автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Стабилизация выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением

На правах рукописи

Молонов Ярослав Жалсараевич

СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЫХОДА ЖИДКОГО ШЛАКА В ТОПКАХ С ЖИДКИМ ШЛАКОУДАЛЕНИЕМ

Специальность 05.14.14 — «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

004696781

УЛАН-УДЭ-2010

004606781

Работа выполнена на кафедре «Тепловые электрические станции» в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Карпенко Евгений Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Буянтуев Сергей Лубсанович

кандидат технических наук Неуймин Валерий Михайлович

Ведущая организация: Филиал «УралВТИ-Челябэнерго-

сетьпроект» ОАО «Инженерный центр энергетики Урала», Челябинская область, г. Челябинск

Защита диссертации состоится «25» июня 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.03 в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете (ВСГТУ) по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в, ВСГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВосточноСибирского государственного технологического университета и на сайте www.esstu.ru.

Автореферат разослан «25» мая 2010г.

Ученый секретарь диссертационного совета (] доктор технических наук ¿•Д>'Г/ Б.Б. Бадмаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Топливно-энергетический комплекс России (ТЭК) оказывает определяющее влияние на функционирование и развитие экономики страны. Такое положение ТЭК в большей мере предопределяется наличием в России богатых природных топливно-энергетических ресурсов и его крупным производственным потенциалом.

Потребности мирового энергетического сектора в топливе для производства тепла и электроэнергии обеспечиваются углем на 25%, при этом угольные электростанции производят 38% мировой электроэнергии. В современной энергетике России тепловые электрические станции (ТЭС), работающие на твёрдом топливе, занимают значительную долю в энергетическом балансе. Важным аспектом экономической привлекательности использования угля является более прогнозируемое увеличение цен на него по сравнению с дорожающим природным газом и мазутом. Дальнейшее повышение роли угля в энергетике обусловлено еще и тем, что масштабы использования других э;:ергс::сс;:тслсГ: постепенно снижаются. Согласно утвержденной Правительством Российской Федерации «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» основой электроэнергетики России остаются ТЭС.

В энергосистеме Сибири работает 86 электростанций. При этом 50,9% 1гх общего количества составляют ТЭС. Свыше 50 котлов указанных ТЭС оборудованы топками с жидким шлакоудалением. Несмотря на технико-экономическую привлекательность и тенденцию увеличения объемов использования твердого топлива, происходит снижение его качества и включение в топливный баланс ТЭС непроектных видов топлива. Это сказывается на стабильности выхода жидкого шлака, а в некоторых случаях практической невозможности ее осуществления. Количество углеобогатительных фабрик не позволяет обеспечить существующие потребности электроэнергетики, к тому же в результате обогащения можно снизить зольность и влажность, но увеличить выход летучих практически невозможно. Остро стоят вопросы дальнейшей эксплуатации котлов с жидким шлакоудалением, проведением на них реконструктивных работ с переводом на другие технологии. Основным аргументом являются высокие выбросы N0* по сравнению с твердым шлакоудалением.

Традиционные технологии топливоиспользования, основанные на использовании режимных мероприятий, изменении конструкций пыле-угольных горелочных устройств, не позволяют достичь желаемого эффекта. Использование мазута или природного газа для подсветки пылеуголь-ного факела и обеспечения устойчивой эвакуации жидкого шлака свиде-

тельствует о неэффективности и эколого-экономической нецелесообразности такого пути для современных ТЭС.

Наиболее перспективным направлением является повышение реакционной способности топлива за счет термохимической подготовки топлива (ТХПТ). Стабилизация выхода жидкого шлака с использованием мазута или газа для ТХПТ не исключают негативных моментов совместного их сжигания с углем. Технология ТХПТ с использованием для этой цели резисторного запальника приемлема для ограниченного количества типов углей. Направление снижения температуры плавления шлака, связанное с изменением плавкостных характеристик минеральной части топлива, требует решения трудоемких технических задач, что в значительной степени увеличивает затраты на топливо.

Можно резюмировать, что внедрение новых подходов, обеспечивающих повышение реакционной способности твердого топлива, стабилизацию выхода жидкого шлака и снижение выбросов N0, на котлах с жидким шлакоудалением,- остается актуальной задачей. Наиболее перспективной технологией для решения этих вопросов, предложенной в данной работе, является использование надподовых пылеугольных горелок с плазменно-топливными системами, использующими низкотемпературную плазму. Изложенные выше аргументы послужили основанием для выполнения исследований диссертационной работы.

Объектом исследования являются топки котл о агрегатов с жидким шлакоудалением.

Предметом исследования являются способы стабилизации выхода жидкого шлака на котлах с жидким шлакоудалением.

Цель работы заключается в совершенствовании технологии стабилизации выхода жидкого шлака на основе результатов экспериментальных натурных исследований и научно-технического обоснования нового подхода к сжиганию низкосортных и непроектных твердых топлив с целью обеспечения надежной работы и снижения N0* на котлах с жидким шлакоудалением ТЭС в различных эксплуатационных режимах.

Для достижения поставленной в работе цели задачи исследования сводились к следующему:

— анализу современного состояния проблем топливоснабжения и работы котлов с жидким шлакоудалением, обеспечения их рабочих режимов в условиях эксплуатации;

— анализу преимуществ и недостатков существующих технологий, разработке новых технических решений для стабилизации выхода жидкого шлака в топках парогенераторов с жидким шлакоудалением (используемые конструкции топочных камер, проведенные модернизации и реконструкции оборудования, особенности режимов эксплуатации);

— теоретическому обоснованию энергетической эффективности стабилизации выхода жидкого шлака на котлах с жидким шлакоудалением с использованием плазменно-угольной горелки и обобщением полученных результатов, а также выявлением закономерностей и особенностей изменения температуры и состава продуктов сгорания в плазменно-угольной горелке и топочных камерах котлоагрегатов;

— разработке технологических рекомендаций по использованию плазменной технологии стабилизации выхода жидкого шлака, направленных на создание новых и совершенствование действующих плазменно-топливных систем;

— проведению исследований процессов, протекающих в топочной камере котлоагрегата БКЗ-640-140-ПТ1 с жидким шлакоудалением Гуси-ноозерской ГРЭС с использованием плазменной технологии, и получению результатов расчета технико-экономической эффективности ее применения.

Методы исследования. Моделирование процесса повышения реакционной способности исходного топлива проводилось с использованием программ TERRA, Plasma-Coal, FLOREAN. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием современных методик.

Научная новизна состоит в разработке и предложении плазменно-энергетической технологии для решения вопросов стабилизации выхода жидкого шлака и снижения NOx для котлов с жидким шлакоудалением.

К числу наиболее существенных результатов, полученных лично автором, относятся:

— результаты анализа существующего положения в области эксплуатации котлов с жидким шлакоудалением;

— результаты анализа существующих способов для стабилизации эвакуации жидкого шлака в свете поставленных задач исследования;

— результаты расчетно-теоретического обоснования эффективности плазменной стабилизации выхода жидкого шлака и снижения NOx;

— результаты практического исследования стабилизации выхода жидкого шлака на котлах с жидким шлакоудалением с применением над-подовой плазменно-угольной горелки в условиях пылеугольной ТЭС;

— результаты анализа преимуществ при применении плазменной технологии для повышения эффективности топливоиспользования пыле-угольных ТЭС.

Практическая значимость и использование результатов работы. 1. Получены расчетно-теоретические данные, подтверждающие повышение реакционной способности топлива для решения вопросов стабилиза-

ции выхода жидкого шлака и снижения ЫОх с использованием плазменно-топливных систем (ПТС).

2. Проведены опытно-промышленные испытания плазменно-топливной системы стабилизации выхода жидкого шлака на котле БКЗ-640-140-ПТ1 Гусиноозерской ГРЭС.

3. Полученные экспериментальные данные исследования и рекомендации использованы на Гусиноозерской ГРЭС (Республика Бурятия, Россия), Кураховской ГРЭС (Украина).

4. На основе анализа полученных данных разработаны технологические рекомендации по созданию новых и совершенствованию действующих ПТС.

5. Результаты диссертационных исследований применены в учебных курсах теоретических и практических дисциплин в процессе обучения студентов и аспирантов ВСГТУ по специальности 05.14.14 - «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты».

Основные положения, выносимые на защиту:

— результаты анализа преимуществ и недостатков существующих технологий стабилизации выхода жидкого шлака в топках парогенераторов с жидким шлакоудалением, предложение нового технического решения;

— результаты теоретического обоснования энергетической эффективности стабилизации выхода жидкого шлака на котлоагрегатах с жидким шлакоудалением с использованием плазменно-угольной горелки;

— данные проведенных натурных экспериментальных исследований процессов, протекающих в топочной камере при стабилизации выхода жидкого шлака с использованием ПТС в различных режимах работы;

— результаты обобщения теоретических и экспериментальных исследований и выявленных закономерностей;

— технологические рекомендации по применению плазменно-угольных горелок.

Достоверность результатов натурных экспериментов на стенде и действующем оборудовании обеспечивается применением апробированных методик экспериментальных исследований, использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры и подтверждается удовлетворительным совпадением с экспериментальными данными, полученными другими исследователями.

Апробация результатов исследования. Основные результаты исследований озвучены на региональных и международных научно-практических конференциях и на объединенных научно-методических семинарах кафедры ТЭС ВСГТУ и Отраслевого Центра Плазменно-энергетических Технологий (ОЦ ПЭТ) (Улан-Удэ, Гусиноозерск - 19996

2003 гг.); научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов, посвяшенной 35-летию со дня образования университета. Улан-Удэ, 1997г.; III Международной научно-технической конференции «Плазменно-энергетические процессы и технологии». Улан-Удэ, 2000 г; научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГТУ, посвященной 300-летию инженерно-технического образования в России. Улан-Удэ, 2001г.; научно-технических совещаниях ОАО «Энел ОГК-5», 2006 -2009 гг.

