автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка схемно-конструкторских решений и технологий для технического перевооружения ТЭС

Московский государственный открытый университет

На правах рукописи

СКОПЦОВ ЮРИЙ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА СХЕМНО-КОНСТРУКТОРСКИХ РЕШЕНИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ ТЭС

Специальность 05 14.14 Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2007 г.

003062165

Работа выполнена на кафедре «Теплоэнергетические установки» Московского государственного открытого университета

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тувальбаев Булат Гарифович

доктор технических наук, профессор Куличихин Владимир Васильевич

кандидат технических наук, доцент Путилов Вячеслав Яковлевич

Ведущая организация:

ЗАО «Проектная Компания Энергопром»

Защита состоится 27 марта 2007 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212 137 01 в Московском государственном открытом университете по адресу 129805, г Москва, ул. Павла Корчагина, д. 22, аудитория 342

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу:

129805, г Москва, ул Павла Корчагина, д. 22, Ученый совет Московского государственного открытого университета

Автореферат разослан 26 февраля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

МЕ Марчейко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы в России существенно снизилось введение энергетических мощностей, происходившее на фоне продолжающегося старения оборудования. На текущий период по данным РАО «ЕЭС России» более 50 % установленной мощности оборудования ТЭС выработало свой парковый ресурс. Продление срока службы энергетического оборудования не решает перспективных задач, а усутубляет положение в отечественной энергетике. Сложившаяся ситуация требует неотложного и адекватного выбора стратегии технического перевооружения и определения путей поддержания энергетической мощности на уровне, необходимом для энергообеспечения и энергетической безопасности страны. Энергетика России стоит перед необходимостью коренного перевооружения и модернизации энергетического оборудования электростанций

В связи с отсутствием в России перспективных отработанных экологически чистых и высокоэффективных технологий на первом этапе целесообразно использовать зарубежные разработки. Как показала практика, отработанные и успешно работающие за рубежом технологии в наших условиях нуждаются в доработках из-за особенностей режимов работы оборудования, климатических условий, состава топлива и других обстоятельств

Основываясь на комплексном анализе опыта эксплуатации оборудования и проведенных исследованиях, разработаны технические решения, которые адаптируют зарубежные технологии к российским условиям Предложенные разработки повышают надежность, эффективность и экологичность энергетического оборудования планируемого для технического перевооружения электростанций.

Цель работы: Исследование, разработка и обоснование схемно-конструкторских решений и технологий для технического перевооружения ТЭС

Основные задачи работы:

- исследование передовых технологий применяемых при техническом перевооружении тепловых электростанций и их применимости в российских условиях;

- теоретическое и экспериментальное исследование возможности применения технологии циркулирующего кипящего слоя (ЦКС),

- разработка схемно-конструкторских решений по основному и вспомогательному оборудованию, повышающих надежность и эффективность работы генерирующих систем.

Методы исследования:

В диссертационной работе применялись теоретические, методические, схемно-конструкторские исследования и натурные испытания на специально изготовленном стенде.

Научная новизна:

- проведен комплексный анализ работы и состояния действующего теплоэнергетического оборудования, отработавшего парковый ресурс;

- на базе проведенного анализа разработаны, исследованы и предложены к внедрению схемно-конструкторские решения для энергетических котлов и топочных устройств, повышающих надежность и эффективность оборудования.

- разработана методика натурных испытаний, позволяющая сравнить абразивные свойства наполнителей слоя для котлов с циркулирующим и стационарным кипящим слоем.

Практическая ценность:

- конструкция разработанного золового сепаратора повышает эффективность улавливания золовых частиц, снижает нагрузку основных золоулавливающих устройств котла, значительно снижается золовой износ конвективных поверхностей нагрева котла, таким образом, повышая надежность котельного агрегата, его применение в условиях ЦКС позволяет успешно заменить дорогой наполнитель слоя более дешевым и технологичным,

- конструкция разработанных газомазутных горелок повышает надежность и эффективность топочных устройств,

- конструкция воздухораспределительного сопла позволяет равномерно перемещать подаваемое топливо от мест его ввода, эффективно его сжигать в слое с меньшими потерями с недожогом, сводит к минимуму вероятность образования локальных очагов шлакования, повышает надежность и эффективность топочного устройства,

- применение материала наполнителя с низкими абразивными свойствами позволит значительно увеличить межремонтный период для футеровки котлов с циркулирующим и стационарным кипящим слоем, это приведет к снижению затрат на проведение ремонтов, кроме этого возможно увеличение ресурса металла поверхностей нагрева, либо использование более дешевых сталей для изготовления поверхностей нагрева с аналогичным парковым ресурсом

Часть разработок намечена к внедрению и промышленной проверке на топочных устройствах с технологией вихревого кипящего слоя ЯохуЦес® компании «ЕВА11А Согрогайоп» на мусоросжигательном заводе № 4 Комплекса по обезвреживанию и переработке твердых бытовых и биологических отходов государственного унитарного предприятия «Экотехпром».

Достоверность и обоснованность конструкторских разработок, практических рекомендаций подтверждены патентами Российской Федерации на полезные модели и заинтересованностью ряда предприятий внедрения разработок на энергетическом оборудовании.

Личный вклад автора определяется выполнением комплексных аналитических исследований, проведением экспериментальных исследований, разработкой и изготовлением экспериментальных установок, разработкой новых схемно-конструкторских решений, рекомендаций

Автор защищает:

- новые технические решения технологии циркулирующего кипящего слоя с учетом адаптации к условиям российской энергетики,

- обоснование внедрения вновь разработанных технических решений,

- методику определения абразивных свойств наполнителей циркулирующего кипящего слоя

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Втором международном форуме «Энергетика и экология» (Москва, 2005г.), Пятой Российской научно-технической конференции (Ульяновск, 2006 г), заседаниях кафедры «Теплоэнергетические установки» Московского государственного открытого университета (2005, 2006, 2007 гг), на техническом совещании на мусоросжигательном заводе № 4 Комплекса по ОПТБ и БО ГУП «Экотехпром» (2006 г) Публикации;

Основные положения диссертационной работы нашли отражение в пяти статьях, докладе, тезисах доклада, четырех патентах на полезную модель

Объем работы; Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, список использованной литературы из 81 наименования и приложение.

Основной материал изложен на 154 страницах машинописного текста, включает 35 рис., 7 таблиц и 1 страницу приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, отражены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведена структура работы.

В первой главе дан обзор современного состояния ТЭС и их эксплуатации, проведен комплексный анализ работы и состояния действующего и отработавшего парковый ресурс теплоэнергетического оборудования в связи с особенностями оценки различных путей развития энергетики, перспектив отраслей и влияние международных нормативно-правовых актов, сформулированы особенности и целесообразные пути повышения эффективности их функционирования

Имеющийся парк теплоэнергетического оборудования устарел физически,

морально и структурно На сегодняшний день более половины установленной мощности по стране выработало парковый ресурс, и оно не сможет без коренных преобразований обеспечить достаточное, надежное, эффективное и экологически безопасное функционирование энергетики не только в отдаленной, но и в ближайшей перспективах

В качестве одного из следствий предстоящего вступления России в ВТО выступает необходимость перехода на более дешевые виды топлива, то есть -на уголь Это не только противоречит существующим тенденциям функционирования энергетики, но и требует разработки более эффективных технологий его сжигания и соответствующих конструкций. К этому проектно-конструкторская база, существенно разрушенная в прошедшие годы, слабо подготовлена, поэтому в России остро стоит вопрос технического перевооружения и реконструкции действующих мощностей с внедрением новой техники и современных передовых технологий Наиболее подготовленной технологией для технического перевооружения выработавших парковый ресурс угольных ТЭС, на взгляд автора, является технология циркулирующего кипящего слоя (ЦКС) В связи с этим проведена критическая оценка существующих схемно-конструкторских решений и сформулированы задачи, решение которых способствуют повышению надежности и экономичности модернизируемых ТЭС, а также выполнены разработки модификаций таких решений применительно к российским условиям

Вторая глава посвящена анализу и расчетному исследованию применения технологии циркулирующего кипящего слоя при реконструкции выработавших парковый ресурс котельных агрегатов

Проанализированы наиболее распространенные модификации технологии ЦКС, предлагаемые различными фирмами, разработан ряд рекомендаций с учетом российских реалий.

