автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Повышение эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов электростанций с применением модифицированных плазменных горелок

На правах рукописи

Зонхоев Геннадий Борисович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОПЛИВОИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ КОТЛОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ГОРЕЛОК

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 июн 2011

Улан-Удэ - 2011

4850419

Работа выполнена вГОУ ВПО « Бурятский государственный университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Буянтуев Сергей Лубсанович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дамбиев Цырен Цыденовнч

кандидат технических наук Милонов Александр Станиславович

Ведущая организация:

Иркутский государственный технический университет

Защита состоится «23» июня 2011 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.03 при ГОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» по адресу: 670013, г.Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ВосточноСибирского государственного технологического университета по адресу: 670013, г.Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в.

Электронная версия автореферата размещена на сайте ЬПр://рогТа1. esstu.ru «23» мая 2011 г.

Автореферат разослан 23 мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Бадмаев Б.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из ориентиров Энергетической стратегии России на период до 2030 г. является обеспечение топливно-энергетического комплекса (ТЭК) высокоэффективными отечественными технологиями и оборудованием, научно-техническими и инновационными решениями, позволяющими интенсифицировать переход российской теплоэнергетики на инновационный путь развития. В период, прошедший с момента начала реализации Энергетической стратегии-2020, отечественный энергетический сектор экономики развивался в основном в рамках прогнозных представлений того времени.

Приоритетными задачами новой стратегии развития до 2030 г. в области теплоэнергетического сектора являются:

- повышение эффективности использования энергоресурсов;

- снижение нагрузки ТЭК на окружающую среду путем уменьшения вредных выбросов загрязняющих веществ и эмиссии парниковых газов;

- модернизация теплоэнергетического оборудования действующих тепловых электрических станций (ТЭС) для решения проблем повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей котлов ТЭС;

- воссоздание и дальнейшее развитие научно-технического потенциала отрасли, включая фундаментальную науку, прикладные исследования и разработки, модернизацию экспериментальной базы, а также системы научно-технической информации.

Задача повышения эффективности использования энергоресурсов на тепловых электрических станциях, работающих на угле, сводится к повышению показателей топливоиспользования, таких как удельный расход условного топлива на отпущенную тепловую и электрическую энергию, коэффициент использования топлива, коэффициент полезного действия. Одним из путей повышения эффективности топливоиспользования на угольных ТЭС является также исключение мазута из режимов растопки и подсветки.

Первые эксперименты по плазменному воспламенению угольной пыли были проведены в 1987 г. на промышленном котле ТП-170 Новосибирской ТЭЦ-2 сотрудниками ИТФ СО РАН (М.Ф. Жуков, В.С.Перегудов) совместно с СИБНИИЭ, в результате которых была подтверждена принципиальная возможность плазменного воспламенения пылеугольной аэросмеси.

Последующие опытно-промышленные испытания по безмазутной растопке котла ЦКТИ-75 (Усть-Каменогорская ТЭЦ) были проведены в 1989 г. Казахским научно-исследовательским институтом (КазНИИ) энергетики (В.Е. Мессерле, З.Б. Сакипов, Ш.Ш. Ибраев). В конце 1991 г. к работам по плазменному воспламенению топлив присоединилась Гусиноозерская ГРЭС (ГО ГРЭС), где при участии ИТФ СО РАН, КазНИИ энергетики и Восточно-Сибирского государственного технологического университета была образована совместная лаборатория плазменно-энергетических про-

цессов и создан лабораторный стенд по отработке этих процессов, а в мае 1993 г. осуществлена безмазутная, плазменно-угольная растопка из холодного состояния котла ТПЕ-215 производительностью 670 т пара в час (Е.И. Карпенко, В.Ё. Мессерле, C.JI. Буянтуев, B.C. Перегудов и др.).

Научно-практические исследования последних лет показали, что технико-экономическая эффективность применения плазменно-топливных систем (ПТС) на основе плазменных горелок не исчерпывается простой заменой мазута на этапе растопки (Е.И. Карпенко, В.Е. Мессерле, С.Л. Буянтуев, B.C. Перегудов, А.Б. Устименко и др.).

Главным объектом воздействия топливно-энергетического комплекса на окружающую среду остается воздушная атмосфера. Вредные выбросы загрязняющих веществ, в том числе токсичных и парниковых газов, все еще остаются в РФ весьма большими и существенно перекрывают нормы, установленные в Европейском союзе (ЕС), не говоря уже о мировых стандартах экологической безопасности. В последние годы достаточно благополучная экологическая ситуация в РФ, зависящая от воздействия выбросов на окружающую среду предприятиями ТЭК, формировалась в основном за счет работы оборудования с пониженной нагрузкой. При этом значительная доля в структуре потребляемого топлива приходилась на природный газ.

Снижение доли газа в структуре потребляемого топлива, замещающим топливом для которого является уголь низкосортных марок ухудшающегося качества, вызовет необходимость в ужесточении технических норм вредных выбросов (ВВ) действующих ТЭС. Для них вначале нужно добиться поэтапного снижения ВВ до нормативных значений, принятых в РФ, и далее до норм, регламентируемых в ЕС. Необходимость в снижении уровня ВВ пыле-угольных ТЭС ставит перед отраслевой наукой задачу по решению этой проблемы при возможно минимальных затратах и в сжатые сроки. Прогнозируемые предельно допустимые выбросы, например, по оксидам азота на действующих пылеугольных котлах, которые еще останутся в эксплуатации до 2015 г., не должны превышать значений 250-350 мг/м3 для бурых углей и 350450 мг/м3 для каменных углей.

Имеющиеся перспективные способы снижения выбросов NOx относятся к технологическим методам подавления образования оксидов азота в топках пылеугольных котлов. В основе этих методов лежат различные технологии предварительного подогрева угольной пыли. Эффективность этих методов оценивается в диапазоне 20-50%. Указанные технологические методы в настоящее время позволяют приблизиться к российским нормам на допустимые выбросы NOx только при сжигании бурых углей, а также каменных углей марок Д и Г. Поэтому большой интерес вызывают выявленные факты снижения вредных выбросов в атмосферу при сжигании угля с применением плазменно-топливных систем, базирующихся на электротермохимической подготовке топлива (ЭТХПТ), которые требуют научно-практического исследования данной проблемы.

Одними из основных элементов плазменно-топливной системы являются плазменные горелки. От полноты реализации механизма электротермохимической подготовки топлива в этом устройстве, инициируемой низкотемпературной плазмой, зависит эффективность работы всей плазменной системы по снижению вредных выбросов в уходящих газах и мех-недожега топлива. Следовательно, повышение эффективности топливоис-пользования и экологических показателей пылеугольных котлов тепловых электростанций с применением модифицированных плазменных горелок определяет не только актуальность темы диссертационной работы, но и возможные пути решения вышеуказанных проблем в сжатые сроки.

Цель работы: повышение эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов тепловых электростанций на основе модифицированных плазменных горелок.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Установить практические критерии оптимизации конструктивных параметров модифированных прямоточных плазменных горелок с использованием методов математического моделирования.

2.Разработать модифицированные прямоточные плазменные горелки (МППГ) для повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов.

3.Осуществить математическое моделирование перехода азотсодержащих соединений топлива в плазменных горелках в молекулярный азот путем составления цепочечных схем газофазных реакций.

4. Разработать универсальный алгоритм автоматизированной системы управления безмазутым плазменным розжигом и подсветкой факела (АСУ БПРФ).

5.Установить влияние модифицированных прямоточных плазменных горелок на котлах действующих ТЭС на повышение эффективности топливоиспользования и экологических показателей в режиме плазменной подсветки.

6. Произвести расчетно-практическую оценку экономической эффективности применения плазменно-топливных систем на основе упрощенной методики с учетом отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования.

Научная новизна:

1 .Разработаны модифицированные прямоточные плазменные горелки с высокой степенью завершенности электротермохимической подготовки топлива в них и уменьшенными массогабаритными показателями.

2. Впервые предложены математические модели перехода азотсодержащих соединений топлива в МППГ в молекулярный азот с оценкой возможности его осуществления на основе изменения энергии Гиббса в диапазоне температур 1000-1300 К в виде цепочечной схемы развития газофазных реакций.

3.Получены критерии оптимизации для выбора конструктивных параметров модифицированных плазменных горелок на основе расчета термо-

динамических показателей, характеризующие эффективность электротермохимической подготовки топлива.

4. Разработан универсальный алгоритм автоматизированной системы управления безмазутным розжигом и подсветкой факела (АСУ БПР ПФ).

Практическая значимость результатов, достигнутых в работе, заключается в возможности их использования:

1) при конструировании модифицированных плазменных горелок как основы применения разрабатываемой технологии;

2) для создания новых, альтернативных существующим технологиям эффективных технологических методов уменьшения токсичных и парниковых газов в топках пылеугольугольных котлов с использованием плаз-менно-топливных систем;

3) для решения комплексной проблемы эффективности топливоиспользо-вания и экологической безопасности действующих ТЭС, работающих на угле;

4) при разработке алгоритмов автоматизированной системы управления плазменными пылеугольными горелками с последующей интеграцией системы в АСУ ТП котлоагрегата;

5) в применении упрощенного способа технико-экономического обоснования эффективности плазменной системы с учетом отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования;

6) в учебном процессе и научно-исследовательских работах студентов и аспирантов, обучающихся по специальности « Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты».

Выносимые на защиту положения и результаты:

1.Способ повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов на основе применения модифицированных прямоточных плазменных горелок на действующих тепловых электрических станциях.

2.Методика выбора конструктивных параметров модифицированных плазменных горелок с помощью разработанных практических критериев оптимизации и расчета термодинамических показателей, характеризующих эффективность электротермохимической подготовки топлива.

3.Математические модели перехода азотсодержащих соединений топлива в МППГ в молекулярный азот с оценкой возможности его осуществления на основе изменения энергии Гиббса в диапазоне температур 1000-1300 К.

4.Универсальный алгоритм автоматизированной системы управления безмазутным плазменным розжигом и подсветкой факела (АСУ БПРПФ).

5.Упрощенный способ оценки экономической эффективности разрабатываемой технологии с учетом отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования.

Достоверность полученных результатов обеспечивалась:

1) проведением опытно-промышленных испытаний на действующем котле типа Е-160-1,4-250КТ с одновременным использованием метрологи-

чески аттестованными и калиброванными газоанализаторами различных конструкций и производителей («ТЕСТОТЕРМ-33» и КМ9006 «QUINTOX») для определения концентраций оксидов азота и углерода в уходящих газах;

2) ведением режима работы котлоагрегата штатной системой контроля и управления во время опытно-промышленных испытаний;

3) использованием действующих типовых отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования для оценки расчетных показателей эффективности топливоиспользования;

4) применением программных комплексов «Terra» и «Плазма-Уголь» для расчета плазмохимических реакций, оптимизации массогабаритных показателей, термодинамических и кинетических параметров процессов в модифицированных плазменных горелках.

