Совершенствование методики расчета выгорания пылеугольного факела с учетом реакционных и температурно-временных характеристик процессов термообработки топлива

Пачковский, Сергей Владимирович

Промышленная теплоэнергетика

автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Совершенствование методики расчета выгорания пылеугольного факела с учетом реакционных и температурно-временных характеристик процессов термообработки топлива

кандидата технических наук: Пачковский, Сергей Владимирович
город: Красноярск
год: 2008
специальность ВАК РФ: 05.14.04

Диссертация по энергетике на тему «Совершенствование методики расчета выгорания пылеугольного факела с учетом реакционных и температурно-временных характеристик процессов термообработки топлива»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование методики расчета выгорания пылеугольного факела с учетом реакционных и температурно-временных характеристик процессов термообработки топлива"

На правах рукописи

ПАЧКОВСКИЙ 0034505**

Сергей Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ВЫГОРАНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ФАКЕЛА С УЧЕТОМ РЕАКЦИОННЫХ И ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОВ ТЕРМООБРАБОТКИ ТОПЛИВА

05.14.04 - промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

? о С:'"

Красноярск - 2008

003450554

Работа выполнена в Политехническом институте ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент, Бойко Евгений Анатольевич

доктор технических наук, профессор Скуратов Александр Петрович

кандидат технических наук, доцент Исламов Сергей Романович

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

Защита состоится « 13 » ноября 2008 г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.07 при ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, ауд. Д-501.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Политехнического института ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет».

Автореферат кандидатской диссертации размещен на официальном сайте Политехнического института ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» ("http://www.sfu-kras.ru/science/disscrtations').

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 660074, г.Красноярск, ул.Киренского,26, ПИ СФУ, Ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.099.07. факс (391) 243-06-92 (для кафедры ТЭС) e-mail: boiko@krgtu.ru

Автореферат разослан « 13 » октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Е. А. Бойко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Согласно «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ № 1234-р от 28.08.2003 г., твердое органическое топливо является основным источником дня производства энергии на длительную перспективу, поэтому проблема повышения эффективности его использования и экономного расходования является актуальной.

Длительный опыт использования канско-ачинских углей на тепловых электростанциях показал, что традиционные способы их сжигания не в состоянии удовлетворить современным требованиям обеспечения эффективности, надежности и экологической безопасности работы котельных агрегатов. По мере выработки угольных пластов добыча смещается на участки с резким колебанием теплотехнических характеристик, что оказывает влияние на качество товарного угля. Рост балласта и неблагоприятный химический состав золы усиливает шлакуемость поверхностей нагрева, затрудняет выход жидкого шлака, влияет на устойчивость горения пылеугольного факела, снижает надежность работы и мощность котлоагрегата. Эта проблема еще более усугубляется при внедрении технологий ступенчатого сжигания и предварительной термической подготовки топлива, а также при сжигании непроектных углей или углей ухудшенного качества.

В связи с этим существенно возрастает роль научно-обоснованного подхода при расчете, проектировании и наладке эксплуатационных режимов топочных камер паровых котлов с учетом качества топлива и физико-химических закономерностей многостадийных процессов горения пылеугольных частиц. Наиболее рациональным средством решения указанных задач является использование метода математического моделирования, однако сложность проблемы требует его дальнейшего совершенствования. Одним из направлений развития вышеописанного подхода является необходимость учета реакционной способности угольного вещества на основе установления корректной взаимосвязи различных этапов и процессов термохимического превращения топлива.

Работа выполнена в соответствии с заданием по гранту РФФИ (№08-08-90253-Узб_а, 2008-2009 г.) и тематических планов выполнения хозяйственных договоров (2003-2007 г.) с Красноярской ТЭЦ-1, ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)» (г. Красноярск).

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

Предметом исследования являются диффузионно-кинетические характеристики выгорания пылеугольных частиц в газовом потоке.

Целью работы является совершенствование методики расчета выгорания пылеугольного факела в топочных камерах паровых котлов на основе учета реакционных и температурно-временных характеристик многостадийных процессов термохимического превращения топлива для повышения эффективности энергетического использования канско-ачинских углей.

Задачи исследования:

1. Совершенствование расчетной схемы и математической модели кинетики процесса термохимического превращения твердого органического топлива.

2. Разработка математической диффузионно-кинетической модели выгорания пылеугольных частиц в газовом потоке и проведение численных исследований для определения влияния различных условий топочной среды на степень выгорания топлива.

3. Совершенствование методики расчета выгорания пылеугольного факела в топочных устройствах энергетических котлов и разработка на ее основе соответствующего алгоритмического и программного обеспечения.

4. Проведение экспериментальных исследований процесса выгорания пылеугольного факела в условиях промышленных энергетических установок с оценкой достоверности расчетной методики определения степени выгорания топлива и соответствующего программного обеспечения.

5. Обоснование рекомендаций по практическому использованию результатов экспериментально-расчетных исследований процесса выгорания пылеугольного факела для выбора рациональных способов и режимов подготовки и сжигания канско-ачинских углей в условиях котельных агрегатов тепловых электростанций.

Научная новизна работы:

1. Усовершенствована расчётная схема и математическая кинетическая модель термохимического превращения твердого органического топлива, основанная на контроле и оценке материальных балансов отдельно взятых стадий и в целом всего брутто-процесса.

2. Разработана математическая диффузионно-кинетическая модель горения и тепломассообмена пылеугольных частиц в газовом потоке, учитывающая химическую структуру, механизм превращения и реакционные характеристики индивидуальных многостадийных процессов выгорания топлива.

3. Впервые получены температурно-временные зависимости среднеинтегрального превышения температуры угольной частицы над температурой газов и длительности параллельно-последовательного протекания процессов воспламенения и горения коксового остатка, учитывающие теплофизические характеристики и реакционную способность топлива, а также режимные параметры работы топочных устройств Шаровых котлов.

4. Усовершенствована методика расчета выгорания пылеугольного факела в топочных устройствах энергетических котлов в части раздельной оценки и взаимного учета длительности протекания процессов воспламенения и горения коксового остатка.

5. Разработаны критерии оценки и способы расчетного обоснования требований к организации процессов и режимов подготовки и сжигания канско-ачинских углей с учетом их технических, теплофизических и реакционных характеристик.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны методические положения по учету кинетических и диффузионных процессов термохимического превращения бурых углей для установления количественной взаимосвязи между температурно-временными характеристиками выгорания пылеугольных частиц и локальными параметрами топочного процесса.

2. 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 угля, а также режимов работы котельных установок.

3. Разработано и внедрено в практику выполнения проектных работ и режимно-наладочных мероприятий специализированное алгоритмическое и программное обеспечение, реализующее усовершенствованную методику позонного расчета выгорания пылеугольного факела в топках паровых котлов.

4. Разработаны способы регулирования режимов горения топлива в пылевидном состоянии, позволяющие повысить тепловую и экономическую эффективность энергетического использования канско-ачинских углей (патенты РФ №2252364 и №2277674).

5. Результаты исследований использованы в учебном процессе ФГОУ ВПО Сибирского федерального университета при изучении специальных дисциплин студентами направления 140100 «Теплоэнергетика».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Расчётная схема и математическая кинетическая модель термохимического превращения твердого органического топлива, обеспечивающие корректную оценку и исследо-

вание динамики процесса

2. Математическая диффузионно-кинетическая модель горения и тепломассообмена пылеугольных частиц в газовом потоке, позволяющая учесть особенности органической и минеральной части сжигаемого топлива.

3. Температурно-временные зависимости среднеингеграпьного превышения температуры угольной частицы над температурой газов и длительности параллельно-последовательного протекания процессов воспламенения и горения коксового остатка, позволяющие повысить точность определения степени выгорания твфдого органического топлива.

4. Методика расчета выгорания пылеугольного факела, позволяющая повысить результативность проектных и режимно-наладочных мероприятий топочных устройств котельных агрегатов.

5. Технические решения, направленные на реализацию новых способов регулирования процесса горения угля в топочных камерах, позволяющие повысить надежность, тепловую, экологическую и экономическую эффективность работы котельных агрегатов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных методов исследования процессов горения и тепломассопереноса, сопоставлением результатов физического и математического моделирования и подтверждается удовлетворительной сходимостью полученных результатов с данными других авторов и натурных экспериментов, проведенных на действующем промышленном оборудовании.

Личный вклад автора состоит в разработке расчетных схем и математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения для расчета выгорания пылеугольного факела, в проведении вычислительных и натурных экспериментов, в обработке и интерпретации полученных результатов, формулировании основных выводов.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены: на 9-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2003 г.); XXXVI KRAFTWERKSTECHNISCHES KOLLOQUIUM "Entwicklungspotentiale fur Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen" (Germany, Dresden, 2004); на всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука: начало XXI века» (г. Красноярск, 2005 г.); на международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития энерготехнологии» (г. Иваново, 2005 г.); на всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации» (г. Новосибирск, 2005 г.); на VI всероссийской конференции «Горение твердого топлива» (г. Новосибирск, 2006 г.); на международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития энергетики» (г. Ташкент, 2006 г.); на IV научно-практической конференции «Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов» (г. Челябинск, 2007 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из которых: 3 - статьи по списку ВАК, 2 - патенты на изобретения, 1 - свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, 8 - доклады на конференциях и статьи в межвузовских сборниках научных трудов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, научных выводов и рекомендаций, списка литературы из 178 наименований и содержит 186 страниц текста, включая 87 рисунков и 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первом разделе 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 пылеугольных топках котельных агрегатов с жидким и твердым типами шлакоудаления и показана необходимость учета качества бурых углей при расчете, наладке режимов и проектировании систем подготовки и сжигания топлива, энергетических котлов и их топочных устройств.