На рис 1 приведены основные модификации технологии ЦКС, имеющие наибольшее практическое применение и отличающиеся друг от друга схемами, конструкциями системы рециркуляции твердых частиц, наличием зольных

теплообменников и некоторыми другими особенностями.

7\

Ч^тИЗ

I»

ш

2

ь 0 г

\ >

J 1 I 5 I

^ \

I»

0)

Рис 1 Модификации технологии ЦКС а) Циркофлюид, б) Лурги, в) Мультисолид, г) Пирофлоу, д) Пирофлоу-компакт, е) Бабкок-Вилькокс

1 - топка, 2 - «холодный» циклон, 3 - «горячий» циклон, 4 - «горячий» циклон прямоугольной формы, 5 - мультициклон, 6 - щвеплерковые сепараторы, 7 - поверхности нагрева, 8 - первичный воздух, 9 - вторичный воздух, 10 - пневмозатвор, И - зольный теплообменник

Каждая из модификаций технологии ЦКС может обеспечить примерно одинаковые значения КПД котла и удельных выбросов вредных веществ, различие заключается в стоимости котла и вспомогательного оборудования, в эксплуатационных и ремонтных затратах, в расходах вспомогательного топлива (газа или мазута) при пусках из различных тепловых состояний При ожидаемом увеличении доли сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях с одновременным ужесточением норм на вредные выбросы котлы с ЦКС могут составить серьезную конкуренцию для котлов с камерными топками как при возведении новых ТЭС, так и при реконструкции

выработавших парковый ресурс.

Выполнена комплексная оценка «узких» мест технологии ЦКС, что позволит после реконструкции в соответствии с разработанными рекомендациями свести к минимуму проблемы по освоению технологии, так как возможность и эффективность реконструкции зависит не только от замены котельной установки - на эти показатели в значительной степени будут влиять множество «второстепенных» обстоятельств, которые, в конечном счете, и определят, приживется ли новая технология. К таким обстоятельствам относятся, например, особенности поставок топлива на ТЭС, колебания характеристик его во времени, отсутствие или ограничение емкости складов топлива, возможность использования части существующих схем и оборудования.

В этих условиях особенно важно учесть опыт, наработанный в этих обстоятельствах и состыковать его с вновь осуществляемыми передовыми технологиями. Необходимо использовать все положительное из имеющегося в России многолетнего опыта сжигания низкосортного топлива

Разработаны технические предложения по синтезу новых ТЭЦ городского профиля. Определены особенности развивающейся муниципальной энергетики, которая при своем становлении может стать альтернативой энергоснабжения мегаполисов Предложены технологические схемы, обеспечивающие существенное повышение коэффициента использования топлива, снижение экологической нагрузки на окружающую среду, экономию капиталовложений и городских ресурсов, повышение надежности функционирования энергетики мегаполисов.

Рассмотрена рациональная модификация ТЭС, вновь входящих в среду мегаполиса: в его интересах, а не в интересах РАО «ЕЭС России». Для энергетики мегаполисов должны применяться ТЭЦ традиционного плана с расширенными функциями удовлетворения городских нужд (работа в базовом режиме с выдачей электроэнергии для производства водорода, используемого для городских нужд - автотранспорт, промышленность, применение бросовых

потоков теплоты и очистных устройств для снеготаяния, очистки загрязненных вод и многое другое)

Третья глава посвящена конструкторским разработкам и экспериментальному обоснованию решений, улучшающих имеющиеся проектные предложения

Отсутствие системы подготовки, обогащения и стабилизации твердого топлива на электростанциях делают режимы работы котельных установок не устойчивыми. В качестве примера, подтверждающего значительные колебания топливных характеристик, на рис.2 приведена диаграмма относительных изменений усредненных по пятидневкам одного квартала характеристик сожженного на электростанции торфа

105 *| 100- V ■ А Л Л -»«г V

\ >■ А И Л А

Г \ / , | ■ <а - А я но )

у/ V V \ Л

V V г V 1 \

\ / Л, \

\ .У ( >

1

V

—•-А • О -----« «.и- 1ГА 100 «01 •Г01 71» ом •и от 1101 м оы ОИ-ТТЛ В.Т •и ом ит-В01 ои 00.Т »01 »и ои ом ЯП «ив «0 ом на оы* тя И.7 0ТА 00 «п 12.01 Ш.Т в ои ТТв тал о» отт ила. а<я ои ш •ад эта « П> «г I» ом» в«.т ш 00,0 вш-шт 7*7 РА •V иа 7>Д ом ши-ттоэ к> 00.1 •и 100»-&03 ИЛ •и И.1 шиши тот шгл м.»

Рис 2 Диаграмма изменений усредненных по пятидневкам характеристик торфа

На диаграмме за максимальные значения (100%) приняты наибольшие колебания зольности, теплоты сгорания и влажности топлива (соответственно -7,5%, 8388 кДж/кг; 52,4%), остальные значения выражены в процентном отношении от максимального значения Из диаграммы видно, что размах колебания теплоты сгорания составляет более 16%, зольности - более 45% и влажности - более 12%. По имеющимся данным в условиях эксплуатации неусредненные характеристики меняются в еще большем диапазоне, причем

зафиксированы броски их колебаний с периодом в несколько минут Для

адекватного ведения топочного процесса целесообразна разработка уточненной

аналитической зависимости теплоты сгорания от колебаний топливных

характеристик в широких пределах

При одновременном изменении влажности и зольности для пересчета

низшей теплоты сгорания используется формула

100-Ш" - Аг пг

в,] = (а; +24,42^)——£—2-24,42^ => к-^-, (1)

100 а,

где (Уи - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива влажностью IV, I и зольностью Аг/; (У¡2 - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива

влажностью и зольностью АГ2, коэффициент к в отношении к = —

0]

показывает направление и требуемую величину изменения скорости вращения вала топливоподающего устройства

Приведенная формула (1) позволяет аналитически определить величину теплоты сгорания при других исходных условиях, но такой путь не позволяет отследить динамику изменения последних

Системы ре1улирования подачи топлива должны иметь оперативный

корректирующий сигнал типа К=—, где <2, и <2б теплота сгорания в текущем и

Об

базовом режиме

В диссертации предлагается этот коэффициент формулировать как отношение где с - электропроводность топлива Эту величину можно

с*

оперативно определять, например, с помощью датчиков прибора РКТП-6 для определения зольности и прибора типа ВАУ-1 для определения влажности Подобная замена не сильно отразится на точности поправочного коэффициента, поскольку используются не абсолютные величины, а их отношения

Для реализации этого подхода разработана автоматизированная система с использованием мобильных датчиков качества топлива (рис. 3), позволяющая оптимизировать топочные режимы работы угольных котельных агрегатов при

резких колебаниях характеристик поступающего топлива.

Рис 3 Схема установки прибора 1 — топливоподающее устройство, 2 - измерительный блок, 3 - блок обработки сигнала, 4 -регистрирующий прибор, 5 оптимизирующее устройство, 6 -управляющий сигнал

Автоматизированная установка позволяет создать малоинерционную систему оптимизации топочных процессов для любых технологий сжигания твердого топлива, снижая при этом расход растопочных топлив Эта система позволит шире привлекать для целей первичного регулирования частоты и мощности угольные электростанции (сейчас для этого используют газомазутные агрегаты) Актуальность ее применения на котлах с технологией ЦКС особенно целесообразна из-за отсутствия подсветочного топлива в этой технологии.

Для возможности эффективного использования котлов с ЦКС в российской энергетике разработан и предложен к применению ряд технических решений, повышающих надежность и экономичность энергетического оборудования.

Рис. 4 Продольный разрез горелки и вид горелки со стороны топки

1 - надслоевая газомазута ая горелка, 2 - линия подвода природного газа, 3 -линия подвода воздуха, 4 - линия подвода дымовых газов рециркуляции, 5 — смесительный коллектор воздуха и дымовых газов рециркуляции, 6 -захолаживающее кольцо, 7 -выходные отверстия агентов, охлаждающих кольцо, а, б, в, г, д - регулирующие устройства

В настоящее время в ряде конструкций котельных агрегатов со стационарным и циркулирующим кипящим слоем используется надслоевая горелка, на которой не применяется охлаждение внутренней поверхности амбразуры и прилегающих к ней областей При работе таких горелок происходит налипание расплава составляющих кипящего слоя на прилегающие поверхности горелки Вследствие высокой инерционности разогретой обмуровки это явление протекает и при последующем снижении нагрузки котла, при этом на расплав оседают уже нерасплавленные частицы топлива и наполнителя. Образовавшиеся наплавления приводят к сужению выходного сечения амбразуры, прогару элементов конструкции горелки, изменению аэродинамики факела, нарушению траектории движения составляющих слоя, снижается интенсивность их прогрева, то есть к снижению надежности и эффективности топочного устройства.

