основе собранных данных была составлена режимная карта с указанием оптимальных параметров работы котельного агрегата на топочном мазуте с присадкой в виде обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки Казанской ТЭЦ-1, а также определены технико-экономические (КПД котла брутто) и экологические показатели (SOx в дымовых газах) работы котлоагрегата на мазуте с указанной выше присадкой. Режимно-наладочные испытания котельного агрегата ТГМ-84«Б» Новочебоксарской ТЭЦ-3, показали, что при сжигании топочного мазута марки М100 с присадкой КПД брутто энергетического котла ТГМ-84«Б» повышается на 0,7 %, по сравнению со сжиганием мазута марки M100, необработанного присадкой.

Для корректной экономической оценки эффективности инвестиций на внедрение дозировочного комплекса присадки на базе одноступенчатой схемы мазутного хозяйства был выбран метод расчета чистого дисконтированного дохода (ЧДД или NPV). Расчет проводился для парового

котла ТГМ-84«Б», для которого мазут является основным видом топлива. Результаты расчета показали, что экономический эффект составляет 4980 тыс. руб./год при капитальных затратах 1382 тыс. руб. при условии, что мазут используется как основное топливо, а присадка вводится в количестве 0,5 масс. %. Индекс доходности капитальных затрат изменяется от 4,6 и выше в зависимости от цены мазута и нормы дисконта, следовательно, при повышении цен на мазут эффективность применения присадки увеличивается.

Суммарный предотвращенный экологический ущерб составляет 1199 тыс. руб./год. Предотвращенный экологический ущерб атмосфере за счет снижения выбросов оксидов серы составил 64 тыс. руб./год (для Казанской ТЭЦ-1).

Оценка экономической эффективности инвестиций на внедрение дозировочного комплекса присадки на базе одноступенчатой схемы мазутного хозяйства позволяет судить о целесообразности применения предложенной присадки к топочному мазуту в виде обезвоженного карбонатного шлама.

В шестой главе рукописи рассмотрены способы очистки газовых выбросов котельных и тепловых электростанций, работающих на мазуте. Для абсорбции оксидов азота и диоксида серы выбран озонно-аммиачный метод, заключающийся во вводе в дымовые газы озона, который окисляет оксиды серы и азота Б02 и N0 до оксидов 803, Ы02, Ы203, хорошо поглощаемых водой. В качестве абсорбента поглощения оксидов азота и диоксида серы в расчете использовалась техническая вода. При очистке дымовых газов от оксидов азота и диоксида серы происходит физическая абсорбция. Произведен расчет насадочного абсорбера из двух секций и глухой тарелкой между ними для комплексной очистки дымовых газов Казанской ТЭЦ-1 от диоксида серы, оксидов азота и диоксида углерода. В первой секции насадки происходит очистка от диоксида серы и оксидов азота, а во второй - от диоксида углерода. Для улавливания углекислого газа использовался 15% водный раствор моноэтаноламина (МЭА), в результате чего происходит процесс хемосорбции по механизму:

где Л - группа ОНСН2СН2

В результате данных реакций коэффициент массоотдачи в жидкой фазе увеличивается на величину коэффициента ускорения:

СО, + 2ШН, +Н20-> (ЛМ/, )2 СО, С02 + (Ш,)гСО, + НгО-> 2RNH3HC03

(Ю) (11)

где Вж-концентрация активной части хемосорбента в основной массе жидкости, кмоль/м3; и-стехиометрический коэффициент; /^-концентрация свободного С02 в растворе на границе раздела фаз, кмоль/м1; Од- коэффициента молекулярной диффузии хемосорбента,м2/с; Од-коэффициент молекулярной диффузии СОг в абсорбенте, м2/с; |3Ж-коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; а-порядок реакции по Л; гп-константа скорости прямой реакции, (кмоль/м )'

-"/с; р - порядок реакции по

В.

В результате абсорбции оксидов азота и оксидов серы образуются сернистая, серная, азотная и азотистая кислоты:

N0 + 0y^N02+02 (13)

2N0 + 0, ->2/VjO, (14)

S02 + О, —» SO, + О2 (15)

so2+h2o->h2so, (16)

SO, + h2o->H2so3 (17)

NO+H2O^>hno2 (18)

NO2+h2O^>hno, (19)

Коэффициенты массотдачи для жидкой и газовой фаз насадочной колонны рассчитывали по уравнениям, полученным Лаптевым А.Г.