Теоретической и методологической базой исследования послужили работы отечественных и зарубежных авторов по вопросам и проблемам эксплуатации пылеугольных тепловых электрических станций, использующих котлы с жидким шлакоудалением, применения различных методов стабилизации выхода жидкого шлака при использовании низкокачественных и непроектных видов топлива.

В качестве исследовательского инструментария использовались надподовые плазменно-угольные горелки для стабилизации выхода жидкого шлака из топок котлоагрегатов с жилким шлакоуляпением, пирометры, программное обеспечение. Расчетно-теоретические методики расчета и обоснования применения плазменно-энергетических технологий, а также табличные и графические методы представления данных. При решении поставленных задач использовались пакеты прикладных программ «Plasma-Coal», TERRA, Microsoft Word, Microsoft Excel.

Информационной основой исследования послужили официальные данные Правительства Российской Федерации, Министерства энергетики России, отчетность Росстата, научные публикации, материалы периодических изданий, сети Интернет и электронных средств массовой информации по тематике исследования.

Публикации. Результаты исследования приведены в 10 публикациях.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, приложений и списка использованной литературы, включающего 104 наименования. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, иллюстрирована 29 рисунками, 4 таблицами и 5 приложениями.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели, задачи, предмет и объект исследования, показаны научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В первой главе выполнен анализ топливной базы ТЭС и эксплуатации котлов с жидким шлакоудалением, рассмотрены существующие

технологии стабилизации выхода жидкого шлака в топках с жидким шла-коудалением, описаны их преимущества и недостатки. Показана перспектива их применения для пылеугольных ТЭС с постановкой задачи безмазутной (безгазовой) стабилизации выхода жидкого шлака на котлах с жидким шлакоудалением.

В последние 30-40 лет наблюдается тенденция ухудшения качества твердого топлива наряду с увеличением его доли в топливном балансе ТЭС, которая является мировой. Работа блоков на непроектном топливе и даже нескольких видах (смесях) непроектных топлив с отличным от проектного топлива составом минеральной части оказывает существенное влияние на плавкостные характеристики шлака. Использование таких углей в будущем реально, так как сужение топливной базы характерно для многих стран. Количество обогатительных фабрик не удовлетворяет росту его потребления на ТЭС. К тому же, в результате обогащения можно снизить лишь зольность и влажность углей, тогда как увеличить выход летучих низкореакционных топлив путем обогащения в принципе невозможно, учитывая довольно высокую стоимость обогащения.

Непосредственное сжигание твердых топлив ухудшенного качества, непроектных видов топлив сказывается на ухудшении воспламенения, стабилизации горения, полноты выгорания топлива и эвакуации жидкого шлака. Снижение температурного уровня горения в активной зоне приводит к интенсивной сепарации несгоревших частиц топлива на подтопки, что даже при полной нагрузке котла не позволяет достичь необходимых условий для устойчивого выхода шлака. Сжигание углей с одинаковыми значениями температуры нормального жидкого шлакоудаления (Тнж) с отличающейся по составу минеральной частью на котлах с жидким шлакоудалением различных конструкций показывает значительное отличие в их маневренности. На показатели котлов оказывает влияние и качество ремонтного обслуживания, зачастую не выполняются или выполняются не в полном объеме уплотнение топки и газового тракта, восстановление зажигательных поясов, ремонт горелок, подогревателей. Ситуация осложняется работой ТЭС не в базовой части графика нагрузок с разгрузкой их до технологического минимума вплоть до останова, когда обостряются условия для ухудшения выхода жидкого шлака и возникает реальная угроза превышения допустимых эксплуатационных пределов.

Обеспечение устойчивой работы котлов в таких условиях традиционно достигается подсветкой пылеугольного факела мазутом или газом, расход которых зависит от теплоты сгорания, влажности, зольности сжигаемого топлива, химического состава золы и способа сжигания. Снижение качества твердого топлива и работа на сниженных нагрузках требуют

соответствующего увеличения их расхода и создают неблагоприятные условия для работы систем шлакоудаления на пиковых выходах шлака.

В мире на эти цели ежегодно расходуется более 50 млн.т мазута в год, более 5 млн.т мазута ежегодно используется на пылеугольных ТЭС России. Увеличение глубины переработки нефти приведет к ухудшению его качества, выполнению мероприятий по обеспечению его воспламенения и устойчивого горения с увеличением эксплуатационных затрат. Совместное сжигание его с углем ухудшает технико-экономические и экологические показатели. Создаются условия для развития высокотемпературной и низкотемпературной сернокислотной коррозии поверхностей нагрева, увеличивается вероятность возгорания отложений в хвостовых частях котла. Но даже и эти негативные моменты отходят на второй план в сравнении с ситуацией, когда из-за отсутствия мазута невозможно осуществить растопку блока, осуществить его перепуск и нормальный плановый останов. Возникающий при этом экономический ущерб значителен.

Существующие методы стабилизации эвакуации жидкого шлака с использованием высококалорийного природного газа носят ограниченный ларамср ввиду удаленмисш большинства ТЗС 01 магистральных трубопроводов и ограничений поставок газа для пылеугольных ТЭС Сибири. Газ, как наиболее чистый вид топлива, будет использоваться для обеспечения растущей потребности с использованием парогазового и газотурбинного оборудования. Повышение его стоимости, условия потребления значительно затрудняют решение вопросов стабилизации выхода жидкого шлака с использованием газа.

Проведенные изыскания по реконструкции существующего станционного оборудования на ряде тепловых электростанций при снижении низшей теплоты сгорания до 16мДж/кг (3900ккал/кг), увеличении влажности до 11% и зольности до 40% в конечном итоге не позволили обеспечить выход жидкого шлака и избежать «пиковых» выходов. Теплосиловое оборудование становилось более чувствительным к тепловой нагрузке горелок. Утонение помола, повышение температуры вторичного воздуха, интенсификация смешения горючего и окислителя и т.д. уже не дают существенных результатов и в основном исчерпали свои возможности, как в технических, так и в эколого-экономических аспектах.

Решение этой задачи возможно при использовании новых направлений по сжиганию низкосортных и непроектных твердых топлив для обеспечения надежной работы котлоагрегатов в различных эксплуатационных режимах. Наиболее перспективным на настоящий момент является направление, связанное с повышением реакционной способности топлива.

На рисунке 1 представлены расчетные данные по изменению температуры в зоне горения при различных методах организации сжигания

топлива с различной зольностью. При обычном подогреве топлива, независимо от его зольности, рост температуры горения незначителен (кривая 1 на рис.1). Использование термохимической подготовки позволяет значи-

йГЛ $20

240 180 80 О

500 700 900 1100 1800

Рис. 1. Изменение температуры горения в зависимости от температуры топлива: 1 - подогрев угля; 2 - термохимическая обработка угля

тельно повысить температуру горения (кривые 2 рис. 1 относятся к углям с различной зольностью), что позволяет сжигать высокозольные угли при более высоких (на 200-300К) температурах. С ростом начального нагрева повышается реакционная способность топлива и эффективность процесса горения.

Известен ряд способов термохимической подготовки углей, которые условно можно разделить на две группы. К первой группе относятся способы, основанные на предварительном сжигании газа или мазута как источнике тепловой энергии для процесса ТХПТ. Вторая группа включает способ электротермохимической подготовки топлива (ЭТХПТ),суть которого заключается в воспламенении пылеугольной аэросмеси за счет воздействия высокой температуры плазмы на небольшую часть потока, претерпевающей тепловой взрыв с дроблением коксового остатка на более мелкие части, выходом летучих и протеканием реакций окисления. Далее высокоподогретые продукты термической обработки при смешении с оставшейся частью аэросмеси в муфеле горелки подвергаются ТХПТ с выделением летучих и протеканием реакций частичного окисления коксового остатка при температурах до 1200 К в ограниченном объеме камеры. В результате ЭТХПТ получается высокореакционное топливо, состоящее из горючих газов (СО, Н2, СН4) и коксового остатка. При этом период индукции протекает быстротечно, сорбционный механизм взаимодействия с кислородом перестает сказываться при таких температурах процессов.

Полученное искусственное топливо в топочном пространстве способно свободно самовоспламеняться при смешении с вторичным воздухом.

Использование низкотемпературной плазмы для активации горения пылеугольного факела во многих случаях энергетически более эффективно: плазма обладает высокой концентрацией химически активных атомов, радикалов, ионов и электронного газа, что способствует ускорению термохимических превращений твердого топлива с окислителем. Плазменная технология обладает уникальной возможностью осуществления безмазутной (безгазовой) подготовки твердого топлива, повышения стабильности процесса горения, более полного его сжигания и повышения температуры в топочном пространстве.

Проведенный анализ показывает, что наряду с тенденцией повышения доли твердого топлива в топливном балансе страны общей проблемой для котлов с жидким шлакоудалением в настоящее время остается неудовлетворительная эвакуация жидкого шлака в эксплуатационном диапазоне нагрузок, а также необходимость решения ремонтных, эксплуатационных. экологических и техннке-экс;:см:1':гс:с;;х задач.

Во второй главе представлены результаты расчетно-теоретического обоснования эффективности применения плазменного способа для стабилизации выхода жидкого шлака.

Основным аргументом отказа от развития котлов с жидким шлакоудалением, проведения работ по переходу на твердое шлакоудаление являются высокие выбросы >ЮХ. Поэтому применение плазменной технологии для повышения эффективности топливоиспользования и снижения МОх требует необходимости теоретического обоснования ее применения.

