автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Совершенствование и внедрение комплексного термического анализа в практику энергетического использования канско-ачинских углей

На правах рукописи

Шишмарев Павел Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В ПРАКТИКУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАНСКО-АЧИНСКИХ УГЛЕЙ

Специальность 05.14.04 — промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск — 2006

Работа выполнена в Красноярском государственном техническом университете

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Бойко Евгений Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Степанов Сергей Григорьевич

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Декгерев Александр Анатольевич

Сибирский теплотехнический научно-исследовательский институт ВТИ Красноярского филиала ОАО «Сибирский ЭНТЦ» (г. Красноярск)

Защита состоится « Я- » ¿{бЕаТрД 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.098.05 при Красноярском государственном техническом университете по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, ауд. Г-224.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, КГГУ, Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.098.05 факс (3912) 49-70-76 (для кафедры ТЭС) e-mail: boiko@krgtu.ru

Автореферат разослан « » H.oSdfJ( 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент / / Бойко Е.А.

ОКЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Длительный опыт использования канско-ачинских углей на тепловых электростанциях показал, что традиционные способы их подготовки и сжигания не в состоянии удовлетворить современным требованиям обеспечения эффективности, надежности и экологической безопасности работы котельных агрегатов. Эта проблема еще более усугубляется при сжигании непроектных углей или углей ухудшенного качества. Согласно «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ № 1234-р от 28.08.2003 г., канско-ачипские угли служат крупнейшей сырьевой базой для энергетики, поэтому проблема повышения эффективности их использования и экономного расходования является актуальной.

Существующие проблемы энергетического использования канско-ачинских углей в значительной степени можно решить, если перед сжиганием угольную пыль подвергнуть термической обработке. Хорошая воспламеняемость продуктов термообработки, их высокая калорийность и реакционная способность открывают широкие возможности для применения на тепловых электростанциях процесса предварительной термоподготовки угля перед сжиганием. Эффективность предварительной термической обработки топлива во многом зависит от правильного выбора режимов термообработки и способов его реализации.

Наиболее рациональным средством решения указанных задач является использование методов комплексного термического анализа и математического моделирования неизотермической кинетики, однако сложность исследуемых процессов требует их дальнейшего совершенствования. Одной из важнейших задач развития вышеуказанного подхода является необходимость учета реакционной способности угольного вещества на основе установления корректной взаимосвязи различных этапов и процессов его термохимического превращения. Методическая трудность, связанная с определением скоростей различных этапов термохимического превращения твердого топлива в широком диапазоне режимных условий (среда, температура, скорость нагрева и т.д.), присущих условиям реальных технологических процессов переработки канско-ачинских углей, сопряжена с наложением нескольких процессов и невозможностью их раздельной оценки. Принципиальным выходом из сложившейся ситуации может являться экспериментальное определение реакционных характеристик различных этапов и стадий, составляющих процесс горения частиц пылевидного топлива на основе использования установки и методических приемов комплексного термического анализа при непрерывной регистрации в неизотермических условиях.

Объектом исследования в настоящей работе является комплекс процессов термохимического превращения канско-ачинских углей Ирша-Бородинского, Березовского и Назаровского месторождений.

Целью работы является разработка способов и устройств для повышения эффективности энергетического использования канско-ачинских углей на основе совершенствования и внедрения комплексного метода определения реакционной способности твердых органических топлив.

Задачи исследования, решаемые в настоящей работе:

1. Анализ современного состояния проблемы адекватного определения реакционной способности энергетических углей.

2. Совершенствование схемы и установки комплексного термического анализа твердого органического топлива для исследования и оценки кинетики процессов их термохимического превращения.

3. Исследование влияния различных факторов на характер термоаналитических

кривых и выбор экспериментальных условий выполнения комплексного термического анализа угольного вещества.

3. Совершенствование методики определения кинетических характеристик различных процессов термохимического превращения канско-ачинских углей, в частности, процессов испарения влаги, выхода летучих веществ с раздельной оценкой кинетики смоловыделения и выхода индивидуальных газообразных компонентов, а также кинетики выгорания коксового остатка.

4. Обоснование рекомендаций по практическому использованию результатов комплексного термического анализа для выбора рациональных способов и режимов подготовки и сжигания канско-ачинских углей в пылевидном состоянии.

Научная новизна работы:

1. Разработан метод обоснования условий и режимных параметров работы установки комплексного термического анализа твердого органического топлива, обеспечивающий адекватную оценку кинетических характеристик процессов, ответственных за термохимическое превращение угольного вещества при выполнении лабораторного эксперимента.

2. Усовершенствована методика оценки реакционной способности угля при нагревании в окислительных условиях; получен банк данных по кинетическим константам процессов испарения влаги, выхода летучих веществ и горения нелетучего (коксового) остатка канско-ачинских углей.

3. Получены аналитические зависимости для экстраполяции результатов комплексного термического анализа примешггелыго к реальным условиям энерготехнологических устройств подготовки и сжигания твердого органического топлива на основе обобщения математического аппарата неизотермической кинетики.

4. Разработаны критерии оценки и способы расчетного обоснования требований к организации процессов и режимов подготовки, а также сжигания твердого органического топлива с учетом его реакционной способности.

5. Разработана инженерная методика расчета устройств предварительной термической обработки угля, осуществляемой высокотемпературными продуктами сгорания части исходного топлива, позволяющая определять количество топлива, необходимого для сжигания и получения высокотемпературных продуктов сгорания в зависимости от различных режимных параметров процесса.

Практическая значимость работы:

1. Выполнено совершенствование схемы и отдельных узлов установки комплексного термического анализа твердых органических топлив с учетом специфических свойств различных процессов термохимического превращения угольного вещества для повышения информативности, надежности и точности результатов экспериментального моделирования. Установка реализована в виде аппаратно-программного комплекса, автоматизирующего процессы сбора, обработки и визуализации экспериментальных данных в масштабе реального времени.

2. Разработаны практические рекомендации для выбора экспериментальных условий, обеспечивающих кинетический режим проведения комплексного термического анализа твердых горючих ископаемых в пылевидном состоянии с целью определения их реакционной способности.

3. Разработано специализированное алгоритмическое и программное обеспечение, реализующее методику оценки кинетических параметров многостадийных процессов термохимического превращения твердых органических топлив, которое рекомендуется использовать для обработки результатов комплексного термического анализа.

4. На основе данных комплексного термического анализа выявлены особенности возникновения тепловых потерь с химическим и механическим недожогом при энергетическом использовании канско-ачинских углей и предложена система обоснованных требований к организации процессов их подготовки и сжигания с учетом исходного качества, а также режимов работы котельных установок.

5. Разработаны технические решения и практические рекомендации по повышению эффективности энергетического использования канско-ачинских углей, основанные на реализации процесса предварительной термической обработки топлива перед сжиганием.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод обоснования экспериментальных условий выполнения комплексного термического анализа твердого органического топлива для оценки кинетических характеристик процессов, ответственных за термохимическое превращение угольного вещества.

2. Методика оценки реакционной способности угля по данным его комплексного термического анализа при нагревании в инертной и окислительных средах.

3. Результаты определения кинетических параметров, характеризующих процессы испарения влаги, выхода летучих веществ с раздельной оценкой кинетики смо-ловыделения и выхода индивидуальных газообразных компонентов, горения нелетучей (коксовой) основы канско-ачинских углей.

4. Аналитические зависимости для экстраполяции данных комплексного термического анализа на условия протекания реальных процессов подготовки и сжигания твердого органического топлива, позволившие выявить особенности возникновения тепловых потерь с химическим и механическим недожогом при энергетическом использовании канско-ачинских углей.

5. Технические решения, направленные на реализацию процесса предварительной термической обработки топлива перед сжиганием, и рекомендации по организации режимов их работы для повышения эффективности энергетического использования канско-ачинских углей.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных методов исследований в области комплексного термического анализа и подтверждается удовлетворительной сходимостью экспериментальных данных с теоретическими расчетами и данными других авторов.

Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке задачи, разработке методик и проведении экспериментов, обработке и интерпретации полученных результатов, формулировании основных выводов по результатам выполненных работ по теме диссертации.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены: на Российском национальном симпозиуме по энергетике (г. Казань, 2001 г.); на 3-ей научно-практической конференции «Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов» (г. Челябинск, 2001 г.); на 2-ой всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии и развития городов» (г.Красноярск, 2001 г.); International congress on FEM-Technology and 19th all-European CAD-FEM user' meeting (Germany, Berlin-Potsdam, 2001); на XX3I Российской школе по проблемам науки и техники (г. Миасс, 2002 г.); па IX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2003 г.); на международной научно-технической конференции «ХП Бенардосовские чтения» (г. Иваново, 2005 г.); на VI Всероссийской конференции «Горение твердого топлива» (г. Новосибирск, 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, научных выводов и рекомендаций, списка литературы из 178 наименований и содержит 208 страниц текста, включая 99 рисунков и 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, определены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе показана значимость углей Канско-Ачинского бассейна для топливно-энергетического баланса России и, особенно, для восточных ее районов. Рассмотрены теплотехнические свойства канско-ачинских бурых углей, опыт их сжигания в лабораторных условиях и энергетического использования в пылеугольных топках котельных агрегатов с жидким и твердым типами шлакоудаления и показана необходимость учета качества канско-ачинских углей при расчете и проектировании систем подготовки топлива, энергетических котлов и их топочных устройств.

Совершенствованию технологии производства и потребления энергии, вырабатываемой на канско-ачинских углях, уделяется значительное внимание в энергетической отрасли. Создание новых и повышение эффективности существующих технологических приемов термохимической переработки и сжигания канско-ачинских углей на тепловых электростанциях основано на всесторонней оценке их состава и свойств.

Для правильного определения степени термохимического превращения канско-ачинских углей в условиях работы топливоиспользующих систем необходимо учитывать, что процесс горения пылеуголыюй частицы представляет собой сложный комплекс различных параллельно-последовательных многостадийных физико-химических явлений. Большой вклад в развитие научных основ исследования процессов термохимического превращения твердого органического топлива внесли Б. В. Канторович, 3. Ф. Чуханов, И.А.Яворский, М. С. Орснбах, В.В.Померанцев, В. И. Бабий, Д. М. Хзмалян, С. В. Бухман, Г. С. Головина, А. С. Федосеев, Д. Б. Сполдинг, С. Торне, J1. Смут, Р. Есссенхай, М. Локвуд и др.

Технология энергетического использования углей предусматривает в качестве непременного условия оценку реакционной способности топлива. Одним из эффективных методов исследования механизма и кинетики процессов термохимической переработки твердого органического топлива является комплексный термический анализ, сочетающий в рамках единой установки термогравиметрический, дифференциально-термический и газохроматографический анализ. Все перечисленные методы нашли широкое применение в практике научных исследований, однако, простота и легкость получения экспериментальных данных методами термического анализа обратно пропорциональна усилиям, необходимым для выявления надежной и достоверной информации о свойствах изучаемого объекта. Эго обусловлено, в первую очередь, несовпадением условий экспериментальных исследований, проводимых разными авторами, вследствие различного конструктивного оформления установок, различий в тепловом и аэродинамическом режимах обработки образцов и ряда других факторов. Развитие техники эксперимента позволяет осуществить объединение различных методов в рамках единой установки, с одним исследуемым объектом. Такое объединение является основным направлением комплексного термического анализа. С точки зрения приближения эксперимента к реальным условиям и определения кинетических параметров по результатам исследования одного образца целесообразней использовать неизотермический подход, возможности которого в настоящее время задей-

ствованы не в полной мере. Среди работ посвященных неизотермическим методам исследования, следует отметить работы В. В. Болдырева, А. М. Курнакова, И. М. Глущенко, Г. О. Пилояна, Г. П. Алаева, Л. Г. Берга, У. Уэндланда, X. Юнтгена, Я. Шесггака, Д. Янга, Д. Доллимора, Т. Озавы, Л. Райха и др.

На основании обзора существующего оборудования для выполнения термического анализа различных веществ выявлены существенные недостатки и доказана их непригодность для исследования и оценки кинетических параметров различных процессов термохимического превращения твердого органического топлива. С одной стороны, это связано с наличием большого числа специфических свойств твердых горючих ископаемых, а с другой — отсутствием ориентации фирм-изготовителей на исследование конкретного вещества, и как следствие, наличием в промышленных приборах конструктивных или режимных ограничений и инструментальных недостатков. Все это предопределило необходимость совершенствования схемы и отдельных узлов установки комплексного термического анализа (разработанной профессором Г. П. Алаевым) для изучения и оценки реакционных свойств твердых органических топлив.

Сложность химического строения угля, многообразие и последовательно-параллельный характер протекания индивидуальных стадий, отвечающих за процесс термохимической обработки твердого органического топлива, значительный разброс и противоречивость экспериментальных значений кинетических параметров требует дальнейшего развития математического аппарата неизотермической кинетики, использования достижений современной вычислительной техники в практике работы установок термического анализа. При этом необходимо уточнять и совершенствовать методику и аппаратуру термического анализа, повышать ее точность, быстродействие, расширять функциональные возможности.

В заключение сформулированы основные задачи исследований, проводимых в диссертационной работе.

Во второй главе обоснована перспективность использования и выполнено совершенствование схемы, а также отдельных узлов установки комплексного термического анализа для определения реакционных характеристик различных этапов термохимического превращения канско-ачинских углей.

Усовершенствованная схема установки комплексного термического анализа твердого органического топлива для проведения экспериментальных исследований, показана на рис. 1. Установка выполнена на основе серийно выпускаемых приборов: дериватографа серии <3-1500 (системы РаиШс-РаиИк-Еп1еу) и хроматографического газоанализатора марки «Союз-3101». Совмещенная установка позволяет наряду с суммарными характеристиками процесса (убыль массы — ТГ, скорость изменения веса — ДТГ, тепловые эффекты — ДТА), используемыми для оценки реакционной способности твердого органического топлива, получать также и динамику выхода газообразных продуктов (СО, С02, Н2, СН4 и др.).

Помимо совершенствования схемы в целом, были рассмотрены и решены проблемы, характерные для проведения комплексного термического анализа твердых органических топлив, такие как «проскок» продуктов термической деструкции в блок аналитических весов и тепловая неэквивалентность в точках расположения спаев термопар вследствие наличия градиента температур, обусловленного несовершенством геометрии печи. При термическом разложении бурых углей в инертной среде образуется большое количество смол (до 30 % от общего состава летучих веществ), которые, попадая в блок аналитических весов, вызывают их загрязнение, а также засорение магистралей отвода газообразных продуктов сгорания, что сказывается на надежности и стабильности рабо-

ты установки в целом. Для решения этой задачи была использована система конденсации парообразных продуктов деструкции угля (смол), установленная ниже уровня посадки печи, основным элементом которой является охлаждаемая водой Т-образная спираль, навитая из медной трубки с внутренним диаметром 4 мм и имеющая следующие размеры: диаметр основания 50 мм, внутренний диаметр 8 мм, высота 45 мм.