Личный вклад автора работы заключается в:

1) участии в разработке модифицированных прямоточных плазменных горелок;

2) создании математических моделей перехода азотсодержащих соединений топлива в МППГ в молекулярный азот с оценкой возможности его осуществления на основе изменения энергии Гиббса в диапазоне температур 1000-1300 К;

3) проведении численных исследований с использованием программ «Terra», «Плазма-Уголь» для определения эффективности и степени завершенности процесса ЭТХПТ в модифицированных плазменных горелках;

4) анализе полученных результатов численных исследований процесса оптимизации конструктивных и массогабаритных показателей модифицированных плазменных горелок;

5) разработке универсальных алгоритмов автоматизированной системы управления плазменными пылеугольными горелками с последующей интеграцией системы в АСУ ТП котлоагрегата;

6) участии в разработке программы экспериментальных исследований для проведения опытно-промышленных испытаний;

7) разработке упрощенного способа технико-экономического обоснования эффективности плазменной системы с учетом отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования.

Апробация работы. Основные методологические положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: III Международной научно-практической конференции «Энергосберегающие и природоохранные технологии» (Томск - Улан-Удэ, 2-7 шоля 2005 г.); всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Наноматериалы и технологии. Физика конденсированного состояния. Физика и техника низкотемпературной плазмы» (Улан-Удэ, 4-7 сентября 2008 г.); II Научно-практической конференции с международным участием «Наноматериалы

и технологии. Наноразмерные структуры в физике конденсированного состояния. Технологии наноразмерных структур» (Улан-Удэ, 27-29 августа 2009 г.); ежегодной научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГТУ (Улан-Удэ,2003,2004,2006-2010,2011 гг.); ежегодной научно-практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов БГУ (Улан-Удэ,2005-20007,2008,2010,2011 гг.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них две статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и трех приложений, содержит 19 рисунков, 20 таблиц, 29 формул и библиографию из 129 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна полученных результатов и их практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основании анализа публикаций по проблемам повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов тепловых электрических станций определены основные руководящие документы, регламентирующие главные направления технической политики и природоохранной деятельности в РФ в настоящее время и на ближайшую перспективу. Это прежде всего Энергетическая стратегия России на период до 2030 г., а также Концепция технической политики, Экологическая политика и Концепция реализации экологической политики, доставшиеся в наследство от РАО «ЕЭС России» (холдинга).

Показано, что оценка экологической ситуации связана также со сменой парадигмы в процессе разработки и утверждения Экологического кодекса (ЭК) РФ. В опубликованном проекте ЭК предусматриваются переход от объектного к комплексному правовому регулированию экологических отношений, гармонизация с нормами международного права в области охраны окружающей среды, разработка норм прямого действия и многое другое.

Экономическая ситуация последних лет заставила по-новому взглянуть на основные направления технической политики и природоохранной деятельности, разработанные холдингом.

Ограниченность собственных ресурсов генерирующих компаний, недостаточная привлекательность станций как объектов для внешних инвесторов в связи с физическим износом и моральным устареванием основного теплогенерирующего оборудования привели к необходимости пере-

смотра некоторых положений, касающихся в основном процессов модернизации и реконструкции действующих ТЭС на угле в рассматриваемый период. Это коснулось, прежде всего, задач радикального улучшения экологической ситуации регионального характера, например, прибрежной, промышленной и туристско-рекреационной зоны озера Байкал, необходимости доведения величин вредных выбросов в атмосферу до значений ПДК, принятых в нашей стране, и далее до норм, регламентируемых в ЕС.

Вышеизложенное вызывает потребность в изыскании и внедрении экологически чистых, экономически эффективных технологий для реализации задач, сложившихся на сегодняшний день перед генерирующими компаниями.

В данной главе приведена оценка применения низкотемпературной плазмы (НТП) в режимах растопки пылеугольных котлов и вытеснения мазута из топливного цикла ТЭС. Рассмотрены современное состояние, основные этапы развития плазменно-энергетических технологий и опытно-промышленных исследований на отечественных и зарубежных тепловых электростанциях.

Во второй главе рассматривается разработка конструкций модифицированных прямоточных плазменных горелок и оптимизация их параметров методами математического моделирования.

В работе в качестве технической основы реализации плазменно-энергетической технологии безмазутной плазменной растопки и подсветки факела пылеугольных котлов ТЭС рассмотрены две группы модифицированных прямоточных плазменных горелок безмуфельной и муфельной конструкции. Габаритные параметры МППГ, исходя из принципа минимального вмешательства в систему подачи топлива и организации факела в топке котла, должны были быть вписаны в размеры мазутной форсунки. Первая группа таких модифицированных горелок (М1, М2) представлены на рис. 1 и 2.

$ 2Й0

X 300 # 219»6 $ 250 6 отв. ^16

X

2000

Рис. 1. Модифицированная прямоточная плазменная горелка. Вариант М1

Мини-предтопок

300 1 1 1 1 ' 1 1 1 ^250 6 отв.^16 / / у,-/-^— X

Ч -к- У

52 750 1-Г 430 52 820

2000

Рис. 2. Модифицированная прямоточная плазменная горелка безмуфельной конструкции. Вариант М2

Особенностью модифицированных прямоточных плазменных горелок первой группы является отсутствие муфеля. Конструкция МППГ представляет собой две соосные трубы («труба в трубе»), диаметр наружной трубы выбран из возможности помещения ее вместо мазутной форсунки. Межтрубный промежуток рассчитан на пропуск такого количества аэросмеси, которое обеспечивает охлаждение обеих труб, за счет этого осуществляется также предварительный подогрев этой доли аэросмеси до поступления ее в топку.

Основной поток аэросмеси пропускается через центральную трубу, часть которой подвергается обработке низкотемпературной плазмой. Для этого на расстоянии 300 мм от левого края горелки (рис. 1,2) установлен патрубок для крепления плазмотрона. Данный вариант горелки при проведении опытно-промышленных испытаний был установлен вместо мазутной форсунки на штатной горелке №3 и 6 котла станционного №2 Улан-Удэнской ТЭЦ-2.

Плазменные горелки второй группы представлены на рис. 3 - 5, в которых осуществлен возврат к муфельным конструкциям. Конструктивной особенностью этой группы МППГ является то обстоятельство, что мини-предтопок передвинут на одну ступень влево.

Дополнительно перед входом пылеугольного потока в 1-ю ступень поставлен завихритель с изменяемым углом атаки поворотных направляющих лопаток. Это позволяет искусственным способом увеличить концентрацию пыли в потоке за счет тангенциальной составляющей скорости угольных частиц, добиваясь тем самым эффекта ПВК (пыли высокой концентрации). Ось плазмотрона расположена под углом 45° к вертикали, что также позволяет увеличить общую площадь соприкосновения пылеугольного потока с плазменным факелом (его высокотемпературной конусной части). В конструкциях этой группы для оптимизации выходных скоро-

стей в конце 2-й и 3-й ступени предусмотрены устройства диффузорного типа. Варьируя параметрами этих устройств (длиной ступени, их диаметрами и углами раскрытия второго диффузора (5)), можно добиться приемлемых выходных скоростей.

3 / X V» у\/// со со у/Ж АЛгх \ о 2

1 \ 1 О) --------5 о из _________СМ- о а> о

0.6 0.378 0.9

Рис. 3. Модифицированная прямоточная плазменная горелка муфельной конструкции. Вариант МЗ: 1) завихритель с изменяемым углом атаки поворотных лопаток; 2) огнеупорная футеровка (муфель); 3) плазмотрон

Рис. 4. Модифицированная прямоточная плазменная горелка муфельной кон-

Рис. 5. Модифицированная прямоточная плазменная горелка муфельной конструкции с двумя диффузорами: 1) завихритель с изменяемым углом атаки поворотных

направляющих лопаток; 2) огнеупорная футеровка (муфель); 3) плазмотрон; 4) диффузор 2 ступени; 5) диффузор 3 ступени. Вариант М5

Поскольку плазменная горелка предназначена для замены мазута в режиме растопки и последующей подсветки по мере необходимости, то естественным выглядит решение о замене мазутной форсунки в составе блока штатной пылеугольной прямоточной горелки (рис.6 и 7) на МППГ.

моточной горелки до реконструкции

Рис. 7. Реконструированный блок штатной пылеугольной прямоточной горелки с включением в него МППГ

В данной главе рассмотрена также модификация прямоточных плазменных горелок для котлов типа БКЗ-420 Улан-Баторской ТЭЦ-4. Разра-

ботка модифицированных прямоточных плазменных горелок (муфельной и безмуфельной конструкции), оптимизация их конструктивных параметров и массогабаритных показателей проводились на базе программного комплекса «Плазма-Уголь», широко применяемого в последние годы для определения термодинамических параметров в устройствах, создаваемых для осуществления плазмохимических процессов. В качестве примера на рис.8 приведена расчетная схема (вариант М2 первой группы МППГ).

Б-Б

А-А

Плазмотрон тгп/^ Граница контакта НТП с аэросмесью ¡1" , / Область выхода летучих

Выходное / сопло МППГ

и

Рис. 8. Продольный и поперечный разрезы модифицированной прямоточной плазменной горелки

Назначение мини-предтопка в конструкции модифицированной прямоточной плазменной горелки заключается в интенсификации плазмохимических процессов за счет дополнительной взаимной диффузии реагирующих компонентов; увеличении времени пребывания части аэросмеси в зоне воспламенения за счет уменьшения средней скорости последней; создании и поддержке автотермического режима в мини-предтопке.

Степень эффективности мини-предтопка определяется конструктивными параметрами модифицированной плазменной горелки: взаимным расположением мини-предтопка с плазмотроном (Ы), вплоть до размещения плазмотрона на самом мини-предтопке; оптимальной длиной мини-предтопка (12) и самой МППГ; соотношением диаметров (01/ Б2; Б1/ БЗ).

Длина и форма выходного сопла ЬЗ зависят от конструктивных параметров топочного пространства и способов организации факела. Оптимизация конструктивных параметров и массогабаритных показателей модифицированной прямоточной плазменной горелки осуществлялась с использованием трехступенчатой схемы расчета по программе «Плазма-Уголь». На рис.5 ступени обозначены через , Ь2, Ь3 _ при необходимости число ступеней может быть изменено.