Условием надежной эвакуации жидкого шлака из топки котлоагре-гата является температура 9ф,ш„ на выходе из зоны активного горения, которую можно определить по формуле (1):

= Iг;„ - _ 273 , (1)

.. ¡11,0, а .

5.67 «10-'V,g>.... 1

" у »/>..£

где ДТ=ТНЖ - Тгр - перепад температур в стекающей пленке жидкого шлака, К; Тюк - температура нормального жидкого шлакоудаления, К; Тф - температура на границе неподвижного и стекающего шлака, К; Хш„ - теплопроводность расплавленного угольного шлака, кВт/(м-К); фшл - характеристика вязкости шлака, 1/град; ааг - приведенная степень черноты зоны активного горения; - вязкость при температуре Т^, Па-с; G0 - количество вводимой в топку золы, кг/с; ОшЛ - коэффициент шлако-улавливания ашл= 1 - ctyH; g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2;

ршл - плотность шлака, кг/м3; и - периметр сечения зоны активного горения, м.

Из формулы (1) следует, что при снижении качества поставляемого на ТЭС угля с возрастанием величин Тюк, Хш„, АТ возрастает минимальная температура факела, необходимая для надежного шлакоудаления. Расчеты минимальной температуры факела 9фт!„ с использованием формулы (1) при зольности угля 24% и измененной минеральной частью золы показывают увеличение значения минимальной температуры факела 9фтт на 50 градусов (рис. 2), что впоследствии подтвердилось проведенными испытаниями по стабилизации выхода жидкого шлака на котле БКЗ-640-140-ПТ1 Гусиноозерской ГРЭС.

Рис. 2. Зависимость изменения Тюк и Зфт,„ при изменении зольности

Эффективность процесса расплавления шлака с использованием ПТС зависит не только от дополнительного количества тепла, вносимого в нижнюю часть топки, но и дожигания несгоревшей пыли, сепарирующейся из факела основных горелок. Использование электродуговой плазмы с высокими значениями удельной теплонапряжениости (200-300 МВт/м3) и концентраций химически активных атомов (С, О, Н), радикалов (ОН, СН, СК), ионов (О'2, Н+, ОН", С+\ Н+2) и электронного газа способствует многократному ускорению термохимических превращений. Особенностью плазменно-угольных горелок для расплавления шлака является введение в нижнюю часть зоны активного горения высокореакционного топлива, подогретого до температур самовоспламенения.

Термодинамический анализ ЭТХПТ выполнялся с использованием математической модели движения,' теплопереноса и термохимических превращений пылеугольного топлива в горелочном устройстве с плазмен-

ным источником с помощью программы «Plasma-coal». Математическая модель описывает двухфазный химически реагирующий поток с внутренним источником тепла. Аэросмесь поступает в камеру ЭТХПТ, в которой происходит тепломассообмен между газом и электрической дугой, газом и частицами, частицами различных фракций. Система обыкновенных дифференциальных уравнений включает в себя уравнения концентраций компонентов (уравнения химической кинетики) вместе с уравнениями для скоростей и температур газа и частиц химических превращений топлива и окислителя: выделение летучих из угля, их изменения в газовой фазе, реакции газификации углерода топлива.

При формировании начальных условий к системе уравнений задаются значения начальных скоростей и температур газа и частиц соответственно, давления на входе в реактор, температуры стенки при х=0, массовые расходы газа и твердой фазы, диаметр камеры ЭТХПТ. Расчетная схема плазменно-угольной горелки условно разделена на три ступени. Первая включает электродуговую зону, где плазма нагревает аэросмесь до температуры БОспла;.;с;;с;;;;,т, при которой начинается процрт газификации угольных частиц. На ней небольшая часть топлива подвергается ЭТХПТ - аллотермический процесс; так как реакции происходят с избытком воздуха а=0.2-0.3, то не происходит полного окисления углерода до С02, а только до СО, при этом топливный азот (вместе с летучими) выходит в газовую фазу преимущественно в виде молекулярного азота N2. Количество аэросмеси подбирается таким образом, чтобы мощность электрической дуги была достаточной для инициирования процесса.

Результаты расчета 1-й ступени являются начальными условиями для расчета 2-й ступени, для чего учитывается нагрев всей аэросмеси на данной ступени, мощность теплового источника и определяется исходный состав угля и газовой фазы. На ней в процесс ТХПТ вовлекается большая часть топлива, продукты которого служат источником тепла для оставшейся аэросмеси третьей ступени ТХПТ - автотермический процесс, так как необходимое тепло для термохимических превращений вносится от продуктов, полученных на предыдущих ступенях. На них вследствие низкой концентрации окислителя и сравнительно невысоких температурах порядка 800 - 1200К аэросмесь нагревается до температуры выделения летучих угля и топливного азота с 20 до 80%, который по большей части выходит в молекулярном виде. Концентрация оксидов азота NОх не превышает 1-5 мг/нм3, что связано с низким коэффициентом избытка воздуха в процессе ЭТХПТ. Оставшийся в коксе азот связан очень прочными связями, которые не разрываются даже при высокотемпературном пиролизе.

Программа «Plasma-Coal» позволяет выполнить одномерный расчет горелки с определением длины камеры ТХПТ исходя из времени, необхо-

димого для протекания реакций. Результаты расчетов являются исходными данными для выполнения трехмерных расчетов по программе «FLOREAN» для процессов, происходящих в топке котла после плазменной активации твердого топлива.'

Анализ кинетики процессов с использованием этой программы выполнен на примере котлоагрегата «Ермаковской ГРЭС» в режимах без плазменной активации и с плазменной активацией пылеугольного факела на шести модернизированных горелках, расположенных в нижнем ярусе. Для численного моделирования использовалась сетка размером 25x47x58, что соответствует 68 150 контрольным объемам. Расчеты показали, что воспламенение и горение с применением плазменной активации пылеугольного факела начинается уже на выходе из горелки. Поле температур в зажигательном поясе смещается к выходу камеры ЭТХПТ с их увеличением и равномерным заполнением в зоне активного горения. Температуры по высоте топки, рассчитанные для активированного плазмой горения, ниже температур, рассчитанных для традиционного режима. В нижней части топки до уровня верхнего яруса горелок температура горения угля с плазменной активацией значительно выше, что объясняется повышением реакционной способности топлива. Расчеты показали, что при плазменной активации наблюдается увеличение концентрации С02 в зоне активного горения и снижение концентрации NOx в этой зоне и по высоте котлоагрегата. Это обусловлено полным протеканием реакций С + 02 = С02, 2СО + 02 = 2С02и возможностью образования лишь термических оксидов из молекулярного азота (азота воздуха и топливного, вышедшего в результате ЭТХПТ), которые составляют 5-10% от суммарного количества оксидов, получающихся при одностадийном сжигании топлива.

Изучение закономерностей образования топливных оксидов азота NOx при сжигании энергетических углей показывает, что при близком содержании летучих и прочих равных условиях выход NOx линейно зависит от содержания азота в угле и возрастает при увеличении концентрации кислорода по квадратичному закону. Образование их начинается при температуре 950 К и увеличивается примерно в 5 раз при повышении температуры до 1200 К, достигая значения 1000 мг/м3. При дальнейшем увеличении температуры до 1800 К концентрация NOx слабо растет. А при температурах выше 1800 К начинается образование термических оксидов азота из воздуха по механизму Зельдовича с повышением их концентрации в продуктах сгорания до 1 600мг/м3 при 3000 К.

Проведённые расчетно-математические исследования показывают, что дальнейшее повышение эффективности сжигания энергетических углей связано с использованием ПТС для снижения концентрации NOx в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с одностадийным сжиганием твердого топлива.

В третьей главе представлены исследования плазменной стабилизации выхода жидкого шлака на котле БКЗ-640-140-ПТ1 Гусиноозерской ГРЭС.

Топка котла БКЗ-640-М0-ПТ1 полуоткрытая с двумя восьмигранными предтопками и тангенциальным расположением в два яруса 16 основных горелок. Система пылеприготовления полуразомкнутая с пром-бункером. Система подачи пыли к основным горелкам выполнена по пы-лепроводам высокой концентрации. При промышленных испытаниях безмазутной стабилизации выхода жидкого шлака на котле ставилась задача полного исключения подсветки мазутом для повышения температуры в подовой части топки и обеспечения выхода жидкого шлака.

Термодинамические расчеты, необходимые для экспериментов, были выполнены с использованием программы TERRA, которые подтвердили возможность получения высокореакционного двухкомпонентного топлива из низкосортного бурого Холбольджинского угля (табл. 1). Расчеты показали, что оптимальный диапазон температур процесса ЭТХПТ для подготовки топлива составляет 1 ЮГ)-! 300 К.

Химический состав Холбольджинского угля (У=45%, С>нр=1б,5МДж/кг), масс. %. Таблица 1

Ad С О Н N S Si02 АЩ, Fe2Os СаО Mg О

21.3 55.9 17.7 3,9 0.9 0.3 11.74 4.7 2.20 2.1 0.6

В филиале «Гуснноозерская ГРЭС» ОАО «ОГК-3» (ГО ГРЭС) в связи со снижением качества поставляемого на станцию проектного Холбольджинского угля выход жидкого шлака на котлах БКЗ-640-140-ПТ1 заметно ухудшился. В результате проведенных исследований специализированной организацией ОАО «ВТИ» выявлены определенные зависимости. Зольность Холбольджинского угля А11 в период с 1997 по 1999гг. увеличилась от проектного значения 13,8% до 28%, возросла 13 - температура жидкоплавкого состояния золы на 50-70°С, вследствие преобладания кислотных оксидов А1203, ЗЮ2. Преобладание их над основными окислами привело к увеличению значения коэффициента плавкости золы Кш, коэффициента жидкоплавкого состояния золы К. и увеличению температуры, необходимой для нормального жидкого шлакоудаления. Как следует из рисунка 3, с увеличением зольности снизилась величина низшей теплоты сгорания топлива на рабочую массу.