Высота насадочного слоя колоны определялась по модели идеального вытеснения и по диффузионной модели структуры потоков. Высота насадочного слоя по модели идеального вытеснения имеет вид

где /7ог _ высота единиц переноса, м; /ьг - число единиц переноса. Высота единиц переноса вычислялась:

Кг --(21),

__Д/ у

где С= С(1--—), кг/С; рг- плотность газа, кг/м ; - коэффициент

Мсыг

массопередачи, м/с; - площадь поперечного сечения колонны, м2; ау- удельная поверхность насадки, м2/м3; (/» - коэффициент активной поверхности массопередачи. Число единиц переноса:

У — У

(22),

где ^с - начальная и конечная относительные массовые концентрации, кг извлекаемого вещества/кг газа; Д^ср - средняя движущая сила массопередачи, кг извлекаемого вещества/кг газа.

Высота насадочного слоя по однопараметрической диффузионной модели определялась из решения системы уравнений:

... ах _

£У_ Сі

(23),

где Д1Ж, Д1Г - коэффициенты продольного перемешивания в жидкой и газовой фазах, м2/с; гу = (Уф, гх = (Х£) - объемные источники массы в фазах; £ - продольная координата (по высоте слоя).

Произведен расчет насадочного абсорбера для комплексной очистки дымовых газов, образующихся при использовании высокосернистого мазута марки М100 на газомазутных котельных и на тепловых электростанциях с расходом дымовых газов менее 25 кг/с.

Результаты расчета насадочного абсорбера по модели идеального вытеснения и диффузионной модели для комплексной очистки газов при использовании мазутов (расход газов 7,08 кг/с) представлены в табл.8,9,10.

Таблица 8. Исходные данные для расчета абсорбера

Величина Значение

Массовый расход газа 7,08 кг/с

Температура 55 °С

Давление 1 атм

Начальная концентрация диоксида серы 0,003247 мольн. д

Начальная концентрация оксидов азота 0,356 мольн. д.

Начальная концентрация углекислого газа 0,109 мольн. д.

Абсорбент для поглощения диоксида серы и оксидов азота Техническая вода

Абсорбент для поглощения углекислого газа 15% МЭА

Степень извлечения 0,95

Таблица 9. Характеристика абсорбера (модель идеального вытеснения)

Тип насадки «Инжехим», 35мм

Рабочая скорость газа, м/с 2,0

Рабочий расход технической воды, кг/с 40,3

Рабочий расход МЭА, кг/с 28,7

Расход газовой смеси, кг/с 7,08

Диаметр колонны, м 2,0

Высота секции насадки для улавливания 502 и N0,, м 2,0

Высота секции насадки для улавливания С02, м 1,4

Таблица 10. Характеристика абсорбера (диффузионная модель)

Тип насадки «Инжехим-2000», 35мм

Диаметр колонны, м 2,0

Высота секции насадки для улавливания диоксида серы и оксидов азота, м 3,0

Высота секции насадки для улавливания С02, м 2,1

Разработана конструкция рассчитанной массообменной колонны для комплексной очистки дымовых газов от оксидов азота, оксидов серы и диоксида углерода (рис.8). Предлагаемый массообменный аппарат состоит из двух секций насадки и «глухой» тарелки между ними. Дымовые газы поступают через боковой патрубок в нижней части абсорбера. Газы проходят через секцию насадки, где происходит их очистка от оксидов азота и оксидов серы с использованием в качестве поглотителя технической воды. Далее дымовые газы, минуя «глухую» тарелку, проходят через вторую секцию насадки, где происходит их очистка от диоксида углерода, поглощаемого раствором моноэтаноламина. Очищенные дымовые газы покидают массообменную колонну через верхний патрубок. Отработанные абсорбенты МЭА и техническая вода выходят при малых скоростях газа из колонны через нижние патрубки в секциях. Аппарат работает в пленочном режиме. Таким образом, отсутствует влияние газового потока на скорость стекания по насадке жидкой пленки и, следовательно, на количество задерживаемой в насадке жидкости. Рассчитанный аппарат обеспечивает высокую эффективность очистки и при этом имеет относительно небольшие геометрические размеры. Габариты и металлоемкость такого аппарата меньше на 25-30%, чем абсорбера с кольцами Рашига.

Вычислен предотвращенный экологический ущерб от выбросов дымовых газов, который составляет 6,6 млн. руб. в год.

Очищенные ГП1М

Тсчгпмсскш

М:)Л •* С

Техническая «па 1 ВО- 4 N0.

Рис. 8. Абсорбер для комплексной очистки дымовых газов: 1 - абсорбер; 2,4,7 - входные патрубки; 8,9, 10 - выходные патрубки;

3 - секция насадки для улавливания БОг и N0, с высотой Я|; 6 - секция насадки для улавливания С02 с высотой Я2; 5 - «глухая» тарелка.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Разработаны научно-технические основы комплексного использования мазутов с присадками на тепловых электростанциях и в котельных, направленные на повышение эффективности процессов топливоподготовки, сжигания и снижения вредных выбросов, что позволило решить научную и практическую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение:

1. Экспериментально исследованы физико-химические свойства и химический состав обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки и определено, что в качестве присадки к мазуту целесообразно использовать карбонатный шлам с размером частиц менее 0,09 мм (менее 90 мкм) и суммарным содержанием углекислого кальция и углекислого магния не менее 85 %.