Совершенствованию технологии производства и потребления энергии, вырабатываемой при использовании канско-ачинских углей, уделяется значительное внимание в энергетической отрасли. Создание новых и повышение эффективности существующих технологических приемов сжигания бурых углей на тепловых электростанциях основано на всесторонней оценке их состава и свойств. Для правильного определения степени термопреобразования углей в условиях реальных топочных устройств необходимо учитывать, что процесс горения пыпеугольной 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 Г. Ф. Кнорре, Б.В.Канторович, 3. Ф. Чуханов, И. А. Яворский, М. С. Оренбах, В. В. Померанцев, А. А. Отс, В. В. Митор,

B. И. Бабий, Д. М. Хзмалян, С. В. Бухман, Г. С. Головина, А. С. Федосеев, Д. Б. Сполдинг,

C. Торне, JI. Смут, Р. Ессенхай, М. Локвуд и др. Однако анализ работ показал, что феноменологическое описание процесса термохимического превращения угля нуждается в дополнительной информации, главным образом структурного характера, что особенно важно при исследовании динамики процессов.

Рациональным подходом при создании новых и повышении эффективности существующих технологических приемов термохимической обработки и сжигания углей на тепловых электростанциях является использование математического моделирования. В области математического моделирования процессов тепло- и массопереноса при сушке, термической деструкции, горении и газификации топлива в последние десятилетия достигнуты значительные успехи. Существенный вклад в развитие научных основ моделирования термохимического превращения твердого органического топлива внесли ДМ. Хзмалян, Т.В. Виленский, Б.П. Успшенко, Э.П. Волков, В.И. Быков, Л.И. Зайчик, А.М. Бубенчиков, A.B. Старченко, A.A. Декгерев, R.H. Essenhigh, MA. Field, F.C. Lockwood, L.D. Smoot, J. Szekely и др. Вместе с тем, прямое численное моделирование топочных процессов и устройств приводит к катастрофическому увеличению объема вычислений из-за сложности и многообразия физико-химических процессов, протекающих в тошшвоиспользующих установках. Рассмотрены основные принципы, допущения и упрощения, позволяющие разработать диффузионно-кинетическую модель термохимического превращения твердых органических топлив, пригодную для построения инженерных расчетов, определения контролирующих и лимитирующих процессов, способов и средств интенсификации тепло- и массообмена и ошимальных режимных параметров. Выполненный обзор и классификация математических моделей показали необходимость совершенствования данного подхода, как по степени детализации, так и по уровню решаемых задач. Технология энергетического использования углей предусматривает в качестве непременного условия оценку реакционной способности топлива.

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

Во втором разделе выполнено совершенствование математических моделей идеального (кинетическая) и реального (диффузионно-кинетическая) горения пылеугольных частиц в газовом потоке. Математическая кинетическая модель, дополнительно учитывает динамику процессов испарения влаги, выхода летучих веществ с раздельной оценкой выхо-

да индивидуальных газообразных компонентов и смоловыделения, вторичного крекинга смол, горения летучих веществ, газификации и горения коксового остатка, превращения минеральной части топлива. Физико-химическая постановка задачи описана следующей расчетной схемой (рис. 1), позволяющей обеспечивать контроль выполнения материальных балансов отдельно взятых этапов и стадий горения угля, а также в целом всего брутго-процесса. При совершенствовании математической модели принималось, что многостадийные процессы термохимического превращения твердого топлива аддитивны, выход функциональных групп при термическом разложении топлива происходит независимо друг от друга, выходящие в процессе деструкции угольной пыли летучие вещества и нелетучий коксовый остаток идеально перемешиваются с окислителем (воздухом) и затем вступают в химическое реагирование. К ......

--------------------------------------

----------------------«4----------

^со,

Лолу-_ кокс

■н2—^-»,н2о-

------------

-сНдЗЦ

со^-«»со2------------------

•ч

(смола)

н2 ад-—-............

гк,..

- с

(сажа)

со-

Щ.'

-* Н20-Ч"1-

I 1

I I

---I I

{ I I

— С02—{-4-

I I

—н,о—4-4--| |

— со,—Ы--

*,3

----Т->>-

\ Ч \

ьЦс'о-над

-г-1—

Рис. 1. Расчетная схема кинетики термохимического превращения твердого топлива.

Математическая модель кинетических процессов термохимического превращения твердого органического топлива в дифференциальной форме имеет следующий вид:

„ к

э.Н2о;;

¿К» А

= Е2Х

|«1 J=l

Л С-;

(1)

(2)

(з)

i.i r-i /-î

"г L О"' t-l 2-1

¿Р »1 "i ».

(4)

(5)

1-1 J-1

ФсГК1' -^.ГК*, (6)

Г' 1 /-1 2.1 Г-1 /-1 2.1

где Н20£, К0, - исходная концентрация, соответственно: влажности топлива и летучих веществ, кг/кг, Н20Л, V, = КЬа1 - количество веществ, вышедших из топлива в газовый объем: испаренной влаш и летучих веществ (балластных - Уи и горючих У„,), кг/кг, О 2 - концентрация кислорода, кг/кг, С - концентрация углерода в топливе, кг/кг, к = к0 ехр^- ^^ ^ - константа ско-

рости реакции 1/с (м/с); т - продолжительность процесса, с; v - сюехиомегрический коэффициент, i-l...n„ j = l...nj, а = 1...па, b = l...nb, / = 1...и(, z = l...n, - количество реагирующих компонентов соответствующих химических реакций (см. рис. 1); г = 1... л, - число групп реакций, которое зависит от количества компонентов, вступающих в реакцию с углеродом; Р - концентрация продуктов: термического разложения топлива испаренной влаги, выделившихся и несгоревших летучих веществ, полного и неполного горения коксового остатка, кг/кг; - коэффициент, учитывающий мольную долю компонента х в газовой фазе.

Начальные условия для полученной системы следующие: H fil = Н20£иа, V0 =У011СХ> С = Сисх, Ог = 02иа, НгОн = О, V = О, Р - 0. Помимо кинетических уравнений эта система обеспечивает закон сохранения массы. На основе кинетической модели выполнен численный эксперимент, применительно к решению задачи описания процесса выгорания бурых углей Канско-Ачинского бассейна (Бородинского, Березовского и Назаровского месторождений) на

различные скорости линейного нагрева при 6=10'', 102 и 104 град/с (ь = — - темп нагрева).

На рис. 2 показаны результаты расчета динамики кинетических процессов горения частиц бородинского угля, как на каждой индивидуальной стадии, так и в совокупности.

Полученные результаты подтверждают существенную зависимость характера исследуемых кинетических процессов от скорости изменения температуры газовой среды. Увеличение скорости нагрева парогазовой среды приводит к значительному сокращению длительности протекания индивидуальных стадий, что как следствие приводит к их смещению относительно друг друга. Так, если при b = 10'1 град/с относительная длительность наложения этапов сушки, выхода летучих веществ, горения и газификации коксового остатка составляет соответственно 6 и 13 %, то при b = 102 град/с - 17 и 28 %, при b = 104 град'с - 21 и 32 %. При этом ярко выраженным по всем типам реакций является смещение времени начала протекания процессов при повышении скорости нагрева в сторону меньших значений температур с некоторым изменением их продолжительности. Более того, если при скорости нагрева 10"1 град'с наложение процессов друг на друга носит не существенный характер, то при скорости подъема 104 град/с большинство процессов протекает преимущественно параллельно, а общая доля наложения друг на друга составляет 61 % от полного времени выгорания топлива.

г, с

X . с

Рис. 2. Кинетика термохимического превращения бородинского угля при Ь= 10'1 град/с; 1 - убыль массы топлива; 2 - концентрация кислорода; 3 - продукты сгорания; 4 - выгорание коксовой основы; 5 - выход летучих веществ; 6 - испарение влаги; 7 - горение летучих веществ; 8 - горение продуктов вторичной деструкции и газификации; 9 - горение СО; 10 - горение Н2; 11 - горение смолы; 12 - горение СНА; а, = т1 /т0, где от,-текущая масса /'-го реагирующего компонента; та - начальная масса топливовоздушной смеси.

Результаты расчетов кинетической модели процессов термической деструкции, выгорания коксовой основы и термоокислительной деструкции канско-ачинских углей были сопоставлены с экспериментальным данными, полученными Е.А. Бойко в условиях лабораторных и стендовых установок. Относительная погрешность экспериментальных и расчетных параметров исследуемых термохимических реакций при 95 %-ном доверительном интервале статистического теста Стьюдента -1 составила 3-5 %.

Показано, что предложенная в работе кинетическая схема и соответствующая ей математическая модель позволяют, с одной стороны, проанализировать влияние отдельных стадий и процессов на динамику брутто-процесса, а с другой - использовать этот механизм при расчете степени термохимического превращения твердого органического топлива в условиях реальных теплотехнологических процессов и устройств.