Разработанная надслоевая горелка (рис 4) способна устранить эти недостатки, кроме этого примененные технические решения приводят к снижению образования оксидов азота.

Рис 5 Продольный разрез подовой газомазутной горелки

1 - трубопровод подачи воздуха в горелку, 2 -трубопровод подачи воздуха в форсунку, 3 -трубопровод подачи мазута, 4 -воздухораспределительная решетка, 5 воздушные колпачки (сопла), 6 - отверстия для выхода смеси мазута и воздуха, 7 - отверстия для выхода газовоздушной смеси, 8 -трубопровод подачи газа

В настоящее время растопки котлов со стационарным и циркулирующим кипящим слоем используется мазутная подовая горелка. В таких горелках возможно сжигание только мазута, но из-за высокой цены на мазут и достижения энергетической безопасности целесообразнее использовать комбинированные горелки с возможностью сжигания мазута и природного газа Комбинированная подовая газомазутная горелка (рис 5.) позволяет эффективно использовать мазут и природный газ, в режимах растопки и пониженной нагрузки котла повышает надежность топочного устройства

В настоящее время в технологиях стационарного и циркулирующего кипящего слоя используется воздухораспределительные сопла При использовании таких сопл возможно создание только псевдоожиженного состояния составляющих слоя, как в момент растопки, так и во время работы котельного агрегата. Подобная конструкция не обеспечивает полного выгорания крупных неожижаемых кусков топлива из-за отсутствия перемещений их по поду топки и приводит к возникновению локальных очагов шлакования, то есть снижает надежность и эффективность топочного устройства.

Рис 6 Продольный и поперечные разрезы воздухораспределительного сопла

1 - корпус воздухораспределительного сопла;

2 - верхние выходные отверстия, 3 - нижние выходные отверстия

Разработанное воздухораспределительное сопло (рис. 6) позволяет

равномерно перемещать подаваемое топливо от мест его ввода, эффективно его сжигать в слое с меньшими потерями с недожогом, сводит к минимуму вероятность образования локальных очагов шлакования, повышает надежность и эффективность топочного устройства.

Рис 7 Поперечный разрез золового сепаратора

1 - лобовые части, 2 - направляющие поверхности для золовых частиц, 3 -профилированный элемент, 4 - котельные трубы

Проблема золового износа оборудования и снижения выбросов твердых частиц в атмосферу в энергетике стоит очень остро. Эту проблему помогает решить разработанный золовой сепаратор (рис 7). Наиболее эффективен сепаратор в условиях высокой запыленности уходящих газов в технологии ЦКС, он снижает нагрузку основных золоулавливающих устройств котла и может служить первой ступенью золоулавливания, значительно снижает золовой износ конвективных поверхностей нагрева котла и сводит к минимуму механический недожог.

В российских условиях интенсивное внедрение технологии циркулирующего кипящего слоя в котельных установках для сжигания твердых топлив требует повышенное внимание уделить наполнителям слоя Используемые наполнители (кварцевый песок, шамот, цементный клинкер) достаточно дороги и имеют повышенные абразивные свойства Ремонт подверженных абразивному износу футеровки нижней части топки и циклонов-разделителей достаточно дорог и продолжителен по времени. Кроме того, абразивному износу вследствие непосредственного контакта с наполнителем слоя подвергаются и поверхности нагрева, расположенные в топке, что снижает надежность работы котла

* м 1

5

* и !

I«

■ ег

О 5 10 13202330 35 40 45 50 53 60 ■рам мми

Рис 8 Графики зависимости уменьшения масс образцов от времени их обработки кварцевым песком и мелкофракционным шлаком на пескоструйной установке во время проведения опытов

Известны предложения применения в качестве наполнителя шлака от пылеугольных котлов. Нами были проведены сравнительные исследования кварцевого песка и мелкофракционного шлака (рис. 8)

Изменение скорости эрозии можно выразить следующей зависимостью-Ат

Яг)

= #Х<?)Соуог,

(2)

где Ат - изменение массы образца; /(г) - функция, учитывающая временной интервал, к - коэффициент, учитывающий абразивные свойства шлака или песка; /(С) - функция, учитывающая массовый расход шлака или песка; а - угол атаки.

По проведенным исследованиям (рис 8) кшах= 1,15; кпесок = 1,45 Применение материала наполнителя с низкими абразивными свойствами позволит значительно увеличить межремонтный период для футеровки котлов, так как для котлов с ИКС необходима дорогостоящая абразивно-стойкая футеровка, это приведет к снижению затрат на проведение ремонтов, кроме этого возможно увеличение ресурса металла поверхностей нагрева, либо использование более дешевых сталей для изготовления поверхностей нагрева с аналогичным парковьм ресурсом.

Предложенная методика натурных испытаний, позволяющая сравнить его абразивные свойства с идеальным материалом для наполнителя - кварцевым песком, и может дополнить существующие стандарты и методики.

Каждая из частей, составляющей ЦКС: наполнитель слоя, топливо и

известняк - имеют свои особенности подготовки В работе рассмотрена каждая составляющая в отдельности, для каждой из них предложены свои проработки.

Предложены рациональные компоновочные решения по размещению котлов с ЦКС и вспомогательного оборудования в здании котельного отделения главного корпуса

Четвертая глава посвящена оценке экологических и экономических рисков предлагаемых решений при техническом перевооружении тепловых электростанций.

Использование шлака в технологическом процессе электростанций повысит экологическую чистоту производства тепловой и электрической энергии при техническом перевооружении генерирующих систем.

Можно констатировать, что внутритопочное подавление генерации ЫОх в топках циркулирующего кипящего слоя, необходимое для достижения уровня предельно допустимых концентраций, сводится в первую очередь к проведению процесса горения при невысоких температурах (750-850 °С) и коэффициентах подачи воздуха в слое не боле 1,2

Для экономической целесообразности использования технологии ЦКС выполнен анализ ряда зарубежных и отечественных технико-экономических исследований, связанных со сравнением пылеугольных котлов и котлов с ЦКС Экономическая эффективность внедрения технологии ЦКС в основном определяется качеством топлива и мощностью установки при заданных ограничениях на выбросы вредных веществ

В работе проведен расчет экономической эффективности внедрения предлагаемых решений, доказывающий целесообразность их применения.

Проведенный комплексный анализ экологических перспектив технологии ЦКС и экономической целесообразности доказал преимущества применения технологии ЦКС при техническом перевооружении тепловых электростанций.

Основные выводы.

1. Технически, технологически и экологически обоснована перспективность и целесообразность применения для технического

перевооружения генерирующих мощностей российской энергетики технологии циркулирующего кипящего слоя Определены наиболее подходящие конструктивные воплощения, показана необходимость существенной доработки имеющихся конструкций с учетом особенностей и перспектив российской энергетики

2 Для устранения выявленных при анализе зарубежных технических решений «узких» мест, для возможной интеграции имеющихся решений с реалиями отечественной энергетики разработаны, интеллектуально защищены и предоставлены к внедрению ряд схемно-конструкторских, технологических, режимных, теоретических и методических решений.

3. Сформулировано новое системообразующее понятие «энергетика мегаполиса». Разработан ряд перспективных технологических решений для возможной реализации подобной модификации.

Предложения по рациональной организации муниципальной энергетики г Москвы и Московской области переданы в мэрию и правительство г. Москвы, губернатору Московской области.

4. Все разработанные решения имеют широкий диапазон применения и могут быть использованы также при модернизации традиционных ТЭС разной мощности, параметров, видов сжигаемого твердого топлива.