2. Экспериментально установлено, что предложенная присадка позволяет улучшить эксплуатационные свойства топочных мазутов (снизить вязкость и температуру застывания на 1 - 1,5 отн. %, содержание серы на 13,5 отн. %,

улучшить структуру отложений) при концентрации присадки в мазуте 0,1 -0,5 % (масс.).

3. На основе полученных экспериментальных данных выявлен механизм действия карбонатной присадки на эксплуатационные свойства топочного мазута.

4. Произведена статистическая обработка экспериментальных исследований, которая позволила с учетом погрешности эксперимента обобщить их в расчетные уравнения.

5. На основании теоретических, расчетных и экспериментальных данных разработана принципиальная технологическая схема дозирования присадки к мазуту. Выбраны режимные и конструктивные характеристики смесителя для однородного распределения присадки в мазуте, выполнены расчеты смесителей с различными насадками для смешения мазута с присадками. Показана высокая эффективность нерегулярных насадок «Инжехим 2003» при использовании в статических смесителях при длине смесителя Ь=5 м при КПД перемешивания // = 0,98, даны рекомендации по модернизации одноступенчатой схемы мазутного хозяйства филиала ОАО «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ-1.

6. Проведены режимно-наладочные испытания котельного агрегата ТГМ-84«Б» Новочебоксарской ТЭЦ-3, которые показали, что при сжигании топочного мазута марки М100 с присадкой КПД брутто энергетического котла ТГМ-84«Б» повышается на 0,7 % по сравнению со сжиганием мазута марки М100, необработанного присадкой.

7. Экономический эффект применения обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки в качестве многофункциональной присадки к топочному мазуту составляет 4980 тыс. руб./год, срок окупаемости - 4 месяца при условии, что мазут используется как основное топливо, а присадка вводится в количестве 0,5 масс. %. Суммарный предотвращенный экологический ущерб составляет 1199 тыс. руб./год. Предотвращенный экологический ущерб атмосфере за счет снижения выбросов оксидов серы составил 64 тыс. руб./год (для Казанской ТЭЦ-1).

8. Повышение качества топочного мазута как энергетического топлива и приемлемый срок окупаемости внедряемого оборудования позволяют судить о целесообразности применения обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки в качестве многофункциональной присадки к топочному мазуту на любых типах мазутных котлов, исходя из аналогии с котлом ТГМ-84 «Б», протекающих в них физико-химических процессов.

9. Разработаны технические условия на карбонатную присадку и рекомендации для тепловых электростанций и котельных по использованию данной присадки.

10. Предложено для комплексной очистки дымовых газов от углекислого газа, оксидов азота и оксидов серы использовать аппараты насадочного типа с нерегулярной насадкой, которые эффективнее полых вихревых аппаратов при относительно небольших расходах дымовых газов до 25 кг/с.

11. Выполнен расчет аппаратов с двумя типами насадок (стальные кольца Рашига 25x25, «Инжехим-2000» 35 мм) для комплексной очистки дымовых газов по данным, предоставленным Казанской ТЭЦ-1 при малых нагрузках. В результате расчета было установлено, что для комплексной очистки дымовых газов от углекислого газа, оксидов азота и оксидов серы лучшие массообменные характеристики, а также меньший диаметр и высота насадочного слоя получены при использовании насадок «Инжехим-2000».

12. На основе выполненных расчетов разработана и запатентована конструкция массообменной колонны для комплексной очистки дымовых газов при сжигании мазутов по данным, предоставленным Казанской ТЭЦ-1. Данный аппарат целесообразно устанавливать для очистки дымовых газов на газомазутных котельных и на тепловых электростанциях с расходом дымовых газов менее 25 кг/с.

13. Рассчитан предотвращенный экологический ущерб в случае внедрения предлагаемой массообменной колонны для очистки дымовых газов Казанской ТЭЦ-1. Предотвращенный экологический ущерб атмосфере составит 6600 тыс. руб./год.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии:

1. Зверева, Э.Р. Энергоресурсосберегающие технологии и аппараты ТЭС при работе на мазутах: монография /Э.Р. Зверева, Т.М. Фарахов //М.: «Теплотехник», 2012. - 181 с.

2. Зверева, Э.Р. Ресурсо-, энергосберегающая технология мазутных хозяйствах ТЭС: монография. - Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2010. - 186 с.

В изданиях из перечня ВАК Минобриауки России:

3. Зверева, Э.Р. Очистка дымовых газов тепловых электрических станций при сжигании мазутов /Э.Р. Зверева, Т.М. Фарахов, А.Р. Исхаков А.Р. IIМир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. - 2013. -№1. -С.30-32.