Усовершенствованная кинетическая модель и ее расчетная схема положена в основу математической диффузионо-кинетической модели процесса горения и тепло- массообмена пылеугольных частиц в газовом потоке. Данная модель наряду с известными моделями дополнительно учитывает: вклад тепловых эндо- и экзоэффектов испарения влаги с поверхности угля и выхода летучих веществ; массообмена для промежуточных продуктов неполного горения и газификации коксового остатка; массообмена для конечных продуктов термохимического превращения пылеугольной частицы, в частности, диоксида углерода и водяных паров. Модель описывается следующей системой обыкновенных дифференциальных уравнений (кинетика процессов сушки, выхода и горения летучих веществ и повторной деструкции смол описываются уравнениями 1-3): ¿С г и , \ /, , М 273Я

а6 12 йС 8,

-7- = -[с, (фи + Ф*) + с2Д (фч + (7)

л Л\туе т V / ¿л\туе ту п ) \т

йт. ЛТеРс

(В)

-=Ф,; (9)

_____.

Л 32 Л С0 ' с1а

Их

г . . / • I . м 273К

= [с*Фуе + с2Л (фг8 + фтА - фРг + Фгл" Ф* " Ф™: (10)

¿■К х х ( х X \ 273^г , , ,

= Ф. + Фу*+- с2*ФрА ++ ~ '

с1т ¿Тг

(11) (12)

= {-('• + " (б», + сто,Гс)уУО,Фь +

ту

е с

-а0есФс(^ -Г,!)/"Ет^Мс + -

'С '=1

-ЫФр,+фр/)+с2/г(фрг+фр;)]^^(гс ~тг)

|ссРс

(13)

1 ФлЛУ^

Л с„

1 -Ж'-А'

-+Фvd^com ;.т;0'. + Ф*р»а. - кргвР+

'аУ + К

Н,0

бМи^/Г^

(14)

где ся и с2Я - концентрации кислорода и продуктов термохимического превращения на поверхности частиц, зависящие от констант реакций горения углерода и коэффициента диффузии, выраженные в кг 02 /м3; 50 - начальный диаметр частицы, м; А^ - доля i -го минерального компонента относительно общей зольности угля; - доля прореагировавшего г -го минерального компонента, кг/кг топлива; V, р, у и % - стехиометрические коэффициенты; хи г 1,/» - количество учитываемых компонентов соответствующих химических реакций; г1 -количество индивидуальных стадий, ответственных за выделение г-го компонента из топлива и ¡^ -го продукта деструкции смол; г - число групп реакций взаимодействия продуктов неполного (Р„) и полного (Ри) горения топлива; Q - тепловые эффекты соответствующих химических реакций, Дж/(кг Ог); п - количество учитываемых минеральных компонентов, Тс-температурачастицы, К; -температура газов, К; ГЬит -температураоблучающей среды, К. ^-уравнение химической кинетики, полученное на основе использования стехиометри-

ческих реакций первого порядка А—к—>В: ФА = -Ы, фя = — = кА, и второго поэт сН

рядка уЛ + РЯ—1~>ус + х£>: фл=- = -Ш"В\ фа = фс = — = АуЛ'Я" и

•к

¡к

Вышеуказанная система дифференциальных уравнений (1-3,7-14) была положена в

основу вычислительного эксперимента по исследованию процесса выгорания бурых углей Канско-Ачинского бассейна и рассчитывалась при следующих начальных условиях: т = 0; Wh=w0h; Vvol = V0; Vam=0; C = C0; O2=(O2)0; P = 0, где P = Pm+Pu',

8 = 50;Гс=(Гс)0;Г8=(гД;а,=0.

Расчет проводился для частиц размерами от 50 до 1000 мкм. Исходная температура газового потока варьировалась в диапазоне Г=1200-1700 °С, коэффициент избытка воздуха в газовом потоке а =1,0-1,2, зольность топлива Ар-5-30 %. Для численного решения системы дифференциальных уравнений использовался метод Рунге-Кутта-Фельберга с автоматическим выбором шага и точностью - 10'4. Вычисления выполнялись на ЭВМ по программе, разработанной в среде программирования Builder С++ 6.0.

На рис. 4. показаны результаты расчета динамики термохимического превращения частицы канско-ачинского угля размером 250 мкм при изменении температуры газового потока и концентрации кислорода в газовом потоке.

Рис. 4. Динамика термохимического превращения частицы канско-ачинского угля размером 250 мкм: а- Т = 1300 °С, а = 1; б-Т = 1300 °С, а = 1,2; е - Г = 1500 °С, а = 1 ;г-Т = 1500 °С, а = 1,2; уголь: 1 - березовский; 2 - назаровский; 3 - бородинский; сплошная линия - температура частицы; пунктирная линия - температура газов; индексы со штрихом - степень выгорания топлива; ш - степень термохимического превращения угля, Т - температура процесса (°С); т - время (с).

Выявлена существенная зависимость исследуемых процессов от качества исходного топлива, температуры газового потока, избытка воздуха и размеров пылеугольных частиц. Увеличение температуры облучателя на 200 °С (от 1300 °С) приводит к сокращению времени полного выгорания мелких частиц в 1,8 раза, для крупных частиц в 2,5-3,0 раза. Конвективный механизм выхода летучих веществ в факельных режимах горения определяет эффективность и динамику процесса выгорания угольных частиц. Этот эффект еще более очевиден для частиц с размером более 200 мкм. Именно в процессе деструкции топлива образуется до 90 % соединений азота, серы и углерода. Результаты расчетов позволяют сделать вывод, что динамика горения частиц канско-ачинских углей определяется в основном конвективным механизмом процессов сушки и выхода летучих веществ. Причем, в большой степени этот эффект проявляется при горении назаровских углей, в меньшей - бородинских.

Показано, что для практического применения результатов численного моделиро-

вания при определении степени выгорания угольного вещества, необходимо учитывать продолжительность одновременного протекания стадий воспламенения (твк, с) и выгорания коксового остатка (т„, с). Установлено, что продолжительность воспламенения частицы т,к складывается из двух последовательных стадий: испарения влаги т0 и смоловыделения в составе летучих веществ т„, с:

=ТС+^М-Д'с. (15)

где Ат = гпр -5т - длительность параллельного протекания стадий испарения влаги, смоловыделения и выгорания коксового остатка, с. гпр - время пребывания угольных частиц в топочной камере с учетом их скорости витания, с; 5т - относительный показатель длительности наложения стадий. Изменение 6т для нескольких расчетных вариантов приведено на рис. 5.

0,2 5т 0,15

0,1

0,05

а) 1/ У 2

/ X

И к" О

0,2 6т 0,15

0,1

0,05

б) р

ш Щ а

0,2 8т 0,15

0,1

0,05

'Ж

0 0,25 0,5 0,75 т>к,С 0 0,25 0,5 0,75 т,„,С 0 0,25 0,5 т^.С Рис. 5. Зависимость 5т от времени воспламенения частицы бородинского угля за время пребывания частицы в зоне активного горения топки котельного агрегата БКЭ-320-140 при d0: о- ЮОмкм; Д-200мкм; 0-400 мкм; □-600 мкм; и: а) 9:1 - 1600 °С; 2- 1400 °С; 3 - 1200 °С при о, = 1,2; Ар=5 %; б) ат: 1 - 1,3; 2 - 1,2; 3 - 1,1 при 9=1400 °С; Ар= 5 %; в) Ар: 1-15%; 2-10%; 3-5% при 3=1400 °С; ат=1,2

Численное значение 6т, как видно из рисунка, зависит от размера частиц d (мкм), температуры газов i9r (°С), значения коэффициента избытка воздуха а , зольности Ар (%) и времени воспламенения частицы т,к (с), которое, в свою очередь, определяется реакционными характеристиками рассматриваемых стадий. Значение 5т может возрастать вплоть до 0,2. Установлено, что наибольшее влияние на величину 5т оказывают диаметр и температура частицы. При увеличении диаметра со 100 до 600 мкм происходит увеличение 5т в 5-7 раз. Показано, что скорость стадий горения и газификации пылеугольной частицы в топочной камере в большей степени зависит от температуры частицы Зч, которая превышает температуру газов Эг (см. рис. 4). Зависимость среднеингегрального превышения температуры частицы над температурой газовой среды 0 (°С) от размера частиц, температуры факела и зольности топлива показана на рис. 6.

0,°С

...iiisss^" " 6

400 1i. , МКМ 600

Рис. 6. Изменение среднеингегрального показателя превышения температуры частицы 0 (°С) в зависимости от диаметра частиц: Зг = 1200 °С, а = 1,1 Ас = 0 %; 2 - Ас = 4 %; 3 - Ас =6% 4 - Ас = 10 %; 5 - Ас = 26 % 6- Ас =30%.

Путем аппроксимации результатов вычислительного эксперимента (более 700 вариантов начальных условий) были получены зависимости для определения 5т и 9 (°С):

5т = 7,81"4 й^а"0'87^37 (Л')0'5т„г'16. (16)

0 = 1,316-1О5г3'3,а0^0'65^")"0'23. (17)

Полученные расчетные зависимости могут быть использованы для разработки практических рекомендаций по расчетной оценке степени выгорания и теплообмена в зонах активного горения и догорания топочных камер паровых котлов: значений температур продуктов сгорания; промежуточных и конечных концентраций реагирующих компонентов в любой расчетной точке топочного пространства - для различных режимных характеристик работы и конструктивных особенностей топочных устройств.

В третьем разделе на основе полученных температурно-временных зависимостей процесса термообработки топлива в пылевидном состоянии выполнено совершенствование методики проектирования топочных устройств энергетических котлов (ЦКТИ-ВТИ, 1996), в которой расчет выгорания пылеугольного факела основан на молекулярном механизме диффузии и кинетики горения дрейфующих в потоке беззольных коксовых частиц. Предложена схема расчета степени выгорания топлива, как для зоны активного горения, так и для зон, расположенных в камере охлаждения топочного пространства. Сущность предлагаемого подхода заключается в раздельной оценке и учете длительности стадий испарения влаги, смоловыделения (как основного этапа выхода летучих веществ) и горения коксового остатка. Количественная оценка степени выгорания топлива (Рсг = 100 - , %, где - величина механического недожога топлива, %) определяется в результате итеративного комплексного позоннош расчета выгорания пылеугольного факела и теплообмена в топочной камере по следующему алгоритму: -температура пылеугольной частицы (°С)

(18)

где Эф -темпера1ура пылеугольного факела, °С; б -среднеингегральное превышение температуры частицы над температурой среды, рассчитывается по уравнению (17), °С; - длительность выгорания наиболее крупных коксовых частц (с)

^гк=^„р-'С„. (19)

где тяк -длительность воспламенения коксового остатка, с, см. уравнение (16).