Стабилизация горения пылеугольного факела и обеспечение выхода шлака на котлах ГО ГРЭС осуществлялось надподовыми мазутными фор-

сунками. Большой расход мазута (более 100 000 т/год) остро поставил вопрос о реализации других подходов.

Рис. 3. Зависимость теплоты сгорания и температуры жидкоплавкого состояния 13 от зольности угля Холбольджинского месторождения

На основе анализа режимов работы котлов, снижения качества угля и расходов мазута было принято решение об использовании ПТС, разработанных в ОЦ ПЭТ, и создании на их базе надподовой плазменно-угольной горелки для стабилизации выхода жидкого шлака. При разработке такой горелки ставилась задача полного исключения подсветки мазутом с установкой надподовых плазменно-угольных горелок на месте мазутных форсунок.

Конструкция надподовых плазменно-угольных горелок и схема их установки на котле показаны на рисунках 4 и 5.

Рис. 4. Предвключенная плазменно-угольная надподовая горелка. 1 - плазмотрон; 2 - подвод аэросмеси; 3 - подвод вторичного воздуха;

4 - стенка топки

Горелка (рис. 4) представляет собой предвключенную камеру ЭТХПТ цилиндрической формы диаметром 325мм и длиной 1.6м, внутренняя сторона которой покрыта огнеупорным теплоизоляционным материалом. Во входной части корпуса горелки встроен патрубок, в котором установлен плазмотрон 1. Аэросмесь подается по каналу 2, вторичный воздух подается через подвод 3.

Рис. 6. Схема замера точек 1-5 температуры факела.

I - надподовая горелка; II - основная горелка; III - линия пода котла

В качестве источника электропитания плазмотрона использовался источник постоянного тока ТПЧ-500. Во время испытаний плазменной стабилизации выхода жидкого шлака электрическая мощность плазмотрона регулировалась в пределах 60-120 кВт. В процессе проведения опытов замеры температуры факела производились в пяти точках (рис.6) отбором проб шлака для анализа его химического состава. Плазменно-угольная горелка была установлена с боковой стороны на 0,3м выше оси пода котлоагрегата и на 1м ниже основных горелок. Угольная пыль к горелке подавалась по ПВК первичным воздухом из коллектора воздуходувок. Вторичный воздух с температурой 355°С отбирался из общего короба и подавался по кольцевому каналу вдоль камеры. Расходы первичного и вторичного воздуха регулировались шиберами.

Полный процесс сгорания топлива разделен на два этапа. На первом этапе аэросмесь подвергается ЭТХПТ с разогревом аэросмеси до температуры выделения летучих, топливного азота и частичной газификации коксового остатка. Вследствие недостатка окислителя а=0,3 на этом этапе углерод окисляется только до оксида углерода СО за счет протекания экзотермической реакции С+0.5О2=СО. На втором этапе происходит сгорание подогретого высокореакционного топлива над подом топки при его

смешении с вторичным воздухом. Температура на выходе из горелки достигала 1200-1300°С.

При испытаниях использовался Холбольджинский бурый уголь со следующими характеристиками: влажность угольной пыли - = 19,3%, зольность - Аа = 13,8%, выход летучих - Уг = 43,5%, высшая теплотворная способность - (3/ = 5175 ккал/кг; химический состав золы: БЮг = 48,5%, СаО = 17,3%, Ре203 = 12%, М§0 = 2,9%, А1203 = 8,3%; фракционный состав угольной пыли по данным ситового анализа: Я90 = 40%, Я2оо = 50%, К5оо = 4,8%.

Включение надподовой плазменно-угольной горелки осуществлялось следующим образом: вначале подавался первичный и вторичный воздух, затем включался плазмотрон и потом пылепитатель. Во время испытаний паровая нагрузка котла составляла 450 т/ч (70% от его номинала). В этом режиме для обеспечения устойчивого выхода жидкого шлака в работе используются 4 мазутные форсунки - по две на каждый пред-топок с производительностью 2,1 т/ч по мазуту. Во время эксперимента в левом предтопке, где установлена надлодовая горелка, мазутные форсунки были погашены. Через 5-7 мин. после отключения выход жидкого шлака в левом предтопке заметно ухудшился, а через 25 - 30 мин. шлак стал застывать и его выход практически прекратился. В правом предтопке, где в работе остались две мазутные форсунки, режим выхода шлака не изменился. Через 1 ч. после прекращения подачи мазута был включен плазмотрон и подана пылеугольная аэросмесь в надподовую горелку. Мощность плазмотрона для горелки выбиралась по эмпирической зависимости £ = Р^/С^'С^ - относительной электрической мощности плазмотрона от выхода летучих и составляла 70 кВт (е = 0,2%), расход топлива на горелку - 3,7 т/ч. Через 5 -7 мин. наблюдалось постепенное размягчение и плавление шлака, а через 15 мин. восстановился нормальный выход шлака. Затем через 40 мин. плазмотрон был отключен, а пылевоздушная смесь продолжала поступать в надподовую горелку. Вязкость шлака заметно возросла, в летке визуально просматривалась сепарация угольной пыли. Через 20 мин. плазмотрон снова был включен. Через 10 мин. сепарация прекратилась, выход жидкого шлака стабилизировался. Продолжительность эксперимента составила 3 ч.

При работе надподовой горелки был взят анализ химического состава шлака: 8Ю2=53,3%, Ре203=12,8%, СаО=14,2%, MgO=5,8%. Унос горючих со шлаком в левом предтопке при различных режимах составил: при работающих мазутных форсунках и отключенной надподовой горелке Сгшл=0; при отключенных мазутных форсунках, работающей надподовой горелке и включенном плазмотроне Сгшл=0; при отключенных мазутных форсунках, подаче угольной пыли в подовую горелку с отключенным

плазмотроном Сгшл=3,8%. В процессе проведения опытов были произведены замеры температуры факела в левом предтопке через смотровые лючки (рис.6) для трех различных режимов работы: работа на мазуте, включенная надподовая горелка с плазмотроном и без плазмотрона. Температура факела, замеренная на уровне оси основных горелок, при подаче угольной пыли с включенным плазмотроном повышалась на 35-45°С, а в области летки на 50°С. По оценке, исходя из наблюдавшегося улучшения выхода жидкого шлака, температура шлаковой пленки в опыте повышалась на 70-8СГС. При подаче в горелку пылевоздушной смеси без плазмотрона наблюдалось незначительное повышение температуры факела, максимально на 15-20°С. По данным анализа уноса горючих в шлаке, в этом режиме имел место мехнедожог.

Результаты испытаний показывают, что плавление шлака обеспечивается повышением температуры за счет повышения реакционной способности топлива, прошедшего ЭТХПТ. Мехнедожог топлива в целом снизился до проектной величины 0,5%. При адиабатической температуре горения Хппбппьдткинского угля !722°С :: температуре вблизи лети 1560°С запас регулирования по температуре составил 100-150"С. Испытания показали, что ПТС позволяют обеспечить безмазутную стабилизацию выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением.

Расчеты экономической эффективности плазменных технологий для решения вопросов безмазутной стабилизации выхода жидкого шлака показывают, что срок окупаемости ПТС на четырех котлах с жидким шлакоудалением составляет менее одного года. Необходимо отметить, что наибольшее влияние на срок окупаемости оказывает не стоимость плазменной системы, а стоимость мазута и твердого топлива.

В заключении диссертационной работы обобщены результаты проведенного исследования, сформулированы основные выводы и даны рекомендации по практическому применению предлагаемой плазменно-энергетической технологии.

В приложении приведены материалы практического использования результатов работы.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Повышение реакционной способности исходного твердого топлива возможно только за счет его термохимической подготовки к сжиганию.

2. Плазменные технологии позволяют полностью исключить использование для стабилизации выхода жидкого шлака высокореакционных видов топлив (природного газа и топочного мазута) и снизить выбросы ЫОх.

3. Дополнительное тепло, полученное при использовании надподовых плазменно-угольных горелок, позволяет повысить степень выгорания топлива и локальную температуру вблизи подовой части котла, необходимую для достижения стабильного выхода жидкого шлака в широком диапазоне эксплуатационных нагрузок.

4. Испытания, проведенные на котлоагрегате №4 ГО ГРЭС, показали, что плазменно-угольные горелки обеспечивают безмазутную стабилизацию выхода жидкого шлака в топке с жидким шлакоудалением.

5. Применение плазменно-угольных горелок на различных котлах с широким спектром сжигаемых углей позволит осуществить не только безмазутную стабилизацию выхода жидкого шлака, но и обеспечить стабилизацию горения пылеугольного факела, безмазутную растопку котлов.

6. Внедрение плазменно-угольных горелок дает существенный экономический эффект со сроком их окупаемости менее одного года.

7. Необходимыми условиями для эффективного использования плазменных методов стабилизации выхода жидкого шлака в энергетических котлах-являются наличие качественных исходных данных, обеспечение непрерывности подачи пыли к горелке, соблюдение общих требований к системам безмазутной растопки котлов и стабилизации пылеугольного факела с использованием электродуговых плазмотронов. Перечисленные условия являются вполне реализуемыми в условиях ТЭС.

Основные положения и результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Молонов Я.Ж., Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Стабилизация выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением с использованием плазменно-энергетических технологий // Теплоэнергетика. - Москва, 2010:-№4.-С. 10-16.

2. Мессерле В.Е., Молонов Я.Ж., Устименко А.Б. Применение плаз-менно-энергетической технологии использования твердого топлива для повышения эффективности топливоиспользования и снижения выбросов NOx. // Энергосбережение и водоподготовка. - Москва, 2010. - №4. -С.67-70.