В качестве критериев оптимизации конструктивных параметров МППГ в работе были приняты:

1) длина участка L]. Она должна быть подобрана такой, чтобы при средней линейной скорости потока на этом участке время пребывания в зоне контакта с НТП наименьшей фракции соответствовало условию:

Ve=Li/Vn>(trB+ tM), (1)

где: trB - усредненное время теплового взрыва частиц угля, с; tBJ1 - усредненное время выделения летучих угля, с; Vn - средняя линейная скорость потока на участке Li, м/с;

2) термодинамические параметры и количественный состав газовой фазы продуктов электротермической подготовки топлива по ступеням. Они должны соответствовать следующим оптимальным показателям этого процесса, предварительно полученным по программе «Terra» для определенной марки применяемого угля:

а) в работе при расчетах и ОПИ использовался уголь Тугнуйского разреза (Республика Бурятия), для которого диапазон температур ЭТХПТ находится в интервале 1000-1200 К;

б) в этом диапазоне температур суммарная концентрация горючих газов ( Н2,СО, СН4,С6 Н6) должна достигнуть первого уровня максимальных значений и может служить критерием степени завершенности процесса электротермохимической подготовки топлива на данном участке (ступени);

в) при условии достижения максимальных значений концентраций компонентов синтез-газа (СГ) удельные энергозатраты также достигают своих максимальных постоянных значений (0,17- 0,2) кВт*ч/кг и в дальнейшем не претерпевают значительных изменений;

3) длина Lг (2 расчетная ступень). Зависит от расстояния, вдоль которого происходит распределение мощности Р2Т теплового источника (тепловыделение от окисления синтез-газа);

4) длина L3 (3 расчетная ступень). Определяется средней линейной скоростью потока на выходе из МППГ, которая должна быть максимально приближенной к средней расчетной скорости пылеугольного потока, соответствующей условиям формирования факела, а также высокой степени завершенности всего процесса ЭТХПТ в рассматриваемой модели.

Были проведены оптимизационные расчеты различных конструкций МППГ с использованием схемы многоступенчатого расчета по программе «Плазма-Уголь». На основании выбранных параметров, характеризующих степень эффективности и завершенности ЭТХПТ на расчетной ступени и МППГ в целом, произведен анализ термодинамических показателей, полученных в результате расчета. Эти расчеты показали возросшую эффективность плазмохимических процессов по выходу массовых концентраций компонентов горючего газа и интенсификации термодинамических параметров термохимической подготовки топлива для МППГ с включенным в их состав мини-предтопком.

Сравнительные показатели для первой группы модифицированных плазменных горелок модели М1 (без мини-предтопка) и М2 приведены в табл. 1 и 2. Поскольку первые ступени этих моделей абсолютно идентичны, то анализ проведен начиная со 2-й ступени.

Таблица 1

Сравнительные показатели массовых концентраций компонентов

горючего газа для 2-й ступени

Модель СО, кг/ч Н 2, кг/ч СО+Нг, кг/ч Степень газификации, % Мощность Теплового источника, кВт Дополнительный параметр

Ml 186 12 198 43 1165 -

М2 254 14 268 58 1565 -

Анализ термодинамических показателей табл.1 показывает, что степень эффективности процесса ЭТХПТ для модели М2 превосходит аналогичные показатели д ля модели М2. Таким образом, включение мини-предтопка в состав Ml 1111 интенсифицирует процесс плазмохимической подготовки угля и является важным положительным фактором данной модели.

Таблица 2

Сравнительные показатели массовых концентраций компонентов

горючего газа для 3-й ступени

Модель СО, н2, СО+Нг, кг/ч Степень Мощность Дополни-

кг/ч кг/ч газифи- теплового тельный

кации, % источник а, кВт параметр

Ml 517 11 528 57 1837 -

М2 661 12 673 63 2272 -

Аналогичный вывод о степени эффективности процесса ЭТХПТ может быть сделан и для третьей ступени. Помимо абсолютных значений термодинамических показателей, характеризующих плазмохимический процесс газификации угля на третьей ступени, немаловажный интерес представляет динамика процесса выхода основных компонентов синтез-газа, в частности СО. Для подтверждения этого вывода приведен график зависимости выхода СО по длине 3-й ступени (рис.9).

На рис. 9 видно, что для модели М1 максимальный выход СО происходит на отметке 0,9м, в то время как аналогичная величина выхода СО для модели М2 достигается уже на отметке 0,3 м. Таким образом, включение мини-предтопка в качестве 2-й расчетной ступени позволяет уменьшить активную длину 3-й ступени втрое. Общим недостатком обеих моделей является увеличение выходных расчетных скоростей в конце 3-й ступени до 100 м/с и выше (для отдельных фракций угля). Данное обстоятельство было учтено при эскизной разработке второй группы модифицированных прямоточных плазменных горелок муфельной конструкции. В конструкциях этой группы для оптимизации выходных скоростей в конце 3-й ступени предусмотрены устройства диффу-зорного типа.

Рис. 9. График зависимости выхода компонента синтез-газа (СО) по длине 3-й ступени для моделей М1 и М2

Включение диффузорной части в состав 2-й и 3-й ступеней также положительно влияет на динамику процесса выхода летучих. Например, выход СО, полученный в расчете модели М4 на отметке 0,9м (658 кг/ч), в расчете модели М5 может быть достигнут уже на отметке 0,55м (табл. 3). Таким образом, 3-я ступень в модели М5 может быть укорочена почти в два раза по сравнению с моделью М4.

Таблица 3

Сравнительные показатели массовых концентраций компонентов горючего газа для 3-й ступени моделей МЗ,М4,М5

Модель СО, На, СО+Н2, Степень Мощность Выходная скорость

кг/ч кг/ч кг/ч газификации, теплового газовой фазы и сред-

% источника, няя скорость

кВт угольных частиц, м/с

МЗ 627 9 636 66 2422 -

М4 658 10 668 68 2533 -

М5 821 12 834 81 3276 37 и 48

Общий механизм, описывающий взаимодействие твердого топлива и окислителя, при наличии внутреннего плазменного источника моделируется набором более сотен элементарных реакций, начиная с реакций выделения первичных летучих. В основу такого подхода положен принцип суперпозиции элементарных химических реакций, обычно применяемый при математическом моделировании сложных гетерогенных систем. Однако простое перечисление актов элементарных химических реакций еще не дает ясного представления о механизме образования топливных оксидов

азота, тем более феномене снижения оксидов азота в уходящих газах при использовании плазменных горелок в процессе ЭТХПТ. В связи с этим в главе приведено объяснение этого явления с помощью механизма цепочечного перехода азотсодержащих соединений - в начале в соединения аминовой группы с последующей их конверсией в N0 и далее - в N2.

Механизм перехода ТЧНз в молекулярной азот N2 может быть представлен в виде следующего ряда последовательных цепочек преобразований (рис.10).

н2о, он, н2 н2о, он к ▲

+ЫН,+Н2

N О -► Ы2

Рис. 10. Механизм перехода NH3 в молекулярной азот N2 в виде последовательной цепочки.газофазных реакций. Вариант 1

Косвенным доказательством существования предлагаемых вариантов механизмов перехода NH3 в молекулярный азот N2 могут служить результаты термодинамических расчетов по определению состава конечных продуктов газофазных реакций с начальным набором реагентов рассматриваемых цепочек по программе «Terra». Если при термодинамических расчетах по какой-либо цепочке обнаруживается абсолютное преобладание конечных продуктов, указанных в составе этой цепочки, например N2, то это свидетельствует о том, что плазмохимическая реакция с начальным набором реагентов осуществляется именно по этому пути. Проведенные расчеты показали полную идентичность предлагаемого варианта 1 цепочечного механизма перехода NH3 в молекулярный азот N2 .

При разработке различных вариантов цепочечных схем предпочтение отдавалось тем последовательностям, в которых энергия Гиббса наиболее отрицательна, т.е. считается, что энергетически наиболее вероятной в данном диапазоне температур является данная последовательность выбранных плазмохимиче-ских реакций. Приращение энергии Гиббса в рассматриваемом диапазоне температур при дискретном шаге расчета 20 К определялось по формуле:

AG = AI -T*AS, (2)

где AI и AS — изменение энтальпии и энтропии рассматриваемой реакции при изменении квазипостоянной температуры процесса Т на расчетном шаге. Например, для цепочечной реакции, где в качестве исходных реагентов служат NH3 и ОН", получена расчетная зависимость приращения энергии Гиббса в диапазоне температур 1000-1300 К (рис.11).

н2о, он, н2 н2о, он, н2

NHi+H

+Н,+0,+0Н

+Н.+0.+0Н

NH,

-> NH

Ось тем!ератур,град.К

Рис. 11. Приращение энергии Гиббса для реакции МН3+ОН~ в диапазоне температур 1000-1300 К

Объектом опытно-промышленных испытаний в работе являлся котел типа Е-160-1,4-250КТ Улан-Удэнской ТЭЦ-2. Поскольку котел не оборудован системой АСУ ТП, разработан универсальный алгоритм автоматизированной системы управления безмазутным плазменным розжигом и подсветкой факела (АСУ БПРПФ)

Универсализм данного алгоритма заключается в возможности его использования в любой типовой системе АСУ ТП для данного типа котлов, требуется лишь его подстройка на логику и временные характеристики существующей системы.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований на действующем котле ТЭЦ для подтверждения повышения эффективности топливоиспользования и улучшения экологических показателей в режиме плазменной подсветки. Проведению испытаний предшествовала разработка специальной программы опытно-промышленных испытаний.

При обработке результатов исследований и проведении расчетов использовались данные тепло-технических испытаний данного котла по методике ОРГРЭС (тарировка сечений газоходов, определение присосов воздуха, определение оптимального избытка воздуха и др.).

Топочная камера оборудована шестью блоками прямоточных горелок, при этом оси горелок сориентированы по касательной к воображаемой окружности в центре топки диаметром 900 мм. Схема размещения горелок по нижнему ярусу с включением в их состав МППГ представлена на рис.12.

Рис. 12. Схема размещения горелок по нижнему ярусу

Исследования проходили при нагрузке котлоагрегата 120 тонн пара в час. Пыль поступала в 8 сопел из 12. На горелках № 3 и 6 подача пыли в штатные сопла была перекрыта, пыль поступала в плазменные горелки. Сопла третичного дутья также были перекрыты, тем самым влияние его на снижение выхода оксидов азота исключалось. Измерения проводились в газоходе перед дымососом слева при выключенных плазмотронах, затем через заданный интервал времени с включенными плазмотронами. Были проведены три серии измерений длительностью по 15,20,30 минут. Мощность плазмотронов составляла 80-90 кВт.

Динамика изменений концентраций >ТОх, СО в процессе ОПИ в процентном отношении от установившегося начального уровня, показана на рисунках 13-14, на которых приняты следующие условные обозначения: Ц - МППГ отключены; []] - МППГ включены.

Время (интервал -15 мин.)

Рис. 13. Изменение концентрации СО в процессе ОПИ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Время (интервал - 15 мин.)