4. Зверева, Э.Р. Разработка и внедрение карбонатной присадки к котельным топливам /Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина //Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. - 2012. - №11. - С.24-28.

5. Зверева, Э.Р. Очистка продуктов сгорания на тепловых электрических станциях/Э.Р. Зверева, Т.М. Фарахов, А.Р. Исхаков //Энергосбережение и водоподготовка. - 2011. - №6(74). - С.67-68.

6. Зверева, Э.Р. Повышение качества топочных мазутов ИБутлеровские сообщения. - 2011. - Т. 25. - № 4. - С. 99-104.

7. Зверева, Э.Р. Присадки к топочным мазутам // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2011. - №1-2. - С. 7-17.

8. Зверева, Э.Р. Использование карбонатного шлама водоподготовки в мазутных хозяйствах электростанций /А.Г. Лаптев, Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина ИТруды Академэнерго. - 2011. - №1. - С. 55-63.

9. Зверева, Э.Р. Новая присадка к мазуту //Энергосбережение и водоподготовка. - 2011. - № 1 (69). - С. 54-57.

10. Зверева, Э.Р. Очистка дымовых газов ТЭС насадочными абсорберами /Э.Р. Зверева, Т. М. Фарахов А.Р. Исхаков //Энергетика Татарстана. -2010. - С. 46-49, (декабрь).

П.Зверева, Э.Р. Экспериментальное исследование эффективности присадки к мазуту / Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина, И.А. Андрюшина // Теплоэнергетика - 2010. - №6. - С. 69-71.

12.3верева, Э.Р. Исследование влияния многофункциональной присадки на эксплуатационные свойства мазутов /Э.Р. Зверева, А.Г. Лаптев, Л.В. Ганина, И.А. Андрюшина // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2009. -№11-12.-С. 16-21.

1 З.Зверева, Э.Р. Влияние присадки на эксплуатационные свойства топочных мазутов /Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина, И.А. Андрюшина // Химия и технология топлив и масел. - 2009. - №5. - С. 31-33.

14. Лаптев, А.Г. Повышение экологической безопасности мазутных хозяйств А.Г. Лаптев, Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина, И.А. Андрюшина //Энергосбережение и водоподготовка,- 2009. - № 4(60). - С. 20-21.

15.3верева, Э.Р. Повышение технико-экономических показателей мазутных хозяйств /Э.Р. Зверева, А.Г. Лаптев, Л.В. Ганина //Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики.- 2007. - №11-12. - С. 12-18.

Патенты:

16. Патент на полезную модель Российская Федерация №111453. Насадочный абсорбер для очистки дымовых газов /Э.Р. Зверева, Т.М. Фарахов, А.Р. Исхаков. - Опубл. 20.12.2011. Бюл. №35.

17. Пат. 2363722 Российская Федерация. Присадка к мазуту / Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина. - Опубл. 10.08.2009. Бюл. №22.

В других изданиях:

18. Зверева Э.Р. Применение карбонатного шлама ХВО в качестве присадки к мазуту//Новости теплоснабжения. - 2011. - №9(133). - С.25-30.

19. Зверева, Э.Р. Утилизация карбонатного шлама систем химводоочистки тепловых электростанций // Вестник КГЭУ. — 2011. — Т. 11.— №4. - С.26-35.

20. Зверева, Э.Р. Снижение вредных выбросов тепловых электростанций / Э.Р. Зверева, Т.М. Фарахов, А.Р. Исхаков //Вестник КГЭУ. - 2011. - Т.8. - №1. - С.39-44.

21. Зверева, Э.Р. Повышение экологической безопасности мазутных хозяйств /Э.Р. Зверева, А.Г. Лаптев, Л.В. Ганина //Журнал экологии и промышленной безопасности. - 2009. - №3-4 (43-44). - С. 52-54.

22.3верева, Э.Р. Повышение технико-экономических и экологических показателей мазутных хозяйств /Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина //Энергетика Татарстана. - 2007. - №2 (6). - С. 62-66.

В материалах конференций:

23. Зверева, Э.Р. Утилизация карбонатного шлама систем химводоочистки на тепловых электростанциях //VI Всероссийская научно - практическая конференция: мат. докладов. - Иваново. - 2011. - С. 294-298.

24. Зверева, Э.Р. Утилизация отхода теплоэнергетики// VI Межд. научно-практическая конференция «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем: сб. трудов - Москва. - 2011. - С. 47-49.

25. Зверева, Э.Р., Исхаков А.Р., Фарахов Т.М. Моделирование насадочного абсорбера для комплексной очистки дымовых газов тепловой электростанции // XXIV Межд.- науч. конф. ММТТ 24: сб. трудов. - Саратов. -2011. - Т.8. - С. 147-149.