При оценке длительности процесса воспламенения коксового остатка (т.,) продолжительность испарения влаги (тс) и смоловыделения (тси), как основной стадии выхода летучих веществ, вычисляются по индивидуальным для каждой стадии кинетическим параметрам посредством решения системы трансцендентных уравнений, полученной на основе анализа математического аппарата неизотермической кинетики:

(20)

Е АТ

К Е ехр Г Е

ъ ДГт2„

Тг л н (- 2 В-ТА

Е г2 тах Е )

ехр-!1 + -—--|ехр

4 = 0; (21>

х = 2ДГ/6, (22)

Расчет скорости нагрева Ъ пылеугольных частиц осуществляется по уравнению (град/с):

ь-аХ' АТ гт

где Гн - температура начала реакции, К; А.ти а - коэффициенты теплопроводности (Вт/м К) и температуропроводности топлива (м2/с), определяемые при средней температуре частицы Г„ср (К); АТ = Тг -Т*?, К; 2АТ - ширина максимума дифференциальной кривой на половине его высоты (т. е. на №т„/2).

Расчет величины механического недожога на выходе из зон определяется по следующим уравнениям (%):

- в зоне активного горения

б \Q0-W

(24)

- в зонах, расположенных выше зоны активного горения (камере охлаждения), предложено использовать

?<« = Л

а:

100-р

(25)

100

где 1Х - интегральная функция, учитывающая соотношение начальных и текущих размеров наиболее крупных частиц и зависящая от продолжительности горения коксового остатка т„; б, - теплота сгорания коксового остатка, Дж/кг; IV и IV" - содержание влаги на рабочую массы исходного топлива и угольной пыли, %; / - номер расчетной зоны по высоте топочной камеры; Кр - содержание кокса на рабочую массу, %.

Впервые при определении степени выгорания пылеугольных частиц в позонном расчете топочных камер, предложено оценивать изменение максимального размера пылеугольной частицы (м), определяющей величину недожога топлива:

¿С = (26)

где - максимальный диаметр частицы, определяемый по рассевочной кривой.

Расчет потери теша с химическим недожогом на выходе из зон предложено определять по следующим уравнениям (%):

- в зоне активного горения

?з (27)

где V - выход летучих веществ топлива на рабочую массу, %.

- в зоне, расположенных выше зоны активного горения (камера охлаждения)

^зл (28)

Далее по найденным значениям д3 определяются концентрации веществ, находящихся в дымовых газах для каждого сечения по высоте топочной камеры: СО, Н2, Я02, 02,И2 и Н20.

Усовершенствованная методика расчета выгорания пылеугольного факела реализована в виде программно-вычислительного комплекса (зарегистрированного в Роспатенте), который позволяет выполнить расчет: тепловых потоков на поверхностях нагрева, значений температур продуктов сгорания, промежуточных и конечных концентраций реагирующих веществ в любой расчетной точке по высоте топочного пространства с одновременной возможностью диагностики причин изменения длительности и механизма протекания сложных, последовательно-параллельных, физико-химических реакций горения и теплообмена; учесть не только режимные параметры топочных устройств, такие как тонина помола, коэффициент избытка воздуха, нагрузка, высота размещения факела и доля воздуха, подаваемого в виде вторичного и третичного дутья, но и индивидуальные особенности органической и минеральной части сжигаемого топлива, посредством использования данных о реакционной способности отдельных этапов термохимического превращения угля; расширить возможности изучения топочных процессов; увеличить точность и скорость вычислений.

С помощью программно-вычислительного комплекса реализован числительный эксперимент по определению степени выгорания бурых углей Бородинского месторо-

ждения в условиях реальных топочных процессов. Расчет проводился для частиц размерами от ¿ч= 100-600 мкм, температура факела варьировалась в диапазоне Т= 12001600 °С, коэффициент избытка воздуха а = 1,1-1,3, зольность топлива Ар= 5-15 %. Для численного решения: системы трансцендентных уравнений использовался комбинированный метод, сочетающий методы бисекции и квадратичной интерполяции; интегральных функций - модификация метода Симпсона - метод полиноминальной аппроксимации (полином 8-ого порядка).

Результаты численного эксперимента по исследованию процесса горения бородинского угля в топке котла БКЗ-320-140 (ст. №19) Красноярской ТЭЦ-1 с жидким шлакоудалением представлены на рис. 7.

Рис.7. Изменение механической я4 и химической qз неполноты сгорания частицы за время ее пребывания в топочной камере при ¿„(мкм): 1 -100, 2 -200; 3 - 400; 4 - 600. 9=1400 °С, а =1,2 и А"=5%.

Д 4

1,8

2 2тПР >с 2,6

Полученные результаты подтверждают существенную зависимость величины потерь с химическим qз и механическим недожогом от размера частицы, температуры факела, избытка воздуха и зольности топлива. Увеличение размера частицы со 100 до 600 мкм приводит к увеличению в 10-15 раз, qз - в 4-5 раза. Увеличение температуры факела с 1200 до 1600 °С приводит к снижению в 3-5 раз, я3 - в 1,5-2 раза. Оптимальное значение избытка воздуха составило - 1,22. Исследование влияния зольности топлива на степень его выгорания показало, что ее изменение с 5 до 15 % приводит к увеличению q4 на 3-10%, q3 - на 2-8%. В зоне догорания влияние перечисленных факторов на степень выгорания частиц значительно снижается из-за пониженных температур продуктов сгорания и самой частицы: максимальное изменение q4 происходит в пределах 1,05-2 раза и qз - в 1,01-1,5 раза. Результаты расчетов позволяют сделать вывод, что степень выгорания пылеугольных частиц существенно зависит от длительности параллельно-последовательных процессов испарения влаги, выхода летучих веществ, выгорания и газификации коксового остатка, температуры процесса и избытка воздуха, зольности и размера пылеугольных частиц.

Показано, что предложенная методика применима как при определении оптимальных режимных условий в топочной камере с учетом реакционной способности сжигаемого топлива, так и на стадии проектирования - для уточнения размеров топочной камеры и ее отдельных зон.

В четвертом разделе представлены результаты экспериментальных исследований процесса выгорания пылевидного твердого органического топлива в промышленных установках с сопоставлением полученных данных с результатами теоретических исследований и рассмотрены вопросы их внедрения.

Экспериментальные исследования топочных процессов проведены на котле БКЗ-320-140 (ст. № 19) Красноярской ТЭЦ-1. Топочная камера котла ст. №19 полуоткрытого типа предназначена для сжигания бородинских углей с жидким шлакоудалением. Камера

горения выполнена в виде двух сообщающихся восьмигранных предтопков, каждый из которых оборудован четырьмя угловыми прямоточными пылеугольными горелками.

При проведении экспериментальных исследований определялись следующие параметры: расход и температура первичного и вторичного воздуха по тракгу; температура в ядре факела, по высоте топки и по газовому трасту котла; состав дымовых газов; содержание горючих в уносе и шлаке. Измерение температуры топочных газов осуществлялось при помощи ошического пирометра «Спектропир». Для зондирования топочной камеры использовался водоохлаждаемый трехгочечный пылегазозаборный зонд типовой конструкции ВТИ доинной 4,3 м. Анализ топочных газов выполнялся непосредственно в точке отбора с использованием переносного газоанализатора «ДАГ-500» при прямом и обратном ходе зонда.

В результате опытно-промышленных испытаний котла (О/- 0,7-0,9; а"п = 1,09-1,51; = 34-49 %; Жт = 17,5-25,1 %; Ж' = 31,5-33,4 %; А" = 3,9-6,4 %; 0НР = 15800-16665 кДж/кг) получены зависимости изменения температуры топочных газов, содержания Н2, СО, 02, СН4, N0, и БЮ2 - по высоте топки.

Показано, что горение частиц бородинского угля среднеинтегральным размером «250 мкм в зоне активного горения происходит преимущественно в промежуточной области. При определении длительности выделения и выгорания газовых компонентов летучих веществ, выгорания коксового остатка бородинского угля, эти данные совместно с теплотехническими и кинетическими характеристиками были использованы для объяснения причин возникновения тепловых потерь с химическим и механическим недожогом. Установлено, что причиной появления тепловых потерь с химическим недожогом является затяжное выделение водорода и оксида углерода в пристенных и угловых зонах, где устойчивое воспламенение и интенсивное горение газовых смесей практически невозможно вследствие низкой концентрации горючих газов и кислорода (СН;

< 0,02 %, Ссо « 0,01-0,06 %, С0г « 3,0-10,0 %). Минимальное значение тепловых потерь с химическим недожогом дг «0,1 % соответствует коэффициенту избытка воздуха а"п = 1,21-1,27. Показано, что время пребывания газов в зоне активного горения сопоставимо с длительностью смоловыделения. С угрублением помола угольной пыли процесс деструкции топлива затягивается, увеличивается диффузионное сопротивление процессу подвода окислителя к коксовому остатку, снижается степень его выгорания и температура факела. Аналогично проявляет себя изменение зольности топлива.

Наличие механического недожога при сжигании бородинского угля является следствием высокой длительности выгорания наиболее крупных коксовых частиц (размером более 250 мкм). При этом их исключение из процесса горения путем более тонкого измельчения угольной пыли не целесообразно с точки зрения затрат на пылепригоговление. Показано, что оптимальная тонкость помола бородинского угля при сжигании в топке котла БКЭ-320-140 составляет Д90 = 40-45 %. Внутршопочными исследованиями котельных агрегатов при сжигании канско-ачинских углей подтверждена возможность варьирования тонкости помола угольной пыли для обеспечения необходимых по условиям шлакования и жидкого шлакоудаления, степени выгорания и уровня температур газов на выходе из топки и в зоне активного горения.

На рис. 8 представлено сопоставление основных экспериментальных и расчетных характеристик выгорания пылеугольного факела в топочной камере парового котла БКЗ-320-140 (ст. №19) Красноярской ТЭЦ-1.

Рсг

0,98 0,96 0,94 0,92

1 1,5 2 2,5 т 3 с 3,5

то '

100 <1,, шф 75

50 25 0

в!

□

За,

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

Рис. 8. Изменение: а) степени выгорания топлива; б) химической неполноты сгорания; в) диаметра частицы - за время пребывания ее в зоне догорания топки котла БКЗ-320-140 при аг = 1,2, А" =5%, (10 = 250мкми — расчет;эксперимент: о-1200 °С;п-1400 °С;Д-1600 °С.