Рис. 14. Изменение концентрации N0* в процессе ОПИ

Диаграмма на рис.13 показывает процентное уменьшение оксида углерода в уходящих газах в периоды работы МППГ, происходящее за счет предварительного воспламенения горючего газа, СО в том числе, с последующим его догоранием в мини-предтопке в результате описанного выше механизма действия НТП на аэросмесь.

Диаграмма на рис.14 демонстрирует уменьшение топливных оксидов азота NOx, что подтверждает предложенный цепочечный механизм выхода азотсодержащих летучих в модифицированной плазменной горелке с последующим их преобразованием в результате плазмохимических реакций в молекулярный азот, дальнейшее содержание 1Ч2 не претерпевает заметных изменений. На рис 13,14 видно, что в периоды отключения плазменных горелок продолжительностью около 30 минут (интервалы времени № 4,5,7,8,11,12,13), после их предварительной работы (интервалы времени №3,6,9,10), восстановление концентраций СО, ЫОх до значений первоначального установившегося режима (100%, интервалы времени № 1,2) происходит не сразу, а с некоторым запозданием, тем самым подтверждая наличие автотермического режима в МППГ. Данное свойство модифицированных прямоточных плазменных горелок является существенным положительным фактором, позволяющим не прерывать режим растопки или подсветки в случае несанкционированного отключения плазмотрона на время автотермического режима (10- 15 мин). Это обеспечивает дополнительное время автоматизированной системе для устранения причины прерывания и восстановления работы плазмотрона, повышая тем самым живучесть и надежность всей применяемой системы.

Таким образом, данные опытно-промышленных испытаний подтверждают правильность представления о влиянии плазмохимических процессов на механизмы подавления образования парниковых и токсичных газов,

снижения механического недожога на основе применения модифицированных плазменных горелок.

В четвертой главе рассмотрено технико-экономическое обоснование (ТЭО) внедрения данной технологии на действующих пылеугольных ТЭЦ на примере Улан-Удэнской ТЭЦ-2 с учетом действующих отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования. Исследования, проведенные при оценке экономической эффективности внедрения плазменных систем ЭТХПТ на действующих пылеугольных ТЭС, позволили выделить следующие три основные составляющие экономической эффективности. Мазутная составляющая определяется:

а) исключением мазута в режимах растопки и подсветки;

б) снижением эксплуатационных затрат мазутного хозяйства в указанных режимах;

в) снижением эксплуатационных затрат, связанных приобретением, транспортировкой, разгрузкой, хранением, поддержанием в рабочем состоянии мазута (особенно в зимний период);

г) другими сопутствующими эксплуатационными издержками.

Технологическая или топливная составляющая связана со снижением

расхода угля ввиду уменьшения потерь тепла от механической неполноты сгорания и сопутствующего ему повышения КПД котла.

Экологическая составляющая определяется существенным снижением вредных выбросов с дымовыми газами и сопутствующим уменьшением выплат за них в соответствии с действующими нормативами на территории РФ.

Определение потерь от механической неполноты сгорания топлив q4 регламентируется методическими указаниями отраслевого значения и рассчитывается по формуле:

44 = [(ашл + аун )* ЧгоР*Ар*К(з*с1ттв] / (/„ав), (3)

100-1 пи 100-/Ъ( где ашл, аун - доли золы топлива в шлаке уносе (определяются по результатам испытания котлов); Гшл, Гун - содержание горючих в шлаке и уносе, %; qгop- средняя теплота сгорания 1кг горючих, содержащихся в шлаке и уносе, равная 7800 ккал/кг (32657 кДж/кг); Ар - зольность топлива на рабочую массу, %, Кр - поправочный коэффициент, учитывающий дополнительно внесенное в топку котла тепло с подогретым топливом и воздухом ( в нашем случае добавляется тепло, внесенное плазмотронами); с!ттв - доля ( по тепловыделению) твердого топлива в общем количестве сожженного котлом топлива; ррн(тв) - низшая теплота сгорания сжигаемого твердого топлива, ккал/кг(кДж/кг).

Поправочный коэффициент Кд, учитывающий дополнительно внесенное в топку тепло с паром и водой, с подогретым топливом и воздухом, определяется по выражению:

кд = в*(Зут/( в*дут+двн), (4)

где В - количество топлива в условном исчислении, сожженного котлом, т; С?ут - теплота сгорания условного топлива, равная 7 Гкал/т (29,31 ГДж/т); <3Ш1 - количество тепла, Гкал (ГДж), дополнительно (сверх химического тепла топлива) внесенное в топку. В этом случае это физическое тепло предварительно подогретого топлива, т.е. <3Е„ = дтп которое фактически равно теплу, вносимому в топку плазмотронами.

В данной главе показано, что с учетом условий, не зависящих от опытно-промышленных испытаний (характеристика топлива, тип топки и др.), определение потерь от механической неполноты сгорания топлив q4 может быть рассчитано по упрощенной формуле практически без потерь в точности определения (менее 0,02%):

Гшл Лн

а = 1 42 --+ 27,03 —---(5)

2 00-Гшл 100—Гун

При парциальном воздействии отдельного плазмотрона на общее снижение потерь тепла от механической неполноты сгорания топлива Д я4 может быть произведен расчет относительного снижения Д и построена его зависимость от количества работающих плазмотронов в системе ПТС.

Таблица 4

Расчет снижения потерь тепла от механической неполноты сгорания Тугнуйского угля в котле Е-160-1,4-250КТ в зависимости от числа работающих плазмотронов в системе ПТС

Кол-во ПЛГ Состояние ПЛГ Гшл,% Гун,% Ч4,% Д ч4,%

1 выключено 20,90 6,50 2,254 0,538

включено 17,85 4,95 1,716

2 выключено 20,90 6,50 2,254 1,056

включено 14,80 3,40 1,198

3 выключено 20,90 6,50 2,254 1,556

включено 11,75 1,85 0,699

4 выключено 20,90 6,50 2,254 2,038

включено 8,70 0,30 0,217

6 выключено 20,90 6,50 2,254 2,2

включено 2,60 0 0,038

При этом в работе установлена зависимость снижения потерь теплоты от механической неполноты сгорания топлива (1) и повышения КПД котла брутто (2) в зависимости от числа работающих плазмотронов в системе ПТС (рис.15).

Число работающих плазмотронов в системе ПТС

Рис. 15. Зависимость снижения потерь теплоты от механической неполноты сгорания топлива (1) и повышения КПД котла брутто (2) в зависимости от числа работающих плазмотронов в системе ПТС

Поскольку расход электроэнергии на плазмотроны (при их фиксированном количестве) ДСээ пф зависит от суммарного времени подсветки 1 £ плг пф в течение рассматриваемого года, а экономия ДСмех. - от количества угля Вуг пф, прошедшего ЭТХПТ, то возникает потребность в определении области в координатах X ^ плг пф и Вуг пф, в которой всегда выполняется условие ДСмех. > ДС ээ пф. Такая зависимость для котлов рассматриваемой серии была получена и представлена на рис. 16.

500 1000 1500 2000 2500 3000 Время подсветки факела Тпф.час

<и 5

5

ф £ о. 3

¡г

ш (.

к Ж ш

Е о §с

X о га

70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0

0

Рис. 16. График зависимости Вуг пф = $ (Тпф), ниже которого соблюдается условие ДСмех. > ДС ээ пф

Область, в которой выполняется условие ДСмех. > ДС ээ пф, лежит ниже прямой, приведенной на рис. 16. Полученная графическая зависимость гарантирует экономичность режима подсветки при количестве плазмотронов (до 4 включительно) в составе ПТС.

Расчет годовой экономической эффективности работы одного котла с применением плазменно-технических систем произведен в формате денежных средств (ДС), экономия или увеличение расхода которых характеризуется составляющими экономической эффективности в процессе внедрения ПТС:

а) ДС^,маз. - экономия денежных средств за счет исключения мазута;

б) ДСмех. - экономия денежных средств, возникающая в результате снижения потерь тепла от механической неполноты сгорания топлива:

в) ДС^экол. - экономия денежных средств возникает за счет снижения платы за выбросы загрязняющих веществ.

Таблица 5

Суммарный экономический эффект от внедрения ПТС

Год Число ПЛГ ДС£,маз. ДСмех. ДС£экол. ДСгЭЭ

2008 2 2669277 241454 8950 2919681

4 482909 17900 3170086

2009 2 3749631 309739 9741 4069111

4 619478 19482 4388591

При внедрении плазменно-технических систем необходимо учитывать возникающие дополнительные расходы ДС^доп., обусловленные приобретением дополнительного угля, идущего на растопку, его помол, а также дополнительным расходованием электроэнергии на дутье (подаче аэросмеси в плазменные горелки), на питание ПТС в режиме растопки и подсветки. Расчет годового экономического эффекта произведен с учетом дополнительных расходов, возникающих в ходе внедрения ПТС.

Таблица 6

Расчет годового экономического эффекта

Год Количество ПЛГ ДС2ээ, руб. ДС£доп, руб. « нт - Э год. РУб.

2008 2 2919681 276 792 2 642 889

4 3 170 086 517812 2 652 274

2009 2 4069 111 380 573 3 688 538

4 4 388 594 685 763 3 702 831

Таблица 7

Расчет срока окупаемости капитальных вложений ПТС на котле серии Е-160-1,4-250КТ Улан-Удэ некой ТЭЦ-2

Год К вл, руб. П вит,руб. Ток, год

2 ПЛГ 4 ПЛГ 2 ПЛГ 4 ПЛГ

2008 2 500 000 4 000 000 1 989 205 1,25 2

2009 2 500 000 4 000 000 2 777 123 0,9 1,4

Основные выводы и результаты работы

1. Разработана серия модифицированных прямоточных плазменных горелок с целью повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов.

2. Методами математического моделирования с использованием программных комплексов «Terra» и «Плазма-Уголь» проведена оптимизация конструктивных и массогабаритных показателей разработанных плазменных горелок. Разработана усовершенствованная конструкция модифицированной плазменной горелки (М5) с уменьшенными (~на 30%) массога-баритными показателями, позволяющая сохранять пылесистему котла практически без изменения. Более того, условия формирования факела также не претерпевают никаких изменений. Разработанная конструктивная модель плазменной горелки может быть внедрена на котлах данной серии. Технико-экономическая эффективность разработанной технологии подтверждена расчетами.

3. Разработана математическая модель, описывающая механизм уменьшения оксидов азота в уходящих газах пылеугольных котлов ТЭС с помощью модифицированных плазменных горелок. Данная математическая модель позволяет объяснить снижение оксидов азота в уходящих газах котлов при использовании низкотемпературной плазмы с позиций цепочечной схемы развития плазмохимических реакций в модифицированных плазменных горелках.