3. Молонов Я.Ж. Выбор способа стабилизации выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением // Электронный журнал «Новое в Российской электроэнергетике» - Москва, 2009. -№6. - С.31-44.

4. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Молонов Я.Ж. Характеристики термохимической подготовки пылеугольного топлива в алло-авто-термическом газификаторе с плазменной ступенью // Сб.науч.тр. Серия: технические науки. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 1997. - С.127-137.

5. Исследования и опыт эксплуатации плазменных систем безмазутной растопки котлов и подсветки пылеугольного факела на Гусиноозер-ской ГРЭС / Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Молонов Я.Ж. и др. // Сб.науч.тр. Серия: технические науки. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 1997. - С.92-100.

6. Разработка и компоновка плазменного алло-автотермического газификатора с энергоблоком 200 МВт Гусиноозерской ГРЭС / Карпенко Ю.Е., Мессерле В.Е., Молонов Я.Ж. и др. // Материалы Ш-й междунар. науч.-техн. конф. «Плазменно-энергетические процессы и технологии». -Улан-Удэ, 2000. - С. 71 - 78.

7. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Молонов Я.Ж. Техперевооружение пылеугольных энергоблоков с использованием плазменно-энергетических технологий // Вестник ВСГТУ. - Улан-Удэ, 2001. - №3. - С. 123-128.

8. Карпенко Е.И., Молонов Я.Ж., Яковенко A.B. Программа испытаний плазменного алло-автотермического газификатора на котле БКЗ 640-140-ПТ1 (Ст. №1) Гусиноозерской ГРЭС //-Улан-Удэ, 2001.-С. 125-132.

9. Молонов Я.Ж. Технологии стабилизации выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением // Надежность и безопасность энергетики. - Москва, 2009. -№1(4). - С.36-42.

10. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Молонов Я.Ж. Плазменная стабилизация выхода жидкого шлака в топках котлов с жидким шлакоудалением // Горение и плазмохимия. - Алма-Ата, 2009. - №1. Т. 7. - С.121-129.

Подписано в печать 16.05.2010 г. Формат 60x84 1/16. Усл.п.л. 1,16. Печать операт., бумага писч. Тираж 100 экз. Заказ №210.

Издательство ВСГТУ. 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в.

Используемые сокращения.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОТЛОВ С ЖИДКИМ ШЛАКОУДАЛЕНИЕМ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДА ЖИДКОГО ШЛАКА В ТОПКАХ С ЖИДКИМ ШЛАКОУДАЛЕНИЕМ.

1.1. Анализ эксплуатации котлов с жидким шлакоудалением.

1.2. Стабилизация выхода жидкого шлака с использованием мазутных подовых горелок

1.3. Технологии стабилизации выхода жидкого шлака с помощью природного газа.

1.4. Технологии стабилизации выхода жидкого шлака с использованием традиционных методов термохимической подготовки топлив (ТХПТ) к сжиганию (мазутная и газовая ТХПТ).

1.5. Технология стабилизации выхода жидкого шлака за счет изменения плавкостных характеристик минеральной части углей (добавка кальцийсодержащих флюсов и углей с повышенным содержанием СаО).

1.6. Постановка задачи исследований по использованию плазменных методов безмазутной (безгазовой) стабилизации выхода жидкого шлака.

ГЛАВА 2 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЛАЗМЕННЫХ МЕТОДОВ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДА ЖИДКОГО ШЛАКА.

2.1 Термодинамический анализ электротермохимической подготовки топлив (ЭТХПТ) с использованием плазменного источника.

2.2 Кинетический анализ процессов в котле после активации твердого топлива в плазменно-угольных горелках.

2.3 Обоснование снижения механического недожога и NOx при использовании плазменной активации исходного топлива.

2.4 Необходимые условия эффективного использования плазменных методов для стабилизации выхода жидкого шлака в энергетических котлах.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДА ЖИДКОГО ШЛАКА НА КОТЛАХ ГУСИНООЗЕРСКОЙ ГРЭС.

3.1 Промышленные испытания безмазутной стабилизации выхода жидкого шлака на котле БКЗ-640-140-ПТ1 ГО ГРЭС (станционный № 4).

3.3 Эколого-экономическая эффективность применения плазменных технологий безмазутной стабилизации выхода жидкого шлака на энергетическом котле на примере Холбольджинского угля.

Актуальность темы исследования: Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России оказывает определяющее влияние на функционирование и развитие экономики страны. Такое положение ТЭК в большей мере предопределяется наличием в России богатых природных топливно-энергетических ресурсов и его крупным производственным потенциалом. Россия располагает 45% - потенциальных мировых запасов природного газа, 13% - нефти, 23% - угля и 14% - урана, т.е. в целом почти 30% всего энергетического потенциала планеты. Россия добывает и производит более 10% всех первичных мировых энергоресурсов [1]. t

В современной электроэнергетике, как в странах СНГ, так и за рубежом тепловые электрические станции (ТЭС), работающие на твёрдом топливе, занимают значительную долю в энергетическом балансе [2,3]. Согласно данным Всемирного энергетического совета (World Energy Council, WEC) за 2004г. [4], потребности мирового энергетического сектора в топливе для производства тепла и электроэнергии обеспечиваются углем на 25%, при этом угольные электростанции производят 38% мировой электроэнергии. На угольные станции в США и Германии приходится около половины вырабатываемой электроэнергии, в Индии 70%, в Казахстане 80%, в Китае 87%). Высокая стоимость газа (в среднем на 25% дороже угля) является основной причиной потребления твердого топлива во всем мире.

Дальнейшее повышение роли угля в энергетике обусловлено еще и тем, что масштабы использования других энергоносителей постепенно снижаются: нефти и газа из-за ограниченности запасов, гидроэнергетики из-за ограниченности водных ресурсов и больших капитальных затрат [3,5].

Так, в нефтяной промышленности наблюдается качественное ухудшение сырьевой базы. Большая часть разрабатываемых месторождений Западной Сибири, Урала и Поволжья вышла на поздние стадии разработки с падающей добычей нефти. Выработка этих запасов достигла 54%, а доля трудно извлекаемого сырья увеличилась до 55-60%. Поэтому главной задачей нефтеперерабатывающей промышленности продолжает оставаться увеличение глубины переработки с 67 (в настоящее время) до 85%. Рост глубины переработки нефти позволит повысить ее эффективность для производства моторных топлив. После такой переработки произойдет снижение количества выхода топочного мазута с одновременным ухудшением его качества и, как следствие, получением «тяжелого» мазута.

В газовой промышленности базовые месторождения газа Западной Сибири в значительной степени выработаны и вступили в фазу падающей добычи. При этом износ основных действующих фондов газовой отрасли превышает 60% и нуждается в крупных инвестициях. Обеспечение таких инвестиционных вливаний в сочетании с ростом издержек на добычу и транспорт газа требует повышения отпускных цен на газ в разы. Основным направлением трансформации топливного баланса в энергетике, является увеличение доли угля с 16-20% (в настоящее время) до 30-35% в 2020 году с соответствующим снижением доли газа.

Основные мощности гидроресурсов уже исчерпаны, к тому же с ростом населения планеты значительное влияние на них будет оказывать антропогенный фактор [6]. Поэтому в перспективе ввод новых гидроэнергетических мощностей не позволит обеспечить растущие темпы энергопотребления. Затопление больших территорий предъявляет гидроэлектростанциям экономические и экологические требования к их использованию и приводит к соответствующему удорожанию в перспективе, производимой ими электроэнергии. По прогнозам АО «Информэнерго» ОАО РАО «ЕЭС России» доля твердого топлива в мировой энергетике будет возрастать за счет сокращения потребления на ТЭС дефицитного мазута и природного газа [7].

Развитие атомной энергетики в России, предусмотренное в Энергетической стратегией России до 2020г. [8] ввиду значительных капитальных вложений в настоящее время не оказывает кардинального влияния на выработку электроэнергии в целом. Любое отключение блока атомной электростанции приводит к большому дефициту энергии в регионе.

Важным аспектом экономической привлекательности использования угля является более прогнозируемое увеличение цен по сравнению с дорожающим природным газом и мазутом [1]. Согласно утвержденной Правительством Российской Федерации «Энергетической стратегии России на период до 2030 г.» и энергетической стратегии России до 2020 г. [8,9] основой электроэнергетики России остаются ТЭС. Они обеспечат выработку более 70% всей электроэнергии в стране.

В энергосистеме Сибири работает 86 электростанций. При этом 50,9% электростанций энергетической системы Сибири составляют ТЭС на угле [10]. В зависимости от плавкостных характеристик золы все энергетические угли подразделяются на три группы: с легкоплавкой золой (t3 не более 1350°С), с золой средней плавкости (t3 в пределах 1350-1450°С) и с тугоплавкой золой (t3 более 1450°С), где t3 - температура жидкоплавкого состояния шлака. Большинство энергетических углей на территории СНГ имеют легкоплавкую золу. Это обстоятельство позволило развивать направление по внедрению котлоагрегатов с жидким шлакоудалением, имеющим меньшую металлоемкость, высокий коэффициента улавливания золы в топке. Наиболее широко жидкое шлакоудаление применяется при сжигании антрацитов и тощих углей [11]. На ТЭС Сибири свыше 50 котлов оборудованы топками с жидким шлакоудалением.

Несмотря на технико-экономическую привлекательность, и наблюдающейся тенденции увеличения объемов использования твердого топлива, происходит одновременное снижение его качества, оказывающее значительное влияние на работу энергетического оборудования и стабильность эвакуации жидкого шлака. Наряду с этим, усиление требований по повышению экологической и энергетической эффективности энергетического производства становится одним из важных вопрос о дальнейшей надежной и эффективной эксплуатации котлов с жидким шлакоудалением.