Как видно из графиков, имеет место удовлетворительное совпадение, между расчетными и экспериментальными данными (коэффициент корреляции составил 0,9340,951), что свидетельствует о надежности усовершенствованной методики позонного расчета степени выгорания пылеугольного факела топочных камерах паровых котлов.

Расчет выгорания рсг бородинского угля (с раздельной оценкой длительности испарения влаги, выделения летучих веществ и горения коксового остатка) в топочной камере котла по усовершенствованной методике позволил разработать практические рекомендации по повышению эксплуатационной надежности и тепловой эффективности работы топочных камер котлов БКЭ-320-140 Красноярской ТЭЦ-1: уточнены пределы изменения тонкости помола /?90т, обеспечивающие необходимый уровень температуры газов Э"^ в зависимости от качества сжигаемого бородинского угля и его реакционной способности. Так, при А° = 5,8-9,4 % Д9°™ = 37-42 %. В этом же диапазоне Ц" наблюдалось снижение температуры газов на выходе из топки В". При Л90 >42% достижима минимальная Рсг = 0,95 при одновременном снижении Эг до 1520 °С. Таким образом, при Я90 до 55 %, рекомендуемом при сжигании бурых углей, максимально достижимы величины Рсг = 0,95 и Эг = 1520 °С, что явно ограничивает работу котла по условию нормального жидкого шлакоудаления при повышении зольности топлива сверх проектных значений (Ас = 9,0 %). При Д90 = 47,0-49,5 % температура Э*аг практически мало отличается от температур газов, измеренных на уровне горелок. При тонком помоле в зоне активного горения достигается более высокий уровень температур, однако средняя температура факела Эф близка к . Следует отметить, что значения д4т, рассчитанные по О*^ в зависимости от остатка на сите Д90 и степени полидисперсности п, соответствуют значениям д4г, определенным с раздельной оценкой длительности выделения летучих веществ и горения нелетучего (коксового) остатка.

Анализ полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса выгорания пылеугольного факела позволил разработать технические решения (на уровне изобретений) направленных на реализацию способов регулирования режимов работы котельного агрегата. Принципиальной особенностью данных технических решений является то, что наряду с интегральными технологическими показателями режима работы паропроизводительной установки (расход, давление и температура перегретого пара и т.д.) для регулирования режима горения топлива дополнительно используются расчетные значения потерь тепла с химическим и механическим недожогом (рис. 9).

Предложено выполнять оперативную корректировку значения избытка воздуха в топочной камере котла по результату оперативного расчетного контроля потерь тепла с

неполнотой горения угля. Расчетная поправка на величину избытка воздуха в топочной камере котла определяется через соотношение абсолютных температур продуктов сгорания на выходе из зоны активного горения и горячего воздуха (Гг/Г, ), отношение теоретического объема воздуха К,0, м3/кг к теоретическому объему продуктов сгорания Уг°, м3/кг, паровой нагрузки О, кг/с и разности энтальпий перегретого пара и питательной воды ДА, кДж/кг и теплоту сгорания топлива О^, кДж/кг по следующей зависимости:

(29)

где ДР - аэродинамическое сопротивление воздухоподогревателя, Па; Кт - тарировоч-ный коэффициент; г|К1 - проектный к.п.д. котла; Дд3, - расчетное отклонение от проектных тепловых потерь с химическим и механическим недожогом топлива.

Рис. 9. Функциональная схема для реализации способа регулирования режимов сжигания пылевццного твердого топлива в котельном агрегате: 1 -камера сгорания; 2,3 - датчики параметрических д анных; 4 - система Ч обработки данных; 5- устройство регулиро-I вания; 6 - прибор визуальной ивдикации текущей информации; 7, 8, 13 - модули регулирования; 9, 10 — исполнительные органы, осуществляющие подачу топлива и воздуха; 11 - линия подачи топлива; 12 - приборы ивдикации технических и теплофизических характеристик, реакционной способности топлива; 14- шпатель сырого угля; 15- модуль управления; 1 б - горелка

□ ЧУ

На основании данных режимных параметров работы котла, а также значений технических, теплофизических и реакционных характеристик сжигаемого топлива вычисляется соотношение количества топлива и воздуха, которое необходимо подать в камеру сгорания, чтобы обеспечить максимальную степень выгорания топлива с последующей корректировкой топочного режима котельного агрегата.

Расчетами экономической эффективности практического применения предложенных в работе способов и режимов, в технологическом цикле сжигания канско-ачинских углей на тепловой электростанции показано, что годовой экономический эффект от внедрения таких способов и устройств применительно к котельным агрегатам средней мощности с паропро-изводительностью от 210 до 500 т/ч за счет повышения надежности, тепловой и экологической эффективности работы котельных агрегатов составляет 5,38-46,2 млн. руб. (12,5107,3 тыс. т.у.т.), при сроке окупаемости 1,1-3,5 года, что подтверждает их высокую инвестиционную привлекательность.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Усовершенствована расчётная схема и математическая кинетическая модель термохимического превращения угольного вещества, учитывающие динамику процессов испарения влаги, выхода летучих веществ с раздельной оценкой длительности индивидуальных газообразных компонентов и смоловыделения, вторичного крекинга смол, горения летучих веществ, горения и газификации коксового остатка, превращения мине-

ральной части топлива, что обеспечивает выполнение материальных балансов отдельно взятых этапов, стадий и в целом всего брутго-процесса горения.

2. Разработана диффузионно-кинетическая модель горения и тепломассообмена пыле-угольных частиц в газовом потоке, что позволило определить скорость изменения концентраций реагирующих веществ, температур газов и частицы в зависимости от теплофизических и реакционных характеристик топлива, избытка воздуха, зольности и размеров пьшеутольных часгац. Установлено, что увеличение температуры облучателя на 200 °С (от 1300 °С) приводит к сокращению времени полного выгорания мелких часшц d4 < 250 мкм в 1,8 раза, для крупных часпщ d4 > 500 мкм в 2,5-3,0 раза. При факельных режимах горения эффекгавносгь и динамику процесса выгорания угольных частиц размером 200 мкм и более определяет конвекшвный механизм процесса выхода летучих веществ.

3. Впервые получены температурно-временные зависимости изменения средне-интегрального превышения температуры угольной частицы над температурой газов и длительности параллельно-последовательного протекания процессов испарения влаги, выхода летучих веществ и выгорания коксового остатка от зольности топлива, размера частиц, продолжительности стадии воспламенения коксового остатка, температуры факела и избытка воздуха, что позволило повысить точность определения тепловых потерь с механической и химической неполнотой сгорания канско-ачинских углей на 10-15 %.

4. Выполнено усовершенствование методики расчета и разработано алгоритмическое и программное обеспечение совместного позонного расчета степени выгорания и теплообмена в топочных камерах паровых котлов. Достоверность методики подтверждена сопоставлением результатов вычислений с данными, полученными при испытаниях энергетических котлов БКЭ-320-140 при сжигании канско-ачинских углей. Получено хорошее согласование между расчетными и экспериментальными данными (коэффициент корреляции составил 0,934-0,951).

5. Теоретически и экспериментально обоснованы требования к организации систем подготовки и сжигания твердого органического топлива: <?4min « 0,6 % при А' = 5,8-9,4 % Л97 = 37-42 % и при 9,4 < А" < 11,4 % Rm > 37-42 %; 9зтш « 0,1 % при < = 1,2-1,27. Разработаны на уровне технических решений, защищенных патентами РФ, способы и устройства по их реализации в условиях тепловой электростанции, обеспечивающие повышение эффективности и надежности работы котельных агрегатов (годовой экономический эффект составляет 5,38-46,2 млн. руб. или 12,5-107,3 тыс. т.у.т.).

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Панковский, С. В. Термокинетическая математическая модель выгорания твердого топлива / С. В. Пачковский // Сб.: девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. М.: Издательство МЭИ. Т. 3.2003. С. 103-104.

2. Boiko, Е. А. Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Arbeitsregimes der Kesseleinheit bei variabler Qualitaet / E. A. Boiko, Patschkowskij S. W. // XXXVI. KRAFTWERKSTECHNISCHES KOLLOQUIUM "Entwicklungspotentiale fur Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen". Dresden. 2004. P. 4-6.

3. Свидетельство РФ №2004611403. Комплекс программ имитационного моделирования выгорания пылеугольного факела на основе реакционной способности топлива, решения тренажерных задач управления и технической диагностики топочных процессов (SystemFurnaceMonitor) / Е. А. Бойко, Д. Г. Дидичин, В. Н. Вольнев, М. В. Турок, С. В. Пачковский//Регистр. 07.06.2004.

4. Бойко, Е. А. Кинетическая модель термохимического превращения твердых органических топлив / Е. А. Бойко, С. В. Пачковский // Журнал прикладной химии. Т. 77. Вып. 9.2004. С. 1558-1567.

5. Бойко, Е. А. Экспериментально-расчетная методика оценки кинетических процессов термохимического превращения твердых органических топлив / Е. А. Бойко, С. В. Панковский, Д. Г. Дидичин // Физика горения и взрыва. Т. 41. №1.2005. С. 55-65.

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

7. Панковский, С. В, Математическое моделирование выгорания твердого органического топлива в энергетических устройствах / С. В. Пачковский // Материалы Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука: начало XXI века». Красноярск. Ч. 4.2005. С. 10-12.

8. Пачковский, С. В. Комплексный подход к оценке эффективности энергетического использования твердых органических топлив / С. В. Пачковский, Е. А. Бойко // Материалы международной научно-технической конференции «ХП Бенардосовские чтения». Иваново. 2005. Т. 2. С. 53.

9. Пачковский, С. В. Расчетные исследования диффузионно-кинетических процессов выгорания твердых органических топлив / С. В. Пачковский // Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации». Новосибирск. Ч. 3.2005. С. 77-79.