4. Разработан универсальный алгоритм автоматизированной системы управления безмазутным плазменным розжигом и подсветкой факела, который позволяет сократить время адаптации и сроки внедрения разрабатываемой технологии на котлах, оборудованных системой АСУ ТП.

5. Проведенные опытно-промышленные испытания на котлах действующих ТЭС подтверждают повышение эффективности топливоиспользования и улучшение экологических показателей в режиме плазменной подсветки. Совокупный ожидаемый годовой экономический эффект работы ПТС на четырех котлах Улан-Удэнской ТЭЦ-2 в осенне-зимние периоды 2008-2009 гг. составляет 10-15 млн рублей.

6. Применение модифицированных плазменных горелок обеспечивает следующие технологические преимущества:

1) универсализм способа, т.е. пригодность для всех видов твердого сжигаемого топлива и конструкций котлов практически без технологических изменений в системе подачи топлива;

2) автоматизированная система управления безмазутным плазменным розжигом и подсветкой факела может быть легко встроена в систему АСУ ТП котла на любом программном уровне или работать в автономном режиме.

7. Разработан упрощенный способ оценки экономической эффективности данной технологии. Срок окупаемости при внедрении ПТС на Улан-Удэнской ТЭЦ-2 не превышает 2 года.

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях

1. Зонхоев Г.Б. Проблемы и пути внедрения плазменно-энергетических технологий на действующих пылеугольных ТЭС / Г.Б. Зонхоев, C.JI. Буянтуев // Энергосберегающие и природоохранные технологии: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. - Томск; Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2005,- С.62-73.

2. Зонхоев Г.Б. Методологические задачи внедрения плазменно-энергетических технологий на тепловых электрических станциях и пути их решения / Г.Б. Зонхоев // Вестник Бурятского университета. Сер 9. Физика и техника-Улан-Удэ: Изд-во Бурят, гос. ун-та, 2005. - Вып. 4. - С.226-230.

3. Зонхоев Г.Б. Стратегия оценки экономической эффективности внедрения плазменно-энергетических технологий на тепловых электрических станциях / Г.Б. Зонхоев, C.J1. Буянтуев // Наноматериапы и технологии. Физика конденсированного состояния. Физика и техника низкотемпературной плазмы: сб. тр. всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (4-7 сентября 2008 г.). - Улан-Удэ: Изд-во Бурят, гос. ун-та, 2008. - С.181-184.

4. Зонхоев Г.Б. Оценка экономической эффективности внедрения плазменно -энергетических технологий на действующих тепловых электрических станциях с учетом отраслевых методик / Г.Б. Зонхоев, C.JI. Буянтуев // Наноматериалы и технологии. Наноразмерные структуры в физике конденсированного состояния. Технологии наноразмерных структур: сб. тр. II Науч.-практ. конф. с междунар. участием (24-29 августа 2009 г.). - Улан-Удэ: Изд-во Бурят, гос. ун-та, 2009. -С.181-182.

5. Зонхоев Г.Б. Повышение технико-экономических показателей и экологической безопасности действующих пылеугольных электростанций на основе применения плазменно-энергетических технологий / Г.Б. Зонхоев, C.JI. Буянтуев // Теплоэнергетика. - 2010. - №4.- С.69-74.

6. Зонхоев Г.Б. Разработка модернизированных плазменных горелок и их конструктивных схем включения при внедрении плазменно-энергетических технологий на тепловых электрических станциях / Г.Б. Зонхоев, C.JI. Буянтуев, A.M. Бато-ров // Вестник Восточно-Сибирского государственного технологического университета. - 2010. - №1. - С.85-89.

Подписано в печать 23.05.11. Формат 60 х 84 1 /16. Усл.печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 1192.

Издательство Бурятского госуниверситета 670000, г.Улан-Удэ, ул.Смолина, 24 а riobsu@gmail.com

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 .Проблемы и пути решения комплексной задачи повышения технико-экономических показателей и экологической безопасности действующих пылеугольных тепловых электрических станций на современном этапе.

1.1. Концептуальные особенности технической политики и природоохранной деятельности в энергетической отрасли России на период до 2015-2030 гг.

1.1.1 .Комплекс мероприятий технической политики, направленных на повышение экономичности теплосилового оборудования и снижения вредных выбросов ТЭС.

1.1.2.Концептуальные особенности и технико-экономические предпосылки формирования новой технической политики в области экологической безопасности.

1.2.Применение низкотемпературной плазмы в режимах растопки пылеугольных котлов и вытеснение мазута из топливного цикла ТЭС.

ГЛАВА 2. Разработка конструкций модифицированных прямоточных плазменных горелок и оптимизация их параметров методами математического моделирования.

2.1. Разработка конструкций модифицированных прямоточных плазменных горелок для котлов типа Е-160-1,4-25ОКТ.

2.2. Расчетно-теоретические исследования электротермохимической подготовки топлива в плазменных горелках.

2.3. Оптимизация термодинамических и конструктивных параметров модифи-рованных горелок методами математического моделирования с помощью программного комплекса «Плазма-Уголь».

2.4. Разработка математических моделей подавления оксидов азота в модифи-рованных прямоточных плазменных горелках.

2.5. Модификация плазменных горелок для Улан-Баторской ТЭЦ-4.

ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования модифицированных плазменных горелок на котлах действующих ТЭС в режиме плазменной подсветки.

3.1. Краткая характеристика объекта испытаний - котел ТПЕ-185 (Е-160-1,4-250КТ).

3.2. Разработка универсального алгоритма автоматизированной систем управления безмазутным плазменным розжигом и подсветкой факела пылеугольных котлов ТЭС.

3.3. Опытно-промышленные испытания модифицированных плазменных горелок на котлах действующих ТЭС в режиме плазменной подсветки.

3.4. Результаты опытно-промышленных испытаний и их анализ.

ГЛАВА 4. Технико-экономическое обоснование внедрения ПТС на действующих пылеугольных ТЭС.

4.1. Оценка экономической эффективности внедрения плазменных систем на действующих пылеугольных ТЭС.

4.2. Расчетно-практическая оценка повышения эффективности топливоисполь-зования и экологической безопасности котла типа Е-160-1,4-25ОКТ с учетом действующих отраслевых методик.

4.2.1. Мазутная составляющая.

4.2.2. Топливная составляющая.

4.2.3. Экологическая составляющая.

Актуальность работы. Одним из ориентиров Энергетической стратегии России на период до 2030 года является обеспечение топливно-энергетического комплекса (ТЭК) высокоэффективными отечественными технологиями и оборудованием, научно-техническими и инновационными решениями, позволяющими интенсифицировать переход российской теплоэнергетики на инновационный путь развития.

В период, прошедший с момента начала реализации Энергетической стратегии-2020, отечественный энергетический сектор экономики развивался, в основном, в рамках прогнозных представлений того времени.

Приоритетными задачами новой стратегии развития до 2030 года в области теплоэнергетического сектора являются:

- повышение эффективности использования энергоресурсов;

- снижение нагрузки ТЭК на окружающую среду путем уменьшения вредных выбросов загрязняющих веществ и эмиссии парниковых газов;

- модернизация теплоэнергетического оборудования действующих тепловых электрических станций (ТЭС) для решения проблем повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей котлов ТЭС;

- воссоздание и дальнейшее развитие научно-технического потенциала отрасли, включая фундаментальную науку, прикладные исследования и разработки, модернизацию экспериментальной базы, а также системы научно-технической информации.

Задача повышения эффективности использования энергоресурсов на тепловых электрических станциях, работающих на угле, сводится к повышению показателей топливоиспользования, таких, как удельный расход условного топлива на отпущенную тепловую и электрическую энергию, коэффициент использования топлива, коэффициент полезного действия. Одним из путей повышения эффективности топливоиспользования на угольных ТЭС является также исключение мазута из режимов растопки и подсветки.

Первые эксперименты по плазменному воспламенению угольной пыли были проведены в 1987 г на промышленном котле ТП-170 Новосибирской ТЭЦ-2 сотрудниками ИТФ СО РАН (М.Ф. Жуков, B.C. Перегудов) совместно с СИБНИИЭ, в результате которых была подтверждена принципиальная возможность плазменного воспламенения пылеугольной аэросмеси.

Последующие опытно-промышленные испытания по безмазутной растопке котла ЦКТИ-75 (Усть-Каменогорская ТЭЦ) были проведены в 1989 году Казахским научно-исследовательским институтом (КазНИИ) энергетики (В.Е.Мессерле, З.Б.Сакипов, Ш.Ш.Ибраев). В конце 1991 г. к работам по плазменному воспламенению топлив присоединилась Гусиноозерская ГРЭС (ГО ГРЭС), где при участии ИТФ СО РАН, КазНИИ энергетики и ВосточноСибирского государственного технологического университета была образована совместная лаборатория плазменно-энергетических процессов и создан лабораторный стенд по отработке этих процессов, а в мае 1993 г. осуществлена безмазутная, плазменно-угольная растопка из холодного состояния котла ТПЕ-215, производительностью 670 т пара в час (Е.И. Карпенко, В.Е.Мессерле, C.JI. Буянтуев, B.C. Перегудов и др.).

Научно-практические исследования последних лет показали, что технико-экономическая эффективность применения плазменно-топливных систем (ПТС) на основе плазменных горелок не исчерпывается простой заменой мазута на этапе растопки (Е.И. Карпенко, В.Е. Мессерле, C.JI. Буянтуев, B.C. Перегудов, А.Б. Устименко и др.).

Главным объектом воздействия топливно-энергетического комплекса на окружающую среду остается воздушная атмосфера. Вредные выбросы загрязняющих веществ, в том числе токсичных и парниковых газов, все еще остаются в РФ весьма большими и существенно перекрывают нормы, установленные в Европейском союзе (ЕС), не говоря уже о мировых стандартах экологической безопасности. В последние годы достаточно благополучная экологическая ситуация в РФ, зависящая от воздействия выбросов на окружающую среду предприятиями ТЭК, формировалась, в основном, за счет работы оборудования с пониженной нагрузкой. При этом значительная доля в структуре потребляемого топлива приходилась на природный газ.

Снижение доли газа в структуре потребляемого топлива замещающим топливом для которого является уголь низкосортных марок ухудшающегося качества, вызовет необходимость в ужесточении технических норм вредных выбросов (ВВ) действующих ТЭС. Для них в ближайшее время вначале нужно добиться поэтапного снижения ВВ до нормативных значений, принятых в РФ, и далее, до норм, регламентируемых в ЕС. Необходимость в снижении уровня ВВ пылеугольных ТЭС ставит перед отраслевой наукой задачу по решению этой проблемы при возможно минимальных затратах и в сжатые сроки. Прогнозируемые предельно допустимые выбросы, например, по оксидам азота на действующих пылеугольных котлах, которые еще останутся в эксплуатации до 2015 г., не должны превышать значений 250-350 мг/м для бурых углей и о

350-450 мг/м для каменных углей.