Обеспечение стабильной эвакуации жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением при сжигании углей низкого качества, а также применение в топливном балансе ТЭС непроектных видов топлив становится затруднительным, а в некоторых случаях практически не возможным. Технологии, основанные на использовании режимных мероприятий, изменении конструкций пылеугольных горелочных устройств или их расположения в топке котла не позволяют достичь желаемого эффекта. Такой подход к решению вопросов стабилизации выхода жидкого шлака становится малоэффективным и исчерпавшим себя. Негативные процессы совместного сжигания при подсветке пылеугольного факела топочным мазутом или природным газом для обеспечения устойчивой эвакуации жидкого шлака говорят о неэффективности и эколого-экономической нецелесообразности такого подхода для современных ТЭС, а также необходимости полного отказа от дополнительного топлива при решении существующих задач. Поэтому, наряду с оптимизацией топочных режимов, усовершенствованием конструкций горелочных устройств и их компоновки на стенах топочной камеры, ведется поиск наиболее простых и наименее затратных способов по обеспечению надежного выхода шлака из подовой части парогенераторов в широком диапазоне эксплуатационных нагрузок.

В настоящее время существует несколько действующих, ставших традиционными способами стабилизации выхода жидкого шлака. Одним из таких способов является применение надподовых горелок, которые конструктивно расположены ниже основных. Такие горелки работают с использованием природного газа или топочного мазута [12]. Наиболее перспективным направлением для повышения стабилизации выхода жидкого шлака является использование методов термохимической подготовки топлив (ТХПТ) к сжиганию низкореакционных углей. В качестве первичного источника в них используется тепло, полученное в результате сжигания части мазута или природного газа, необходимого для повышения реакционной способности исходной пылеугольной смеси. Обычно такие горелки используются в качестве растопочных горелок, конструктивно расположенных также как и надподо-вые, ниже основных горелок. Кроме режима растопки котла они используются для стабилизации горения пылеугольного факела и поддержания высокой температуры, необходимой для стабильного выхода жидкого шлака на кот-лоагрегатах с жидким шлакоудалением.

Существует технология ТХПТ без использования резервного топлива, в качестве первичного источника тепла используется резисторный запальник. Однако, использование этого способа ограничено и приемлемо только для малозольных, высокореакционных углей с влажностью не более 22%, содержанием летучих более 35%, концентрацией пыли 350-900 г/м3 [13-16]. При этом скорость аэросмеси составляет не более 18-20 м/с. По этим причинам, использование этого способа становится неактуальным для поставленной и решаемой в диссертации задачи.

Наряду свыше указанными способами стабилизации выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением существует направление, связанное с изменением плавкостных характеристик минеральной части исходного топлива. Для этого в твердое топливо на смесительных станциях до подачи бункера сырого угля или непосредственно в топку, добавляют кальций содержащие флюсы (мраморная крошка, известняк) или другое твердое топливо с повышенным содержанием СаО. Данный способ стабилизации выхода жидкого шлака требует решения трудоемких технических задач, связанных с поставкой, хранением флюсующих добавок, организацией эффективного смешения их с исходным углем до подачи в бункера или системой подачи их непосредственно в топку котла. Это оказывает значительное влияние на увеличение затрат на топливо, особенно если для этой цели используются обогатительные фабрики.

Наиболее перспективным способом стабилизации выхода жидкого шлака, предложенным в данной работе является использование надподовых пылеугольных горелок с плазменно-топливными системами, использующими низкотемпературную плазму в качестве первичного источника для ТХПТ, которая обладает высокой концентрацией химически активных веществ, способствующих значительному повышению реакционной способности исходного топлива. Предлагаемый способ позволяет локально повысить температуру в надподовом пространстве котлов с жидким шлакоудалением и полностью исключить для этих целей использование дополнительного высокореакционного топлива.

Объектом исследования являются котлы с жидким шлакоудалением.

Предметом исследования являются способы стабилизации выхода жидкого шлака на котлах с жидким шлакоудалением.

Цель работы заключается в совершенствовании технологии стабилизации выхода жидкого шлака на основе результатов экспериментальных натурных исследований и научно-технического обоснования нового подхода к сжиганию низкосортных и непроектных твердых топлив с целью обеспечения надежной работы и снижения NOx на котлах с жидким шлакоудалением ТЭС в различных эксплуатационных режимах.

Для достижения поставленной в работе цели, задачи исследования сводились к следующему: анализу современного состояния проблем топливоснабжения и работы котлов с жидким шлакоудалением, обеспечения их рабочих режимов в условиях эксплуатации; анализу преймуществ и недостатков существующих технологий, разработке новых технических решений для стабилизации выхода жидкого шлака в топках парогенераторов с жидким шлакоудалением (используемые конструкции топочных камер, проведенные модернизации и реконструкции оборудования, особенности режимов эксплуатации); теоретическому обоснованию энергетической эффективности стабилизации выхода жидкого шлака на котлах с жидким шлакоудалением с использованием плазменно-угольной горелки и обобщением полученных результатов, а также выявлением закономерностей и особенностей изменения температуры и состава продуктов сгорания в плазменно-угольной горелке и топочных камерах котлоагрегатов; разработке технологических рекомендаций по использованию плазменной технологии стабилизации выхода жидкого шлака, направленных на создание новых и совершенствование существующих плазменно-топливных систем; проведению исследований процессов протекающих в топочной камере котлоагрегата БКЗ-640-140-ПТ1 с жидким шлакоудалением ГО ГРЭС с использованием плазменной технологии и получению результатов расчета технико-экономической эффективности ее применения.

Методы исследования. Моделирование процесса повышения реакционной способности исходного топлива проводилось с использованием программ TERRA, Plasma-Coal, FLOREAN. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием современных методик.

Научная новизна состоит в разработке и предложении плазменно-энергетической технологии для решения вопросов стабилизации выхода жидкого шлака и снижения NOx для котлов с жидким шлакоудалением.

К числу наиболее существенных результатов, полученных лично автором относятся: результаты анализа существующего положения в области эксплуатации котлов с жидким шлакоудалением; результаты анализа существующих способов для стабилизации эвакуации жидкого шлака в свете поставленных задач исследования; результаты расчетно-теоретического обоснования эффективности плазменной стабилизации выхода жидкого шлака и снижения NOx; результаты практического исследования по стабилизации выхода жидкого шлака на котлах с жидким шлакоудалением с применением надпо-довой плазменно-угольной горелки в условиях пылеугольных ТЭС;

Результаты анализа преимуществ при применении плазменной технологии для повышения эффективности топливоиспользования пылеугольных ТЭС.

Практическая значимость и использование результатов работы.

1. Получены расчетно-теоретические данные подтверждающие повышение реакционной способности топлива для решения вопросов стабилизации выхода жидкого шлака и снижения NOx с использованием плазмеино-топливных систем (ПТС).

2. Проведены опытно-промышленные испытания плазменно-топливной системы стабилизации выхода жидкого шлака на котле БКЗ-640-140-ПТ1 ГО ГРЭС.

3. Полученные экспериментальные данные исследования и рекомендации использованы на ГО ГРЭС (Республика Бурятия, Россия), Кураховской ГРЭС (Украина).

4. На основе анализа полученных данных разработаны технологические рекомендации по созданию новых и совершенствованию действующих ПТС.

5. Результаты диссертационных исследований применены в учебных курсах теоретических практических дисциплин в процессе обучения студентов и аспирантов ВСГТУ по специальности 05.14.14 - «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты».

Основные положения, выносимые на защиту: результаты анализа преимуществ и недостатков существующих технологий стабилизации выхода жидкого шлака в топках парогенераторов с жидким шлакоудалением, и предложение нового технического решения; результаты теоретического обоснования энергетической эффективности для стабилизации выхода жидкого шлака на котлоагрегатах с жидким шлакоудалением с использованием плазменно—угольной горелки; данные проведенных натурных экспериментальных исследований процессов, протекающих в топочной камере при стабилизации выхода жидкого шлака с использованием ПТС в различных режимах работы; результаты обобщения теоретических и экспериментальных исследований и выявленных закономерностей; технологические рекомендации по применению плазменно-уголь-ных горелок.

Достоверность результатов натурных экспериментов на действующем оборудовании обеспечивается применением апробированных методик экспериментальных исследований, использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры и подтверждается удовлетворительным совпадением с экспериментальными данными, полученными другими исследователями.

Апробация результатов исследования. Основные результаты исследования доложены и получили одобрение на Региональных и Международных научно-практических конференциях и на объединенных научно-методических семинарах кафедры ТЭС ВСГТУ и Отраслевого Центра Плаз-менно-энергетических Технологий (ОЦ ПЭТ) (Улан-Удэ, Гусиноозерск -1999-2003 гг.); научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов, посвященной 35-летию со дня образования университета. Улан-Удэ, 1997г.; III Международной научно-технической конференции «Плазменно-энергетические процессы и технологии». Улан-Удэ, 2000г; научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГТУ, посвященной 300-летию инженерно-технического образования в России. Улан-Удэ, 2001г.; научно-технических совещаниях ОАО «Энел ОГК-5», 2006 -2009 гг.

Теоретической и методологической базой исследования послужили работы отечественных и зарубежных авторов по вопросам и проблемам эксплуатации пылеугольных тепловых электрических станций, использующих котлы с жидким шлакоудалением, применению различных методов стабилизации выхода жидкого шлака, использования низкокачественных и непроектных видов топлива.