26. Зверева, Э.Р., Фарахов Т.М. Очистка дымовых газов от вредных примесей //VI Всерос. научно-практическая студенческая конференция «Интенсификация тепло- и массообменных процессов в химической технологии»: сб. трудов. - Казань. - 2010 - С. 151-155.

27. Зверева, Э.Р. Использование карбонатного шлама в качестве присадки к котельным топливам //VI Межд. научно-практическая конференция: сб. трудов. - Санкт-Петербург. - 2010. - С. 111-116.

28. Зверева, Э.Р., Саляхова И.И., Фатхиева З.Ф., Ганина Л.В. Многофункциональная присадка //Межд. НТК «Образование и наука -производству: сб. трудов. - Наб. Челны. -2010. - 4.1. -Кн.З. - С. 227-228.

29. Зверева, Э.Р. Повышение технико-экономических и экологических

показателей мазутных хозяйств //Межд. форум по проблемам науки, техники и образования: сб. трудов. - Москва. - 2009. - Т. 2. - С. 7.

30. Зверева, Э.Р., Лаптев А.Г., Ганина Л.В. Ресурсосбережение в топливных хозяйствах электростанций //X Межд. симпозиума «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение»: сб. трудов. - Казань. -2009,-4.1.-С. 378-383.

31. Зверева, Э.Р., Ганина Л.В. Анализ ресурсосберегающих технологий в мазутном хозяйстве ТЭС //XV Межд. НТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: сб. трудов. - Москва. -2009.-Т.З.-С. 158-159.

32. Зверева, Э.Р., Ганина Л.В. Повышение экологической безопасности мазутных хозяйств электростанций //VI Всероссийская школа-семинар «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении»: мат. докладов. - Казань. - 2008. - С. 402-404.

33. Зверева, Э.Р., Ганина Л.В. Расчет эффективности применения многофункциональной присадки //XXI Межд. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях»: сб. трудов. - Саратов. - 2008. - Т.6. - С.

34. Ганина, Л.В., Зверева Э.Р. Улучшение эксплуатационных характеристик топочных мазутов //XIV Межд. НТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: сб. трудов. - Москва. -2008. - Т.З. - С. 122-123.

35. Зверева, Э.Р., Ганина Л.В. Способы подготовки мазута к сжиганию / // XX Межд. науч. конф. «Математические модели в технике и технологиях»: сб. трудов. - Ярославль. - 2007. - Т.5. - С. 251-252.

36. Зверева, Э.Р., Новодранов К.В. Способы подготовки мазута к сжиганию // Межвуз. науч.- практ. конф., посвященная 25-летию Камского гос. политех, ин-та: сб. трудов. - Наб. Челны. - 2005. -С. 173-174.

21-22.

Подписано к печати Гарнитура «Times» Физ. печ. л. 1.0 Тираж 150 экз.

Лиц. № 00743 от 28.08.2000 г. 22.01.2013 г.

Формат 60x84/ 16 Бумага офестная Уч.-изд. л. 1.0

Вид печати РОМ Усл. печ. л. 0.94 Заказ № 4597

Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51

ФГБОУ ВПО «КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЗУТОВ НА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ И КОТЕЛЬНЫХ

Специальность 05.14.14-Тепловые электрические станции, их энергетические

системы и агрегаты

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Казань-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ ТОПОЧНЫХ МАЗУТОВ 18

1.1 Мазутные хозяйства тепловых электрических станций и котельных 19

1.1.1 Назначение и роль систем хранения и подготовки мазута на ТЭС 19

1.1.2 Мазутное хозяйство электростанций 20

1.1.3 Классификация схем мазутных хозяйств 23

1.1.4 Проблемы мазутных хозяйств ТЭС и котельных 29

1.1.5 Особенности эксплуатации мазутного хозяйства котельных

1.2 Присадки к топливам 37 '1.2.1 Механизм действия и опыт применения присадок к котельным 39 топливам

1.3 Способы утилизации карбонатного шлама электростанций 54

1.4 Методы очистки дымовых газов ТЭС и котельных 58

1.4.1 Радиационно-химический метод очистки дымовых газов 63

1.4.2 Абсорбционные методы очистки 67

1.4.3 Удаление СОг по технологии А1з1:от 72

1.4.4 Селективное некаталитическое восстановление оксидов азота 73

1.4.5 Технология селективного каталитического восстановления оксидов 75 азота

1.4.6 Каталитическое окисление оксидов азота 78

1.4.7 Сухой метод сероочистки дымовых газов 78

1.4.8 Абсорбционно-каталитический метод очистки дымовых газов 79

1.5 Аппаратурное оформление абсорбционных методов очистки 80 дымовых газов ТЭС

1.5.1 Насадочные и тарельчатые абсорбционные аппараты 80

1.5.2 Полые вихревые аппараты 82 Выводы 85

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ

КАРБОНАТНОГО ШЛАМА ВОДОПОДГОТОВКИ НА СВОЙСТВА

МАЗУТА (ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ) 87

2.1 Объекты экспериментального исследования 87

2.2 Обсуждение результатов экспериментальных исследований шлама 92 водоподготовки Казанской ТЭЦ-1