5. Проведенная оценка экономических рисков предлагаемых решений однозначно свидетельствует о целесообразности их скорейшего и возможно более полного внедрения

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Учет природоохранных требований в варианте проекта технического перевооружения Шатурской ГРЭС №5 ОАО «Мосэнерго» // Энергосбережение и водоподготовка. 2002 № 4 С. 71 - 74

2 Скопцов Ю В., Тувальбаев Б Г. Целесообразность учета опыта подготовки и сжигания торфа и высоковлажного бурого угля при реконструкции ТЭС с использованием котлов с технологией циркулирующего кипящего слоя // Энергосбережение и водоподготовка 2004, № 3. С. 63 - 65

3. Скопцов ЮВ., Тувальбаев Б.Г., Колин И Б. Надслоевая газомазутная горелка //Патент на полезную модель № 40669 // Опубл 20 09.2004 Бюл Изобретения Полезные модели № 26.

4 Скопцов Ю В , Тувальбаев Б.Г Подовая газомазутная горелка //Патент на полезную модель № 44164 // Опубл 27.02.2005 Бюл. Изобретения. Полезные модели № 6.

5. Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Воздухораспределительное сопло //Патент на полезную модель № 47490 // Опубл. 27 08.2005 Бюл Изобретения Полезные модели. № 24

6 Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Выбор перспективных модификаций технологии циркулирующего кипящего слоя при реконструкции котельных агрегатов // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 4. С 62 - 64.

7. Тувальбаев Б.Г., Скопцов Ю.В. Преимущества использования технологии циркулирующего кипящего слоя для модернизации ТЭС // Тезисы докл. Второй международный форум «Энергетика и экология», Москва, 8-10 ноября 2005г , С 27 - 28.

8. Тувальбаев Б.Г., Скопцов Ю В. Насущные проблемы развития энергетики мегаполисов //Известия Академии промышленной экологии 2005. №4. С. 22-28

9. Скопцов Ю.В, Тувальбаев Б Г. Сравнительные исследования абразивных свойств материалов наполнителей слоя для котлов с циркулирующим кипящим слоем // Энергосбережение и водоподготовка. 2005 №5 С 74-75

10 Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Золовой сепаратор //Патент на полезную модель № 52626 // Опубл. 10 04 2006 Бюл Изобретения Полезные модели. № 10

11. Скопцов ЮВ., Тувальбаев Б Г. Применение технологии циркулирующего кипящего слоя при техническом перевооружении ТЭС // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности Материалы П'той Российской научно-технической конференции, г Ульяновск, 20 - 21 апреля 2006 г. Том 2 -Ульяновск УлГТУ,2006.С 158-161

Введение

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Целесообразные направления повышения эффективности функционирования ТЭС, определяемые особенностями их современного состояния и эксплуатации.

1.1. Анализ состояния ТЭС.

1.2. Перспективные направления развития теплоэнергетики.

1.3. Комплексная оценка эффективности путей реконструкции выработавших свой ресурс ТЭС.

1.3.1. Современное видение перспектив развития энергетики.

1.3.2. Перспективы развития смежных отраслей.

1.3.3. Влияние международных условий.

1.3.4. Оценка возможных путей развития.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Перспективные направления реконструкции ТЭС.

2.1. Технология ЦКС - перспективное решение при реконструкции выработавших парковый ресурс котельных агрегатов.

2.1.1. Особенности технологии сжигания в котлах с циркулирующим кипящим слоем.

2.1.2. Имеющиеся проектные решения и их критика.

2.1.3. Выбор перспективных модификаций технологии циркулирующего кипящего слоя при реконструкции котельных котельных агрегатов.

2.2. Технические предложения по синтезу ТЭЦ городского профиля.

2.3. Оценка узких мест возможной технологии.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Конструкторские разработки и экспериментальные обоснования предлагаемых решений.

3.1. Оптимизация топочных режимов работы котельных агрегатов при их модернизации.

3.2. Конструкторские разработки, повышающие мобильность, надежность и экономичность паровых котлов, работающих по технологии ЦКС.

3.2.1. Надслоевая газомазутная горелка.

3.2.2. Подовая газомазутная горелка.

3.2.3. Воздухораспределительное сопло.

3.2.4. Золовой сепаратор.

3.3. Экспериментальное обоснование применения шлака в качестве наполнителя ЦКС.

3.4. Анализ технических решений внедрения технологии ИКС в технологические схемы реальных ТЭС.

3.4.1. Модернизация топливоподающих и топливоприготовительных трактов.

3.4.2. Сжигание городского мусора.

3.4.3. Возможные компоновочные решения.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. Оценка экологических и экономических рисков предлагаемых решений.

4.1. Комплексный анализ экологических перспектив технологии циркулирующего кипящего слоя.

4.2. Экономическая целесообразность использования технологии циркулирующего кипящего слоя.

4.3. Оценка экономической эффективности предлагаемых решений.

Выводы по четвертой главе.

Необходимость обеспечения устойчивого электро- и теплоснабжения в условиях наблюдаемого дефицита инвестиционных ресурсов на развитие электроэнергетики вынуждает особенно тщательно оценивать перспективы предприятий отрасли и определять реальное содержание и масштабы необходимой модернизации и ее очередность для отдельных ТЭС.

Производственный потенциал электроэнергетики России к 2005 г. [23] составляли электростанции общей установленной мощностью около 216,0 млн. кВт, в т.ч. АЭС - 22,2 млн. кВт и ГЭС и ГАЭС - 44,9 млн. кВт, КЭС -65,3 млн. кВт, ТЭЦ - 66,2 млн. кВт, электростанции прочих ведомств - 10,2 млн. кВт, децентрализованные источники примерно 7,3 млн. кВт. Его обеспечивают линии электропередачи напряжением 0,4/1150 кВ и выше -общей протяженностью порядка 3 млн. км, в том числе магистральные электросети напряжением 220/ 1150 кВ протяженностью 157 тыс. км.

В структуре используемого топлива определяющую роль играет природный газ. Его доля составляет около 65% и превышает долю угля более чем в 2 раза. Доля нефтетоплива незначительная и составляет менее 5%.

Свертывание с середины 80-х годов программ разработки и освоения новых технологий производства, транспорта и распределения электрической и тепловой энергии привело к прогрессирующему отставанию технического уровня российской электроэнергетики от уровня, достигнутого развитыми зарубежными странами (таблица 1).

Таблица 1

Эффективность работы отечественного энергетического оборудования в сравнении с зарубежным [23]

Россия Мировой уровень

Среднее значение Передовые образцы Среднее значение Передовые образцы

КПД ТЭС на газе, % 38,5% 42% 40% 44/45%

ПГУ 51/52% 51/52% 54/55% 58%

КПД ТЭС на угле, % 34,2% 38/44% 37/40% 45/47%

Потери в электрических сетях, % 13,2% 7,5%

В долгосрочном плане эти особенности будут оказывать сильное негативное влияние на конкурентоспособность экономики страны в целом, создавать избыточную нагрузку на топливные отрасли и способствовать ускоренному росту цен на продукцию промышленности и услуг населению.

Обновление фондов электроэнергетики сдерживается целым рядом факторов, в том числе возникших вследствие структурной перестройки отрасли:

- ограниченностью собственных ресурсов энергокомпаний для капиталоемких проектов технического перевооружения электростанций, а также их недостаточной привлекательностью для внешних инвесторов при планируемой рентабельности и объеме внедрения;

- недостаточным производственным потенциалом отечественных энергомашиностроения, электротехнической промышленности и строительной индустрии, который значительно снизился за последние 15 лет;

- недостаточно обоснованными ценами топлива, при которых техническое перевооружение электростанций не обеспечивает экономический эффект от снижения расхода топлива по сравнению с менее капиталоемким продлением срока эксплуатации оборудования, несмотря на сохранение при этом высоких расходов топлива и рост эксплуатационных (в основном, ремонтных) затрат.

Использование передовых, опробованных в эксплуатации зарубежных технологий, позволит резко сократить фактор времени, при этом ориентирование решения этих вопросов на помощь зарубежных фирм и капиталов должно осуществляться без снижения уровня энергетической безопасности государства, со своевременным и полным использованием качественно новых отечественных проектно-технических и экономических решений.

Ключевое значение фактора времени в теплоэнергетике вытекает из тенденции увеличения цен на газ и изменения сложившегося соотношения цен на уголь и газ (см. табл. 2) Таблица 2

Динамика цен топлива по основным энергозонам (без НДС), руб./т.у.т. [23]

2004г. 2005г. 2006г. 2007г. 2008г. 2009г.