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

11. Бойко, Е. А. Диффузионно-кинетическая модель термохимического превращения твердых органических топлив / Е. А, Бойко, С. В. Пачковский // Материалы VI Всероссийской конференции «Горение твердого топлива». Новосибирск. ИТ СО РАН. Ч. 1.2006. С. 113-120.

12. Бойко, Е. А. Аналитические исследования динамики выгорания пылеугольных частиц с учетом их реакционной способности / Е. А. Бойко, С. В. Пачковский // Сб. трудов международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития энергетики». Ташкент. 2006. С. 43-46.

13. Бойко, Е. А. Расчетный анализ динамики выгорания канско-ачинских углей с учетом кинетики термохимического превращения их минеральной части / Е. А. Бойко, С. В. Пачковский // Сб.: IV научно-практической конференции «Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов». Челябинск. Т. 2.2007. С. 62-70.

14. Бойко, Е. А. Диффузионно-кинетическая модель горения и тепломассообмена пылеугольных частиц в газовом потоке. / Е. А. Бойко, С. В. Пачковский // Химия твердого топлива. № 6.2008. С. 3-13.

Пачковский Сергей Владимирович Совершенствование методики расчета выгорания пылеугольного факела с учетом реакционных и температурно-временных характеристик процессов термообработки топлива

Автореф. дисс. на соискание учёной степени кандидата техн. наук Подписано в печать 09.10.2008 г. Заказ № <5/7^ Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Типография Политехнического института ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Пачковский, Сергей Владимирович

Введение

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

1.1. Теплотехнические характеристики бурых углей Канско-Ачинского месторождения

1.2. Опыт энергетического использования канско-ачинских углей 1 д

1.2.1. Опыт сжигания канско-ачинских углей в топках с твердым шлако-удалением

1.2.2. Опыт сжигания канско-ачинских углей в топках с жидким шлако-удалением

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

1.4. Анализ методик расчета выгорания пылеугольного факела в топках паровых котлов

1.5. Выводы

1.6. Постановка задач исследования

2. Совершенствование математической модели выгорания твердых органических топлив

2.1. Кинетическая модель процесса термохимического превращения твердого органического топлива

2.1.1. Физическая модель процесса термохимического превращения твердого органического топлива

2.1.2. Математическая модель процесса термохимического превращения твердого органического топлива

2.1.3. Численный эксперимент по исследованию процесса термохимического превращения пылеугольных частиц на различные скорости нагрева

2.1.4. Сопоставление результатов численных и экспериментальных исследований

2.2. Диффузионно-кинетическая модель горения и тепломассообмена пылеугольных частиц в газовом потоке

2.2.1. Физическая модель горения пылеугольных частиц в газовом потоке

2.2.2. Математическая модель горения и тепломассообмена пылеугольных частиц в газовом потоке 56 2.2.3.Численный эксперимент по исследованию процесса выгорания пылеугольных частиц в топочных условиях

2.3. Расчетное исследование влияния топочных факторов на степень выгорания топлива.

2.4. Выводы

3. Совершенствование методики и разработка алгоритмического и программного обеспечения расчета степени выгорания и теплообмена в топочных камерах паровых котлов

3.1. Совершенствование методики расчета выгорания пылеугольного факела

3.1.1. Методика расчета длительности стадий испарения влаги и выхода летучих веществ при сжигании угля в пылевзвеси

3.1.2. Методика расчета длительности выгорания нелетучего остатка твердого органического топлива

3.2. Алгоритм и программная реализация методики позонного расчета выгорания пылеугольного факела и теплообмена в топочных камерах паровых котлов

3.2.1. Зона активного горения топочной камеры

3.2.2. Зоны, расположенные выше зоны активного горения (камера охлаждения)

3.3. Расчетная оценка процесса выгорания бородинского угля в топочной камере котельного агрегата БКЗ-320-140 Красноярской ТЭЦ

3.4. Выводы 86 4 Экспериментальные исследования процесса выгорания пылевидного твердого органического топлива в условиях промышленных энергетических установок и вопросы внедрения результатов исследований

4.1. Экспериментальные исследования процесса выгорания пылевидного твердого органического топлива в условиях промышленных энергетических установок

4.1.1. Методика проведения эксперимента

4.1.2. Результаты опытно-промышленных испытаний котла БКЭ-320-140 Красноярской ТЭЦ-1 при сжигании бородинского угля

4.1.3. Анализ результатов тепловых балансовых испытаний котла БКЗ

320-140 Красноярской ТЭЦ

4.1.3.1. Длительность выгорания горючих газовых компонентов летучих веществ (СН4 и СО) при работе котла БКЗ-320-140 КТЭЦ-1 на бородинском угле в интервале нагрузок (0,7 - 0,9)£>ном

4.1.3.2. Длительность выгорания нелетучего остатка бородинского угля при работе котла БКЗ-320-140 в интервале нагрузок (0,7 - 0,9)£>1ЮМ

4.2. Сопоставление результатов численных и экспериментальных исследований процесса выгорания бородинского угля в топочной камере котла БКЗ-320-140 Красноярской ТЭЦ

4.3. Обоснование требований к организации процесса сжигания твердого органического топлива с учетом исходного качества

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

4.5. Оценка экономической эффективности практического использования предложенных технических решений

4.6. Выводы 134 Научные выводы и рекомендации

Введение 2008 год, диссертация по энергетике, Пачковский, Сергей Владимирович

Согласно «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ № 1234-р от 28.08.2003 г., твердое органическое топливо является основным источником для производства энергии на длительную перспективу, поэтому проблема повышения эффективности его использования и экономного расходования является актуальной.

В связи с этим существенно возрастает роль научно-обоснованного подхода при расчете, проектировании и наладке эксплуатационных режимов топочных камер паровых котлов с учетом качества топлива и физико-химических закономерностей многостадийных процессов горения пыле-угольных частиц. Наиболее рациональным средством решения указанных задач является использование метода математического моделирования, однако сложность проблемы требует его дальнейшего совершенствования. Одним из направлений развития вышеописанного подхода является необходимость учета реакционной способности угольного вещества на основе установления корректной взаимосвязи различных этапов и процессов термохимического превращения топлива.

Работа выполнена в соответствии с заданием по гранту РФФИ (№08-08-90253-Узба, 2008-2009 г.) и тематических планов выполнения хозяйственных договоров (2003-2007 г.) с Красноярской ТЭЦ-1, ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)» (г. Красноярск).

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

Задачи исследования:

2. Разработка-математической диффузионно-кинетической модели выгорания пылеугольных частиц в газовом потоке и проведение численных исследований для определения влияния различных условий топочной среды на степень выгорания топлива.

Научная новизна работы:

3. Впервые получены температурно-временные зависимости средне-интегрального превышения температуры угольной частицы над температурой газов и длительности параллельно-последовательного протекания процессов воспламенения и горения коксового остатка, учитывающие теплофи-зические характеристики и реакционную способность топлива, а также режимные параметры работы топочных устройств паровых котлов.

Практическая значимость работы:

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Расчётная схема и математическая кинетическая модель термохимического превращения твердого органического топлива, обеспечивающие корректную оценку и исследование динамики процесса.

3. Температурно-временные зависимости среднеинтегрального превышения температуры угольной частицы над температурой газов и длительности параллельно-последовательного протекания процессов воспламенения и горения коксового остатка, позволяющие повысить точность определения степени выгорания твердого органического топлива.

Заключение диссертация на тему "Совершенствование методики расчета выгорания пылеугольного факела с учетом реакционных и температурно-временных характеристик процессов термообработки топлива"

НАУЧНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Длительный опыт использования твердых органических топлив 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. и 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 метода математического моделирования термохимического превращения твердых органических топлив, однако сложность исследуемых процессов требует его 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.

Необходимость четкого контроля качества топлива, сжигаемого на тепловых электростанциях, перспективность использования для этой цели метода математического моделирования степени выгорания пылевидного топлива в реальных топочных условиях, результаты обработки экспериментальных и расчетных исследований позволяют сформулировать научные выводы и рекомендации:

1. Усовершенствована расчётная схема и математическая модель термохимического превращения топлива, учитывающие кинетику процессов испарения влаги, выхода летучих веществ с раздельной оценкой индивидуальных газообразных компонентов и смоловыделения и их горения, вторичного крекинга смол, газификации коксового остатка, превращения минеральной части топлива, что позволяет обеспечить оценку и контроль выполнения материальных балансов отдельно взятых этапов, стадий и в целом всего брутто-процесса горения бурого угля. Проведенные исследования и сопоставление результатов расчета кинетики термохимического превращения различных углей позволяет констатировать, что предлагаемая экспериментально-расчетная методика оценки степени выгорания твердых топлив обеспечивает удовлетворительную качественную и количественную сходимость при линейном законе нагрева, моделирующем условия комплексного термического анализа. Относительная погрешность экспериментальных и расчетных параметров исследуемых термохимических реакций при 95%-ном доверительном интервале статистического теста Стьюдента -1 составила 3-5 %.

2. Разработана математическая диффузионно-кинетическая модель процесса термохимической обработки угля, учитывающая химическую структуру, механизм превращения и реакционную способность твердых органических топлив, а также межфазный тепло- и массоперенос и выполнена оценка температурно-временных интервалов протекания различных стадий превращения угля от качества исходного топлива, температуры обработки, размера пылеугольных частиц, коэффициента избытка воздуха и т.д. Установлено, что время воспламенения коксового остатка, как стадии выгорания пылеугольных частиц сопоставимо с суммарной длительностью протекания процессов сушки и смоловыделения.

3. Впервые получены в аналитическом виде температурно-временные зависимости среднеинтегрального превышения температуры угольной частицы над температурой газов и длительности параллельно-последовательного протекания процессов испарения влаги, выхода летучих веществ и выгорания коксового остатка от зольности топлива и размера частиц, продолжительности стадии воспламенения коксового остатка, температуры факела и избытка воздуха, что позволило повысить точность определения степени выгорания бурого угля в условиях реальных топочных процессов. Установлено, что время воспламенения коксового остатка, как стадии выгорания пылеугольных частиц сопоставимо с суммарной длительностью протекания процессов сушки и смоловыделения. В качестве показателя температурной обработки пылеугольных частиц предложено использовать величину среднего превышения температуры частицы над температурой топочной среды. В отличие от класса мелких частиц, где это превышение меньше зависит от температуры среды, для крупных частиц (более 500 мкм) оно имеет наибольшие значения при низких температурах облучателя.