2.3 Результаты экспериментальных исследований влияния присадки на 95 эксплуатационные свойства мазута

2.4 Результаты промышленных испытаний присадки к топочному мазуту 110 Выводы 116 ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КАРБОНАТНОГО ШЛАМА НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОПОЧНОГО МАЗУТА 117

3.1. Исследование физико-химических показателей обезвоженного 117 шлама водоподготовки Казанской ТЭЦ-1

3.2. Исследования свойств топочного мазута 119

3.3 Статистический анализ экспериментальных данных 130

3.4 Технические условия на карбонатную присадку 142 Выводы 146 ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ДОЗИРОВАНИЯ КАРБОНАТНОГО ШЛАМА К ТОПОЧНОМУ МАЗУТУ 147

4.1 Разработка схемы дозирования присадки к мазуту 147

4.2 Определение режимных и конструктивных характеристик смесителя 151

4.3 Использование статических проточных смесителей для повышения 158 эффективности смешения мазута с присадкой

4.4 Модернизация схемы мазутного хозяйства Казанской ТЭЦ-1 170

4.5 Общие рекомендации по применению присадки «КАРБОН-1» к 175 котельным топливам

Выводы 184

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ШЛАМА 186 ВОДОПОДГОТОВКИ ТЭС В КАЧЕСТВЕ ПРИСАДКИ К МАЗУТУ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ

5.1 Влияние каронатной присадки на КПД энергетического 186 котла ТГМ-84«Б»

5.2 Расчет предотвращенного экологическогоущерба 198

5.3 Технико-экономическая оценка внедрения дозировочного комплекса 199 присадки к топочному мазуту

Выводы 206 ГЛАВА 6. ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПРИ СЖИГАНИИ

МАЗУТОВ 208

6.1 Методы очистки дымовых газов на примере Казанской ТЭЦ-1 209

6.2 Выбор контактных устройств абсорбера 212

6.3 Математическое моделирование процесса комплексной очистки 220 дымовых газов

6.4 Пример расчета насадочного абсорбера 230

6.5 Описание конструкции абсорбера для комплексной очистки дымовых 238 газов

6.6 Предотвращенный экологический ущерб 244 Выводы 249

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 251

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 254

Приложение 1. Акт о целесообразности внедрения присадки к мазуту 278 в филиале ОАО «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ-1» Справка об использовании результатов диссертационной работы в филиале ОАО «ТГК-5 Марий Эл и Чувашии»

Приложение 2. Методы исследования физико-химических показателей 282 обезвоженного шлама водоподготовки Казанской ТЭЦ-1

Методы исследования эксплуатационных свойств топочного мазута 293 марки М100 Нижнекамского НПЗ с присадкой

Приложение 3. Описание цеха по переработке шлама Казанской ТЭЦ-1 311

Приложение 4. Зависимость критерия мощности Км от Яем 313

Приложение 5. Статистическая обработка экспериментальных 315

исследований

Приложение 6. Мазутное хозяйство Казанской ТЭЦ-1 329

Приложение 7. Характеристики нерегулярных насадок 333

Приложение 8. Показатели эколого-экономической оценки удельного 335 ущерба от загрязнения атмосферного воздуха по экономическим районам РФ (на 1.01.98г.)

Приложение 9. Коэффициент относительной эколого-экономической 336 опасности загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферный воздух.

Введение

Россия располагает значительными запасами природных энергетических ресурсов (прогнозные ресурсы нефти оцениваются в 44 млрд. т, газа - в 127 трлн. м3, углей в 4450 млрд. т) и крупным топливно-энергетическим комплексом, который является основой развития экономики, инструментом проведения политики государства. Энергетическая стратегия развития России на период до 2020 года в качестве приоритетов развития топливно-энергетического комплекса ставит вопросы снижения удельных затрат на производство и использование энергоресурсов за счет рационализации их потребления, применения ресурсо-, и энергосберегающих технологий, а также снижение техногенного воздействия энергетики на окружающую среду путем совершенствования структуры производства, внедрения новых технологий, обеспечивающих рациональное производство и использование топливно-энергетических ресурсов, снижение выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в окружающую среду, а также парниковых газов, сокращение образования отходов производства и других агентов вредного воздействия [1].