Центр

Газ 901 1005/1030 1170/1190 1390/1490 1570/1720 1760/1960

Уголь 1123 1120/1150 1230/1270 1340/1400 1430/1525 1510/1635

Мазут 1898 2160/2205 2320/2390 2450/2570 2550/2740 2640/2890

Урал

Газ 891 890/910 1010/1030 1130/1190 1230/1360 1330/1510

Уголь 860 895/930 995/1035 1090/1150 1170/1255 1255/1365

Мазут 1429 1660/1700 1810/1865 1950/2040 2085/2245 2200/2400

Сиби ЭЬ

Газ 633 1000/1020 1170/1190 1440/1600 1495/1680 1550/1785

Уголь 590 565/595 640/680 720/770 790/855 855/940

Мазут 2135 2130/2170 2275/2330 2390/2485 2475/2610 2550/2740

Восток

Газ 651 825/850 970/1000 1085/1135 1200/1355 1305/1500

Уголь 1090 860/905 935/990 1000/1070 1050/1145 1080/1215

Мазут 2945 2970/3030 3155/3220 3280/3400 3315/3520 3375/3640

В соответствии с этим прогнозом цены на газ в европейской части страны и на Урале увеличатся к концу пятилетия (к 2009 г.) относительно уровня 2004 г. соответственно в 2,0/2,2 и 1,5/1,7 раз, а цены на уголь - в 1,3/1,5 и 1,5/1,6 раз, т.е. вместо ожидаемой конъюнктуры реальные темпы конкурентоспособности будут характеризоваться величиной 2/1,5 = 1,3. Это предопределит длительное сохранение напряженности в электроэнергетической отрасли и будет все жестче требовать внедрения новых технологий и конструкций.

Эти обстоятельства определяют перспективность исследуемых в диссертации вопросов.

Дополнительным фактором, определяющим необходимость изменений, является обострение проблемы маневренности.

Увеличение доли АЭС в базисной мощности в суточных графиках нагрузки ОЭС в часы ночного снижения нагрузки потребует более глубокого регулирования оборудования, работающего на органическом топливе. Не исключено, что отдельные типы энергоблоков должны будут разгружаться до технического минимума во всех ОЭС европейской части ЕЭС России, включая Урал.

Имеются проблемы в деле защиты окружающей среды. На российских угольных ТЭС нет действующих систем сероочистки дымовых газов, нет каталитических систем очистки газов от оксидов азота. Для сокращения выбросов в атмосферу оксидов азота используются, прежде всего, технологические мероприятия, позволяющие в ряде случаев на котлах, работающих на канско-ачинских углях снизить концентрации NOx до 200

I 1

250 мг/м , а на каменных кузнецких углях — менее чем до 350 мг/м . Не решены вопросы уменьшения образования NOx при сжигании малореакцонных топлив в котлах с жидким шлакоудалением. В них удается снизить концентрацию NOx только до 500 - 700 мг/м3. Недостаточен масштаб использования для обеспыливания выбрасываемых в атмосферу дымовых газов ТЭС эффективных сравнительно недорогих тканевых фильтров, позволяющих иметь в среднем выбросы твердых частиц, соответствующие т|ф = 0,99.

Выполненная в диссертации разработка проектно-конструкторских решений, позволяющих иметь невысокие значения выбросов NOx и SO2, имеет огромную социальную ценность.

Среди основных направлений повышения эффективности угольных ТЭС в настоящее время рассматриваются: повышение параметров пара (относительно освоенного уровня 24 МПа, 545/540 °С) при одновременном совершенствовании оборудования и систем ТЭС; применение новых технологий сжигания топлива, в частности - в циркулирующем кипящем слое; разработка и совершенствование перспективных парогазовых установок на угле; дальнейшее расширение комбинированной выработки энергии.

Применение топочной техники с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС), на наш взгляд, наиболее перспективно и подготовлено к внедрению.

На Черепетской, Троицкой, Приморской, Несветай, Новочеркаской, Рязанской и Шатурской ГРЭС предусмотрено внедрение блоков с котлами ЦКС [22,37,41].

Учитывая перспективность, имеющиеся конструкторские заделы, близящиеся к завершению организационные мероприятия, наличие кооперации с зарубежными энергофирмами, положительные особенности применимости котлов с циркулирующим кипящим слоем на российских ТЭС, эта технология подробно рассмотрена в диссертации.

Известно, что в России централизованное теплоснабжение с комбинированной выработкой электроэнергии и тепла получило широкое развитие. Благодаря этому, по принятым оценкам, потребление условного топлива в стране снижено примерно на 20 млн т в год. Сейчас, однако, в условиях проводимых структурных преобразований перспективы развития ТЭЦ, особенно вопросы их использования в условиях мегаполисов, нуждаются в существенной корректировке.

Учитывая важность и перспективность этих вопросов в диссертации рассмотрены некоторые аспекты перспективного развития ТЭЦ в составе мегаполисов.

Актуальность темы. В последние годы в России существенно снизилось введение энергетических мощностей, происходившее на фоне продолжающегося старения оборудования. На текущий период по данным РАО «ЕЭС России» более 50 % установленной мощности оборудования ТЭС выработало свой парковый ресурс. Продление срока службы энергетического оборудования не решает перспективных задач, а усугубляет положение в отечественной энергетике. Сложившаяся ситуация требует неотложного и адекватного выбора стратегии технического перевооружения и определения путей поддержания энергетической мощности на уровне, необходимом для энергообеспечения и энергетической безопасности страны. Энергетика России стоит перед необходимостью коренного перевооружения и модернизации энергетического оборудования электростанций.

В связи с отсутствием в России перспективных отработанных экологически чистых и высокоэффективных технологий на первом этапе целесообразно использовать зарубежные разработки. Как показала практика, отработанные и успешно работающие за рубежом технологии в наших условиях нуждаются в доработках из-за особенностей режимов работы оборудования, климатических условий, состава топлива и других обстоятельств.

Основываясь на комплексном анализе опыта эксплуатации оборудования и проведенных исследованиях, разработаны технические решения, которые адаптируют зарубежные технологии к российским условиям. Предложенные разработки повышают надежность, эффективность и экологичность энергетического оборудования планируемого для технического перевооружения электростанций.

Целью настоящей работы явилось разработка схемно-конструкторских решений и технологий для технического перевооружения ТЭС

Основные задачи работы:

- исследование передовых технологий применяемых при техническом перевооружении тепловых электростанций и их применимости в российских условиях;

- теоретическое и экспериментальное исследование возможности применения технологии циркулирующего кипящего слоя (ЦКС);

- разработка схемно-конструкторских решений по основному и вспомогательному оборудованию, повышающих надежность и эффективность работы генерирующих систем.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- проведен комплексный анализ работы и состояния действующего теплоэнергетического оборудования, отработавшего парковый ресурс;

- на базе проведенного анализа разработаны, исследованы и предложены к внедрению схемно-конструкторские решения для энергетических котлов и топочных устройств, повышающих надежность и эффективность оборудования.

- разработана методика натурных испытаний, позволяющая сравнить абразивные свойства наполнителей слоя для котлов с циркулирующим и стационарным кипящим слоем.

Практическая ценность полученных результатов работы:

- конструкция разработанного золового сепаратора повышает эффективность улавливания золовых частиц, снижает нагрузку основных золоулавливающих устройств котла, значительно снижается золовой износ конвективных поверхностей нагрева котла, таким образом, повышая надежность котельного агрегата, его применение в условиях ЦКС позволяет успешно заменить дорогой наполнитель слоя более дешевым и технологичным;

- конструкция разработанных газомазутных горелок повышает надежность и эффективность топочных устройств;

- конструкция воздухораспределительного сопла позволяет равномерно перемещать подаваемое топливо от мест его ввода, эффективно его сжигать в слое с меньшими потерями с недожогом, сводит к минимуму вероятность образования локальных очагов шлакования, повышает надежность и эффективность топочного устройства;

- применение материала наполнителя с низкими абразивными свойствами позволит значительно увеличить межремонтный период для футеровки котлов с циркулирующим и стационарным кипящим слоем, это приведет к снижению затрат на проведение ремонтов, кроме этого возможно увеличение ресурса металла поверхностей нагрева, либо использование более дешевых сталей для изготовления поверхностей нагрева с аналогичным парковым ресурсом.

Результаты работы планируется внедрить на топочных устройствах с технологией вихревого кипящего слоя Rowitec® компании «EBARA Corporation» на мусоросжигательном заводе № 4 Комплекса по обезвреживанию и переработке твердых бытовых и биологических отходов государственного унитарного предприятия «Экотехпром».