12 17

Рис. 1. Принципиальная схема установки комплексного термического анализа твердого топлива. 1 — баллоны с газом; 2 — регуляторы расхода; 3 - реактор для удаления кислорода на линии подачи инертного газа; 4 — ротаметр; 5 - тигель с инертным образцом; б - тонкий регулятор расхода; 7 - кварцевые стаканы; 8 — печь; 9 - зонд для отвода газообразных продуктов реакции; 10 — тигель с исследуемым образцом; 11 - капал подвода газа в реакционное пространство; 12 - шестиходовой кран; 13 - катушка индуктивности с перемещающимся в ней мапштом; 14 - дифференциальный трансформатор для преобразования сигнала ТГ; 15 — аналитические весы; 1 б — перистальтический насос; 17 - штатив газовых пипеток; 18 - газометр с солевым раствором; 19 — кран дозатор; 20 — аскаритовый и ангидронный фильтры; 21 - хрома-тографический газоанализатор; 22 - цифровой контроллер; 23 - вычислительная машина

Несовершенство геометрии печи вызывает неравномерность нагрева навесок образца и эталонного вещества (до 100 °С), что приводит к искажению результатов ДТА-анализа. Для уменьшения тепловой неэквивалентности используется антиградиентный экран высотой 60 мм, изготовленный из нихромовой проволоки диаметром 1 мм, навитой вокруг кварцевых стаканов. Экран размещается симметрично по высоте относительно уровня расположения спаев термопар.

Установка реализована в виде аппаратно-программного комплекса, автоматизирующего процессы сбора, обработки и визуализации экспериментальных данных в масштабе реального времени. Сопряжение измерительных датчиков с ЭВМ выполняется по интерфейсу RS-232. Обработка аналоговых сигналов в цифровые осуществляется с помощью контроллера PCL-818L-A5 (Advantech). Драйверы и программное обеспечение написаны на языке С++ в среде программирования Borland С++ Builder.

В третьей главе выполняется экспериментально-расчетное обоснование условий проведения комплексного термического анализа твердого органического топлива — оптимальных размеров исследуемого образца, и, как следствие этого, величины навсс-

ки и ее фракционного состава, темпа нагрева материала, атмосферы (газовой среды) печи, расхода газа и т.д., с целью получения объективной информации о реакционной способности угля.

Проблема выбора оптимальных условий при проведении комплексного термического анализа угольного вещества обусловлена тем, что скорость процесса в целом всегда определяется наиболее медленными его стадиями. Так динамика процесса термической обработки пылевидного твердого топлива определяется скоростью собственно химической реакции и скоростью диффузии газообразных продуктов внутри материала (навески, образца). В зависимости от соотношения этих скоростей, данный процесс может протекать в кинетической, диффузионной или промежуточной области. Причем в диффузионной и, частично, в промежуточной областях кинетика процесса не имеет ничего общего с истинной кинетикой химических реакций. Кроме того, диффузия образующихся внутри образца продуктов при их замедленном удалении из зоны термообработки приводит к протеканию вторичных реакций взаимодействия газообразных продуктов с исходным веществом, а также реакций в газовой фазе, что сильно затрудняет расшифровку получаемых данных с дериватограмм. С этой целью в работе выполнены расчетные и экспериментальные исследования влияния теплообмена на поверхности образца, скорости нагрева и размера пылеугольных частиц на характер термогравиметрических кривых.

В результате исследования влияния теплообмена на поверхности образца на характер термогравиметрических кривых установлено, что если чувствительность термо-регистрирующего прибора составляет 0,0625 см/град, линейная скорость движения диаграммы — 0,01 см/с, минимальный угол наклона термической кривой / = /(т) к оси абсцисс, который еще можно различить, равен 1°, тогда fga = ртщК/У » 0,02. Отсюда минимально допустимая скорость нагрева Ршш составит 0,018 град/мин.

Исследования влияния скорости нагрева на результат термоаналитического эксперимента показали, что при изменении скорости нагрева выгорание твердого органического топлива может завершаться в период прогрева топлива, а время полного термохимического превращения складывается пропорционально из неизотермической и изотермической составляющих. Экспериментально подтверждено предположение о независимости значения температуры начала термохимической реакции от условий проведения термоаналитического эксперимента, и поэтому предложено считать данную характеристику одним из важнейших параметров реакционной способности твердых органических топлив, наряду с такими величинами, как энергия активации, предэкспонен-циальный множитель, порядок реакции, доля прореагировавшего вещества и т.д. Получено, что увеличение скорости нагрева с одной стороны повышает чувствительность анализа (иногда при высоких скоростях нагрева наблюдаются такие эффекты, которые не регистрируются при малых), но, с другой стороны, увеличение скорости нагрева сопровождается нежелательными явлениями - увеличением времени установления квазистационарного режима, что значительно затрудняет теоретическую обработку результатов, появлением возможности наложения термических эффектов. Кроме того, верхний предел скорости нагрева (рт„ = 20 град/мин) определяется инерционностью установки.

При исследовании влияния степени дисперсности угольного вещества на характер термических кривых получено, что с уменьшением степени дисперсности угля при постоянных скорости нагрева, величине навески и прочих равных условиях ширина и высота пика теплового эффекта увеличивается, а температура, соответствующая максимальной скорости реакции, сдвигается в область более высоких температур.

Полученные результаты доказывают комплексный характер влияния условий проведения (газовая среда, скорость нагрева, фракционный состав и т.д.) термического анализа твердого органического топлива на форму кинетических кривых и, как следствие, на результаты определения кинетических параметров," описывающих тот или иной процесс термохимической обработки угля. Для разработки объективного метода обоснования условий выполнения комплексного термического анализа угольного вещества, обеспечивающего получение кинетических характеристик для широкого класса термохимических реакций, был обоснован и применен критерий, отвечающий за прогноз области протекания термохимических реакций в зависимости от наиболее значимых режимных факторов, определяющих условия проведения комплексного термического анализа. В качестве такого критерия предлагается использовать отношение количества прореагировавшего вещества на единице поверхности в единицу времени («потока реакции») к диффузионному потоку через слой продукта

N (г0 -г„) с/а

9 г0г„(цр-[С0]) Л '

(1)

где ц — стехиометрический коэффициент; т0 - начальная масса исходного вещества, кг; Д. - коэффициент диффузии, м^с; г„ и г„ — соответственно начальный и текущий радиус частицы исходного вещества, м; р — плотность, кг/м3; [С„] - концентрация выделяющихся газообразных компонентов в окружающую угольную частицу среду, кг/м3; а = (тя0 -т)/т0 — доля прореагировавшего вещества; т - время, с; т — текущая масса исходного вещества, кг.

Если отношение Ы/д «1, то обеспечивается кинетический режим протекания термохимической реакции; при N/q »1 термохимическая реакция протекает в промежуточной области; при №/д» \ — в диффузионной области. Согласно уравнению (1), факторы, определяющие режимные условия проведения комплексного термического анализа пылевидного твердого топлива, подбираются таким образом, чтобы гарантировать протекание исследуемого процесса в строго кинетической области. На рис. 2 в качестве примера представлен расчетный трехмерный график изменения параметра N¡q от условий проведения термоаналитического эксперимента, построенный по уравнению (1) для процесса термического разложения с использованием обобщенных кинетических параметров соответствующих процессов термохимического превращения канско-ачинских углей.

Рис. 2. Зависимость критерия определения области протекания (Л^/^) процесса термического разложения твердого органического топлива от условий проведения термоаналитического эксперимента: г0 — исходный размер частиц; а — степень термохимического превращения

Аналогичные зависимости получены для процессов горения нелетучего (коксового) остатка и термоокислительной деструкции твердого органического топлива.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию условий проведения комплексного термического анализа угольного вещества позволяют рекомендовать следующие режимные параметры работы дериватографа. При термическом разложении топлива рекомендуется выбирать: среда - инертная (Не, Аг); масса угольной навески — 500 мг; скорость нагрева 5-20 град/мин, при сжигании нелетучих продуктов термического разложения и при исследовании термоокислителыюй деструкции исходного угля: среда - окислительная (воздух); масса угольной навески — 50 мг; скорость нагрева ~ 5—20 град/мин. Для исследуемых процессов имеется также ряд обобщенных настроек: инертный материал — А1203; тарельчатый тигель — платиновый; чувствительность записи (цК) Ю - 500, ОТА - 1000, £>ЗГС? — 500; расход газа-200 см3/мин; размер частиц угля - полифракция (с остатками на ситах Л^ = 45-50 %,

В четвертой главе представлена экспериментально-расчетная методика и результаты оценки реакционных характеристик основных этапов термохимического превращения канско-ачинских углей.

Для определения кинетических параметров процессов испарения влаги, выделения летучих веществ и горения коксовой основы усовершенствована методика оценки реакционной способности твердого органического топлива, базирующаяся на термоокислительной деструкции натурального угля и горении его коксового остатка. Полученные в результате такого комбинирования кинетические параметры смоловыдслеши и горения нелетучего остатка наиболее адекватно соответствуют процессам, протекающим в реальных энергетических топливоиспользующих устройствах. Методика определения кинетических характеристик методом комплексного термического анализа реализуется посредством выполнения следующих этапов: опыт в инертной среде (с газовым анализом летучих веществ), по результатам которого определяется общий выход и состав летучих веществ; опыт в окислительной среде, в котором осуществляется вы-горшше нелетучего (коксового) остатка, полученного в предыдущем опыте; опыт в окислительной среде (термоокислительная деструкция исходного угольного вещества), сопровождающийся одновременным смоловыделением, выходом газообразных продуктов и горением коксовой основы. Кинетика смоловыделения в инертной среде оценивается по разности скоростей суммарного выхода летучих веществ (ДТГ-кривая) и выхода газообразных продуктов (первый опыт, рис. 3).

К2т - 28-32 %, Ята < 1 %).

2

1.6

1,2

0,4

0,8 -

О

Рис. 3. Выход летучих веществ при нагреве ирша-бородинского угля в инертной среде (термическое разложение, <1а < 0,1 мм): 1 - обобщенная ДТГ-кривая; 2 - парогазовые компоненты; 3 - смоловыделе-ние

200

300

400

500 /,«>С 600

Учитывая одновременность протекания при термоокислительной деструкции двух процессов, суммарная скорость которых регистрируется в виде ДГГ-кривой, осуществляется выделение процесса выхода летучих веществ («синтетические» летучие) вычитанием из ДТГ-кривой термоокислительной деструкции скорости окисления коксового остатка. Скорость окисления коксового остатка определяется в эксперименте по второму варианту и накладывается на ДТГ-кривую термоокислительной деструкции при соответствующей корректировке температурных интервалов (рис. 4).

\У, мг/(гтмград ) Л1

л

// га

г- г \ -о

200

500 1 у "С 600

Рис. 4. Скорость выхода летучих веществ («синтетических» летучих) в окислительной атмосфере: 1 — ДТГ-кривая термоокислительной деструкции; 2 - ДТГ-кривая горения коксового остатка; 3 - ДТГ-кривая выхода летучих веществ в окислительной атмосфере («синтетические» летучие)

Полученная в первом опыте суммарная кривая скорости газовыделения совмещается с выделенным при термоокислительной деструкции периодом выхода летучих веществ путем пересчета ее по отношению скорости выделения летучих веществ в инертной и окислительной средах, принимая неизменным общее количество газового компонента.

При вычитании из дифференциальной кривой выделения летучих в окислительной среде («синтетических» летучих) соответствующей кривой газовыдеяения получаем дифференциальную кривую смоловыделения в окислительной среде («синтетические» смолы) (рис. 5). Кинетическая обработка полученной кривой смоловыделения осуществляется по уравнению первого порядка. 6 ■

мг/(ггмгра. X) Д

1 Г

УЛ },

200

400

500 /, °С 600

Рис. 5. Скорость смоловыделения при нагревании ирша-бородинского угля (</„< 0,1 мм) в окислительной и инертной атмосферах: 1 — ДТГ-кривая смоловыделения в окислительной атмосфере («синтетические» смолы); 2 — ДТГ-кривая смоловыделения в инертной среде

Исследование процесса выделения газовых компонентов летучих веществ при нагреве канско-ачинских углей показало, что он является многостадийным процессом и

описывается несколькими индивидуальными реакциями первого порядка. Для оценки кинетических параметров многостадийных процессов термической деструкции твердых органических топлив по данным комплексного термического анализа был разработан новый экспериментально-расчетный метод, реализация которого базируется на принципе последовательного поиска и обработки элементарных стадий с вычитанием кинетических кривых найденных стадий из исходного процесса.

Для математического описания многостадийного процесса термической деструкции выбрана следующая дифференциальная форма записи кинетического уравнения:

. ~ X X с«ц

ах ы ]т\

1--

,ехр

ЛГ(т).

(2)

где / = 1,..., л — количество учитываемых парогазовых компонентов; ] -1.....т - количество индивидуальных стадий, ответственных за выделение »'-го компонента; С0{/, С1; — соответственно, начальная и текущая концентрации прореагировавшего /-го компонента на ] -й стадии; Е0, кщ — соответственно, энергия активации (кДжАиоль) и пре-дэкспоненциапьный множитель (1/с), отвечающие за протекание реакции выхода /-го компонента на / -й стадии; Я — универсальная газовая постоянная, кДж/(моль-К); Г — температура процесса, К.

Уравнение (2) принято в качестве математической описания при следующих допущениях: потеря массы топливного образца непосредственно связана с процессом термодеструкции и мгновенным выходом газообразных продуктов разложения в каждый )'-ый момент времени; многостадийный процесс термической деструкции аддитивен, что позволяет проводить независимую обработку каждой отдельной стадии.

Учитывая принятые допущения можно провести независимый анализ произвольно взятой у-той стадии брутто-процесса. Кинетическое уравнение в этом случае запишется следующим образом:

5т

= СуЛ/(Ч)\, ехр

Е,

х)

(3)

Задача поиска на суммарной кинетической кривой С, (т) участка изолированной стадии решается с помощью корреляционного анализа экспериментальных точек в ко-

ординатах Аррениуса (

гДт)'

1п

Гас,(т)

1

). Искомые кинетические параметры

ет с; (т^

определяются через коэффициенты линейной регрессии. Расчетная зависимость степени превращения на /-той стадии определяется из следующего соотношения:

С,(т) = ехр

где с;

т

}-той стадии - 77" ; ^(т) =.|ехр

[(с;«)"' + *0,^у(т)]|,

(4)

значение доли прореагироввшего вещества при максимальной температуре

Л — шггегро-экспоненциальная

функция.