Свыше 30 % добываемой нефти в процессе ее переработки переходит в топочный мазут, основным потребителем которого являются электростанции и котельные. Анализ структуры топливно-энергетического баланса России показывает, что основой электроэнергетики остаются тепловые электростанции, удельный вес которых в структуре установленной мощности отрасли сохраняется на уровне 60-70 %. Выработка электроэнергии на тепловых электростанциях к 2020 году возрастет в 1,4 раза по сравнению с 2000 годом.

В статье 4 ФЗ РФ от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» говорится о необходимости эффективного и рационального использования энергетических ресурсов.

Россия имеет огромный потенциал энергосбережения, который сопоставим с приростом производства всех первичных энергоресурсов. Но потенциал энергосбережения в России используется частично.

Данные специалистов показывают, что в России доля энергозатрат в себестоимости продукции - 30-40%, что значительно превышает показатели западноевропейских стран. Одна из причин этого - устаревшие технологии, оборудование, приборы, которые используются на производстве. Следовательно, повысить конкурентоспособность можно снижая издержки производства. Энергоэффективность в промышленности поможет не только уменьшить издержки на производство продукции, но и увеличить доходы.

Важнейшей тенденцией развития не только мировой, но и российской нефтеперерабатывающей отрасли является повышение глубины переработки нефти и рост объема выпуска высококачественных нефтепродуктов.

По мере углубления переработки нефти доля прямогонного мазута в котельных топливах снижается, а доля гудрона и тяжелых остатков крекинг-процессов растет, т.е. качество топочного мазута ухудшается. По данным ВНИИ НП установлено, что замена мазута в композициях товарных мазутов на гудрон приводит к повышению содержания вредных примесей: серы — на 15-20 %, азота — на 30 - 50 %, золы — на 10-50 %, ванадия — на 30 - 70 %.

Качество мазута оказывает существенное влияние на условия его транспортировки, хранения и сжигания, на объем выбросов вредных веществ в атмосферу, а также на работу основного и вспомогательного оборудования тепловых электростанций. Потребление высокосернистых вязких мазутов в качестве котельных топлив приводит к выбросу больших количеств токсичных оксидов серы и азота, и канцерогенных полициклоаренов, в первую очередь бенз(а)пирена и пентаоксида ванадия. В результате образования оксидов серы, повышается точка росы уходящих топочных газов, что приводит к образованию серной кислоты и, как следствие, к частым ремонтам и замене хвостовых частей котельных агрегатов из-за их коррозии.

Использование некачественного мазута является причиной нарушения не только гидродинамических, но и тепловых процессов, происходящих в теплообменных аппаратах мазутного хозяйства, к снижению качества его

распиливания, ухудшению функционирования горелочных устройств, к снижению качества процесса горения топлива в топках котлов.

При перегонке нефти на нефтеперерабатывающих заводах в легкие фракции переходит небольшое количество серы, а подавляющая часть сернистых соединений (70—90 %) концентрируется в высококипящих фракциях и остаточных продуктах, входящих в состав мазута.

Глубокое обессеривание котельного топлива (с 2,5 до 0,5 %) путем гидроочистки, а также газификация и пиролиз топлива приводят к значительному увеличению его стоимости и поэтому могут оказаться целесообразными только в особо необходимых случаях (например, для ТЭЦ крупных городов при высокой фоновой загазованности).

Достижение экономичности в сочетании с уменьшением образования вредных продуктов горения и снижением образования отложений поверхностей нагрева при сжигании мазутов, возможно при интенсификации топочных процессов, при управлении режимом горения. Недостатком здесь является увеличенное аэродинамическое сопротивление топочных устройств, требующее повышенных напоров воздуха, что вызывает увеличение расхода энергии на собственные нужды и понижает КПД котлов.

Повышение интенсивности сжигания, снижение вредных выбросов, улучшение эксплуатационных свойств жидкого котельного топлива связано с организацией процесса эмульгирования мазутов, а также с добавлением в топливо специальных веществ, улучшающих качество мазута - многофункциональных присадок.

Одним из способов сократить влияние человека на окружающую среду является повышение эффективности использования топлива. Поэтому вопрос разработки и внедрения энергосберегающих технологий при добыче, переработки и сжигании топлива, на данный момент является очень важным.

Развитие добывающей и энергетической отраслей народного хозяйства связано с решением экологических проблем.

К числу важнейших проблем, связанных со сжиганием органического топлива на ТЭС, в первую очередь относятся выбросы в окружающую природную среду. Энергетика сегодня поставляет в атмосферу 23,3 % суммарных выбросов от стационарных источников в РФ. В соответствии с Киотским протоколом к Рамочной конвенции ООН об изменении климата Россия в случае, его ратификации, берет на себя обязательство сохранить в 2008 - 2012 годах выбросы парниковых газов на уровне 1990 года.