Диссертация включает четыре главы, заключение, список литературы и приложение.

В первой главе дан обзор современного состояния ТЭС и их эксплуатации, проведен комплексный анализ работы и состояния действующего и отработавшего парковый ресурс теплоэнергетического оборудования в связи с особенностями оценки различных путей развития энергетики, перспектив отраслей и влияние международных нормативно-правовых актов, сформулированы особенности и целесообразные пути повышения эффективности их функционирования.

Имеющийся парк теплоэнергетического оборудования устарел физически, морально и структурно. На сегодняшний день более половины установленной мощности по стране выработало парковый ресурс, и оно не сможет без коренных преобразований обеспечить достаточное, надежное, эффективное и экологически безопасное функционирование энергетики не только в отдаленной, но и в ближайшей перспективах.

В качестве одного из следствий предстоящего вступления России в ВТО выступает необходимость перехода на более дешевые виды топлива, то есть -на уголь. Это не только противоречит существующим тенденциям функционирования энергетики, но и требует разработки более эффективных технологий его сжигания и соответствующих конструкций. К этому проектно-конструкторская база, существенно разрушенная в прошедшие годы, слабо подготовлена, поэтому в России остро стоит вопрос технического перевооружения и реконструкции действующих мощностей с внедрением новой техники и современных передовых технологий. Наиболее подготовленной технологией для технического перевооружения выработавших парковый ресурс угольных ТЭС, на взгляд автора, является технология циркулирующего кипящего слоя (ЦКС). В связи с этим проведена критическая оценка существующих схемно-конструкторских решений и сформулированы задачи, решение которых способствуют повышению надежности и экономичности модернизируемых ТЭС, а также выполнены разработки модификаций таких решений применительно к российским условиям.

Вторая глава посвящена анализу и расчетному исследованию применения технологии циркулирующего кипящего слоя при реконструкции выработавших парковый ресурс котельных агрегатов.

Проанализированы наиболее распространенные модификации технологии ЦКС, предлагаемые различными фирмами, разработан ряд рекомендаций с учетом российских реалий.

Каждая из модификаций технологии ЦКС может обеспечить примерно одинаковые значения КПД котла и удельных выбросов вредных веществ, различие заключается в стоимости котла и вспомогательного оборудования, в эксплуатационных и ремонтных затратах, в расходах вспомогательного топлива (газа или мазута) при пусках из различных тепловых состояний. При ожидаемом увеличении доли сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях с одновременным ужесточением норм на вредные выбросы котлы с ЦКС могут составить серьезную конкуренцию для котлов с камерными топками как при возведении новых ТЭС, так и при реконструкции выработавших парковый ресурс.

Выполнена комплексная оценка «узких» мест технологии ЦКС, что позволит после реконструкции в соответствии с разработанными рекомендациями свести к минимуму проблемы по освоению технологии, так как возможность и эффективность реконструкции зависит не только от замены котельной установки - на эти показатели в значительной степени будут влиять множество «второстепенных» обстоятельств, которые, в конечном счете, и определят, приживется ли новая технология. К таким обстоятельствам относятся, например, особенности поставок топлива на ТЭС, колебания характеристик его во времени, отсутствие или ограничение емкости складов топлива, возможность использования части существующих схем и оборудования.

В этих условиях особенно важно учесть опыт, наработанный в этих обстоятельствах и состыковать его с вновь осуществляемыми передовыми технологиями. Необходимо использовать все положительное из имеющегося в России многолетнего опыта сжигания низкосортного топлива.

Разработаны технические предложения по синтезу новых ТЭЦ городского профиля. Определены особенности развивающейся муниципальной энергетики, которая при своем становлении может стать альтернативой энергоснабжения мегаполисов. Предложены технологические схемы, обеспечивающие существенное повышение коэффициента использования топлива, снижение экологической нагрузки на окружающую среду, экономию капиталовложений и городских ресурсов, повышение надежности функционирования энергетики мегаполисов.

Рассмотрена рациональная модификация ТЭС, вновь входящих в среду мегаполиса: в его интересах, а не в интересах РАО «ЕЭС России». Для энергетики мегаполисов должны применяться ТЭЦ традиционного плана с расширенными функциями с расширенными функциями удовлетворения городских нужд (работа в базовом режиме с выдачей электроэнергии для производства водорода, используемого для городских нужд - автотранспорт, промышленность; применение бросовых потоков теплоты и очистных устройств для снеготаяния, очистки загрязненных вод и многое другое).

Третья глава посвящена конструкторским разработкам и экспериментальному обоснованию решений, улучшающих имеющиеся проектные предложения.

Разработанная автоматизированная установка позволяет создать малоинерционную систему оптимизации топочных процессов для любых технологий сжигания твердого топлива, снижая при этом расход растопочных топлив. Эта система позволит шире привлекать для целей первичного регулирования частоты и мощности угольные электростанции (сейчас для этого используют газомазутные агрегаты). Актуальность ее применения на котлах с технологией ЦКС особенно целесообразна из-за отсутствия подсветочного топлива в этой технологии.

Для возможности эффективного использования котлов с ЦКС в российской энергетике разработан и предложен к применению ряд технических решений, повышающих надежность и экономичность энергетического оборудования.

В российских условиях интенсивное внедрение технологии циркулирующего кипящего слоя в котельных установках для сжигания твердых топлив требует повышенное внимание уделить наполнителям слоя. Используемые наполнители (кварцевый песок, шамот, цементный клинкер) достаточно дороги и имеют повышенные абразивные свойства. Ремонт подверженных абразивному износу футеровки нижней части топки и циклонов-разделителей достаточно дорог и продолжителен по времени. Кроме того, абразивному износу вследствие непосредственного контакта с наполнителем слоя подвергаются и поверхности нагрева, расположенные в топке, что снижает надежность работы котла. Были проведены сравнительные исследования абразивных свойств кварцевого песка и мелкофракционного шлака.

Применение материала наполнителя с низкими абразивными свойствами позволит значительно увеличить межремонтный период для футеровки котлов, так как для котлов с ЦКС необходима дорогостоящая абразивно-стойкая футеровка, это приведет к снижению затрат на проведение ремонтов, кроме этого возможно увеличение ресурса металла поверхностей нагрева, либо использование более дешевых сталей для изготовления поверхностей нагрева с аналогичным парковым ресурсом.

Каждая из частей, составляющей ЦКС: наполнитель слоя, топливо и известняк - имеют свои особенности подготовки. В работе рассмотрена каждая составляющая в отдельности, для каждой из них предложены свои проработки.

Предложены рациональные компоновочные решения по размещению котлов с ЦКС и вспомогательного оборудования в здании котельного отделения главного корпуса.

Четвертая глава посвящена оценке экологических и экономических рисков предлагаемых решений при техническом перевооружении тепловых электростанций.

Использование шлака в технологическом процессе электростанций повысит экологическую чистоту производства тепловой и электрической энергии при техническом перевооружении ТЭС.

Можно констатировать, что внутритопочное подавление генерации NOx в топках циркулирующего кипящего слоя, необходимое для достижения уровня предельно допустимых концентраций, сводится в первую очередь к проведению процесса горения при невысоких температурах (750-850 °С) и коэффициентах подачи воздуха в слое не боле асл= 1,2.

Для экономической целесообразности использования технологии ЦКС выполнен анализ ряда зарубежных и отечественных технико-экономических исследований, связанных со сравнением пылеугольных котлов и котлов с ЦКС. Экономическая эффективность внедрения технологии ЦКС в основном определяется качеством топлива и мощностью установки при заданных ограничениях на выбросы вредных веществ.

В работе проведен расчет экономической эффективности внедрения предлагаемых решений, доказывающий целесообразность их применения.

Проведенный комплексный анализ экологических перспектив технологии ЦКС и экономической целесообразности доказал преимущества применения технологии ЦКС при техническом перевооружении тепловых электростанций.

Выводы по четвертой главе

1. Технология ЦКС отвечает самым жестким экологическим требованиям, а при дополнительной установке оборудования, применяемого для котлов с камерными топками, или модернизации внутритопочных устройств, предложенных в диссертационной работе, котлы с ЦКС имеют на перспективу значительный запас по снижению вредных выбросов в атмосферу.

2. Экономическая эффективность внедрения технологии ЦКС в основном определяется качеством топлива и мощностью установки при заданных ограничениях на выбросы вредных веществ.