После вычитания полученных расчетных значений С] и дС]/дх из исходных кинетических кривых С] и дCJ|дI начинается процесс поиска и определения параметров следующей стадии.

Математическая модель независимых параллельных реакций положена в основу алгоритма обработки брутто-процесса, позволяющего определять всю совокупность элементарных стадий этого процесса и их кинетические параметры.

Обработку экспериментальных ТГ-кривых убыли массы навески нелетучего (коксового) остатка выполняли по уравнению:

(С0-С) ^

где к- константа скорости реакции горения коксовых частиц, м/ч; \¥ — скорость реагирования по коксу (скорость убыли массы коксовой навески, определяемая по ДТГ-кривой) в 1-тый момент времени (при /'-той температуре), мг/мин.

Экспериментально установлено влияние условий получения нелетучего остатка на скорость его выгорания. Сравните результатов исследований, на примере скоростей горения коксовых остатков ирша-бородинского угля, полученных в инертной, окислительной и окислительно-восстановительной атмосферах, представлены на рис. 6. Получено, что взаимодействие органической массы угля с окислителем в период коксования вызывает изменение реакционной способности кокса по сравнению с классическим случаем, когда коксование осуществляется в инертной среде. Смещение кривой (2) в область более низкой температуры относительно кривой (3) подтверждает правильность принятой ранее корректировки температурных интервалов при смещении ДТГ-кривых термоокислительной деструкции и горения кокса, полученного в инертной среде.

IV,

мг/(ггм град) 21

'Л

/ 1

1 {

/

--— -сС-»1 N ^— к

100

200

зоо

500

600 /. °с

Рис. 6. Скорость горения коксового остатка ирша-бородинского угля, полученного в инертной, окислительной и окислительно-восстановительной атмосферах (й? < 0,1 мм): 1 - одновременное горение кокса и выделение летучих в окислительных условиях; 2 — горение кокса, полученного в окислительно-восстановительных условиях; 3 — горение кокса, полученного в инертной среде

На основании экспериментально-расчетной методики для оценки кинетических характеристик многостадийных процессов, сопровождающих термохимическое превращение угля, был разработан аппаратно-программный комплекс «Термокинетика». На рис. 7 показан модуль обработки результатов термоаналитического эксперимента.

Найденные в соответствии с описанными выше методиками значения реакционных характеристик процессов сушки, выделения летучих веществ и горения коксового остатка среднестатистических проб канско-ачинских углей, а также данные о температурных диапазонах протекания процессов и температурах, соответствующих максимальным скоростям реакций, сведены в таблице.

Экспериментально полученные на основе комплексного термического анализа канско-ачинских углей кинетические параметры процессов сушки, смоловыделения, выхода индивидуальных газообразных компонентов и горения коксового остатка используются в дальнейшем для расчетной оценки протекания процессов термохимического превращения пылевидного топлива в условиях реальных технологических устройств при его подготовке и сжигании.

Рис. 7. Модуль кинетической обработки данных комплексного термического анализа твердого

органического

топлива

В пятой главе рассмотрены вопросы внедрения комплексного термического анализа в практику энергетического использования канско-ачинских углей.

Значимость данных о реакционной способности угля, получаемых с помощью комплексного термического анализа, существенно повышается при наличии возможности их переноса, с последующей оценкой и прогнозом процессов термохимического превращения, на условия реальных топливоиспользующих установок. С целью решения этой задачи были разработаны аналитические зависимости для экстраполяции результатов комплексного термического анализа твердого органического топлива на условия протекания реальных процессов энергетических устройств и агрегатов.

Экстраполяция данных комплексного термического анализа выполняется следующим образом: по значениям энергии активации Е, кДж/моль, и предэкспоненциального множителя к0, 1/с, характеризующих реакционную способность конкретной стадии термохимического превращения угольного вещества, и скорости нагрева р, град/с, первоначально по уравнению (6) определяется величина температуры, соответствующей максимальной скорости реакции - Т^, °С, а затем по уравнению (7) - величина Д Т, °С, которая в последствии используется для оценки длительности выделения летучих тя, с, по уравнению (8).

где R - универсальная газовая постоянная, кДж/(моль-град); Г„ - температура начала реакции, °С; 2&Т — ширина максимума дифференциальной кривой на половине его высоты (т. е. на Щ„„/2 ).

На рис. 8 приведена номограмма, позволяющая напрямую выполнять оценку длительности протекания процесса выхода летучих веществ при различных скоростях нагрева твердого органического топлива. Номограмма составлена применительно к следующим условиям: пределы изменяемых величин Е = 20-180 кДж/моль, lg(to/ß)=-l-10, Гт„= 50-1400 °С, ДТ= 50-750 °С; точность расчетов составляет 0,001 °С; реализован комбинированный метод, основанный на использовании сочетания методов бисекции, линейной и квадратичной интерполяции.

(6)

(7)

т, =2АГ/р

(8)

Таблица

Кинетические параметры термохимического превращения ханско-ачинских углей по данным комплексного термического анализа

Процесс Газовый компонент № стадии Ирша-Бо родинский Березовский Назаровский

Температурный диапазон, °С Температура максим, скорости, °С Энергия активации, Е, кДж-моль'1 Вероятностный фактор, k V Температурный диапазон, "С Температура максим, скорости, °С Энергия активаций, н, кДж-моль"' Вероятностный фактор, k„,V Температурный диапазон, °С Температура максим, скорости, °С Энергия активации, в, кДж-моль"1 Вероятностный фактор, k„,V

Испарение влаги (сушка) Ш I 20*160 120 18,3 5,22 20+160 120 14,4 4,01 г 0+160 120 16,2 4,66

Выход летучих веществ (термическое разложение) н2 1 570+900 705 87,6 1,0-10J 520+900 740 92,4 4,5-10J 580+900 740 126,5 1,3-10*

2 440+720 590 149,9 2,0-! О4 490+715, 640 142,3 4,9-10" 510+750 620 94,2 1,1-Ю5

3 355+570 505 115,7 2,1-Ю1 - 375+715 565 148,4 7,2-10"

СО 1 535+900 785 108,8 5,6' Ю' 590+890| 760 90,2 8,8-10J 485+875 715 83,1 8,9-103

2 525+720 660 184,6 6,l-l0s 490+720 655 140,9 4,5-10' 465+725 635 116,0 2,5-Ю1

3 350+605 400 67,2 6,6-10' 280+535 410 71,5 4,4-10" 210+515 395 56,1 U-IO'

4 1S0+360 260 41,3 2,5-102 180+340 250 43,2 3,5-10J -

со2 1 305+590 465 95,4 3,9-104 280+470 380 71,7 1,1-10" 450+700 590 79,4 1,6-Ю

2 250+415 345 76,5 5,2-10" - 410- -600 540 117,0 3,2-105

3 - i 300- -530 420 95,4 3,9-Ю-1

сн4 1 415+815 655 58,1 | 7,2-10^ 390+705I 600 106,9 1,4-105 580- -760 720 199,2 2,4-107

2 290+565 495 69,8 1 1,1-Ю3 285+465 365 92,3 5,2-103 430- -725 575 74,9 , 4,1-10'

3 - - 300- -620 535 102,2 1,2-10*

Смола 1 300+580 440 81,7 8,410" 280+780 500 75,9 2,5-10' 300- -640 480 78,4 2,8-10'

«Синтетическая» смола 1 220+440 300 209,0 5,8-Ю15 210+430 290 188,6 3,2-10" 220+450 310 196,3 U-10'5

Выгорание коксового остатка С 1 380+940 440 103,9 2,5-106 390+950 450 147,0 8,5-10s 440+980 520 132,8 2,8-10"

^ - для процесса выгорания коксового остатка вероятностный фактор к0 имеет размерность (мс"1)

Рис. 8. Зависимость длительности выделения различных газообразных компонентов летучих веществ от скорости нагрева

И

1,25

3,5

5,75

8 ^(*о/Р)

Из полученных данных по экстраполяции результатов термоаналитического исследования процесса термического разложения угля на условия высокоскоростного нагрева следует) что выделение метана и тяжелых углеводородов (смол) в окислительной среде завершается в период прогрева угольных частиц и не должно лимитировать длительность выгорания канско-ачинских углей. Выделение оксида углерода при высоких скоростях нагрева не успевает закончиться в период прогрева (выделяется 60-80 % от общего количества), что может создавать диффузионные осложнения горению коксового остатка. Получено, что процесс взаимодействия нелетучего (коксового) остатка с окислителем протекает как в период прогрева (при неизотермическом режиме), так и при постоянной установившейся температуре коксовой частицы (изотермические условия). Длительность выгорания кокса определяется суммой неизотермичсской и изотермической составляющих этого процесса. При скоростях нагрева р > 103 град/с доля кокса канско-ачинских углей, выгоревшего в период прогрева, составляет около 50 % и снижается при увеличении скорости нагрева. Изотермическая составляющая при этом соответственно увеличивается. Показало, что повышение эффективности использования канско-ачинских углей может быть обеспечено за счет организации их предварительной термохимической обработки перед сжиганием. При этом установлено, что дая осуществления процесса предварительной термообработки канско-ачинских углей может использоваться тепло, выделяющееся при сгорании парогазовых компонентов — продуктов термического разложения исходного топлива.

Для практической'реализации процесса предварительной термической обработки канско-ачинских углей на тепловых электростанциях на уровне изобретений разработаны и предложены технические решения по подготовке и сжиганию топлива в условиях действующих котельных агрегатов (рис. 9). Принципиальной особенностью данных технических решений является то, что процесс предварительной термической подготовки угля осуществляется высокотемпературными продуктами сгорания, получаемыми в результате сжигания не высокореакционного жидкого топлива (мазута), а части исходного твердого топлива, с одновременным выполнением комплексного термического анализа исходного угля и продуктов его термообработки с последующей расчетной корректировкой при помощи ЭВМ как самого режима термоподготовки, так и топочного режима работы котельного агрегата.

Рис.9. Функциональная схема и устройство для реализации способа регулирования режимов подготовки и сжигания пылевидного твердого топлива в котельном агрегате: 1 -камера сгорания; 2,3 — датчики параметрических данных; 4 — система обработки данных; 5 - устройство регулирования; 6 - прибор визуальной индикации текущей информации; 7,8,9,17,18- модули регулирования; 10,11,12- исполнительные органы, осуществляющие подачу соответственно основного топлива, воздуха и дополнительного топлива в виде термоугля; 13- линия подачи основного топлива; 14— линия подачи термоугля; 15, 16-приборы для определения технических и теплофизических характеристик, реакционной способности, а также состава и количества образующихся газообразных продуктов горения в условиях идентичных условиям камеры сгорания; 19 — устройство термоподготовки; 20 -бункер исходного топлива; 21,22 — модуль управления; 23 — муфель; 24,25 - сопла подачи соответственно основного топлива и воздуха, размещенные коаксиально одно в другом; 26- отборник термоугля из горелки; 27- сбросная горелка; 28— воздушное сопло; 29-газоход сброса газового балласта; 30— коллектор подвода основного топлива; 31 - газозаборное окно, совмещенное со сбросной горелкой; 32 - регулирующий шибер; 33 - газозаборная шахта; 34 - датчик разрежения; 35 - дополнительный газоход; 36 - регулировочный шибер; 37 - модуль регулирования разрежения в газоходе отвода газового балласта и температуры в надмуфельном пространстве

Для определения оптимальных режимов предварительной термообработки кан-еко-ачинских углей выполнено расчетное обоснование требований к организации процессов их подготовки и сжигания с учетом исходного качества на основе данных комплексного термического анализа и режимов работы котельной установки. Расчет выполняется по уравнению (9), связывающему между собой основные режимные параметры работы устройства для предварительной термической обработки пылеуголышх частиц и минимальную концентрацию летучих веществ, выделяющихся при термическом разложении топлива в устройстве термоподготовки, которая обеспечивает устойчивое воспламенение и выгорание пылеуголыюго факела

<9>

где Ууо1 ~ плотность газообразных продуктов термического разложения угля, кг/м3; уг - плотность органической части пылеуголыюй частицы, кг/м3; Vе'"' - выход летучих веществ на горючую массу топлива, в долях; С'™" — граница воспламенения горючего газа, кг/м3; х — время термического разложения, с; г0 — радиус частицы, м; — коэффициент диффузии летучих веществ, см2/с. Значения величин уУо,, У^, т и £>иы для расчета по уравнению (9) определены по результатам экстраполяции данных комплексного термического анализа пылевидного топлива (уравнения 6-8) на условия функционирования устройства для предварительной термообработки.

Результаты цикла аналитических исследований обобщены и представлены в виде номограммы (см. рис. 10), построенной по известным характеристикам (реакционная способность) исходного топлива и позволяющей по размеру частиц определить оптимальные значения температуры и времени процесса термической обработки канско-ачинских углей перед сжиганием в топочной камере парового котла. В свою очередь, найденные режимные параметры работы устройства термообработки угля позволяют выполнить его повс-

Рис. 10. Зависимость времени термической обработки ( тт, с) ир-ша-бородинского угля по условию устойчивости воспламенения пылеуголыюго факела от размера частиц (г0, мкм) и температуры обработки (Гтп, °С): 1 - 400; 2 - 600; 3 -800; 4-1000; 5-1200.

Установлено, что наиболее оптимальный режим предварительной термообработки полифракции канско-ачинских углей, с точки зрения эффективности сжигания продуктов термоподготовки, составляет Тт = 800-850 °С при времени обработки т„ = 0,8-1,2 с.

Так как термическая обработка угля осуществляется высокотемпературными продуктами сгорания части исходного топлива, то, в связи с принципиальной новизной данной технологии, возникает задача определения количества топлива, необходимого

рочный (тепловой) и конструкторский расчеты.

для сжигания и получения высокотемпературных продуктов сгорания. Для выполнения инженерных расчетов устройства термической обработки угля, работа которого основана на использовании вышеописанного принципа, была разработана методика теплового расчета системы подготовки топлива, которая базируется на равенстве приходных и расходных статей ее энергетического баланса. При этом учитывается, что устройство для термообработки входит в состав индивидуальной системы пылеприготовления котельного агрегата с прямым вдуванием и пылеконцентратором. Практическим результатом разработки методики является расчетная зависимость (рис. 11) для определения доли угольной пыли, которую необходимо сжигать в устройстве термообработки для получения высокотемпературных газов, обеспечивающих необходимую температуру подогрева основной части угольной пыли в зависимости от режима работы пылекон-центратора.