Имеющиеся перспективные способы снижения выбросов >Юх относятся к технологическим методам подавления образования оксидов азота в топках пылеугольных котлов. В основе этих методов лежат различные технологии предварительного подогрева угольной пыли. Эффективность этих методов оценивается в диапазоне 20-50%. Указанные технологические методы в настоящее время позволяют приблизиться к российским нормам на допустимые выбросы ГЮх только при сжигании бурых углей, а также каменных углей марок Д и Г.

Поэтому большой интерес вызывают выявленные факты снижения т вредных выбросов в атмосферу при сжигании угля с применением плазменно-топливных систем, базирующиеся на электротермохимической подготовке ^ топлива (ЭТХПТ), которые требуют научно-практического исследования и решения данной проблемы.

Одними из основных элементов плазменно-топливной системы являются плазменные горелки. От полноты реализации механизма электротермохимической подготовки топлива в этом устройстве, инициируемой низкотемпературной плазмой, зависит эффективность работы всей плазменной системы по снижению вредных выбросов в уходящих газах и мехнедожёга топлива.

Следовательно, повышение эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов тепловых электростанций с применением модифицированных плазменных горелок определяет не только актуальность темы диссертационной работы, но и возможные пути решения вышеуказанных проблем в сжатые сроки.

Цель работы: повышение эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов тепловых электростанций на основе модифицированных плазменных горелок.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1.Установить практические критерии оптимизации конструктивных параметров модифицированных прямоточных плазменных горелок с использованием методов математического моделирования.

2.Разработать модифицированные прямоточные плазменные горелки (МППГ) для повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов.

3.Осуществить математическое моделирование перехода азотсодержащих соединений топлива в молекулярный азот в плазменных горелках путем составления цепочечных схем газофазных реакций.

4.Разработать универсальный алгоритм автоматизированной системы управления безмазутным плазменным розжигом и подсветкой факела (АСУ БПРФ).

5.Установить влияние модифицированных прямоточных плазменных горелок на котлах действующих ТЭС на эффективность повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей в режиме плазменной подсветки.

6.Произвести расчетно- практическую оценку экономической эффективности применения плазменно-топливных систем на основе упрощенной методики с учетом отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования.

Научная новизна:

1 .Разработаны модифицированные прямоточные плазменные горелки с высокой степенью завершенности электротермохимической подготовки топлива в них и уменьшенными массогабаритными показателями.

2. Впервые предложены математические модели перехода азотсодержащих соединений топлива в МППГ в молекулярный азот с оценкой возможности его осуществления на основе изменения энергии Гиббса в диапазоне температур 1000-1300 К в виде цепочечной схемы развития газофазных реакций.

3. Получены критерии оптимизации для выбора конструктивных параметров модифицированных плазменных горелок на основе расчета термодинамических показателей, характеризующие эффективность электротермохимической подготовки топлива.

4. Разработан универсальный алгоритм автоматизированной системы управления безмазутным розжигом и подсветкой факела (АСУ БПР ПФ).

Практическая значимость результатов, достигнутых в работе, заключается в возможности их использования:

1.При конструировании модифицированных плазменных горелок как основы применения разрабатываемой технологии.

2.Для создания альтернативных существующим технологиям, эффективных технологических методов уменьшения токсичных и парниковых газов в топках пылеугольугольных котлов с использованием плазменно-топливных систем.

3.Для решения комплексной проблемы эффективности топливоиспользования и экологической безопасности действующих ТЭС, работающих на угле.

4.При разработке алгоритмов автоматизированной системы управления плазменными пылеугольными горелками с последующей интеграцией системы в АСУ ТП котлоагрегата.

5. В применении упрощенного способа технико-экономического обоснования эффективности плазменной системы с учетом отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования.

6.В учебном процессе и научно-исследовательских работах студентов и аспирантов, обучающихся по специальности « Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты».

Выносимые на защиту положения и результаты:

1.Способ повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов на основе применения модифицированных прямоточных плазменных горелок на действующих тепловых электрических станциях.

2.Методика выбора конструктивных параметров модифицированных плазменных горелок с помощью разработанных практических критериев оптимизации и расчета термодинамических показателей, характеризующих эффективность > электротермохимической подготовки топлива. '

3 .Математические модели перехода азотсодержащих соединений топлива в . МППГ в молекулярный азот с оценкой возможности его осуществления на основе изменения энергии Гиббса в диапазоне температур 1000-1300 К.

4.Универсальный алгоритм автоматизированной системы управления безмазутным плазменным розжигом и подсветкой факела (АСУ БПРПФ).

5.Упрощенный способ оценки экономической эффективности разрабатываемой технологии с учетом отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования.

Достоверность полученных результатов обеспечивалась:

1 .Проведением опытно-промышленных испытаний на действующем котле типа Е-160-1,4-25ОКТ с одновременным использованием метрологически аттестованных и калиброванных газоанализаторов различных конструкций и производителей («ТЕСТОТЕРМ-33» и КМ9006 «QUINTOX») для определения концентраций оксидов азота и углерода в уходящих газах.

2.Ведением режима работы котлоагрегата штатной системой контроля и управления во время опытно-промышленных испытаний.

3.Использованием действующих типовых отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования для оценки расчетных показателей эффективности топливоиспользования.

4.Применением программных комплексов «Terra» и «Плазма-Уголь» для расчета плазмохимических реакций, оптимизации массогабаритных показателей, термодинамических и кинетических параметров процессов в модифицированных плазменных горелках.

Личный вклад автора работы заключается: 1 .В участии в разработке модифицированных прямоточных плазменных горелок.

2.В создании математических моделей перехода азотсодержащих соединений топлива в молекулярный азот, с оценкой возможности его осуществления, на основе изменения энергии Гиббса в диапазоне температур 1000-1300 К.

3.В проведении численных исследований с использованием программ «Terra», «Плазма-Уголь» для определения эффективности и степени завершенности процесса ЭТХПТ в модифицированных плазменных горелках.

4. В анализе полученных результатов численных исследований процесса оптимизации конструктивных и массогабаритных показателей модифицированных плазменных горелок.

5. В разработке универсальных алгоритмов автоматизированной системы управления плазменными пылеугольными горелками с последующей интеграцией системы в АСУ ТП котлоагрегата.

6. В участии в разработке программы экспериментальных исследований для проведения опытно-промышленных испытаний.

7. В разработке упрощенного способа технико-экономического обоснования эффективности плазменной системы с учетом отраслевых методик о тепловой экономичности оборудования.

Апробация работы. Основные методологические положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: III международной научно-практической конференции «Энергосберегающие и природоохранные технологии» (Томск -Улан-Удэ, 2-7 июля 2005 г.); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Наноматериалы и технологии. Физика конденсированного состояния. Физика и техника низкотемпературной плазмы» (Улан-Удэ, 4-7 сентября 2008 г.); II научно-практической конференции с международным участием «Наноматериалы и технологии. Наноразмерные структуры в физике конденсированного состояния. Технологии наноразмерных структур» (Улан-Удэ, 27-29 августа 2009 г.); ежегодной научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГТУ (Улан-Удэ, 2003, 2004, 2006-2010, 2011г.г.); ежегодной научно- практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов БГУ (Улан-Удэ, 2005-2007, 2008, 2010,2011 г.г.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них две статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и трех приложений. Содержит 125 страниц машинописного текста, 21 рисунок, 20 таблиц, 29 формул и библиографию из 129 наименований.

Выводы

1. Доминирующей составляющей экономической эффективности от внедрения ПТС на котлах серии Е-160-1,4-250КТ на действующих пылеугольных ТЭЦ является мазутная составляющая (от 84 до 92%).

2. Второй по значимости составляющей экономической эффективности от 8 до 15%) является топливная составляющая, получаемая в результате уменьшения потерь тепла Дя4 от. механической неполноты сгорания и г сопутствующего ему повышения КПД брутто котла ДТ| к.

3. Определена область пространства в координатах I еплг пф и Вуг пф, в которой всегда выполняется условие ДСмех > ДС ээ пф. Это позволяет так планировать режим подсветки котла, что экономия денежных средств, получаемая в результате уменьшения потерь тепла Aq4 от механической неполноты сгорания угля, всегда перекрывает денежные расходы, возникающие из-за дополнительного расходования электроэнергии на плазмотроны.

4. Менее значимой по экономической эффективности выглядит экологическая составляющая (< 1%). Однако по мере увеличения тоннажности выбросов, ужесточения экологических требований и приближения их к мировым стандартам и особому статусу природоохранных территорий, её величина будет только возрастать и может достигнуть нескольких процентов (3-5%).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных исследований решена актуальная научная задача повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей котлов пылеугольных электростанций с применением модифицированных прямоточных плазменных горелок. Использование данной технологии дает возможность существенно снизить вредные выбросы действующих ТЭС, не прибегая к дорогостоящим системам очистки дымовых газов. При этом решается не менее важная комплексная задача эффективности топливоиспользования.

Основные научные и практические результаты, полученные в диссертации:

1. Разработана серия модифицированных прямоточных плазменных горелок с целью повышения эффективности топливоиспользования и экологических показателей пылеугольных котлов.

2. Методами математического моделирования, с использованием программных комплексов «Terra» и «Плазма-Уголь», проведена оптимизация конструктивных и массогабаритных показателей разработанных плазменных горелок. Разработана усовершенствованная конструкция модифицированной плазменной горелки (М5) с уменьшенными (~на 30%) массогабаритными показателями, позволяющая сохранять пылесистему котла практически без изменения. Более того, условия формирования факела также не претерпевают никаких изменений. Разработанная конструктивная модель плазменной горелки может быть внедрена на котлах данной серии. Технико-экономическая эффективность разработанной технологии подтверждена расчетами.

3. Разработана математическая модель, описывающая механизм уменьшения оксидов азота в уходящих газах пылеугольных котлов ТЭС с помощью модифицированных плазменных горелок. Данная математическая модель позволяет объяснить снижение оксидов азота в уходящих газах котлов при использовании низкотемпературной плазмы с позиций цепочечной схемы развития плазмохимических реакций в модифицированных плазменных горелках.

4. Разработан универсальный алгоритм автоматизированной системы управления безмазутным плазменным розжигом и подсветкой факела, который позволяет сократить время адаптации и сроки внедрения разрабатываемой технологии на котлах, оборудованных системой АСУ ТП.

5. Проведенные опытно-промышленные испытания на котлах действующих ТЭС подтверждают повышение эффективности топливоиспользования и улучшение экологических показателей в режиме плазменной подсветки. Совокупный годовой экономический эффект работы ПТС на четырех котлах Улан-Удэнской ТЭЦ-2, который мог быть получен в осенне-зимние периоды 2008-2009 годов, составляет 10-15 млн. рублей.