3. Проведенная оценка экономических рисков предлагаемых решений однозначно свидетельствует о целесообразности их скорейшего и возможно более полного внедрения.

Заключение и выводы по диссертации

1. Технически, технологически и экологически обоснована перспективность и целесообразность применения для технического перевооружения генерирующих мощностей российской энергетики технологии циркулирующего кипящего слоя. Определены наиболее подходящие конструктивные воплощения, показана необходимость существенной доработки имеющихся конструкций с учетом особенностей и перспектив российской энергетики.

2. Для устранения выявленных при анализе зарубежных технических решений «узких» мест, для возможной интеграции имеющихся решений с реалиями отечественной энергетики разработаны, интеллектуально защищены и предоставлены к внедрению ряд схемно-конструкторских, технологических, режимных, теоретических и методических решений.

3. Сформулировано новое системообразующее понятие «энергетика мегаполиса». Разработан ряд перспективных технологических решений для возможной реализации подобной модификации.

Предложения по рациональной организации муниципальной энергетики г. Москвы и Московской области переданы в мэрию и правительство г. Москвы, губернатору Московской области.

4. Все разработанные решения имеют широкий диапазон применения и могут быть использованы также при модернизации традиционных ТЭС разной мощности, параметров, видов сжигаемого твердого топлива.

5. Проведенная оценка экономических рисков предлагаемых решений однозначно свидетельствует о целесообразности их скорейшего и возможно более полного внедрения.

1. Андрющенко А.И. Возможности повышения эффективности систем централизованного теплоснабжения городов // Промышленная теплоэнергетика. 2002. №6.

2. Андрющенко А.И. Пути сокращения расхода природного газа в системах теплоснабжения городов // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2001. №9-10.

3. Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. М.: Энергоатомиздат, 1995. 352 с.

4. Белосельский Б.С., Барышев В.И. Низкосортные энергетические топлива: Особенности подготовки и сжигания. М.: Энергоатомиздат, 1989.- 136 с.

5. Бородуля В.А., Пальченок Г.И., Васильев Г.Г. и др. Кинетика горения одиночной угольной частицы в кипящем слое //Труды Междунар. шк.-семинара "Тепло- и массообмен в химически реагирующих системах". Ч. 2. - Минск: ИТМО АН БССР - 1989. - С. 106-114.

6. Вихрев Ю.В. Разработка в Китае котла с циркулирующим кипящим слоем для энергоблока мощностью 800 МВт // Энергетик. 2006. № 8 С. 29 -30.

7. Вихрев Ю.В. Тенденции в развитии прямоточных котлов с циркулирующим кипящим слоем повышенной мощности на сверхкритические параметры пара // Энергетик. 2006. № 10. С. 33 34.

8. Втюрин Ю.Н. Изучение факторов, влияющих на устойчивость движения и дозирования угольной пыли из бункеров //Теплоэнергетика.- 1990-№ 4 С. 34 - 38.

9. Втюрин Ю.Н., Гохгут Н.А. Разработка и исследование дозирующих устройств и пневмотранспортных систем подачи мелкой фракции угля в котел с топкой кипящего слоя // Электрические станции. 1991, - №10 -С.35 - 40.

10. Втюрин Ю.Н., Кузнецов П.Я. Исследование и перспективы развития новых систем подготовки и подачи топлива на ТЭС // Теплоэнергетика.— 1995.—№7,—С. 46-52.

11. Втюрин Ю.Н., Муравкин Б.Н., Качалин Е.А. Система подготовки топлива и подачи его в котел с кипящим слоем // Подготовка и сжигание топлива в топках мощных паровых котлов ТЭС (Сборник научных трудов ВТИ).- М.: Энергоатсмиздат, 1984. С 68 73.

12. Гасангаджиев Г.Г. Проблемы надежности функционирования энергосистемы // Энергосбережение. 2005. №6. С. 10-11.

13. Дудник А.Н. Газификация энергетических углей в кипящем слое и потоке с циркуляцией твердой фазы: Дис. канд. техн. наук: 05.14.04. -Киев, 1995.-218 с.

14. Дранченко А.А., Ибрагимов М.Х.-Г., Марченко Е.М., Наумов Ю.Г., Тувальбаев Б.Г. Питатель топлива //Авторское свидетельство № 1320598 // Опубл. 30.06.1987. Бюл. Открытия. Изобретения. № 24

15. Дьяков А.Ф., Берсенев А.П., Еремин Л.М. О новейших технологиях сжигания твердого топлива на электростанциях // Энергетик.—1997.— № 7—С. 8-11.

16. Забродский С.С. Высокотемпературные установки с псевдоожиженым слоем М: Энергия.1971. 328 с.

17. Клименко В.В., Безносова Д.С., Терешин А.Г. Есть ли будущее у Киотского протокола? // Теплоэнергетика. 2006. № 5. С. 2 9.

18. Кожуховский И.С., Шевчук А.С., Новоселова О.А. Экологическая политика ОАО РАО «ЕЭС России» и программа ее реализации // Энергетик. 2006. № 10. С. 5 6.

19. Концепция технического перевооружения энергетического хозяйства Московского региона // Электрические станции. 2006. №9. С. 2 19.

20. Концепция технической политики РАО «ЕЭС России» // Электрические станции. 2005. №10. С. 2 19.

21. Лундквист Р. Г. Технология сжигания в циркулирующем кипящем слое -из прошлого в будущее. В сб.: Международная конференция "Эффективное оборудование и новые технологии в российскую тепловую энергетику". М. ВТИ, 2001.С 45 - 49.

22. Лундквист Р.Г. Технология сжигания в циркулирующем кипящем слое // Электрические станции. 2002. №10. С. 61 67.

23. Майстренко А.Ю. Горение низкореакционных углей в циркулирующем кипящем слое // Экотехнологии и ресурсосбережение. 1997. - № 6. - С. 38.

24. Майстренко А.Ю., Чернявский Н.В., Рябов Г.А. Исследование режимов планового и аварийного останова на огневых моделях топки с циркулирующим кипящим слоем // Энергетика и электрификация. 1993. №1. С. 15-17.

25. Мунц В.А., Баскаков А.П. Тепловой расчет топок со стационарным и циркуляционным кипящим слоем // Теплоэнергетика. 1990. № 1. С. 74 — 77.

26. Мунц В.А., Баскаков А.П., Федоренко Ю.Н., Козлова Ю.Г. Кратность циркуляции в топках с циркуляционным кипящим слоем // Теплоэнергетика. 1990. № 4. С. 30 34.

27. Пантелеев В.Г., Ларина Э.А., Мелентьев В.А. и др.; Под ред. Мелентьева В.А. Состав и свойства золы и шлака ТЭС: справочное пособие // Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1985.-288 е., ил.

28. Пугач Л.И., Серант Ф.А., Серант Д.Ф. Нетрадиционная энергетика -возобновляемые источники, использование биомассы, термохимическая подготовка, экологическая безопасность. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 347 е.: ил.

29. Путилов В .Я., Путилова И.В. Зависимость абразивного износа пылепроводов пневмотранспортных установок ТЭС от твердости материала //Известия Академии Промышленной Экологии. 2004. №1. С.32 -37.

30. РД 34.04.802 Инструкция по определению экономической эффективности использования новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в энергетике. М.: Минэнерго СССР, 1986

31. Рохман Б.Б. Двухзонная модель аэродинамики, тепломассообменных процессов и горения в надслоевом пространстве топки котла с циркулирующим кипящим слоем // Теплоэнергетика. 2005. №9. С. 35 43.

32. Рохман Б.Б., Шрайбер А.А. Математическое моделирование аэродинамики и физико-химических процессов в надслоевом пространстве топки с циркулирующим кипящим слоем. Ч. IV. Тепломассообмен и горение // ИФЖ. 1994. Т. 67. № 1—2. С. 32—38.

33. Рябов Г. А. Состояние и перспективы развития технологии сжигания твердых топлив в циркулирующем кипящем слое. Аналитический обзор. М.: ВТИ, 1998.

34. Рябов Г.А. Энергетические котлы с циркулирующим кипящим слоем. Увеличение единичной мощности и параметров пара // Электрические станции. 2005. №9. С. 8 13.

35. Рябов Г.А., Дик Э.П. Особенности процессов сжигания биотоплив в котлах с кипящим слоем // Теплоэнергетика. 2005. №9. С. 54 60.