Рис. 11. Зависимость доли угольной пыли (iv, кг/кг), необходимой для получения высокотемпературных газообразных продуктов и организации процесса термообработки оставшегося топлива в зависимости от температуры процесса термоподготовки (С, °С) и доли угольной пыли, поступающей в основной отвод пылеконцентратора (g^): 1 — 0,9;

300 500 700 900 '™'°с 1Юо 2 - 0,8; 3 - 0,7; 4- 0,6

Из рис. 11 видно, что для поддержания рабочего режима работы устройства предварительной термической обработки угольной пыли на уровне температур С - 800-850 °С, необходимо затрачивать 8-12 % исходной угольной пыли (iv) на получение высокотемпературных газообразных продуктов и реализацию процесса термоподготовки в зависимости от режима работы пылеконцентратора gWH = 0,6-0,9.

Расчетами экономической эффективности практического применения предложенных в работе способов, режимов и устройств для предварительной термической обработки канско-ачинских углей перед использованием в технологическом цикле подготовки и сжигания твердого органического топлива на тепловой электростанции показано, что годовой экономический эффект от внедрения таких устройств применительно к котельным агрегатам средней мощности с паропроизводительностью от 320 до 500 т/ч за счет снижения затрат на жидкое топливо (мазут) составляет 5,38 млн. руб. (12,5 тыс. т.у.т.), при сроке окупаемости в 1,1 года, что подтверждает их высокую инвестиционную привлекательность.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Усовершенствованы схема и установка комплексного термического анализа твердых органических топлив, а также разработан метод обоснования экспериментальных условий выполнения комплексного термического анализа для оценки кинетических характеристик процессов, ответственных за термохимическое превращение угольного вещества, что позволило повысить информативность, надежность и точность результатов экспериментальных исследований.

2. Усовершенствована методика оценки реакционной способности угля по данным его комплексного термического анализа при нагревании в инертной и окислительных средах, что обеспечивает получение реакционных характеристик многостадийных кинетических процессов, адекватных протекающим в реальных топливо-использующих установках.

3. Получены экспериментальные значения кинетических параметров, характеризующих особенности протекания процессов испарения влаги, выхода летучих веществ с раздельной оценкой кинетики смоловыделения и выхода индивидуальных газообразных компонентов, горения нелетучего (коксового) остатка при термохимическом превращении канско-ачинских углей.

4. Разработаны аналитические зависимости для экстраполяции данных комплексного термического анализа на условия реальных процессов подготовки и сжигания угля на тепловой электростанции, позволяющие определять теплофизические характеристики твердых и газообразных продуктов термохимического превращения. Получено, что при высоких скоростях нагрева выделение оксида углерода и водорода может лимитировать длительность выгорания канско-ачинских углей (выделяется 60-80 % от общего количества) и создавать диффузионные осложнения горению коксового остатка.

5. Предложены технические решения, направленные на реализацию процесса предварительной термической обработки топлива перед сжиганием, и рекомендации по организации режимов их работы для повышения эффективности энергетического использования канско-ачинских углей. Установлено, что оптимальный режим предварительной термообработки полифракции канско-ачинских углей, с точки зрения эффективности сжигания продуктов термоподготовки, составляет Тт = 800-850 "С при времени обработки tTn = 0,8-1,2 с.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Шишмарев, П. В. Полупромышленные исследования технологии подавления NOx при энергетическом использовании канско-ачинских углей / Е. Л. Бойко, Д. Г. Дидичин, П. В. Шишмарев // Сб. докл. Ill-го Российского национального симпозиума по энергетике. Казань. 2001. с. 134—141.

2. Шишмарев, П. В. Кинетика термохимических превращений компонентов минеральной части Канско-Ачинских углей / Е. А. Бойко, II. В. Шишмарев, Д. Г. Дидичин, Е. М. Жадовец // Сб.: III научно- практической конференции «Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов». Челябинск. Т. 1. 2001. с. 116-124.

3. Шишмарев, П. В. Совершенствование способов энергетического использования Канско-Ачинских углей на основе технологии CFD-моделирования / Е. А. Бойко, П. Ю. Гребеньков, П. В. Шишмарев, Д. Г. Дидичин // International congress on FEM-Technology and 19th all-European CAD-FEM user' meeting. Germany. Berlin-Potsdam. 2001. p. 89-95.

4. Шишмарев, П. В. Совершенствование схемы комплексного термического анализа твердых топлив для оценки экологических показателей ТЭС / Е. А. Бойко, М. Ю. Угай, Д. Г. Дидичин, П. В. Шишмарев, Ж. Л. Евтихов // Сб. статей по материалам 2-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии и развития городов». Красноярск. Т.1. 2001. с. 314-319.

5. Шишмарев, П. В. К вопросу о тепломассообмене при комплексном термическом анализе твердого органического топлива / Е. А. Бойко, П. В. Шишмарев, Д. Г. Дидичин Н Материалы XXII Всероссийской школы по проблемам науки и техно-

логий. Екатеринбург. 2002. с. 46—48.

6. Свидетельство РФ №20022611755. Оценка кинетических параметров скоростей реакций термохимического превращения твердых органичесхих топлив (термокинетика) / Д. Г. Дидичин, Е. А. Бойко, П. В. Шишмарев // Регистр. 11.10.2002.

7. Шишмарев, П. В. Тепломассообмен при деструкции твердого органического топлива в условиях комплексного термического анализа / Е. А. Бойко, П. В. Шишмарев, Д. Г. Дадичин // Труды XXII Российской школы «Наука и технология». М.: РАН. 2002. с. 55-61.

8. Шишмарев, П. В. Комплексный термический анализ процессов термолиза и горения нелетучих продуктов канско-ачинских углей разной степени окисленности / Е. А. Бойко, Д. Г. Дидичин, П. В. Шишмарев // Журнал прикладной химии. Т. 76. Вып. 4. 2003. с. 605-610.

9. Патент РФ № 2212586, кл. 7F23N 5/00. Способ и устройство регулирования режима горения паропроизводителыюй установки / Е. А. Бойко, Д. Г. Дидичин, П. В. Шишмарев // Бюлл. №26. опубл. 20.09.2003

10. Шишмарев, П. В. Кинетика изменения химического состава минеральной части канско-ачинских углей в условиях комплексного термического анализа / Е. А. Бойко, П. В. Шишмарев, Д. Г. Дидичин, Е. М. Жадовец // Химия твердого топлива. №4.2003. с. 70-78.

11. Шишмарев, П. В. Обоснование условий проведения комплексного термического анализа твердого органического топлива / П.В. Шишмарев II Сб.: девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. М.: Издательство МЭИ. Т. 3. 2003. с. 112-113.

12. Шишмарев, П. В. Кинетика термохимических превращений углей Канско-Ачинского бассейна / Е. А. Бойко, Д. Г. Дидичин, П. В. Шишмарев // Химия твердого топлива. №3. 2004. с. 3-12.

13. Шишмарев, П. В. Совершенствование и внедрение комплексного термического анализа в практику энергетического использования Канско-Ачинских углей / П. В. Шишмарев, Е. А. Бойко // Материалы международной научно-технической конференции «XII Бенардосовские чтения». Иваново. 2005. Т. I.e. 152-154.

14. Патент РФ № 2252364, кл. 7F23N 5/00. Способ и устройство регулирования режима горения паропроизводителыюй установки / Е.А. Бойко, Д. Г. Дидичин, П. В. Шишмарев, С. В. Пачковский, Е. М. Жадовец // Бюлл. №14. опубл. 20.05.2005.

15. Шишмарев, П. В. Сравнительный анализ процессов термохимического превращения углей Канско-Ачинского бассейна / Бойко Е. А., Шишмарев П. В. // Материалы VI Всероссийской конференции «Горение твердого топлива». Новосибирск. ИТ СО РАН. 2006. с. 57-64.

16. Патент РФ №2277674, кл. F23K 1/00. Котельный агрегат / Е.А. Бойко, П. В. Шишмарев, С. В. Пачковский // Бюлл. №16. опубл. 10.06.2006.

Шишмарев Павел Викторович Совершенствование и внедрение комплексного термического анализа в практику энергетического использования канско-ачинских углей. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Подписано в печать ^ЛО. 2006 г. Заказ № 5471 Формат 60*90/16. Усл. неч. л. 1. Тираж 100 экз. Типография Красноярского государственного технического университета

Введение

1. Опыт проектирования и эксплуатации энергетического оборудования для подготовки и сжигания канско-ачинских углей

1.1. Теплотехнические характеристики бурых углей Канско-Ачинского месторождения

1.2. Опыт сжигания канско-ачинских углей в лабораторных условиях

1.3. Опыт энергетического использования канско-ачинских углей

1.3.1. Опыт подготовки и сжигания канско-ачинских углей в топках с твердым шлакоудалением

1.3.2. Опыт подготовки и сжигания канско-ачинских углей в топках с жидким шлакоудалением

1.4. Учет качества канско-ачинских углей при расчете и проектировании систем подготовки топлива, энергетических котлов и их топочных устройств

1.5. Выводы

1.6. Постановка задач исследования

2. Инструментальное оформление комплексного термического анализа твердого топлива

2.1. Характеристика экспериментальных методов термического анализа

2.2. Промышленные приборы для термического анализа

2.3. Аппаратурная реализация экспериментальной установки для комплексного термического анализа твердых органических топлив

2.4. Выводы

3. Теоретическое и экспериментальное обоснование условий проведения комплексного термического анализа канско-ачинских углей в пылевидном состоянии

3.1. Влияние теплообмена на поверхности экспериментального образца

3.2. Исследование влияния скорости нагрева на результат термоаналитического эксперимента (на примере канско-ачинских углей)

3.3. Исследование влияния степени дисперсности канско-ачинских углей на характер термических кривых

3.4. Обоснование условий проведения комплексного термического анализа канско-ачинских углей

3.5. Выводы

4. Методика и результаты определения реакционных характеристик основных этапов термохимического превращения канско-ачинских углей

4.1. Методика и результаты определения кинетических параметров процесса испарения влаги канско-ачинских углей

4.2. Кинетика термической деструкции твердых топлив 94 4.2.1. Качественная оценка совместного протекания процессов выделения летучих веществ и выгорания коксового остатка твердого топлива в условиях медленного нагрева (термоокислительная деструкция)

4.2.2. Первичная обработка экспериментальных данных комплексного термического анализа канско-ачинских углей

4.2.3. Определение кинетических характеристик выделения летучих веществ канско-ачинских углей в условиях лабораторного эксперимента (комплексный термический анализ)

4.2.3.1. Кинетика индивидуальных реакций выделения газообразных горючих веществ и расчетный прогноз их протекания в условиях высокоскоростного нагрева

4.2.3.2. Экспериментально-расчетный метод оценки кинетики многостадийных процессов термической деструкции твердых топлив

4.3. Методика и результаты оценки кинетических параметров выгорания нелетучих остатков канско-ачинских углей

4.4. Разработка алгоритмического и программного обеспечения для обработки результатов комплексного термического анализа твердых органических топлив

4.5. Выводы 148 5. Внедрение комплексного термического анализа в практику энергетического использования канско-ачинских углей

5.1. Экстраполяция результатов лабораторного эксперимента по определению кинетических параметров углей применительно к условиям высокоскоростного нагрева

5.1.1. Методика и расчетный прогноз протекания процессов испарения влаги и выделения летучих веществ канско-ачинских углей в условиях энерготехнологических процессов и агрегатов

5.1.2. Экстраполяция результатов лабораторного эксперимента по определению кинетики выгорания коксового остатка канско-ачинских углей на условия топочной камеры

5.2. Практическое использование комплексного термического анализа для выбора рациональных способов, устройств и режимов подготовки и сжигания канско-ачинских углей 166 5.2.1 Обоснование требований к организации процесса подготовки и сжигания твердого органического топлива с учетом его исходного качества

5.2.2. Разработка технических решений по совершенствованию способов и устройств подготовки и сжигания пылевидного твердого органического топлива

5.2.3. Методика и результаты теплового расчета устройства для предварительной термической обработки пылевидного твердого органического топлива

5.2.4. Оценка экономической эффективности практического использования предложенных технических решений

5.3. Выводы 189 Научные выводы и рекомендации 191 Список использованных источников

Согласно «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ № 1234-р от 28.08.2003 г., канско-ачинские угли служат крупнейшей сырьевой базой для энергетики, поэтому проблема повышения эффективности их использования и экономного расходования является актуальной. Увеличение потребления и добычи энергетических углей на ближайшую перспективу будет определяться, прежде всего, наращиванием добычи угля в Канско-Ачинском бассейне, располагающем наиболее благоприятными условиями для обеспечения страны высококачественным и экономичным угольным топливом. Объём добычи бурых углей будет определяться темпами развития Канско-Ачинского бассейна и при любом варианте добыча канско-ачинских углей составит 50-55 млн. т в 2010 году и 80-115 млн. т в 2020 году. В 2005-2020 годах для обеспечения роста добычи по умеренному варианту развития потребуется ввести около 130 млн. т новых мощностей, из них на долю Канско-Ачинского бассейна приходится около 40 млн. т. при потребности в 70 млн. т.

Однако длительный опыт использования канско-ачинских углей на тепловых электростанциях показал, что традиционные способы их подготовки и сжигания не в состоянии удовлетворить современным требованиям обеспечения эффективности, надежности и экологической безопасности работы котельных агрегатов. Эта проблема еще более усугубляется при использовании непроектных углей или углей ухудшенного качества.

Существующие проблемы энергетического использования канско-ачинских углей в значительной степени можно решить, если перед сжиганием угольную пыль подвергнуть термической обработке. Хорошая воспламеняемость продуктов термообработки, их высокая калорийность и реакционная способность открывают широкие возможности для использования на тепловых электростанциях процесса предварительной термоподготовки угля перед сжиганием. Эффективность применения процесса предварительной термической обработки топлива во многом зависит от правильного выбора режима термообработки и способа его реализации.

Наиболее эффективным средством решения указанных задач является использование методов комплексного термического анализа и математического моделирования, однако сложность исследуемых процессов требует их дальнейшего совершенствования. Одной из важнейших задач развития вышеуказанного подхода является необходимость учета реакционной способности угольного вещества на основе установления корректной взаимосвязи различных этапов и процессов его термохимического превращения. Рассматривая реакционную способность адекватной полному времени выгорания топлива, можно констатировать, что при пылевидном сжигании эта характеристика определяется набором последовательно-параллельных процессов, в частности: скоростью испарения влаги, скоростью выделения и горения летучих веществ, и горения нелетучего остатка. При этом схема выгорания угольного вещества на определенных этапах усложняется протеканием таких процессов, как хемосорбция кислорода, газификация нелетучего остатка диоксидом углерода (С02) и водяными парами (НгО), превращением химических компонентов минеральной части топлива.