6. Применение модифицированных плазменных горелок обеспечивает следующие технологические преимущества:

1-универсализм способа, т.е. пригодность для всех видов твердого сжигаемого топлива и конструкций котлов практически без конструктивных и технологических изменений в системе подачи топлива;

2-автоматизированная система управления безмазутным плазменным розжигом и подсветкой факела может быть легко встроена в систему АСУ ТП котла на любом программном уровне или работать в автономном режиме. 7. Разработан упрощенный способ оценки экономической эффективности данной технологии. Срок окупаемости при внедрении ПТС на Улан-Удэнской ТЭЦ-2 не превышает 2 года.

1. Экологическая политика ОАО РАО «ЕС России». Департамент стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕС России», 2005. С. 1-5

2. Концепция реализации экологической политики. Департамент стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕС России», 2005. С. 1-11

3. Тумановский А.Г., Котлер В.Р. Перспективы решения экологических проблем тепловых электростанций // Теплоэнергетика. 2007. № 6. С.5-11.

4. Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме / Под ред. Л.С.Полака. М.: Наука, 1965. - 238 с.

5. Суров Н.С. Некоторые экспериментальные данные по распределению параметров в свободных дозвуковых струях плазмы, содержащих частицы конденсированной фазы // Генераторы низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1969. С.470-473.

6. Полак Л.С., Суров Н.С. Исследование взаимодействия частиц порошка с потоком плазмы в сопле // Физика и химия обработки материалов. 1969. № 2. С. 19-29.

7. Полак Л.С. Неравновесная химическая кинетика и её применение. М.: Наука, 1979.-248 с.

8. Мессерле В.Е. Расчет процессов движения и нагрева полидисперсного материала в плазменном потоке // Высокотемпературные энерготехнологические процессы и аппараты. М., 1980. С.95-105.

9. Мессерле В.Е., Сакипов З.Б. Термодинамический анализ высокотемпературной переработки низкосортных углей // Вопросы эффективного сжигания энергетических углей. М., 1984. С.93-107.

10. Druet M.G. La technologies des plasmas. Potential (¿'application au Canada // Revue general d 'ectricite. 1986. - № 1. - P. 51- 56.

11. Suuberg E.M., Peters W.A., Howard J.B. Product composition and kinetics of lignite purolysis // Ind. and Eng. Chem. Process Des. and Develop. 1978. - Vol.17, №1, - P.37-46.

12. Cioffi P.L., Barsin A.A., Tattoli O.R. Plasma arc ignition of pulverized coal. Winter Meeting ASME. Washington. November 15-20.

13. Pfender E., Lee Y.C. Particle dynamics and particle heat and mass transfer in thermal plasmas. Part 1. The motion of a single particle without thermal Effects

14. Plasma chemistry and plasma processing. 1985. V.5, № 3. P.211-236.

15. Pfender E., Lee Y.C., Chyou Y.P. Particle dynamics and particle heat and mass transfer in thermal plasmas. Part II. Particle heat and mass transfer in thermal plasmas // Plasma chemistry and plasma processing. 1985. V.5, № 4. P.391-413.

16. Полак JI.С., Гольденберг М.Я., Левицкий A.A. Вычислительные методы в химической кинетике. М., 1984. 280с.

17. Рябинин В.П., Сакипов З.Б., Тобояков Б.О. и др. Экспериментальное исследование плазменного воспламенения пылеугольного факела на огневом стенде // Теплотехнические исследования котлов на низкосортных углях. М., 1985. С.32-45.

18. Сакипов З.Б., Рябинин В.П., Сейтимов Т.М., Иманкулов Э.Р. Исследование плазменного воспламенения бурых углей на укрупненной установке // Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей. М.,1987. С.90-101.

19. Мессерле В.Е., Сакипов З.Б. Термодинамический анализ высокотемпературной переработки низкосортных углей // Химия высоких энергий. 1986. Т.20,. № 1.С. 61-67.

20. Ибрагимов М.Х., Марченко Е.М., Тувальбаев Б.Г. Экспериментальное исследование модели устройства для термической подготовки топлива на пылеугольных ТЭС // Изв. вузов. Энергетика. 1987. - № 6. — С.62-65.

21. Войчак В.П., Туманов М.Е. Исследование процессов нагрева и испарения измельченного материала во встречном потоке низкотемпературной плазмы // Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей: Сб. науч. тр. / ЭНИН. -М., 1987.-С.123- 132.

22. Утович В.А. ,Перегудов B.C., Новиков Н.Л. и др. К вопросу о перспективности применения плазменной технологии для сжигания углей // Плазмеиная активация горения углей: Сб. науч. тр., КазНИИЭ. Алма-Ата, 1989. С.95-106.

23. Жуков М.Ф., Калиненко P.A., Левицкий A.A., Полак Л.С. Плазмохими-ческая переработка угля. -М.: Наука, 1990.- 200 с.

24. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Плазменно-энергетические технологии топливоиспользования. Т. 1. Концепция и расчетно-теоретические исследования плазменно-энергетических технологий. Новосибирск: Наука, Сиб. предприятие РАН, 1998. - 385с.

25. Внедрение технологии плазменной безмазутной растопки котлоагрегатов на тепловых станциях / Карпенко Е.И., Буянтуев C.JL, Мессерле В.Е. и др. // Вестн. Вост.-Сиб. гос. технол. ун-та. 1999. - N 2. - С.8-13.

26. Буянтуев C.JL, Карпенко Е.И. Плазменный безмазутный розжиг и подсветка пылеугольного факела: исследование и опыт эксплуатации // Энергетика и топлив. ресурсы Казахстана. 2000. - N 1. - С.36-39.

27. Smith P.I., Smoot L.D. One-Dimensional Model for Pulverized coal Combustion and Gasification // Combustion Science and Technology. 1980. V.23. P. 17-31.

28. Goyal A., Gidaspow D. Modeling of entrained of flow coal hidropyrolysis reactors. 1 .Mathematical formulation and experimental verification. 2. Reactor design // Ind. Eng. Chem. Process,. Des. Dev. 1982.V.21. P.611-632.

29. Fauchais P. Applications physique-chimique des plasmas d'apc // Revue de physique appliqué. 1984. V.19, № 12. P.1013-1045.

30. Мессерле В.Е., Сакипов З.Б., Синярев Г.Б., Трусов Б.Г. Термодинамический анализ плазмохимической переработки углей // Химия высоких энергий. — 1985. Т.19, № 1. - С. 160-162.

31. Мессерле В.Е., Сакипов З.Б.,Трусов Б.Г. Удельные энергозатраты при высокотемпературной газификации низкосортных углей // Изв. СО РАН СССР. Сер. техн.наук. 1985. - № 3. Вып. 5. - С.95-98.

32. Гурович В.Ц., Десятков Г.А., Спекторов B.JL, Энгелыпт B.C. Механизмы взаимодействия газоразрядной плазмы с пылеугольным топливом // 11-й Науч.-практ. семинар по электрофизике горения: Тез. докл. — Караганда, 1988. — С.76.

33. Мессерле В.Е., Сакипов З.Б. Термохимический метод подготовки к сжиганию топлив с использование низкотемпературной плазмы // Химия твердого тела.- 1988.- № 4.- С.123-127.

34. Мессерле В.Е., Сакипов З.Б., Сейтимов Т.М. К расчету электрической мощности плазмотрона, предназначенного для воспламенения и стабилизации горения пылеугольной смеси // Топочный процесс при сжигании низкосортных углей. М.Д988.С.90-100.

35. Калиненко P.A., Левицкий A.A., Мессерле В.Е. и др. Электротермохимическая подготовка низкореакционных углей. Математическая модель и эксперимент // Химия высоких энергий. 1990. -Т.24, № 3. - С.272-277.

36. Недоспасов A.B., Хаит В.Д. Основы физики процессов в устройствах с низкотемпературной плазмой. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 224 с.

37. Сакипов З.Б., Мессерле В.Е., Ибраев Ш.Ш. Электротермохимическая подготовка углей к сжиганию. Алматы: Гылым, 1993.-259 с.

38. Жуков М.Ф., Перегудов B.C. О плазменной технологии растопки котлов, работающих на пылеугольном топливе // Теплоэнергетика. 1996. - N12. -С.61-64.

39. Дьяков А.Ф., Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Плазменно-энергетические технологии и их место в теплоэнергетике // Теплоэнергетика. 1998. - N 6. -С.25-30.

40. Булат А.Ф., Волошин А.И., Кудинов П.И. Технология плазменной подготовки пылеугольного топлива // Тр. 3 Рос. нац. конф. по теплообмену, Москва, 21-25 окт. 2002 г.: РНКТ-3. Т.З. М.: МЭИ, 2002. - С.173-176.

41. Способ плазменного воспламенения пылеугольного топлива: Пат.РФ № 2210700: МПК7 F 23 С 1/06, F 23 В 7/00 / Перегудов B.C., Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Пшеничников Ю.М.; Ин-т теплофизики СО РАН. -N2001119485/06; заявл. 13.07.2001; опубл. 20.08.2003.

42. Достовалов В.А., Петросьянц В.В., Герасимов В.А. Повышение эффективности розжига и стабилизации горения углеводородного топлива // Наука и технологии в промышленности. 2004. - N 2. - С.56-59.

43. Способ безмазутной растопки котла: Пат.РФ № 2273797, МПК7 F 23 Q 5/00, F 23 D 1/00 / Перегудов B.C., Мессерле В.Е.; Ин-т теплофиз. СО РАН. -N 2004125786/06; заявл. 24.08.2004; опубл. 10.04.2006. .

44. Гридасова Т.П., Мамонтов Ю.Н., Разина Г.Н. Плазмохимический пиролиз угля // Успехи в химии и хим. технологии: Сб. науч. тр. 2008. - T.XXII, N 6. -С.29-32.

45. Перегудов B.C., Пугачев Л.И., Мунгалов Г.И. Плазменный розжиг и стабилизация горения топлив // Электрофизика горения. Караганда, 1987. - С.24

46. Исследование плазменного воспламенения бурых углей на укрупненной установке /Сакипов З.Б., Рябинин В.П., Сейтимов Т.М., Иманкулов Э.Р. // Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей: Сб. науч. тр. / ЭНИН. -М., 1987. -С.90- 101.

47. Бушуев В.В., Жуков М.Ф., Лукашов В.П. и др. Плазменный розжиг и стабилизация горения пылеугольных топлив // Теплообмен в парогенераторах: Материалы Всесоюз. конф. Новосибирск, 1988. - С.72-81.

48. Результаты стендовых испытаний плазменной стабилизации горения низкосортных углей /З.Б. Сакипов, В.Е.Мессерле, Э.Р.Иманкулов и др. // Энергетика и электрификация. 1989. № 2. С. 14-16.