4. Усовершенствована методика расчета и проектирования топочных устройств энергетических котлов, в части раздельной оценки и взаимного учета длительности протекания процессов испарения влаги, смоловыделения и горения коксового остатка в зависимости от температурного режима пылеугольной частицы, что обеспечивает адекватное определение величин тепловых потерь с механической и химической неполнотой горения бурых углей. 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 угля, а также режимов работы котельных установок. Достоверность методики подтверждена сопоставлением результатов вычислений с данными, полученными при испытаниях энергетических котлов БКЭ-320-140 при сжигании канско-ачинских углей. Получено хорошее согласование между расчетными и экспериментальными данными (коэффициент корреляции составил 0,934-0,951).

5. Разработано и внедрено в практику выполнения проектных работ и режимно-наладочных мероприятий специализированное алгоритмическое и программное обеспечение, реализующее усовершенствованную методику позонного расчета выгорания пылеугольного факела в топках паровых котлов и позволяющее: выполнить расчет: тепловых потоков на поверхностях нагрева, значений температур продуктов сгорания, промежуточных и конечных концентраций реагирующих веществ в любой расчетной точке по высоте топочного пространства с одновременной возможностью диагностики причин изменения длительности и механизма протекания сложных, последовательно-параллельных, физико-химических реакций горения и теплообмена; учесть не только режимные параметры топочных устройств, такие как тонина помола, коэффициент избытка воздуха, нагрузка, высота размещения факела и доля воздуха, подаваемого в виде вторичного и третичного дутья, но и индивидуальные особенности органической и минеральной части сжигаемого топлива, посредством использования данных о реакционной способности отдельных этапов термохимического превращения угля; расширить возможности изучения топочных процессов; увеличить точность и скорость вычислений.

6. По результатам численного моделирования и экспериментальных исследований процесса термохимического превращения твердого органического топлива в условиях опытно-промышленных установок обоснованы требования к организации систем подготовки и сжигания твердого органического топлива: #41Ш-П« 0,6 % при Ас = 5,8-9,4 % Я9°0ПТ > 45 % и при 9,4 < Ас < 11,4 % Д90 > 37-42 %; ?3га!п * 0,1 % при < = 1,2-1,27.

7. Разработаны на уровне технических решений, защищенных патентами РФ, способы и устройства по их реализации в условиях тепловой электростанции, обеспечивающие повышение эффективности и надежности работы котельных агрегатов, снижение выбросов вредных веществ в атмосферу, вовлечение в топливно-энергетический баланс страны низкокачественных углей. Принципиальной особенностью данных технических решений является то, что наряду с интегральными технологическими показателями режима работы паропроизводительной установки (расход, давление и температура перегретого пара и т.д.) для регулирования режима горения топлива дополнительно используются расчетные значения потерь тепла с химическим и механическим недожогом.

8. Расчетами экономической эффективности практического применения предложенных в работе режимов, способов и устройств 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 паропроизводительностью от 210 до 500 т/ч в зависимости от масштабов реализации составляет 5,38-46,2 млн. руб. (12,5-107,3 тыс. т.у.т.), при сроке окупаемости 1,1-3,5 года, что подтверждает их высокую инвестиционную привлекательность.

Библиография Пачковский, Сергей Владимирович, диссертация по теме Промышленная теплоэнергетика

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. 3-10.

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

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

14. Бойко, Е. А. Комплексный термический анализ твердых органических топлив: Монография / Е. А. Бойко // Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005.383 с.

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

16. 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.

17. 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.

18. 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.

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

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

21. 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.

22. Левит, Г. Т. Совершенствование организации топочного процесса / Г. Т. Левит // Теплоэнергетика. 2005. №2. С. 43-48.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

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

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

29. 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.

30. 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.

31. 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.

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

33. 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. 7478.

34. 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.

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

36. 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.

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

38. Святец, И. Е. Бурые угли как технологическое сырье / И. Е. Святец, А. А. Агроскин. М.: Недра, 1976. 127 с.

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

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

41. 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.

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

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

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

45. Сполдинг, Д. Б. Основы теории горения / Д. Б. Сполдинг. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. 318 с.

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

47. Хитрин, JI. H. Физика горения и взрыва / Л. Н. Хитрин. М.: Изд. МГУ, 1957. 442 с.

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

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

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

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

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

53. Шатиль А. А. Расчетная оценка устойчивости факельного горения твердых топлив в топке котлов / А. А. Шатиль // Теплоэнергетика. 1990. № 4. С. 2-6.

54. Вулис Л. А. Тепловой режим горения. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1954.

55. Шатиль А. А. Сжигание природного газа в камерах сгорания газотурбинных установок. Л.: Недра, 1972.

56. Lockwood F. С. Prediction method for coal-fired furnaces / F. C. Lockwood, A. P. Salooja S. A. Syed // Combustion and flame. 1980, 38, № 1. P. 115.

57. Котлер В. P. // Теплоэнергетика. 1992. № 2. С. 72-76.

58. Поляков А. А., Шленский О.Ф. // ХТТ. 1994. № 1. С. 83-88.

59. Быков В.И., Вишневская Т.И., Цирульниченко, Н.М. // ФГиВ. 1997. Т.ЗЗ. № 4. С. 39-45.

60. Старченко А. В. // ФГиВ.1998. Т. 34. № 5. С. 3-13.

61. Макаров В. Н., Герасимов Г. Я. // ФГиВ. 1999. Т. 35. № 2. С. 23-29.

62. Денисов Е. Т. Кинетика гомогенных химических реакций. М.: Высш. шк., 1978. 367 с.

63. Панченков Г. М., Лебедев В. П. Химическая кинетика и катализ. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Химия, 1974. 592 с.

64. Boiko Е. А. // Thermochimica Acta. 2000. № 348. P. 97-104.

65. Виленский Т. В., Хзмалян Д. М. Динамика горения пылевидного топлива. М.: Энергия, 1978. 278 с.

66. Бойко Е. А., Шишмарев П. В., Дидичин Д. Г., Жадовец Е. М. // ХТТ. 2003. №4. С. 70-78.

67. Варфоломеев С. Д., Гуревич К. Г. Биокинетика. М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999. 720 с.

68. Экспериментальные методы химической кинетики. Под ред. H. М. Эмануэля, Г. Б. Сергеева. М.: Высш. школа, 1980. 375 с.

69. БойкоЕ. А.//ЖПХ. Вып. 10. 1998. С. 1736-1741.

70. Бойко Е. А., Дидичин Д. Г., Шишмарев П.В. // ЖПХ. 2003. Т. 76.1. Вып. 4. С. 605-610.

71. Яворский И. А. Физико-химические основы горения твердых горючих ископаемых топлив и графитов. Новосибирск: Наука, 1973. 254 с.

72. Варнатц Ю., Маас У., Диблл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. Пер. с англ. Под ред. П. А.Власова. М.: Физматлит, 2003. 352 с.

73. Головина Е. С. // ФГиВ. 2002. Т. 38. № 4. С. 25-34.

74. Muller М., Pachaly R. // XXXII Kraftwerkstechnisches Kolloquium. Nutzung schwieriger Brennstoffe in Kraftwerken. Dresden, 2000. S. 99-108.

75. Майборода В. Д., Гергалов В. И., Петряев Е. П. Математическое моделирование химической кинетики. Минск: Университетское, 1989. 168 с.

76. Бойко, Е. А. Кинетическая модель термохимического превращения твердых органических топлив / Е. А. Бойко, С. В. Пачковский // Журнал прикладной химии. Т. 77. Вып. 9. 2004. С. 1558-1567.

77. Яблонский Г. С., Спивак С. И. Математические модели химической кинетики. М.: Знание, 1977. 253 с.

78. 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. Т. 41. №1. 2005. С. 55-65.

79. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. Изд. 4-е перераб. и дополн. М.: Высш. шк., 1984. 463 с.

80. Шемякин В.Н., Мишина К.И., Ким В.Е. // Сб. научн.' тр. по пробл. тепло- и массопереноса в топочных устройствах, газогенераторах и химических реакторах. Минск, 1983. С. 134-145.

81. Бойко, Е. А. Диффузионно-кинетическая модель горения и тепломассообмена пылеугольных частиц в газовом потоке. / Е. А. Бойко, С. В. Пачковский // Химия твердого топлива. № 6. 2008. С. 3-13.

82. Бойко, Е. А. Диффузионно-кинетическая модель термохимического превращения твердых органических топлив / Е. А. Бойко, С. В. Пачковский // Материалы VI Всероссийской конференции «Горение твердого топлива». Новосибирск. ИГ СО РАН. Ч. 1.2006. С. 113-120.

83. Бойко Е. А. Комплексный термический анализ твердых органических топлив: монография. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 383 с.

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

85. 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. 12-20.

86. Иванов, В. А. Основные направления системного анализа в теории теплоэнергетических установок / В. А. Иванов, И. 3. Копп // Изв. Вузов. Энергетик. 1993. №5-6. С. 15-17.

87. Каминский, В. П. Об организации оптимального режима сжигания топлива в топках паровых котлов / В. П. Каминский // Электрические станции. 1998. №11. С. 2-8.

88. Данилин, Е. А. Материальный и тепловой баланс котельной установки по результатам анализа сухих продуктов сгорания топлива / Е. А. Данилин, В. Н. Клочков // Теплоэнергетика. 1985. №11. С. 5-8.

89. Маршак, Ю. Л. Организация горения в топках с тангенциальным расположением горелок при сжигании бурых углей / Ю. JI. Маршак, М. Я. Процайло, С. Г. Козлов // Теплоэнергетика. 1986. №5. С. 10-15.