Методическая трудность, связанная с определением скоростей различных этапов термохимического превращения твердого топлива в широком диапазоне режимных условий (среда, температура, скорость нагрева и т.д.), присущих условиям реальных технологических процессов переработки кан-ско-ачинских углей, сопряжена с наложением нескольких процессов и невозможностью их раздельной оценки. Принципиальным выходом из сложившейся ситуации может являться экспериментальное определение реакционных характеристик различных этапов и стадий, составляющих процесс горения частиц пылевидного топлива, на основе использования установки и методических приемов комплексного термического анализа при непрерывной регистрации в неизотермических условиях.

Цель данной работы - разработка способов и устройств для повышения эффективности энергетического использования канско-ачинских углей на основе совершенствования и внедрения комплексного метода определения реакционной способности твердых органических топлив.

Задачи исследования, решаемые в настоящей работе:

1. Анализ современного состояния проблемы адекватного определения реакционной способности энергетических углей.

2. Совершенствование схемы и установки комплексного термического анализа твердого органического топлива для исследования и оценки кинетики процессов их термохимического превращения.

3. Исследование влияния различных факторов на характер термоаналитических кривых и выбор экспериментальных условий выполнения комплексного термического анализа угольного вещества.

4. Совершенствование методики определения кинетических характеристик различных процессов термохимического превращения канско-ачинских углей, в частности, процессов испарения влаги, выхода летучих веществ с раздельной оценкой кинетики смоловыделения и выхода индивидуальных газообразных компонентов, а также кинетики выгорания коксового остатка.

5. Обоснование рекомендаций по практическому использованию результатов комплексного термического анализа для выбора рациональных способов и режимов подготовки и сжигания канско-ачинских углей в пылевидном состоянии.

В настоящей работе объектом исследования является комплекс процессов термохимического превращения канско-ачинских углей Ирша-Бородинского, Березовского и Назаровского месторождений.

Комплексный термический анализ твердого топлива объединяет в рамках единой установки 0-дериватограф и хроматографический газоанализатор "Союз-3101", что позволяет наряду с суммарными характеристиками процесса нагрева навески угля (убыль массы, скорость убыли массы, изменение температуры, тепловые эффекты) получать также и динамику выделения газообразных продуктов (СО, С02, Н2, СН4 и др.) в неизотермических условиях. Одним из важных вопросов при проведении термоаналитических экспериментов является выбор оптимальных условий: размеров исследуемого образца (массы навески и ее фракционного состава), а также темпа нагрева, атмосферы (газовой среды) печи, расхода газа и т.д. Это связано с многообразием протекающих при термической обработке пылевидного твердого топлива процессов и с возможным смещением реакции горения в промежуточную и, тем более, диффузионную область протекания, кинетика процесса в которых не имеет ничего общего с истинной кинетикой химических реакций. Кроме того, параметры режима работы (З-дериватографа подбираются таким образом, чтобы обеспечить возможность выделения определенных локальных областей термообработки исследуемого материала. При проведении исследований режимные параметры работы дериватографа при термическом разложении топлива соответствовали следующим значениям: среда - инертная (Не); масса угольной навески - 500 мг; скорость нагрева - 10 град-мин"1, при сжигании нелетучих продуктов термолиза и термоокислительной деструкции: среда - окислительная (воздух); масса угольной навески - 50 мг; скорость нагрева - 10 град-мин"1. Для исследуемых процессов имеется также ряд обобщенных настроек: инертный материал -Л120}; тигель - платиновый; чувствительность записи (цУ) TG- 500, DTA - 1000, DTG- 500; расход газа - 200 см3-мин"1; размер частиц угля - полифракция (R90 = 45-50%, R200 = 2832%, Д1000 < 1%).

Предложенная в работе методика определения кинетических характеристик процессов сушки, выделения летучих веществ и выгорания нелетучего остатка твердого органического топлива предусматривает выполнение комплексного термического анализа в трех вариантах с последующей обработкой результатов эксперимента на ЭВМ по специально разработанной вычислительной программе: а) опыт в инертной среде (с газовым анализом летучих веществ), по результатам которого определяется общий выход влаги, выход и состав летучих веществ. Разница между ДТГ-кривой выделения летучих веществ и суммарной дифференциальной кривой газовыделения представляет собой кривую скорости смоловыделения, которая подвергается кинетической обработке по первому порядку. Дифференциальные кривые выделения отдельных газовых компонентов подвергаются разложению на ряд индивидуальных реакций, кинетические параметры которых вычисляются по уравнению первого порядка; б) опыт в окислительной среде, в котором осуществляется выгорание нелетучего (коксового) остатка, полученного в предыдущем опыте, с кинетической оценкой этого процесса также по уравнению первого порядка; в) опыт в окислительной среде (термоокислительная деструкция исходного угольного вещества), сопровождающийся одновременным смоловыделением, выходом газообразных продуктов и горением коксового остатка. Кинетика смоловыделения в окислительной среде оценивается по разности скоростей термоокислительной деструкции (ДТГ-кривая) и горения коксового остатка (опыт «б») и выхода газообразных продуктов (опыт «а»).

Разработанные аналитические зависимости для экстраполяции (посредством решения системы нелинейных уравнений на ЭВМ) результатов комплексного термического анализа твердого органического топлива на условия протекания реальных энерготехнологических процессов и работы агрегатов позволили выполнить оценку температурных интервалов, температуры, соответствующей максимальной скорости реакции, и длительности процессов термохимического превращения твердого органического топлива в реакционном пространстве любой огнетехнической установки и выполнить расчетное обоснование требований к организации процессов подготовки и сжигания канско-ачинских углей с учетом их исходного качества и режимов работы котельной установки. Установлена взаимосвязь таких режимных параметров работы устройства для предварительной термической обработки угля как размер пылеугольных частиц (г0), температура (Тт) и время (тта) обработки с качеством исходного топлива исходя из условия обеспечения устойчивого воспламенения и выгорания продуктов термохимического превращения угля в условиях топочной камеры котельного агрегата. Результаты цикла аналитических исследований обобщены и доведены до уровня инженерной методики (в виде номограммы).

На уровне изобретений разработаны и предложены технические решения по подготовке и сжиганию канско-ачинских углей в условиях существующих котельных агрегатов тепловых электростанций. Предлагаемые технические решения направлены на совершенствование способов и устройств для предварительной термической обработки пылевидного твердого органического топлива с последующим сжиганием продуктов термообработки в топочной камере энергетического котельного агрегата. Принципиальной особенностью данных технических решений является то, что процесс предварительной термической обработки угля осуществляется высокотемпературными продуктами сгорания, получаемыми в результате сжигания не высокореакционного жидкого топлива (мазута), а части исходного твердого топлива с одновременным выполнением комплексного термического анализа исходного угля и продуктов его термообработки с последующей расчетной корректировкой при помощи ЭВМ как самого режима термоподготовки, так и топочного режима работы котельного агрегата. Для практической реализации предложенных технических решений разработана инженерная методика выполнения их теплового расчета с целью определения количества топлива, необходимого для сжигания и получения высокотемпературных продуктов сгорания.

Инвестиционная привлекательность практического использования разработанных технических решений подкрепляется оценкой экономической эффективности внедрения способов, режимов и устройств для предварительной термической обработки канско-ачинских углей в технологическом цикле подготовки и сжигания твердого органического топлива на тепловой электростанции.

Научная новизна работы:

1. Разработан метод обоснования условий и режимных параметров работы установки комплексного термического анализа твердого органического топлива, обеспечивающий адекватную оценку кинетических характеристик процессов, ответственных за термохимическое превращение угольного вещества при выполнении лабораторного эксперимента.

2. Усовершенствована методика оценки реакционной способности угля при нагревании в окислительных условиях; получен банк данных по кинетическим константам процессов испарения влаги, выхода летучих веществ и горения нелетучего (коксового) остатка канско-ачинских углей.

3. Получены аналитические зависимости для экстраполяции результатов комплексного термического анализа применительно к реальным условиям энерготехнологических устройств подготовки и сжигания твердого органического топлива на основе обобщения математического аппарата неизотермической кинетики.

4. Разработаны критерии оценки и способы расчетного обоснования требований к организации процессов и режимов подготовки, а также сжигания твердого органического топлива с учетом его реакционной способности.

5. Разработана инженерная методика расчета устройств предварительной термической обработки угля, осуществляемой высокотемпературными продуктами сгорания части исходного топлива, позволяющая определять количество топлива, необходимого для сжигания и получения высокотемпературных продуктов сгорания в зависимости от различных режимных параметров процесса.

Практическая значимость.

1. Выполнено совершенствование схемы и отдельных узлов установки комплексного термического анализа твердых органических топлив с учетом специфических свойств различных процессов термохимического превращения угольного вещества для повышения информативности, надежности и точности результатов экспериментального моделирования. Установка реализована в виде аппаратно-программного комплекса, автоматизирующего процессы сбора, обработки и визуализации экспериментальных данных в масштабе реального времени.

2. Разработаны практические рекомендации для выбора экспериментальных условий, обеспечивающих кинетический режим проведения комплексного термического анализа твердых горючих ископаемых в пылевидном состоянии с целью определения их реакционной способности.

3. Разработано специализированное алгоритмическое и программное обеспечение, реализующее методику оценки кинетических параметров многостадийных процессов термохимического превращения твердых органических топлив, которое рекомендуется использовать для обработки результатов комплексного термического анализа.

4. На основе данных комплексного термического анализа выявлены особенности возникновения тепловых потерь с химическим и механическим недожогом при энергетическом использовании канско-ачинских углей и предложена система обоснованных требований к организации процессов их подготовки и сжигания с учетом исходного качества, а также режимов работы котельных установок.

5. Разработаны технические решения и практические рекомендации по повышению эффективности энергетического использования канско-ачинских углей, основанные на реализации процесса предварительной термической обработки топлива перед сжиганием.

На защиту выносятся:

1. Метод обоснования экспериментальных условий выполнения комплексного термического анализа твердого органического топлива для оценки кинетических характеристик процессов, ответственных за термохимическое превращение угольного вещества.

2. Методика оценки реакционной способности угля по данным его комплексного термического анализа при нагревании в инертной и окислительных средах.

3. Результаты определения кинетических параметров, характеризующих процессы испарения влаги, выхода летучих веществ с раздельной оценкой кинетики смоловыделения и выхода индивидуальных газообразных компонентов, горения нелетучего (коксового) остатка канско-ачинских углей.

4. Аналитические зависимости для экстраполяции данных комплексного термического анализа на условия протекания реальных процессов подготовки и сжигания твердого органического топлива, позволившие выявить особенности возникновения тепловых потерь с химическим и механическим недожогом при энергетическом использовании канско-ачинских углей.

5. Технические решения, направленные на реализацию процесса предварительной термической обработки топлива перед сжиганием, и рекомендации по организации режимов их работы для повышения эффективности энергетического использования канско-ачинских углей.

НАУЧНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Длительный опыт использования канско-ачинских углей на тепловых электростанциях показал, что традиционные способы их подготовки и сжигания не в состоянии удовлетворить современным требованиям обеспечения эффективности, надежности и экологической чистоты работы котельных агрегатов. Эта проблема еще более усугубляется при использовании непроектных углей или углей ухудшенного качества. Согласно «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ № 1234-р от 28.08.2003 г., канско-ачинские угли служат крупнейшей сырьевой базой для энергетики, поэтому проблема повышения эффективности их использования и экономного расходования является актуальной.

Наиболее эффективным средством решения указанных задач является использование методов комплексного термического анализа и математического моделирования, однако сложность исследуемых процессов требует их дальнейшего совершенствования. Одной из важнейших задач развития вышеуказанного подхода является необходимость учета реакционной способности угольного вещества на основе установления корректной взаимосвязи различных этапов и процессов его термохимического превращения. Рассматривая реакционную способность адекватной полному времени выгорания топлива, можно констатировать, что при пылевидном сжигании эта характеристика определяется набором последовательно-параллельных процессов, в частности: скоростью испарения влаги, скоростью выделения и горения летучих веществ, и горения нелетучего остатка. При этом схема выгорания угольного вещества на определенных этапах усложняется протеканием таких процессов, как хемосорбция кислорода, газификация нелетучего остатка диоксидом углерода (С02) и водяными парами (Н20), превращением химических компонентов минеральной части топлива.

Методическая трудность, связанная с определением скоростей различных этапов термохимического превращения твердого топлива в широком диапазоне режимных условий (среда, температура, скорость нагрева и т.д.), присущих условиям реальных технологических процессов переработки канско-ачинских углей, сопряжена с наложением нескольких процессов и невозможностью их раздельной оценки. Принципиальным выходом из сложившейся ситуации может являться экспериментальное определение реакционных характеристик различных этапов и стадий, составляющих процесс горения частиц пылевидного топлива, на основе использования установки и методических приемов комплексного термического анализа при непрерывной регистрации в неизотермических условиях. В настоящей работе такие исследования выполнены на примере канско-ачинских углей Ирша-Бородинского, Березовского и Назаровского месторождений.

Необходимость четкого контроля качества топлива, сжигаемого на тепловых электростанциях, перспективность использования для этой цели методов комплексного термического анализа, результаты обработки экспериментальных и расчетных исследований позволяют сформулировать научные выводы и рекомендации:

1. Показана перспективность использования комплексного термического анализа, объединяющего в рамках единой экспериментальной установки дифференциальный, гравиметрический и газохроматографический анализы для определения реакционных характеристик различных стадий термохимического превращения канско-ачинских углей с учетом параллельно-последовательного характера их протекания в условиях реальных систем подготовки и сжигания энергетических установок. Выполнено совершенствование схемы и отдельных узлов установки комплексного термического анализа твердых органических топлив, состоящей из серийно выпускаемых приборов: дериватографа серии СМ 500 (системы РаиПк-РаиНк-Егс1еу) и хроматографи-ческого газоанализатора марки "Союз-3101", с реализацией в виде аппаратно-программного комплекса, автоматизирующего процессы сбора, обработки и визуализации экспериментальных данных в масштабе реального времени.