49. Плазменный розжиг и стабилизация горения низкосортных углей различных месторождений / Э.Р. Иманкулов, В.Е.Мессерле, В.С.Перегудов и др. // Плазмохимия-89. М.: ИНХС АН СССР, 1989. - С. 152-162.

50. Сакипов З.Б., Мессерле В.Е., Иманкулов Э.Р., Ибраев Ш.Ш. Плазменная технология стабилизации горения низкосортных пылевидных топлив // Плаз-мохимия-89. М.: ИНХС АН СССР, 1989. - 4.2. - С.245-246.

51. Ибраев Ш.Ш., Локша Б.К., Тютяев A.A., Оспанов Б.С. Промышленные испытания передвижного плазменного агрегата для розжига пылеугольных котлов ТЭС // Энергетика и угольные ресурсы Казахстана. — 1993. № 4(6). -С.45-51.

52. Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л., Ибраев Ш.Ш., Мессерле В.Е. Плазмоэнер-гетические процессы и аппараты в решении природоохранных задач. Улан-Удэ: БНЦ РАН, 1992. - 114 с.

53. Карпенко Е.И., Перегудов B.C., Буянтуев С.Л. и др. Об испытаниях системы плазменного воспламенения углей на котле ТПЕ-215 // Энергетик. 1994. -№ 2. - С.24-25.

54. Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л., Лунин Б.Н. Плазменная технология розжига котлоагрегатов, работающих на твердом топливе // Энерг. стр-во. 1994. - № 5-6. - С.57-60.

55. Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Буянтуев СЛ., Цыдыпов Д.Б. Об интенсификации термохимических превращений угля // Энергетик. 1994. - № 9.- С. 1516.

56. Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л., Михайлов С.Ф., Перегудов B.C. Работа пылеугольного котла в режиме безмазутной растопки // Электрические станции. 1994. - № 12. - С.28-30.

57. Карпенко Е.И. Плазменно-энергетические технологии комплексного использования твердых топлив. Дисс. на соиск. уч.ст. докт. техн. наук в форме науч.докл. — Новосибирск, 1995. — 83 с.

58. Общие требования к системам безмазутной растопки котлов и стабилизации пылеугольного факела с использованием электродуговых плазмотронов:

59. Нормативный документ РАО "ЕЭС России". М.: ВТИ - ОЦ ПЭТ РАО "ЕЭС России", 2001. -9с.

60. Воспламенение угля в теплофикационных котлах с помощью электродуговой плазмы /Урбах Э.К., Шиляев A.M., Урбах А.Э. и др. // 26 Сибирский теплофизический семинар, Новосибирск, 17-19 июля 2002 г.: Тез. докл. -Новосибирск: ИТ СО РАН, 2002. С.239-240.

61. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. Плазменная термохимпод-готовка углей для снижения потребления мазута на угольных ТЭС // Теплоэнергетика. 2002. - N 1. - С.24-28.

62. Перегудов B.C. Кинетический расчет плазменного воспламенения угля при различных начальных условиях // Теплофиз. и аэромех. 2002. - Т.9, N 1. - С.29-36.

63. Плазмохимические технологии перспективный путь решения проблем розжига и подсветки пылеугольного факела / Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. и др. // Энергетик. - 2002. - N 3. - С.11-14.

64. Перегудов B.C. Расчет плазменной стабилизации горения пылеугольного факела//Теплофиз. и аэромех. 2003. - Т.10,N 1. - С.123-133.

65. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. Основные этапы совершенствования способов сжигания твердых топлив и их наиболееперспективные современные направления // Теплоэнергетика. 2003. - N 12. -С.42-45.

66. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Плазменные технологии переработки твердых топлив // Горение и плазмохимия. 2003. - Т.1, N2. -С.131-139.

67. Моделирование плазмохимической переработки твердых топлив / Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Трусов Б.Г. и др. // Горение и плазмохимия. 2003. - Т.1, N4. - С.291-310.

68. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Плазменные технологииэффективного и экологически чистого сжигания твердых топлив и их смесей // Горение и плазмохимия. 2003. - Т.1, N 1. - С. 17-28.

69. Бурдуков А.П. Проблемы развития угольной теплоэнергетики // Горение и плазмохимия. 2003. - Т.1, N 4. - С.371-380.

70. Мессерле A.B. Математическое моделирование процессов термохимической подготовки пылеугольных топлив к сжиганию в горелочных устройствах с плазменным источником // Горение и плазмохимия. 2003. - Т.1, N2. - С.153-160.

71. Перегудов B.C. Кинетические и термодинамические расчеты в задачах плазменной термохимической подготовки углей //Генерациянизкотемпературной плазмы и плазменные технологии: Проблемы и перспективы. Новосибирск: Наука, 2004. - С.367-389.

72. Перегудов B.C. Расчет двухступенчатой камеры термохимической подготовки и мощности плазмотрона для плазменно-угольной растопки котла // Горение и плазмохимия. 2004. - Т.2, N 1. - С.41-49.

73. Перегудов B.C. Расчет энергозатрат при плазменном воспламенении углей // 27 Сибирский теплофизический семинар, посвящ. 90-летию акад. С.С. Кутателадзе, Москва Новосибирск, 1-5 окт. 2004 г.: Тез. докл. - Новосибирск: ИТ СО РАН, 2004. - С.286-288.

74. Моделирование процесса сжигания пылеугольного топлива, активированного низкотемпературной плазмой /Аскарова A.C., Карпенко Е.И., Лаврищева Е.И. и др. //Вестн. КазНУ. Сер. Физ. 2004. - N 1. - С.139-143.

75. Перегудов B.C. Плазменная термохимическая подготовка углей и разработка оборудования для ее реализации: Автореф. дисс.на соиск.уч.ст. докт. техн. наук / Ин-т теплофизики СО РАН. Новосибирск, 2006. - 35 с.

76. Перегудов B.C. Расчет зависимости мощности плазмотрона для воспламенения угля от его качества // Нац. конф. по теплоэнергетике НКТЭ-2006, Казань, 5-8 сент. 2006: Материалы докл. Т.2. Казань: Исслед. центр пробл. энерг. КазНЦ РАН, 2006. - С.55-58.

77. Голубь Ю.П. Основные способы безмазутной растопки котлов // Молодежь и науч.-техн. прогресс: Сб. докл. регион, науч.-техн. конф., Владивосток, 2006. 4.1. Владивосток: ДВГТУ, 2006. - С. 125-126.

78. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Плазменное воспламенение твердых топлив в котлах ТЭС // Горение и плазмохимия. 2006. - Т.4, N3. -С.205-213.

79. Плазмохимическая активация горения твердых топлив / Аскарова A.C., Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. // ХВЭ. 2006. - Т.40, N 2. -С.141-148.

80. Плазменная газификация твердых топлив. Эксперимент и расчет / Мессерле В.Е., Устименко А.Б., Умбеткалиев К.А., Локвуд Ф.Ч. // Вестн. КазНУ. Сер. хим. 2007. - N 1(45). - С.345-350.

81. Карпенко Ю.Е., Мессерле В.Е. Основные принципы проектирования плазменно-топливных систем и газификаторов // Вестн. ВСГТУ. 2007. - N 2. -С.78-81.

82. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Новые плазменные технологии топливоиспользования // V Междунар. симп. по теор. и прикл.плазмохимии, Иваново, 3-8 сент. 2008: сб. тр. В 2 т. Т.2. Иваново: Иванов, гос. хим.-технол. ун-т, 2008. - С.582-588.

83. Перегудов B.C. Оптимизация процесса плазменного воспламенения углей // Теплофизика высоких температур. 2009. - Т.47, N 2. - С.200-205.

84. Перегудов B.C. Энергозатраты при плазменно-угольной растопке котла // Горение твердого топлива: Сб. докл. VII всерос. конф. с междунар. участием, Новосибирск, 10-13 нояб. 2009. В 3 ч. 4.2. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО РАН, 2009.-С.109-115.

85. Математическое моделирование горения пылеугольного факела в топке котла БКЗ-75, оснащенного плазменно-топливными системами / Аскарова A.C., Мессерле В.Е., Нагибин А.О., Устименко А.Б. // Докл. HAH Республики Казахстан. 2009. - N 2. - С.16-23.

86. Воспламенение с помощью низкотемпературной плазмы. Кинетический механизм и экспериментальная проверка / Стариковская С.М., Александров Н.Л., Косарев И.Н. и др. // ХВЭ. 2009. - Т.43, N 3. - С.259-265.

87. Использование плазменно-топливных систем на пылеугольных ТЭС Евразии / Карпенко Е.И., Карпенко Ю.Е., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. // Теплоэнергетика. 2009. - N 6. - С. 10-14.

88. Использование плазменно-топливных систем на пылеугольных ТЭС Евразии / Карпенко Е.И., Карпенко Ю.Е., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. // Теплоэнергетика. 2009. - N 6. - С. 10-14.

89. Модернизация пылеугольных ТЭС с использованием плазменно-топлив-ных систем / Карпенко Е.И., Карпенко Ю.Е., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. //I

90. Надежность и безопасность энергетики. 2009. - N 3(6). - С.61-66.

91. Использование плазменно-топливных систем на тепловых электрических станциях России, Казахстана, Китая и Турции / Карпенко Е.И., Карпенко Ю.Е., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. // ХВЭ. 2009. - Т.43, N 3. - С.271-275.

92. Исследования и разработки Сибирского отделения Российской академии наук в области энергоэффективных технологий / Ин-т теплофизики СО РАН. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 405 с. - (Интеграционные проекты СО РАН; вып. 20).

93. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Карпенко Ю.Е. Перспективные плазменные технологии топливоиспользования // Плазменная эмиссионная электроника: Тр. III междунар. Крейнделевского семинара, Улан-Удэ, 23-30 июня 2009. Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 2009. - С.189-196.

94. Перегудов B.C. Теплотехнические характеристики плазменного воспламенения угля // Теплоэнергетика. 2010. - N 6. - С.20-25.

95. Горение пылеугольного факела в топке с плазменно-топливной системой / Мессерле В.Е., Устименко А.Б., Аскарова A.C., Нагибин А.О. // Теплофизика и аэромеханика. 2010. - Т. 17, N 3. - С.467-476.

96. Сакипов З.Б., Мессерле В.Е., Ибраев Ш.Ш. Электротермохимическая подготовка углей к сжиганию. Алматы: Гылым, 1993.- С.147-149.

97. Введение в плазменно-энергетические технологии использования твердых топлив / Е.И.Карпенко, В.Е.Мессерле. Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1997. - С.78- 82.

98. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Перегудов B.C., Бурдуков А.П. Плазмохимические технологии — перспективный путь решения проблем розжига и подсветки пылеугольного факела // Энергетик. — 2002. № 3. - С. 11-14.