Несмотря на устойчивую тенденцию к уменьшению объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива, энергетика по этому показателю продолжает занимать одно из лидирующих мест. Характерными для отрасли загрязняющими веществами являются диоксид серы, оксиды азота, углекислый и угарный газы.

Таким образом, охрана воздушного бассейна является актуальной проблемой защиты окружающей среды. Для очистки дымовых газов от вредных примесей в настоящее время существует большое количество технологий, основанных на различных химических и физических принципах. Применяются сухие (фильтрация, адсорбция, термическое и каталитическое окисление, электроннолучевое воздействие), комбинированные (адсорбционно-каталитические, абсорбционно-каталитические) и мокрые (хемосорбция, абсорбция, промывка) способы очистки.

Одним из наиболее эффективных способов очистки дымовых газов является процесс абсорбции. При относительно небольших расходах дымовых газов целесообразно использовать аппараты насадочного типа, которые эффективнее полых вихревых аппаратов.

В настоящее время мазут продолжает широко применяться на тепловых электростанциях и промышленных котельных. Полностью или частично мазут используется более чем на 200 крупных тепловых электростанциях Российской Федерации, сжигается на сотнях котельных промышленного назначения, агропромышленного комплекса и ЖКХ. Основной проблемой при эксплуатации

мазутных хозяйств остаются значительные затраты энергии на подогрев при хранении мазута и подготовке его к сжиганию, и на очистку дымовых газов. Эксплуатационные затраты на содержание мазутного хозяйства наибольшие по сравнению с газом и углем и составляют более 9 % от нагрузки котла.

Согласно Энергетической стратегии РФ до 2030 года нереализованный потенциал организационного и технологического энергосбережения на момент ее разработки составил 40 % общего объема внутреннего энергопотребления, удельный вес электроэнергетики оценивается как 13-15 %. Часть этого потенциала вполне может быть покрыта за счет опимизации эксплуатации мазутных хозяйств, повышения эффективности использования топлива [1].

Мазутное хозяйство ТЭС и котельных - это целый комплекс сооружений и трубопроводов, требующий значительных капиталовложений при строительстве и потребляющий значительную долю собственных нужд станции или котельной, поэтому роль мазутного хозяйства как системы хранения и подготовки жидкого топлива очень велика.

В этих условиях оптимизация методов подготовки и сжигания мазута в части экономичности, надежности и экологичности работы мазутных хозяйств и энергетических котлов является актуальной.

Исходя из выше изложенного, очевидна актуальность комплексного решения проблем, возникающих при подготовке и сжигании топочных мазутов, повышения потенциала ресурсо- и энергосбережения мазутных хозяйств, повышения экологической безопасности котельных и тепловых электростанций.

Предлагаемые мероприятия - использование присадки и последующей очистки дымовых газов - являются составляющими одной проблемы - повышения эффективности использования мазута на котельных и ТЭС Решение данной научно-технической проблемы имеет важное народнохозяйственное значение.

Целью работы является разработка научно-технических основ

комплексного использования мазутов с присадками на ТЭС и в котельных,

разработка и внедрение на их основе практических мероприятий, направленных

10

на повышение эффективности процессов топливоподготовки, сжигания и снижения вредных выбросов.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

Исследовать возможность использования обезвоженного карбонатного шлама ХВО в качестве присадки к мазуту:

- исследовать физико-химические свойства обезвоженного карбонатного шлама ХВО и определить его дисперсность для использования в качестве присадки к топочному мазуту;

- исследовать эксплуатационные свойства топочного мазута марки М100 в зависимости от содержания в нем присадки, обобщить полученные экспериментальные данные в виде расчетных уравнений;

- на основе полученных экспериментальных данных выполнить анализ эффективности применения карбонатного шлама в качестве присадки к мазуту;

- установить механизм влияния присадки на эксплуатационные свойства мазута;

- разработать принципиальную схему дозирования и смешения присадки к мазуту;

- рассчитать эффективность использования статических проточных смесителей с различными насадками для смешения мазута с присадками;

- изучить влияние карбонатной присадки на КПД энергетических котлов;

- рассчитать предотвращенный экологический ущерб от снижения оксидов серы в дымовых газах;

- оценить технико-экономическую эффективность внедрения дозировочного комплекса присадки на базе одноступенчатой схемы мазутного хозяйства;

- выбрать рациональный способ очистки дымовых газов котельных и тепловых электростанций по данным филиала ОАО «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ-1 от углекислого газа, от оксидов азота и оксидов серы;

выбрать режимные и конструктивные характеристики аппарата, обеспечивающего высокую степень извлечения нежелательных примесей из

дымовых газов по данным, предоставленным филиалом ОАО «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ-1;

- оценить предотвращенный экологический ущерб от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Объект исследования:

Система подготовки мазута к сжиганию и очистки газовых выбросов на энергетических объектах, на примере ОАО филиала