2. Экспериментально-расчетным способом показана необходимость решения задачи, возникающей при проведении комплексного термического анализа - выбора оптимальных размеров исследуемого образца, и, как следствие этого, величины навески и ее фракционного состава, а также условий проведения эксперимента (темп нагрева материала, атмосфера (газовая среда) печи, расход газа и т.д.) с целью получения объективной информации о реакционной способности твердого органического топлива.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению условий проведения комплексного термического анализа угольного вещества позволяют рекомендовать следующие режимные параметры работы дериватографа. При термическом разложении топлива рекомендуется выбирать: среда - инертная (Не, Аг); масса угольной навески - 500 мг; скорость нагрева 5-20 град/мин, при сжигании нелетучих продуктов термического разложения и термоокислительной деструкции исходного угля: среда - окислительная (воздух); масса угольной навески - 50 мг; скорость нагрева - 5-20 град/мин. Для исследуемых процессов имеется также ряд обобщенных настроек: инертный материал - А1203; тарельчатый тигель - платиновый; чувствительность записи (цГ) Тв - 500, ЭТА - 1000, ИТв - 500; расход газа - 200 см3/мин; размер частиц угля - полифракция (с остатками на ситах Д,0= 45-50 %, Д200 = 28-32 %, Д1000 < 1 %.

3. Впервые предложена методика и выполнена оценка содержания разных форм влаги канско-ачинского угля. Получено, что содержание химически связанной влаги, не определяемой по ГОСТ, и, следовательно, не учитывавмой при проведении технологических расчетов, достигает 6% и более. Определены кинетические параметры испарения влаги канско-ачинских углей. Среднестатистическая энергия связи гигроскопической влаги всех проб составила 12,8 кДж/моль, к0 = 2,3 с*1, а энергия активации химически связанной влаги повышается с увеличением степени окисленности угля с 18,7 кДж/моль

2 1 2 1 (¿„=1,5-10 с ) у сажистых до 28,3 кДж/моль (&0=3,5'10 с") у рядовых.

4. Впервые предложена методика определения реакционной способности канско-ачинских углей методом комплексного термического анализа для процессов смоловыделения и горения коксового остатка в термоокислительном варианте: а) опыт в инертной среде (с газовым анализом летучих веществ), по результатам которого определяется общий выход и состав летучих веществ. Разница между ДТГ-кривой выделения летучих веществ и суммарной дифференциальной кривой газовыделения представляет собой кривую скорости смоловыделения, которая подвергается кинетической обработке по первому порядку. Дифференциальные кривые выделения отдельных газовых компонентов подвергаются разложению на ряд индивидуальных реакций, кинетические параметры которых вычисляются по уравнению первого порядка, с выполнением расчетов на ЭВМ по специально разработанной программе; б) опыт в окислительной среде, в котором осуществляется выгорание нелетучего (коксового) остатка, полученного в предыдущем опыте, с кинетической оценкой этого процесса также по уравнению первого порядка; в) опыт в окислительной среде (термоокислительная деструкция исходного угольного вещества), сопровождающийся одновременным смоловыделением, выходом газообразных продуктов и горением коксового остатка. Кинетика смоловыделения в окислительной среде оценивается по разности скоростей термоокислительной деструкции (ДТГ-кривая) и горения коксового остатка (опыт «б») и выхода газообразных продуктов (опыт «а»).

Для аналитической фракции канско-ачинского угля среднестатистические значения кинетических констант составляют: смоловыделение Е= 209,9 кДж/моль, к0 = 5,8-1015 с"1; горение коксового остатка Е = 103,5 кДж/моль, к0 =2,0-Ю3 м/ч.

Выявлено влияние крупности угольных частиц на значение кинетических параметров процессов смоловыделения и горения коксовых остатков. Влияние размера частиц на Е и к0 процесса смоловыделения начинает ощутимо сказываться на частицах более 200 мкм и определяется диффузионными осложнениями. С увеличением размера пылеугольных частиц, значения кинетических констант процесса смоловыделения снижаются и составляют Е = 50,0-85,5 кДж/моль, к0 = 4,0-102—3,2-105 мин*1. Обратная зависимость Е и к0 от размера частиц наблюдается для коксовых остатков - Е = 105135 кДж/моль, к0 = 2,7'104-4,8'1014 м/ч.

5. Разработаны аналитические зависимости для экстраполяции результатов комплексного термического анализа твердого органического топлива применительно к условиям работы реальных энерготехнологических процессов и агрегатов. Посредством решения системы нелинейных уравнений на ЭВМ рассчитана и построена номограмма для определения длительности выделения летучих веществ при различных скоростях нагрева угольных частиц, в том числе присущих реальным условиям подготовки и сжигания в топливо-использующих устройствах. Прикладное значение номограммы заключается в возможности оценки температурных интервалов, температуры, соответствующей максимальной скорости реакции, и длительности термического разложения твердого топлива в реакционном пространстве любой огнетехниче-ской установки.

Из полученных данных по экстраполяции результатов термоаналитического исследования процесса термического разложения угля на условия высокоскоростного нагрева видно, что выделение метана и тяжелых углеводородов (смол) в окислительной среде завершается в период прогрева угольных частиц, поступающих в топочную камеру, и не должно лимитировать длительность выгорания канско-ачинских углей. Выделение оксида углерода при высоких скоростях нагрева не успевает закончиться в период прогрева (выделяется 60-80 % от общего количества), что может создавать диффузионные осложнения горению коксового остатка.

Получено, что процесс взаимодействия нелетучего (коксового) остатка с окислителем протекает как в период прогрева (при неизотермическом режиме), так и при постоянной установившейся температуре коксовой частицы (изотермические условия). Длительность выгорания кокса будет определяться суммой неизотермической и изотермической составляющих этого процесса. При скоростях нагрева р > 103 град/с доля кокса канско-ачинских углей, выгоревшего в период прогрева, составляет около 50 % и снижается при увеличении скорости нагревания. Изотермическая составляющая при этом соответственно увеличивается.

6. На основе данных комплексного термического анализа выполнено расчетное обоснование требований к организации процессов подготовки и сжигания канско-ачинских углей с учетом их исходного качества и режимов работы котельной установки. Установлена взаимосвязь между такими режимными параметрами работы устройства для предварительной термической обработки угля как размер пылеугольных частиц (г0), температура (Гто) и время (ттп) обработки и качеством исходного топлива исходя из условия обеспечения устойчивого воспламенения и выгорания продуктов термохимического превращения угля в условиях топочной камеры котельного агрегата. Результаты цикла аналитических исследований обобщены и представлены в виде номограммы. Полученная номограмма позволяет по известным характеристикам исходного топлива (реакционная способность и размер частиц) определять оптимальные значения температуры и времени процесса термической обработки ирша-бородинского угля перед сжиганием в топочной камере парового котла. В свою очередь, найденные режимные параметры работы устройства для термообработки угля, позволяют выполнить поверочный (тепловой) и конструкторский расчеты пылеподогревателя. Установлено, что наиболее оптимальный режим предварительной термообработки полифракции канско-ачинских углей, с точки зрения эффективности сжигания продуктов термоподготовки, составляет Гтп = 800-850 °С при времени обработки ттп = 0,8-1,2 с.

7. На уровне изобретений разработаны и предложены технические решения, направленные на реализацию процесса предварительной термической обработки топлива перед сжиганием, и рекомендации по организации режимов их работы для повышения эффективности энергетического использования канско-ачинских углей. Принципиальной особенностью данных технических решений является то, что процесс предварительной термической обработки угля осуществляется высокотемпературными продуктами сгорания, получаемыми в результате сжигания не высокореакционного жидкого топлива (мазута), а сжигания части исходного твердого топлива с одновременным выполнением комплексного термического анализа исходного угля и продуктов его термообработки с последующей расчетной корректировкой на ЭВМ как самого режима термоподготовки, так и топочного режима работы котельного агрегата.

Разработана инженерная методика расчета устройств предварительной термической обработки угля, осуществляемой высокотемпературными продуктами сгорания части исходного топлива, и определено количество топлива, необходимого для сжигания и получения высокотемпературных продуктов сгорания. Получено, что для поддержания рабочего режима работы устройства для предварительной термической обработки угольной пыли Канско-Ачинского месторождения на уровне температур /"„ = 800-850 °С необходимо затрачивать 8-12 % исходной угольной пыли на получение высокотемпературных газообразных продуктов и реализацию процесса термоподготовки в зависимости от режима работы пылеконцентратора при изменении доли угольной пыли, поступающей в основной его отвод, £осн = 0,6-0,9.

8. Выполнен расчет экономической эффективности практического применения способов, режимов и устройств для предварительной термической обработки канско-ачинских углей перед использованием в технологическом цикле подготовки и сжигания твердого органического топлива на тепловой электростанции. Показано, что годовой экономический эффект от внедрения таких устройств применительно к котельным агрегатам средней мощности с паропроизводительностью от 320 до 500 т/ч за счет снижения затрат на жидкое топливо (мазут) составляет 5,38 млн. руб. (12,5 тыс. т.у.т.), при сроке окупаемости в 1,1 года.

1. Пронин, М. С. Освоение технологии сжигания канско-ачинских углей в камерных топках и перспективы ее дальнейшего применения / М. С. Пронин, В. Г. Мещеряков, С. Г. Козлов и др. //Теплоэнергетика. 1996. №9. С. 7-12.

2. Гаврилин, К. В. Канско-Ачинский угольный бассейн: Монография / К. В. Гаврилин, А. Ю. Озерский. Под ред. В. Ф. Череповского // М.: Недра, 1996. 272 с.

3. Гаврилин, К. В. Угли КАТЭКа как сырье для различных направлений переработки / К. В. Гаврилин //Химия твердого топлива. 1989. №1. С. 310.

4. Бурцев, М. П. Канско-Ачиснкий угольный бассейн. Геологическое строение и угленосность / М. П. Бурцев // М.: Изд. АН СССР, 1961. 139 с.

5. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т. 8. // Л.: Недра, 1964. 790 с.

6. Алексеев, В. П. Условия формирования и критерии прогноза мощных угольных пластов Канско-Ачнского бассейна. Т. 1 / В. П. Алексеев // Л.: ВСЕГЕИ, 1980. 179 с.

7. Кокунов, В. А. К вопросу о вещественном составе и генезисе углей Канско-Ачинского бассейна / В. А. Кокунов // Томск: Известия ТПИ. 1965. Т. 1.С. 15-21.

8. Бруер, Г. Г. Исследование ирша-бородинского угля, поставляемые на тепловые электростанции / Г. Г. Бруер, М. Я. Процайло, А. А. Малютина и др. //Теплоэнергетика. 1980. №8. С. 14-17.

9. Новицкий, Н. В. Исследования влияния химического состава золы твердых топлив / Н. В. Новицкий, Н. В. Карагодина, М. И. Мартынова // Химия твердого топлива. 1975. №3. С. 70-74.

10. Барышев, В. И. Зависимость температурных характеристик от химического состава золы твердых топлив / В. И. Барышев // Химия твердого топлива. 1979. №5. С. 81-85.

11. Ковалев, А. П. Парогенераторы / А. П. Ковалев, Н. С. Лелеев, Т. В. Виленский // М.: Энергоатомиздат. 1985. 376 с.

12. Финкер, Ф. 3. Модернизация котлов Рязанской ГРЭС на низкоэмиссионное вихревое сжигание канско-ачинских углей (ВИР-технология) /

13. Ф. 3. Финкер, В. М. Кацман, В. В. Морозов и др. // Энергетик. 2003. №2. С. 14-20.

14. Виленский, Т. В. Динамика горения пылевидного топлива: (исследования на электронных вычислительных машинах) / Т. В. Виленский, Д. М. Хзмалян. М.: Энергия, 1978. 248 с.

15. Бойко, Е. А. Комплексный термический анализ твердых органических топлив: Монография / Е. А. Бойко // Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 383 с.

16. Иванова, И. П. Изучение механизма выгорания угольной частицы / И. П. Иванова, В. И. Бабий // Теплоэнергетика. 1966. № 4. С. 54-59.

17. Отс, А. А. Принципы проектирования и реконструкции котлов, сжигающих канско-ачинские угли / А. А. Отс, А. А. Пайст, X. И. Талермо // Таллинн: Труды Таллиннского политехнического института. 1985. №599. С. 3-10.

18. Безденежных, A.A. Закономерности распределения минеральных примесей по фракциям пыли канско-ачинских углей / А. А. Безденежных // Сб.: Вопросы сжигания канско-ачинских углей в мощных парогенераторах. Красноярск: КрПИ, 1971. С. 51-56.

19. Безденежных, A.A. Формирование шлака и уноса в вертикальной циклонной топке при сжигании канско-ачинских углей / А. А. Безденежных // Сб.: Вопросы сжигания канско-ачинских углей в мощных парогенераторах. Красноярск: КрПИ, 1971. С. 57-64.

20. Котлер, В. Р. Развитие технологий факельного и вихревого сжигания твердого топлива / В. Р. Котлер // Теплоэнергетика. 1998. №1. С. 67-72.

21. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). Изд. 3-е, перераб. и дополнен. СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. 257 с.

22. Пронин, М. С. Разработка и экспериментальная проверка новой технологии и оборудования экологически чистой ТЭС на канско-ачинских углях / М. С. Пронин, М. Я. Процайло, В. М. Иванников и др. // Теплоэнергетика. 1995. №2. С. 56-61.

23. Левит, Г. Т. Совершенствование организации топочного процесса / Г. Т. Левит // Теплоэнергетика. 2005. №2. С. 43^18.

24. Маршак, Ю. Л. Основные вопросы сжигания углей Канско-Ачинского бассейна на тепловых электростанциях / Ю. Л. Маршак, М. Я. Процайло, В. М. Иванников, О. А. Кучерявый // Электрические станции. 1981. №1. С. 18-24.

25. Мещеряков, В. Г. Структура факела в тангенциальной топочной камере котла БКЗ-500-140 при сжигании березовского и ирша-бородинского углей / В. Г. Мещеряков, В. Н. Верзаков, Ю. Л. Маршак и др. // Теплоэнергетика. 1989. №8. С. 13-18.

26. Козлов, С. Г. Исследование работы котла БКЗ-500-140-1 с пониженными избытками воздуха при сжигании ирша-бородинского угля / С. Г. Козлов, В. В. Васильев, С. Ю. Белов, Е. Г. Алфимов // Энергетик. 1996. №7. С. 5-7.

27. Втюрин, Ю. Н. Технико-экономические проблемы использования углей Канско-Ачинского бассейна на ТЭС в европейской части России / Ю. Н. Втюрин, П. Я. Кузнецов // Теплоэнергетика. 1997. №2. С. 32-38.

28. Тумановский, А. Г. Повышение экономичности тепловых электростанций на буром угле / А. Г. Тумановский, С. Ю. Белов // Теплоэнергетика. 1996. №2. С. 74-77.