90. Сабо, Ш. Математическое моделирование горения топлива в топочных устройствах паровых котлов / Ш. Сабо, В. А. Двойнишников, Т. В. Виленсий // Теплоэенергетика. 1988. №9. С. 17-22.

91. Рундыгин, Ю. А. Повышение эффективности работы котла ТП-14А при сжигании высоковлажных бурых углей / Ю. А. Рундыгин, В. Е. Скудицкий, С. К. Вязовой и др. // Энергетик. 1988. №9. С. 4-9.

92. Бондарев, А. М. Интенсификация воспламенения пылеугольного факела при сжигании резкопеременного топлива / А. М. Бондарев, А. Н. Семенов // Электрические станции. 1986. №5. С. 11-13.

93. Горшков, А. С. Необходимость улучшения качества углей для мощных электрических блоков / А. С. Горшков // Теплоэнергетика. 1986. №4. С. 6-11.

94. Поляков, А. Н. Анализ динамики автоматических систем регулирования экономичности процесса горения в топке барабанного котла / А. Н. Поляков, Г. П. Плетнев, А. Н. Лесничук // Вестник МЭИ. 1999. №1. С. 10-12.

95. Абрютин, A.A. Развитие метода и программы трехмерного зонального расчета теплообмена в топочных камерах пылеугольных котлов /

96. A.A. Абрютин, Э.С. Карасина,Б.М. Лившиц и др // Теплоэнергетика. 1998. №6. С. 17-26.

97. Межерицкий, С. М. Особенности позонного теплового расчета топки парового котла при ступенчатом сжигании топлива / С. М. Межерицкий, А. Я. Горелов, Р. Р. Калеилов // Изв. Вузов. Энергетика. 1991. №12. С. 4-7.

98. Беднаржевский, В. С. Математические модели основа систем автоматизированного проектирования паровых котлов / B.C. Беднаржевский //Теплоэнергетика. 1997. №9. С. 19-21.

99. Михейкина, Н. Д. Комплекс программных моделей котлоагрегатов / Н. Д. Михейкина, А. П. Иванов // Приборы и системы управления. 1996. №11. С. 20-25.

100. Галашов, Н. Н. Пакет автоматизированного моделирования и расчета тепловых схем энергоблоков на персональной ЭВМ / Н. Н. Галашов,

101. B. В. Балашов // Энергетик. 1997. №9. С. 9-14.

102. Николаев, Н. Н. Оптимизация режимов работы котельных установок с использованием ПЭВМ / Н. Н. Николаев, В. В. Лешкович // Энергетическое строительство. 1995. №2. С. 5-11.

103. Иванов, В. А. Основные направления системного анализа в теории теплоэнергетических установок / В. А. Иванов, И. 3. Копп // Изв. Вузов. Энергетик. 1993. №5-6. С. 19-22.

104. Беднаржевский, В. С. Оптимизация САПР котлоагрегатов / В. С. Беднаржевский//Тяжелое машиностроение. 1999. №7. С. 10.-16.

105. Филиппов, Г. А. Проблемы математического моделирования и информатики в энергомашиностроении / Г. А. Филиппов, Г. А. Салтанов'// Тяжелое машиностроение. 1990. №2. С. 7-18.

106. Сидулов, М. В. Математическое моделирование и оптимизация режимов работы ТЭЦ / М. В. Сидулов, В. А. Мартынов, Н. Ю. Кудрявцев и др. //Теплоэнергетика. 1993. №10. С. 10-19.

107. Шостак, А. Т. Метод и программа расчета на ЭЦВМ динамики автоматизированного котла / А. Т. Шостак, Г. Б. Коротков // Теплоэнергетика. 1986. №3. С. 3-8.

108. Трембовля В. И., Фингер В. И., Авдеева А. А. Теплотехнические испытания котельных установок. М.: Энергоатомиздат. 1991. 416 с.

109. Щелоков, Я. М. Показатели энергетической эффективности паровых котлов / Я. М. Щелоков // Промышленная энергетика. 2005. №12. С. 31-42.

110. Серант, Ф. А. Проблемы сжигания бурых углей и лигнитов при использовании мельниц-вентиляторов и пути их решения / Ф. А. Серант, В.

111. B. Гордеев, Ю. А. Ершов и др. // Теплоэнергетика. 1999. №9. С. 15-22.

112. Тауд, Р. Перспективы развития тепловых электростанций на органическом топливе / Р. Тауд // Теплоэнергетика. 2000. №6. С. 26-31.

113. Ефимов, Н. Н. Проблемы сжигания низкореакционных твердых топлив в камерных топках котлов / Н. Н. Ефимов // Изв. Вузов Сев.-Кавк. Регион. 1998. №1. С. 22-31.

114. Коренева, Г. С. К вопросу сжигания в энергетических котлах низкосортных твердых топлив / Г. С. Коренева // Донец. Гос. Техн. ун-т. 1998. С. 44-52.

115. Янко, П. И. О возможности перевода пылеугольных котлов на жидкое шлакоудаление / П. И. Янко, И. С. Мысак // Энергетика и электрификация. 1998. №2-3. С. 32-45.

116. Котлер, В. Р. Усовершенствованная методика расчета выгорания топлива в пылеугольных котлах / В. Р. Котлер // Теплоэнергетика. 1992. №3.1. C. 72-76.

117. Чеховой, Ю. Н. К расчету подсветки факела при сжигании низкосортных углей / Ю. Н. Чеховой, Б. Н. Барбышев // Энергетика и электрификация. 1984. №4. С. 14-18.

118. Митор, В. В. Расчетное исследование режимов работы топочной камеры парового котла к энергоблоку 800 МВт / В. В. Митор, С. Г. Шагалова, Д. И. Паршиков и др. // Теплоэнергетика. 1981. №2. С. 39-43.

119. Котлер, В. Р. Развитие новых технологий факельного сжигания органического топлива / В. Р. Котлер // Энергетик. 1996. №1. С. 19-21

120. Процайло, М. Я. Опыт и проблемы совершенствования технологии сжигания и конструкции котлоагрегатов для канско-ачинских углей / М. Я. Процайло // Электрические станции. 1992. №11. С. 7-9

121. Сорокопуд, JI. М. К вопросу о механизме воспламенения летучих в пылеугольной аэросмеси / JI. М. Сорокопуд // Теплоэнергетика. 1991. № 2. с. 8-16.

122. Альтшуллер, В. С. Газификация углей на тепловых электростанциях / В. С. Альтшуллер, А. Д. Болынедворский // Теплоэнергетика. 1988. №8. С. 22-31.

123. Злотин, Г. Н. Методика расчета термохимических характеристик сгорания углеводородных топлив / Г. Н. Злотин, С. Н. Шумский, М. В. Дульгер // Изв. Вузов. Энергетика. 1988. №8. С. 9-20.

124. Котлер, В. Р. Качество топлива и его влияние на профиль энергетических котлов в США / В. Р. Котлер // Теплоэнергетика. 1984. №5. С. 18-32.

125. Каминский, В. П. Об организации оптимального режима сжигания топлива в топках паровых котлов / В. П. Каминский // Электрические станции. 1998. №11. С. 2-8.

126. Хардгроу, Дж. Предтопок для сжигания углей с пониженными выбросами вредных веществ в атмосферу / Дж. Хардгроу, А. Солбес, Г. X. Листвинский, В. Р. Котлер // Электрические станции. 1993. №9. С. 32-44.

127. Шестаков, С. М. Расчет процесса выгорания частиц дробленного топлива в топке с низкотемпературным вихрем котла ПК-24 / С. М. Шестаков, А. П. Парамонов // Теплоэнергетика. 1993. №3. С. 22-31.

128. Волков, Э. П. Математическое моделирование топочных процессов в камерных пылеугольных топках энергетических котлов / Э. П. Волков, И. Н. Гусев, Л. И. Зайчик // Изв. АН СССР. Энергетика. 1992. №2. С. 22-29.

129. Котлер, В. Р. Усовершенствованная методика расчета выгорания топлива в пылеугольных котлах / В. Р. Котлер // Теплоэнергетика. 1992. № 3. С. 72-76.

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

131. Макаров, А. Н. Расчет распределения измерений факела в топке парового котла / А. Н. Макаров, Е. И. Кривнев // Промышленная теплоэнерегетика. 2000. №11. С.

132. 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.

133. 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.

134. Рубашкин, А. С. Моделирование процессов в топке парового котла / А. С. Рубашкин, В. А. Рубашкин // Теплоэнергетика. 2003. №10. С. 14-20.

135. Дик, Э. П. Расчет потерь тепла с механическим недожогом при термическом обезвреживании бытовых отходов / Э. П. Дик, Е. В. Сотсков, А. Н. Тугов // Электрические станции. 2003. №11. С. 16-17.

136. Процайло, М. Я. Проблемы сжигания твердого топлива / М. Я. Процайло, А. Г. Навроцкий, Н. И. Расюк, M. М. Левин // Энергетика и электрификация. 1995. №1. С.

137. Макаров, А. Н. Расчет распределения излучения факела в топке парового котла / А. Н. Макаров, Е. И. Кривнев // Промышленная энергетика. 2000. №11. С. 15-25.

138. 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. 23-31.

139. Данилин, Е. А. Материальный и тепловой баланс котельной установки по результатам анализа сухих продуктов сгорания топлива / Е. А. Данилин, В. Н. Клочков // Теплоэнергетика. 1985. №11. С. 15-24.

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

141. Патент РФ №2277674, iüi.F23K1/00. Котельный агрегат / Е. А. Бойко, П.В. Шишмарев, C.B. Пачковский // Бюлл. №16. опубл. 10.06.2006.

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

143. Денисов, В. И. Технико-экономические расчеты в энергетике / В. И. Денисов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 216 с.

144. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

145. Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

146. Декан ТЭФ, зав. каф. ТЭС д.т.н., профессор1. С. А. Михайленко

Похожие работы

Энергетика
05.14.00