36. Рябов Г.А., Елфимов В.Г., Ференц E.JI. Сжигание угля в циркулирующем кипящем слое на котлах фирм "Штейнмюллер" (Германия) и "Бабкок Уилкокс" (США) //Энергохозяйство за рубежом. -1992.-№2.-С. 10-13.

37. Рябов Г.А., Надыров И.И., Кадников Б.Л., Годик И.Б. Техническое перевооружение ТЭС с использованием технологии сжигания углей в циркулирующем кипящем слое // Электрические станции. №8. 1996. С. 58 -61.

38. Рябов Г.А., Толчинский Е.Н., Надыров И.И., Фоломеев О.М., Трухачев С.Н., Шапошник Д.А. Применение котлов с циркулирующим кипящим слоем для замены устаревших пылеугольных котлов // Теплоэнергетика. 2000. №8. С. 14-19.

39. Рябов Г.А., Шапошник Д.А. Проблемы создания котлов с циркулирующим кипящим слоем для крупных энергоблоков. -Электрические станции, 2000, № 9. С 23 27.

40. Саламов А.А. Котлы с циркулирующим кипящим слоем, эксплуатируемые в США // Теплоэнергетика. 2006. №6. С. 69 70.

41. Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Воздухораспределительное сопло //Патент на полезную модель № 47490 // Опубл. 27.08.2005 Бюл. Изобретения. Полезные модели. № 24

42. Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Выбор перспективных модификаций технологии циркулирующего кипящего слоя при реконструкции котельных агрегатов // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 4. С. 62-64

43. Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Золовой сепаратор //Патент на полезную модель № 52626 // Опубл. 10.04.2006 Бюл. Изобретения. Полезные модели. № 10

44. Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Подовая газомазутная горелка //Патент на полезную модель № 44164 // Опубл. 27.02.2005 Бюл. Изобретения. Полезные модели. № 6

45. Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Сравнительные исследования абразивных свойств материалов наполнителей слоя для котлов с циркулирующим кипящим слоем // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 5. С. 74 75.

46. Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г. Учет природоохранных требований в варианте проекта технического перевооружения Шатурской ГРЭС №5

47. ОАО «Мосэнерго» // Энергосбережение и водоподготовка. 2002. № 4. С. 71-74.

48. Скопцов Ю.В., Тувальбаев Б.Г., Колин И.Б. Надслоевая газомазутная горелка //Патент на полезную модель № 40669 // Опубл. 20.09.2004 Бюл. Изобретения. Полезные модели. № 26

49. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. 256 с. с ил.

50. Тувальбаев Б.Г., Марченко Е.М., Дранченко А.А., Антонов А.Я., Зоз В.Н., Серик В.И. Инерционное устройство для уменьшения золового износа котельных труб //Авторское свидетельство № 1046578 // Опубл. 07.10.1982. Бюл. Открытия. Изобретения. № 37.

51. Тувальбаев Б.Г., Скопцов Ю.В. Насущные проблемы развития энергетики мегаполисов //Известия Академии промышленной экологии. 2005 №4. С. 22-28.

52. Тувальбаев Б.Г., Скопцов Ю.В. Преимущества использования технологии циркулирующего кипящего слоя для модернизации ТЭС // Тезисы докл. Второй международный форум «Энергетика и экология», Москва, 8-10 ноября 2005г., С. 27 28.

53. Тугов А.Н., Дик Э.П., Соболева А.Н. Особенности расчета тепловых потерь от механической неполноты сгорания твердых бытовых отходов // Энергетик. 2001. № 9. С. 35 39.

54. Тугов А.Н., Изюмов М.А., Супранов В.М. Конструкции котлов для сжигания твердых бытовых отходов и специфика их теплового расчета // Электрические станции. 2002. №9. С. 21 26.

55. Тумановский. А.Г., Шварц A.JL, Мещеряков В.Г., Толчинский Е.Н. Основные направления совершенствования котельной техники при техническом перевооружении угольных ТЭС // Теплоэнергетика. 2000. №8. С. 2 8.

56. Шапошник Д.А., Бердин С.В. Проблемы создания котлов с циркулирующим кипящим слоем для реконструкции электростанций // Новые технологии сжигания твердого топлива: их текущее состояние и использование в будущем // Сборник докладов. М.: ВТИ, 2001.

57. Щинников П.А., Ноздренко Г.В., Томилов В.Г. и др. Комплексные исследования ТЭС с новыми технологиями: Монография /- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. 528 с.

58. Alan L. Т. Wang, John F. Stubington. Char Attrition from Australian Black Coals in Pressurized Fluidized Bed Combustion // Transactions of the ASME Journal of Energy Resources Technology. June 2003, Vol. 125. P. 113-118.

59. Bader R., Findlay J., Knowlton T.M. Gas/solids flow patterns in a 30.5-cm-diameter circulating fluidized bed // Circulating. Fluidized Bed Technology. II. Proc. 2-nd Int. Conf. Oxford: Pergamon, 1988. P. 81 89.

60. Bolton L.W., Davidson J.F. Recirculation of particles in fast fluidized risers // Circul. Fluidized Bed Technol. II. Proc. 2-nd Int. Conf. Oxford: Pergamon, 1988. P. 135- 143.

61. Cars A., Yemelyanov A. Simulation of the burn-out of a single solid particle in the circulation fluidized bed of inert material // Latvian Journal of Physics and Technical Sciences. 2001. № 6. P. 31 41.

62. Goidich S. J., Hyppanen Т., Kauppinen К. СРВ boiler desigr and operation using the INTREX heat exchanger. Proc. 01 the 6-th Int. Conf. on CFB. Wurzburg, Germany, 22-27 August, 1999. P. 35 42.

63. Gross P.J., Dawes S.G., Minchener A.J. Development of the British Coal Topping Cycle. Energy WP. 1, SEM 1/R4, Symposium on New Coal Technologies, Espoo, Finland, 10—13 May 1993. P. 82 91.

64. Hartge E.U., Rensner D., Werther J. Solids concentration and velocity patterns in circulating fluidized beds // Circulating Fluidized Bed Technology. II. Proc. 2-nd Int. Conf.-Oxford: Pergamon, 1988. P. 156 164.

65. Haskins W.W. Technical and Economical Comparison of Circulating FBC vs. Pulverized Coal Plants, 10-th Int. Conf. of FBC, San — Francisco, Apr. 30 — МауЗ, 1989. P. 233-242.

66. Lundqvist R. G. Designing large-scale circulating fluidized bed boilers. // VGB Power Tech., 2003, № 10. P. 51 58.

67. Makkonen P. Foster-Wheeler Compact Boiler with INT-REXTM Superheater. // VGB Conference "Steam Generation Plants 1988". Leipzig, 1988, 25 November. P. 23 28.

68. Nowak K., Wandrasz A. The Tendency Development of Pressurized Fluidized Bed Boilers, Meeting of Experts on Clean Coal Technologies, Poland, 3—4 April 1995. P. 54-61.

69. Nowak W., Bis Z., Laskawiec J. a.o. Proc Design and operation experience of 230 MWe CFB boiler at Turow Power Plant in Poland // Of the 6-th Int. Conf. on CFB. Wurzburg, Germany, 1999,22-27 August. P. 64 69.

70. Nowak W., Bis Z., Jablon-ski J., Walkowiak R. Operating experience with the 235 MWe lignite-fired CFB boilers at the Turow Power Plant. //VGB Power Tech., 2003. №6. P. 41-47.

71. Nowak W., Bis Z.,Kobylecki R. Circulating fluidizing bed boiler for 460 MWe Power blok with supercritical parameters. Proc. of China-Japan Symp. On Fluidization, 2003, 3 5 December. P. 131 - 139.

72. Pint P., Lee G.K., FreidricK F.D. Emerging Clean Coal Technologies in Canada, Energy WP.l, SEM 1/R102, Symposium on New Coal Technologies, Espoo, Finland, 10—13 May 1993. P. 132 141.

73. Rasmassen I., Handebol I., Sorengen L.H. The Elsam Coal and Biomass CFB Power Plant Project, VGB TW 212, Technical Scientific Reports, Essen. 1997. P. 2.6.1—2.6.12.

74. Yemelyanov A. A procedure for calculating the operation reliability of the furnace brick-wall of a CFB-based boiler under start // Latvian Journal of Physics and Technical Sciences. 2000. № 4. P. 22 30.