В качестве исследовательского инструментария использовались надпо-довые плазменно-угольные горелки для стабилизации выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением, пирометры, программное обеспечение. Расчетно-теоретические методики расчета и обоснования применения плаз-менно-энергетических технологий, а также табличные и графические методы представления данных. При решении поставленных задач использовались пакеты прикладных программ «Plasma-Coal», TERRA, Microsoft Word, Microsoft Excel.

Информационной основой исследования послужили официальные данные Правительства Российской Федерации, Министерства энергетики России, отчетность Росстата, научные публикации, материалы периодических изданий, сети Интернет и электронных средств массовой информации по тематике исследования.

Публикации. Результаты исследования приведены в 10 публикациях.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, приложений и списка использованной литературы, включающего 104 наименования. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, иллюстрирована 29 рисунками, 4 таблицами и 5 приложениями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная технология и ПТС для ее осуществления были успешно испытаны в 1989 г. на Усть-Каменогорской ТЭЦ (Казахстан) и на Мироновской ГРЭС (Украина), в 1995 г. - на Баодийской ТЭС (Китай) и в 1996 г. - на Алматинской ТЭЦ-3 (Казахстан). В 1995г. работы по дальнейшему развитию и внедрению ПТС получили мощный импульс в России (г.Гусиноозерск), где для этих целей был создан Отраслевой Центр Плазменно-Энергетических технологий РАО «ЕЭС России». С 1998 г. по настоящее время совершенствование плазменных технологий сжигания твердых топлив продолжается.

В настоящее время 90 ПТС испытаны на 19 ТЭС России, Казахстана, Украины, Кореи, Китая, Словакии, Югославии и Монголии на 30 котлах па-ропроизводительностью от 75 до 670 т/ч, оснащенных различными типами пылеугольных горелок (прямоточные, муфельные и вихревые) [100-102]. При испытаниях ПТС сжигались все типы энергетических углей (бурые, каменные, антрациты и их смеси) с содержанием летучих от 4 до 50%, зольностью от 15 до 48% и теплотой сгорания от 2800 до 6000 ккал/кг [102]. В 2001г. совместно с Всероссийским теплотехническим институтом (ВТИ) были разработаны и утверждены РАО «ЕЭС России» «Общие технические требования к системам безмазутной растопки котлов и стабилизации пылеугольного факела с использованием электродуговых плазмотронов» [101].

В ПТС первого поколения использовался плазмотрон с подаваемым стержневым графитовым катодом и кольцевым медным водоохлаждаемым анодом. ПТС первого поколения были внедрены на котле 4-200 Баодийской ТЭС. Компания Yantai Longyuan Electric Power Technology Co., Ltd (Китай), модернизировав эти ПТС первого поколения, распространила их еще на 400 котлах Китая с установленной мощностью более 160 млн. кВт [103].

В ПТС второго поколения (1996-2001гг.) использовались плазмотроны уже со сменными медными водоохлаждаемыми катодом и анодом. Источники электропитания обеспечивали устойчивую параллельную работу одновременно нескольких плазмотронов от одного трансформатора. При испытаниях ПТС второго поколения на Шаогуанской ТЭС (Китай) в 1999-2001 гг. от одного трансформатора работало 8 ПТС.

В 2007 г. на котле BG-75/39-M ТЭС «Золотая Гора» (Gold Mounting) в г. Шеньян (Китай) испытаны российские ПТС третьего поколения. В отличие от предыдущих поколений ПТС был обеспечен безосцилляторный пуск и безбалластный режим работы плазмотронов. Мощность плазмотрона может варьироваться в широком интервале от 80 до 300 кВт [104].

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Повышение реакционной способности исходного твердого топлива возможно лишь за счет термохимической подготовки его к сжиганию.

2. Плазменные технологии позволяют полностью исключить использование для целей стабилизации выхода жидкого шлака высокореакционных видов топлив (природного газа и топочного мазута) и снизить выбросы NOx.

3. Дополнительное тепло, полученное при использовании надподовых плазменно-угольных горелок, позволяет повысить степень выгорания топлива и локальную температуру вблизи подовой части котла, необходимую для достижения стабильного выхода жидкого шлака в широком диапазоне эксплуатационных нагрузок.

4. Испытания, проведенные на котлоагрегате №4 ГО ГРЭС, показали, что плазменно-угольные горелки обеспечивают безмазутную стабилизацию выхода жидкого шлака в топке с жидким шлакоудалением.

5. Применение плазменно-угольных горелок на различных котлах с широким спектром сжигаемых углей позволяет осуществить не только безмазутную стабилизацию выхода жидкого шлака, но и обеспечить стабилизацию горения пылеугольного факела, безмазутную растопку котлов.

6. Внедрение ПТС дает существенный экономический эффект со сроком их окупаемости - менее одного года.

7. Необходимыми условиями для эффективного использования плазменных методов стабилизации выхода жидкого шлака в энергетических котлах являются наличие качественных исходных данных, обеспечение непрерывности подачи пыли к горелке, соблюдение общих требований к системам безмазутной растопки котлов и стабилизации пылеугольного факела с использованием электродуговых плазмотронов. Перечисленные условия являются вполне реализуемыми в условиях ТЭС.

1. Троицкий А.А. Энергетическая стратегия — важнейший фактор социально-экономического развития России // Теплоэнергетика. Москва, 2001.-№7.-С.2-9.

2. Курышко Г.И. Действия персонала при сжигании углей переменного качества // Электрические станции. Москва, 1996. - № 2. - С. 35 - 40.

3. Россия в энергетической сфере / Виньков А., Имамутдинов И., Ме-довников Д. и др. Москва: Инновационное бюро эксперт, 2006. - 78с.

4. Обзор показателей топливоиспользования тепловых электрических станций РАО «ЕЭС России» за 1996 г. / РАО «ЕЭС России». Департамент эксплуатации энергосистем и электрических станций. Москва: СПО ОР ГРЭС, 1997.-84с.

5. Цыцыктуева JI.A. Охрана вод в байкальском регионе: проблемы, подходы, теория и практика — Улан-Удэ: Издательство бурятского научного центра СО РАН, 2001. 118 с.

6. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации № 1234-р от 28августа 2003 года. / Прил. к обществ. дел. журн. "Энергетическая политика". -Москва: ГУ ИЭС, 2003.- 136с.

7. Эколого экономическая эффективность плазменных технологий переработки твердых топлив. / Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Чурашов В.Н. и др. - Новосибирск. «Наука», 2000. - 158с.

8. Стырикович М.А., Катковская К.Я., Серов Е.П. Парогенераторы электростанций Москва-Ленинград: изд-во «Энергия», 1966. — 384 с.

9. Опыт внедрения надподовых горелок / Левандовский О.Ф., Синяке-вич Б.Г., Красноштан Н.А., и др. // Электрические станции. Москва, 1986. -№8.-С. 18-23.

10. О безмазутной растопке и подсветке парогенераторов, сжигающих канско-ачинские угли / Сеулин Н.А., Осокин Л.Г., Иванников В.М. и др. // Электрические станции. Москва, 1986. - №10. - С.21-22.

11. О безмазутной растопке паровых котлов, сжигающих канско-ачинские бурые угли / Фелькер А.А., Пронин М.С., Колмогоров И.А. и др. // Теплоэнергетика. Москва, 1991. - №3. - С.22-25.

12. Выбор запальных устройств для безмазутной растопки и стабилизации горения пылеугольных котлов / Сеулин Н.А., Иванников В.М., Видин Ю.В., и др. // Электрические станции. Москва, 1994. -№11. — С.39-41.

13. Проблемы внедрения безмазутной растопки котлов, сжигающих канско-ачинские угли / Сеулин Н.А., Иванников В.М., Видин Ю.В. и др. // Электрические станции. Москва, 2000. - №6. - С.29-31.

14. А.с. 169058 (СССР). Устройство для термической подготовки топлива перед сжиганием / Линдквист Б.А. // Опубл. В Б.И. Москва, 1960. -С.2-5.

15. Линдквист Б.А. Огневая подготовка топлива с низкой реакционной способностью газовым теплоносителем // Теплоэнергетика. — Москва, 1971. — № 1.-С. 27-34.

16. Вербовецкий Э.Х., Котлер В.Р. Замена мазута углем при растопке и подсветке факела в пылеугольных котлах // Энергохозяйство за рубежом. -Москва, 1984. № 1. - С. 1 - 8.

17. Бондарев A.M., Семенов А.Н. Интенсификация воспламенения пылеугольного факела при сжигании резкопеременного качества // Электрические станции. Москва, 1986. - №1. - С. 21 - 23.

18. Опыт внедрения надподовых горелок / Левандовский О.Ф., Синяке-вич Б.Г., Красноштан Н.А. и др. // Электрические станции. — Москва, 1986. — № 8. С. 17-23.

19. Выбор запальных устройств для безмазутной растопки и стабилизации горения пылеугольных котлов / Сеулин Н.А., Иванников В.М., Видин Ю.В. и др. // Электрические станции. Москва, 1994. - № 11. - С. 39 - 41.

20. Разработка и внедрение системы предварительного подогрева угольной пыли / Шульман B.JL, Страхов В.А., Шурпа Б.Л. и др. // Электрические станции. Москва, 1995. - № 2. - С. 5 - 10.

21. Говелевич Е.Р., Алеминский Р.Е. Об использовании непроектных углей на тепловых электростанциях // Энергетик. Москва, 1997. - № 7. -С.11-12.

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

23. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. / Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C. и др. Наука. Сибирская издательская фирма РАН Низкотемпературная плазма. -Новосибирск: Том 16, 1995. — 304 с.

24. Сакипов З.Б., Мессерле В.Е., Ибраев Ш.Ш. Электротермохимическая подготовка углей к сжиганию — Алма-Ата: Наука. Каз.ССР. 1993. -259с.