29. Лобов, Г. В. Основные пути подавления токсичных окислов азота в перспективных парогенераторах при сжигании канско-ачинских углей /

30. B. Г. Лобов, В. С. Котлер, С. И. Сучков и др. // Сб.: Вопросы сжигания канско-ачинских углей в мощных парогенераторах. Красноярск: КрПИ. 1978.1. C. 77-80.

31. Котлер, В. Р. Проблемы выброса оксидов азота на угольных электростанциях США / В. Р. Котлер // Теплоэнергетика. 1998. №3. С. 5-10.

32. Васильев, В. В. Результаты испытаний котла П-67 при нагрузках свыше 700 МВт / В. В. Васильев, В. В. Белый, С. В. Порозов и др. // Электрические станции. 2003. №7. С. 8-12.

33. Майстренко, А. Ю. Оценка условий стабильного горения высокозольного АШ в факельных котлоагрегатах с жидким шлакоудалением / А. Ю. Майстренко, Н. В. Чернявский, А. Н. Дудник и др. // Энергетика и электрификация. 1995. №1. С. 25-32.

34. Едемский, О. Н. Результаты исследований сжигания бородинских углей в широком диапазоне изменения зольности в топке котлов БКЗ-420-140 с жидким шлакоудалением / О. Н. Едемский, М. С. Пронин, В. С. Матвиенко // Электрические станции. 1988. №1. С. 27-34.

35. Пронин, М. С. О надежности жидкого шлакоудаления при сжигании углей Канско-Ачинского бассейна / М. С. Пронин, М. Я. Процайло, Ю. JI. Маршак // Теплоэнергетика. 1982. №3. С. 58-59.

36. Мадоян, А. А. Исследование динамической составляющей потери теплоты с механическим недожогом на котлах с жидким шлакоудалением / А. А. Мадоян, В. Н. Балтян, А. Н. Гречаный // Теплоэнергетика. 1987. №3. С. 74-78.

37. Янко, П. И. О возможности перевода пылеугольных котлов на жидкое шлакоудаление / П. И. Янко, И. С. Мысак // Энергетика и электрификация. 1998. №2-3. С. 15-21.

38. Васильев, В. В. Очистка топочных экранов котла П-67 / В. В. Васильев, П. 10. Гребеньков, М. Н. Майданик и др. // Электрические станции. 2002. №4. С. 85-88.

39. Бойко, Е. А. Особенности термического разложения канско-ачинских углей разной степени окисленности / Е. А. Бойко, В. А. Дубровский // Журнал прикладной химии. 1992. Т. 65. № 10. С. 1654-1659.

40. Ткаченко, А. С. Теплотехнические и физико-химические характеристики полукоксов энергетических углей: Автореф. дис. . канд. техн. наук /А. С. Ткаченко. Иваново, 1984. 22 с.

41. Святец, И. Е. Бурые угли как технологическое сырье / И. Е. Свя-тец, А. А. Агроскин. М.: Недра, 1976. 127 с.

42. Родцатис, К. Ф. О качестве твердого топлива для тепловых электростанций / К. Ф. Роддатис, В. С. Вдовченко // Электрические станции. 1989. № 12. С. 18-23.

43. Шатиль, А. А. Топочные процессы и устройства (исследования и расчет) / А. А. Шатиль. СПб.: АООТ "НПО ЦКТИ", 1997. 183 с.

44. Проектирование топок с жидким шлакоудалением (руководящие указания и дополнения к нормативному методу теплового расчета котельных агрегатов) / Под ред. Ю. JI. Маршака, В. В. Митора. М.: ВТИ, 1983. 102 с.

45. Проектирование топок с твердым шлакоудалением (руководящие указания и дополнения к нормативному методу теплового расчета котельных агрегатов) / Под ред. В. В. Митора, 10. JI. Маршака. JL: ЦКТИ, 1981. 118 с.

46. Хзмалян, Д. М. Теория горения и топочные устройства / Д. М. Хзмалян, Я. А. Каган. М.: Энергия, 1976. 488 с.

47. Померанцев, В. В. Основы практической теории горения / В. В. Померанцев, К. М. Арефьев, Д. Б. Ахмедов и др. JL: Энергоатомиздат, 1986. 312 с.

48. Сполдинг, Д. Б. Основы теории горения / Д. Б. Сполдинг. M.-JL: Госэнергоиздат, 1959. 318 с.

49. Канторович, Б. В. Основы теории горения и газификации твердого топлива / Б. В. Канторович. М.: Изд. АН СССР, 1958. 378 с.

50. Хитрин, Jl. Н. Физика горения и взрыва / Л. Н. Хитрин. М.: Изд. МГУ, 1957. 442 с.

51. Кнорре, Г. Ф. Теория топочных процессов / Г. Ф. Кнорре, К. М. Арефьев, А. Г. Блох, и др. М.-Л.: Энергия, 1966. 492 с.

52. Бабий, В. И. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела / В. И. Бабий, Ю. Ф. Куваев. М.: Энергоатомиздат, 1986. 209 с.

53. Кацнельсон, Б. Д. О воспламенении и горении угольной пыли / Б. Д. Кацнельсон, И. Я. Мароне // Теплоэнергетика. 1961. № 1. С. 30-33.

54. Бухман, С. В. Исследование зажигания и горения угольной пыли: Автореф. дис. докт. техн. наук / С. В. Бухман. Таллинн, 1970. 48 с.

55. Струнников, М. Ф. Выход летучих веществ из твердого топлива. О скорости выхода летучих из твердого топлива / М. Ф. Струнников. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1948. 315 с.

56. Третьяков, В. М. Процессы выделения летучих при нагревании угольной пыли во взвешенном состоянии / В. М. Третьяков // Известия ВТИ. 1948. Вып. 6. С. 44-51.

57. Howard, J. Pyrolysis of coal particles in pulverized fuel flames / J. Howard, R. Essenhight // Industrial and Engineering Chemistry. 1987. Vol. 31. № 1.Р. 963-970.

58. Алаев, Г. П. Комплексный термический анализ твердого топлива / Г. П. Алаев. Л.: ЛТИЦБП, 1984. 90 с.

59. Финаев, Ю. А. Закономерности, наблюдаемые в процессах горения натурального твердого топлива / Ю. А. Финаев, Б. В. Канторович // Сб. науч. тр.: Тепло- и массоперенос. Минск: Наука и техника, 1966, Т. 4, С. 142— 155.

60. Shibeoka, М. Fuel, Characterization of coal and lignites by thermo-magneto-gravimetric analysis / M. Shibeoka // Fuel. 1969. Vol. 337. P. 257-266.

61. Juntgen, H. Coal characterization in relation to coal combustion / H. Juntgen // Erdol und Kohle-Erdgas-Petrochem. 1987. 40. № 4. P. 153-165.

62. Злотин, Г. H. Методика расчета термохимических характеристик сгорания углеводородных топлив / Г. Н. Злотин, С. Н. Шумский, М. В. Дуль-гер // Изв. Вузов. Энергетика. 1988. № 8. с. 46-54.

63. Warne, S. Roximate analysis of coal, oil shale, low quality fossil fuels and related materials by thermogravimetry / S. St. J. Warne // TrAC: Trends Anal. Chem. 1991. №6. P. 195-199.

64. Агроскин, А. А. Применение термического анализа для изучения теплофизических свойств твердого топлива / А. А. Агроскин, Е. Н. Гончаров // Тез. докл. VII Всесоюз. конф. «Термический анализ». Рига. 1979. С. 37-39.

65. Mclntoch, М. J. Drying of particles brown coal / M. J. Mclntoch // Fuel. 1976. №4. P. 483-491.

66. Пузырев, Е. М. Исследование процессов сушки и выхода летучих из угольных частиц в топке с кипящим слоем / Е. М. Пузырев, А. М. Сидоров // Теплоэнергетика. 1988. № 3. С. 21-28.

67. Бушманов, Ю. Д. Исследование процесса сушки канско-ачинского бурого угля / Ю. Д. Бушманов, J1. П. Сигналова, К. А. Галуткина, А. Ф. Ту-болкин // В Сб. науч. тр.: Очистка пром. выбросов и утилизация отходов. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1985. С. 76-80.

68. Болдырев, В. В. Методы изучения кинетики термического разложения твердых веществ / В. В. Болдырев. Томск. Книжное издательство, 1958. 74 с.

69. Braun, R. Pyrolysis kinetics for lacustrine and marine rocks by programmed micropyrolysis / R. Braun, A.K. Burnham, J.G. Reynolds, J.E. Clarkson // Energy and Fuel. S. 1991. № 1. P. 194-204.

70. Huttinger, K. J. Mechanismus und kinetik der Vergasung von Kohlenstoff und Kohlen / K. J. Huttinger// Chem. Zeitung. 1988. № 5. P. 149-161.

71. Алаев, Г. П. Методика расчета длительности выделения летучих при сжигании твердого топлива / Г. П. Алаев, В. П. Окулич-Казарин // Проблемы энергосбережения, 1990. Вып. № 5. С. 56-59.

72. Быков, В. И. Моделирование критических явлений в химической кинетике / В. И. Быков. Отв. ред. А. И. Вольперт. М.: Наука, 1988.262 с.

73. Пилоян, Г. О. Введение в теорию термического анализа / Г. О. Пи-лоян. М.: Наука, 1964.231 с.

74. Глущенко, И. М. Термический анализ твердых топлив / И. М. Глущенко. М.: Металлургия, 1968. 192 с.

75. Юнгерс, Ж. Кинетические методы исследования химических процессов / Ж. Юнгерс, Л. Сажюс: Пер. с фр. Л.: Химия, 1972.422 с.

76. Уэндланд, У. Термические методы анализа / У. Уэндланд. М.: Мир, 1978. 526 с.

77. Шестак, Я. Теория термического анализа / Я. Шестак. М.: Мир, 1987.456 с.

78. Иванова, В. А. Термический анализ минералов и горных пород / В. А. Иванова, Б. К. Касатов, Т. Н. Красавина и др. Л.: Недра, 1974. 398 с.

79. Берг, Л. Г. Практическое руководство по термографии / Л. Г. Берг, Н. П. Бурмистрова, М. И. Озерова, Г. Г. Цуринов. Казань: Изд-во Казанского университета, 1976. 375 с.

80. Павлова, С. А. Термический анализ органических и высокомолекулярных соединений / С. А. Павлова, И. В. Журавлева, Ю. И. Толчинский. М.: Химия, 1983. 120 с.

81. Федосеев, А. С. Кинетическая модель реакции углерода с кислородом / А. С. Федосеев // Химия твердого топлива. 1990. № 2. С. 111-114.

82. Алаев, Г. П. Определение кинетических характеристик горения твердого топлива / Г. П. Алаев. Л.: ЛТИЦБП, 1983. 38 с.

83. Levchik, S. V. Analysis and development of effrctive invariant kinetic parameters finding method based on the non-isothermal data / S. V. Levchik, G. F. Levchik, A. I. Lesnikovich // Thermochim. Acta. 1985. V. 92. № 1. P. 157160.

84. Lesnicovich, A. I. A method of finding invariant values of kinetic parameters / A. I. Lesnicovich, S. V. Levchik // J. Thermal Anal. 1983. V. 27. № 1. P. 94-98.

85. Брин, Э. Ф. Обратная задача химической кинетики при установлении механизма ингибированного высокотемпературного окисления полиэтилена / Э. Ф. Брин, О. Н. Карпухин, В. М. Гольденберг // Хим. физика. 1986. Т. 5. №7. С. 938-947.

86. Rieckmann, Th. Thermal Decomposition of Hexanitrostilbene at Low Temperatures // Th. Rieckmann, S. Volker, R. Schirra, L. Lichtblau // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2001. V. 58. № 3. p. 569-588

87. Панченков, Г. M. Химическая кинетика и катализ / Г. М. Панчен-ков, В.П. Лебедев. 3-е изд. М.: Химия, 1985. 455 с.

88. Uribe, М. I. Kinetic analysis for liquid-phase reactions from programmed temperature data. Sequential discrimination of potential kinetic models / M. I. Uribe, A. R. Salvador, A. I. Guilias // Thermochim. Acta. 1995. V. 94. № 2. P. 333-343.

89. Sestak, J. Study of the kinetic of the mechanism of solid-state reactions at increasing temperatures / J. Sestak, G. Berggren // Thermochim. Acta. 1981. V. 3. № 1. P. 1-12.

90. Kissinger, H. E. Variation of peak temperature with heating rate in differential thermal analysis / H. E. Kissinger // J. Res. Nat. Bur. Stand. 1966. V. 57. №4. P. 217-221.

91. Шмид, P. Неформальная кинетика / P. Шмид, В. H. Сапунов. М: Мир, 1985.317 с.

92. Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1968.472 с.

93. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. М.: Наука, 1952. 567 с.

94. Gorbachev, V. М. Some aspects of Sestak's generalized kinetic equation in thermal analysis / V. M. Gorbachev // J. Thermal Anal. 1980. V. 18. № 1. P. 193-197.

95. Blumental, G. Approximation heterogenkinetischer Modellfiinktionen durh die Avrami-Erofeev-Funktion / G. Blumental // Z. Chem. 1992. Bd. 22. № 2. P. 49-51.

96. Берг, Jl. Г. Введение в термографию / JI. Г. Берг. М.: АН СССР, 1961.368 с.

97. Bar-Gadda, R. A new technique of analysis the investigation of kinetic data using the differential scanning calorimeter / R. Bar-Gadda // Thermochim. Acta. 1979. V. 34. № 1. P. 161-163.

98. Франк-Каменецкий, Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д. А. Франк-Каменецкий. М.: Наука, 1987. 492 с.

99. Piloyan, G. О. Determination of activation energies of chemical reactions by differential thermal analysis / G. O. Piloyan, I. D. Ryabchicov, O. S. No-vikova//Nature. 1976. V. 212. № 5067. P. 1229-1231.

100. Colmenero, J. The possibility of determining the Avrami-Erofeev index non-isothermal measurements / J. Colmenero, J. Barandiaran, J. Criado // Thermochim. Acta. 1991. V. 55. № 3. P. 367-371.

101. Куманин, К. Г. О влиянии некоторых экспериментальных факторов на геометрические элементы кривой нагревания / К. Г. Куманин, Н. С. Калнен // Журнал физической химии. 1936. № 7. С. 405^412.

102. Criado, J. М. Errors in determination of activation egergies of solidstate reactions by the Piloyan method, as a function of reaction mechanism / J. M. Criado, A. J. Ortega // J. Thermal Anal. 1987. V. 29. № 5. P. 1075-1082.

103. Чуханов, 3. Ф. Разделение процессов прогрева и полукоксования топливных частиц / 3. Ф. Чуханов. М.: ДАН СССР, 1950. Т. 72. № 4. С. 17-26.

104. Popescu, С. Variation of the maximum rate of conversion and temperature with heating rate in non-isothermal kinetics / C. Popescu, E. Segal // Thermochim. Acta. 1983. V. 63. № 3. P. 381-383.

105. Torfs, J.C. Determination of Arrhenius kinetic constants by differential scanning calorimetry / J.C. Torfs, L. Deij, AJ. Dorreppal, J.C. Heijens // Anal. Chem. 1994. V. 29. № 5. P. 2863-2867.

106. Augis, J. A. Calculation of the Avrami parameters for heterogeneous solid state reactions using a modification of the Kissinger method / J. A. Augis, J. E. Bennett // J. Thermal Anal. 1988. V. 13. № 2. P. 283-292.

107. Топор, H. Д. Дифференциально-термический анализ и термовесовой анализ минералов / Н. Д. Топор. М.: Недра, 1964. 285 с.

108. Berlin, A. An amplifier for DTA / A. Berlin, R. J. Robinson // J. Anal. Chem. Acta. 1962. № 27. P. 50-62.

109. Khanna, Y. P. Kinetic analysis of the thermal- and thermooxidative degradation / Y. P. Khanna, E.M. Pearce // J. Thermal Anal. 1983. V. 26. № 1. P. 107-116.

110. Бойко, E. А. Совершенствование схемы комплексного термического анализа твердых органических топлив / Е. А.Бойко, Д. Г. Дидичин, М. Ю. Угай и др. // Сб. науч. тр.: Проблемы экологии и развития городов. Т. 1. Красноярск: 2001. С. 314-319.

111. Эммануэль, H. M. Курс химической кинетики / H. M. Эмануэль, Д. Г. Кнорре. 4-е изд. М.: Высшая школа, 1974. 480 с.

112. Захаров, В. Ю. О диффузионно-кинетической оценке областей протекания процессов в минеральной части твердого топлива / В. Ю. Захаров, Ю. А. Рундыгин // Изв. Вузов. Энергетика. 1980. № 10. С. 45^19.

113. Бойко, Е. А. Исследование процесса испарения влаги канско-ачинских углей при их термообработке / Е. А. Бойко // Журнал прикладной химии. 1998. Т. 71. № 10. С. 1736-1742.

114. Куликов, С. М. Исследование качества и свойств выскоокислен-ных канско-ачинских углей после термообработки при их энергетическом использовании: Автореф. дис. . канд. техн. наук / С. М. Куликов. Таллинн. 1991.20 с.

115. Effenberger, D. Untersuchungen zum Trocknungsvorgang von Braunkohle in Dampferzeuger-Rostfeurung / D. Effenberger // Energietechnik. 1991. №2. P. 43^17.

116. Ramin, A. Drying kinetic of lignite, subbituminous coals and high-volatile bitominous coals / A. Ramin, I. Lastlie // Eng. and Fuels. 1990. № 5. P. 448-452.

117. Свидетельство РФ №2002611755. Оценка кинетических параметров скоростей реакций термохимического превращения твердых топлив (Термокинетика) / Дидичин Д. Г., Бойко Е. А., Шишмарев П. В. // Регистр. 11.10.2002.

118. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) / Под ред. Н. В. Кузнецова и др. М.: Энергия, 1973. 295 с.

119. Hanbaba, Р. Nichtisoterme Reactionskinetik der Kohlenpyrolyse / P. Hanbaba, H. Juntgen, W. Peters // Brenstoff-Chemie. 1968. № 49. P. 368-376.

120. Алаев, Г. П. Определение степени выгорания пылеугольного факела в вихревой камере горения котла Е-500-140ВЖ / Г. П. Алаев, В. В. Фед-чишин // Известия СО АН. Серия технические науки. 1990. Вып. № 6. С. 103105.

121. Нелюбин, Б. В. К вопросу оценки кинетики реакций газообразования при пиролизе угля / Б. В. Нелюбин, Г. П. Алаев // Химия твердого топлива. 1969. №6. С. 18-23.

122. Алаев, Г. П. Расчет выгорания твердого топлива в пылевидном состоянии / Г. П. Алаев. Л.: ЛТИЦБП, 1984. 50 с.

123. Chernova, N. A. Statistical analysis of some topochemical models / N. A. Chernova, I. V. Arkhangelsk», L. N. Komissarova // J. Thermal Anal. 1978. V. 13. №2. P. 315-319.

124. Roberts, A. F. A review of kinetic data for the pyrolysis of wood and related substance / A. F. Roberts // Combustion and flame. 1980. V. 14. № 2. P.261-272.

125. Смуткина, 3. С. Исследование кинетики термического разложения ирша-бородинского угля при скоростном нагреве / 3. С. Смуткина, Н. В. Фролова, И. И. Сливинская и др. // Химия и переработка топлив. 1978. Т. 32. № 6. С. 66-71.

126. Скляр, М. Г. Математическое моделирование кинетики термического разложения углей по данным термогравиметрического анализа / М. Г. Скляр, В. И. Шустиков, М. В. Лурье // Химия твердого топлива. 1970. № 4. С. 7-21.

127. Fuller, Е. L. Structure and chemistry of coals: devolatilization and modification of sorption properties / E. L. Fuller // Houston: 179h ACS Nat. Meet. 1980. P. 456-462.

128. Wei, X. Research on kinetics pyrolysis of coal / Wei Xinghai, Gu Yongda, Shen Ping, Xu Yongchang, Rong Guanghua // J. Fuel Chem. and Tech-nol. 1992. № l.P. 102-106.

129. Julien, L. Devolatilization study of the low rank, French, Gardane coal: Effect of volatile matter post pyrolysis / L. Julien, C. Bertho, R. Khalifen // Fuel. 1990. №5. P. 617-623.

130. Кундель, X. А. Кинетика термодеструкции сланца кукерсита / X. А. Кундель, Л. И. Петая // Сб. научн. трудов. НИИ сланцев. 1991. №25. С. 317.

131. Agarwal, Р. К. A single particle model for the evolution and combustion of coal volatiles / P. K. Agarwal // Fuel. 1986. № 6. P. 803-810.

132. Безденежных, А. А. Инженерные методы составления уравнений скоростей реакций и расчета кинетических констант / А. А. Безденежных. Л.: Химия, 1973.256 с.

133. Жигунов, С. В. Тепломассообмен и кинетика термодеструкции при высокотемпературном нагреве композиционных материалов: Автореф. дис. канд. техн. наук /С. В. Жигунов. Москва. 1990. 20 с.

134. Cumming, J. W. The thermogravimetric behavior of coal / J. W. Cum-ming, J. McLaughlin // Thermochimica Acta. 1982. 57. № 3. P. 253-272.

135. Денисов, E. Т. Кинетика гомогенных химических реакций / Е. Т. Денисов. 2-е изд. М.: Высшая школа, 1988. 367 с.

136. Бойко, Е. А. Экспериментально-расчетная методика оценки кинетических процессов термохимического превращения твердых органических топлив / Е. А. Бойко, С. В. Пачковский, Д. Г. Дидичин // Физика горения и взрыва. 2005. № 1 С. 55-65.

137. Herman, L. Kinetics study of the thermal decomposition of cobalt oxy-hydroxyde. 2. Thermogravimetric textural and structural data / L. Herman, J. Morales, A. Ortega, J.L. Tirado // J. Thermal Anal. 1984. V. 29. № 3. P. 491502.

138. Велик, Н. П. Машинный расчет кинетических параметров по данным термогравиметрии / Н. П. Велик, JI.H. Ушеренко, М. Б. Фиалко,

139. B. Н. Кумок // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. 1974. Вып. 4. №9. С. 64-67.

140. Lengul, В. Т. Evolution of kinetic parameters of the thermal decomposition of polyethelene-vinil acetate graft copolymers / В. T. Lengul, T. Zekeli // J. Thermal Anal. 1981. Vol. 20. № 2. P. 281-289.

141. Смуткина, 3. С. Дериватографическое исследование каменных углей, как сырья для деструктивной гидрогенезации / 3. С. Смуткина, В. И. Секриеру, Т. А. Титова, Г. В. Скрипченко // Химия твердого топлива. 1982. № 1. С. 59-64.

142. Клейнен, Дж. Статистические методы в имитационном моделировании / Дж. Клейнен. Пер. с.англ. / Под ред. Ю. П.Адлера, В. Н.Варыгина. М.: Статистика, 1978. Вып. 1. 224 е., Вып. 2. 336 с.

143. Амосов, А. А. Вычислительные методы для инженеров / А.А.Амосов, Ю. А. Дубинский, Н. В. Копченова. М: Высшая школа, 1994. 554 с.

144. Хзмалян, Д. М. Кинетические константы горения топлив и их взаимосвязь / Д. М. Хзмалян, Т.В. Виленский // Сб. науч. тр.: Горение твердого топлива. Новосибирск: 1975. Т. I. С. 65-78.

145. Оренбах, М. С. Формирование и изменение структуры кокса в процессе выгорания пылевзвеси ископаемых углей / М. С. Оренбах, А. П. Кузнецов // Теплоэнергетика, 1975. № 3. С. 23-27.

146. Русчев, Д. Д. Применение термического анализа в коксохимии / Д. Д. Русчев // Кокс и химия. 1991. № 7. С. 7-9.

147. Хзмалян, Д. М. Теория топочных процессов / Д. М. Хзмалян. М.: Энергоатомиздат, 1990. 352 с.

148. Делягин, Г. Н. Выгорание углей различного петрографического состава / Г. Н. Делягин, А. Ж. Кулинич // Химия твердого топлива. 1977. № 4.1. C.116-124.

149. Reich, L. Computer-determined kinetic parameters from TG data. Part 6 / L. Reich, S. S. Stivala//Thermochim. Acta. 1982. V. 58. № 3. P. 383-386.

150. Reich, L. Computer-determined kinetic parameters from TG curves. Part 14 / L. Reich, S. S. Stivala // Thermochim. Acta. 1985. V. 94. № 3. P. 415416.

151. Heywood, J. B. Internal combustion engine fundamentals / Heywood J. B. McGraw-Hill. New York. 1988. 482 p.

152. Reynolds, W. C. The element potential method for chemical equilibrium analysis: implementation in the interactive program STANJAN version 3 / W. C. Reynolds // Dept. of Engineering. Stanford University. 1986. P. 238.

153. Gordon, S. Computer program for calculator of complex chemical equilibrium compositions, rocket performance, incident and reflected shocks and Charman-Jouguet detonations / S. Gordon, B. J. McBride // NASA SP-273. 1971. 342 p.

154. Rieckmann, Th. Investigation on the Thermal Stability of Hexani-trostilbene by Thermal Analysis and Multivariate Regression / Th. Rieckmann, S. Volker, R. Schirra, L. Lichtblau // ISCRE-16, Cracow, Poland: September 10 -13,2000. P. 114-121.

155. Dahm, W. J. A. High resolution mesasurements of molecular transport and reaction processes in turbulent combustion / W. J. A. Dahm, E. S. Bish // В: T. Takeno. Turbulence and molecular processes in combustion. Elsevier. New York. 1993. 283 p.

156. Lam, S. H. Understanding complex chemical kinetics with computational singular perturbation / S. H. Lam, D. A. Goussis // 22nd Symposium (Intl.) Combustion. The Combustion Institute. Pittsburgh. 1989. P. 931.

157. Полак, JI. С. Вычислительные методы в химической кинетике / Л. С. Полак, М. Я. Гольденберг, Н. А. Левицкий. М.: Наука, 1984. 280 с.

158. Гонтковская, В. Т. Применение термического анализа для установления механизма реакции и расчета кинетических констант / В. Т. Гонтковская, Н. С. Гордополова, Н. И. Озерковская, А. Н. Перегудов // Химическая физика. 1988. Т. 7. № 2. С. 214-222.

159. Agarwal, P. A single particle model for the evolution and combustion of coal volatiles / P. Agarwal // Fuel. 1986. № 6. P. 803-810.

160. Иванцив, О. E. Термографические исследования углей Львовско-Волынского и Донецкого бассейнов / О. Е. Иванцив // Львов: 1983. Деп. в ВИНИТИ 26.12.83 № 7024-83.

161. Гропянов, В. М. Проблемы и возможности неизотермической кинетики / В. М. Гропянов, В. Г. Аббакумов // Тез. докл. VII Всесоюз. конф. «Термический анализ». Рига. 1979. С. 44.

162. Нуреканов, Е. Н. Кинетические константы высокозольного экиба-стузкого угля / Е. Н. Нуреканов. Алма-Ата: 1988. Деп. в ВИНИТИ 13.04.88 №4015-88.

163. Шагалова, С. Л. Сжигание твердого топлива в топках паровых котлов / С. Л. Шагалова, И. Н. Шницер. Л.: Энергия, 1976. 310 с.

164. Трубицын, Н. Б. Разработка процесса термической подготовки твердого топлива перед сжиганием на ТЭС: Автореф. дис. канд. техн. наук /Н. Б. Трубицын. Москва, 1986.21 с.

165. Бойко, Е.А. Комплексный термический анализ процессов термолиза и горения нелетучих продуктов канско-ачинских углей разной степени окисленности / Е.А.Бойко, Д.Г. Дидичин, П.В. Шишмарев // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. №4. С. 605-610.

166. Сорокопуд, Л.М. К вопросу о механизме воспламенения летучих в пылеугольной аэросмеси / Л.М. Сорокопуд // Теплоэнергетика. 1991. №2.

167. Гурджиянц, В.М. Исследование влияния летучих веществ на горение твердых топлив: Автореф. дис. . канд. техн. наук / В.М. Гурджиянц. Новосибирск, 1980. 24 с.

168. Заворин, А. С. Об условиях преобразования минеральной части пылевидного бурого угля при горении / А. С. Заворин, Е. Н. Некряч // Изв. Вузов. Энергетика. 1988. № 9. С. 91-94.

169. Каханер, Д. Численные методы и программное обеспечение / Д. Каханер, К. Моулер, С. Нэш. М.: Мир, 2001. 575 с.

170. Лебедев, А. Н. Подготовка и размол топлива на электростанциях /

171. A. Н. Лебедев. М.: Энергия, 1969. 520 с.

172. Методика определения экономической эффективности использования новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Экономика, 1977. 45 с.

173. Денисов, В. И. Технико-экономические расчеты в энергетике /

174. B. И. Денисов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 216 с.1. С. 8-16.