25. Волков Э.П., Перепелкин А.В. Технологические и экологические проблемы сжигания низкосортных топлив // Теплоэнегетика. — Москва, 1989, №9. С.25-28.

26. К вопросу повышения эффективности сжигания низкореакционных углей / Салов Ю.В., Шелыгин Б.Л., Бахирев В.И. и др. // Изв. Вузов. Энергетика. Новосибирск, 1990, №2. - С.70-75.

27. Влияние качества твердого топлива на ограничение номинальной мощности энергоблока / Голышев J1.B., Мысак И.С., Довготелес Г.А. и др. // Теплоэнергетика. Москва, 2001, №7. - С.19-22.

28. Методические указания по определению ограничений установленной мощности тепловых станций. / СПО Союзтехэнерго Москва, 1987. -24с.

29. Мадоян А.А., Балтян В.Н., Гречаный А.Н Эффективное сжигание низкосортных углей в энергетических котлах Москва: Энергоатомиздат. 1991.-200с.

30. Левит Г.Т. Пылеприготовление на тепловых электростанциях — Москва: Энергоатомиздат, 1991. — 384с.

31. Алехнович А.Н. Анализ маневренности котлов по условиям жидкого шлакоудаления. // Электрические станции Москва, 2005. - №6. -С. 16-21.

32. Ольховский Г.Г., Тумановский А.Г. Проблемы и перспективы использования угля в электроэнергетике России. // Новое в Российской энергетике Москва, 2004. - №7. - С.6 - 17.

33. Влияние качества АШ на работу котла с полуоткрытой топкой / Ка-пельсон A.M., Купченко В.А., Бусурин В.Ф. и др. // Электрические станции. -Москва, 1978.-№5.-С. 35-41.

34. Сжигание низкореакционных углей переменного качества в топках мощных блоков / Шницер И.Н., Плаксин О.Т., Васильев О.Л. и др. // Энергетика и электрификация. Укранина, 1981. - №1. - С.21—27.

35. Шницер И.Н. Исследование процесса горения низкореакционных углей переменного качества. // Электрические станции. - 1982. - №5. -С.27-30.

36. Капельсон JI.M. Пути сокращения расхода газа и мазута на пылеугольных электростанциях, рассчитанных на сжигание низкореакционных углей // Теплоэнергетика. Москва, 2002. - № 1. - С.56 - 60.

37. Дьяков А.Ф. Перспективы использования угля в электроэнергетике России // Энергия. Москва, 1996. - №7 (31), Июль. - С.2-3.

38. Plasma Technologies for Solid Fuels. Experiment and Theory. / Gorok-hovski M., Karpenko Е.1., Lockwood F.C. and other // Journal of the Energy Institute,-78, N4, 2005,-P. 157-171.

39. Рынок мазута в России. Маркетинговые исследования Российского рынка мазута. - Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков, 2007. — 186с.

40. Аналитика рынок нефти и нефтепродуктов. — Нефтегазовый бюллетень ИнфоТЭК, 2008. - №12. - С.20-74.

41. Глухов Б.Ф. О процессе горения высокоподогретого мазута // Теплоэнергетика. — Москва, 1995. №9. - С.32-36.

42. Эрнест А.К., Цирюльников JI.M. К вопросу о механизме коррозии при сжигании сернистого мазута // Теплоэнергетика. Москва, 1975. —№11. - С.45-48.

43. Каминский В.П. Характер и особенности поражения экранных труб высокотемпературной коррозией в топках парогенераторов СКД при сжигании антрацитового штыба // Теплоэнергетика. Москва, 1976. - №2. -С.28-32.

44. Влияние температурных и аэродинамических факторов на образование серного ангидрида в топочной камере / Померанцев В.В., Подоляк В.Е., Моисеева Т.А. и др. // Теплоэнергетика. — Москва, 1976. — №8. — С.46-^19.

45. Деринг И.С., Дубровский В.А. О влиянии концентрации окислов серы в продуктах сгорания на упрочнение золовых отложений // Теплоэнергетика. Москва, 1975. - №7. - С.48-50.

46. Перспективы развития электрогенерирующих мощностей России / Макаров А.А., Волкова Е.А., Веселов Ф.В. и др. // Теплоэнергетика. Москва, 2008. - №2. - С.4-16.

47. Энергетическая стратегия Сибири (Основные положения) // Регион: Экономика и социология. — Новосибирск, 1998. — 111с.

48. Бушуев В.В., Троицкий А.А. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года и реальная жизнь. Что дальше? // Теплоэнергетика. -Москва, 2007. №1. - С.2-8.

49. Котляров В.И., Филатов В.А. Опыт сжигания низкосортного топлива на Старобешевской ГРЭС // Эффективность сжигания низкосортных донецких углей в энергетических котлах. — Горловка, 1987. — С. 7-13.

50. Опыт сжигания твердого топлива ухудшенного качества на Три-польской ГРЭС / Голышев J1.B., Красноштан Н.И., Потапенко Ф.Ф. и др.// Энергетика и электрификация. Украина, 1980. - №2. - С. 9-12.

51. Повышение эффективности сжигания низкосортных топлив методом термохимической обработки. / Чмель В.Н. и др. // Известия вузов. Энергетика 1985. - №3. - С. 96-100.

52. Ибрагимов М.Х., Марченко Е.М., Тувальбаев Б.Г. Разработка новых решений низкореакционных и забалластированных углей // Энергетика и электрификация. Украина, 1987. -№1. — С. 11-14.

53. Дубровский В.А. Методы и средства повышения эффективности энергетического использования углей Канско-Ачинского Бассейна: Автореферат диссертации доктора технических наук. Новосибирск, 2008. - 38с.

54. Ибрагимов М.Х., Марченко Е.М., Тувальбаев Б.Г. Экономия жидкого топлива на ТЭС // Сб. науч. Тр. ВЗПИ. Москва, 1987. - С. 5-9.

55. А.с. 1048248 (СССР). Способ сжигания пылеугольного топлива в котельной установке / Вайнштейн Л.П., Голышев J1.B., Левандовский О.Ф., Сенякевич Б.Г. // Опубликован в Б.И. 1983. - №38.

56. Левандовский О.Ф., Синякевич Б.Г. Предкамерная мазутная горелка для плавки шлака // Энергетика и электрификация. Эксплуатация и ремонт электростанций. Украина, 1980. - №9. — С.24-32.

57. Крук М.Т., Финкевич А.А., Синякевич Б.Г. Предкамерная мазутная горелка для плавки шлака // (экспресс информация) инв.№ 9153. Предприятие «Южтехэнерго». 19с.

58. Шульман В.Л. Предварительная термическая подготовка топлива как реальный способ технологического и экологического совершенствования пылеугольных котлов // Электрические станции. — Москва, 2000. — № 6. — С.16 19.

59. Анализ способов стабилизации пылеугольного факела / Ибрагимов М.Х., Дранченко А.А. и др. // Энергетика и электрификация. Украина, 1990. -№1. - С.4-7.

60. Бабий В.И., Алавердов П.И. Влияние предварительного подогрева угольной пыли на выход топливных оксидов азота // Теплоэнергетика. Москва, 1998. - №8. - С.21 -26.

61. Разработка и внедрение системы предварительного подогрева угольной пыли / Шульман В.Л., Страхов В.А., Шурпа Б.Л. и др. // Электрические станции. Москва, 1995. - № 2. - С. 5 - 10.

62. Пронин М.С., Маковец С.П., Созинова М.В. Разработка и исследование системы пылеприготовления повышенной взрывобезопасности для

63. Ирша-бородинского угля на котле БКЗ-320-140 ПТ-5 Красноярской ТЭЦ-1 и опытное сжигание березовского угля // Отчет ВТИ. — Красноярск, 1979. — 40с.

64. Залкинд И.Я., Вдовиченко B.C., Дик Э.П. Зола и шлаки в котельных топках Москва: Энергоатомиздат, 1988. — 79с.

65. Опытное сжигание высокозольного Ирша-бородинского угля в котлах ПК-38 Красноярской ГРЭС-2 и на котле БКЗ-320 Красноярской ТЭЦ-1 / Процайло М.С., Гончаров А.И., Бруер Г.Г. и др. // Красноярск: Отчет ВТИ, 1979.-40с.

66. Вдовенко М.И. Минеральная часть энергетических углей (Физико-химическое исследование) — Алма-Ата: издательство «Наука» КазССР, 1973. 136с.

67. Е.И.Карпенко, В.Е. Мессерле, Н.М. Коногоров. Плазменно-энергетические технологии использования угля для эффективного замещения мазута и природного газа в топливном балансе ТЭС // Теплоэнергетика. — Москва, 2004. №10. - С.53-60.

68. Розжиг и стабилизация горения пылеугольных топлив низкотемпературной плазмой / Жуков М.Ф., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. и др. // Известия СО РАН. Серия «Энергетика». Новосибирск, 1993. -№ 2. - С. 27-31.

69. Основы практической теории горения: Учебное пособие 0-75 для вузов / В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др.; Под ред.В.В. Померанцева. 2-е изд., перераб. и доп. Ленинград: Энергоатомиздат, 1986. -312с.

70. Enhancement of Pulverized Coal Combustion by Plasma Technology / M.A. Gorokhovski, Z. Jankoski, F.C. Lockwood and others // Combustion Science and Technology. 2007. V. 179. N 10. P.2065-2090.

71. Plasma Technologies for Solid Fuels: Experiment and Theory. / M. Gorokhovski, Е.Г. Karpenko, F.C. Lockwood and others // Journal of the Energy Institute. 2005. V. 78. N 4. P. 157-171.

72. Plasma-Supported Coal Combustion in Boiler Furnace. / A.S. Askarova, E.I. Karpenko, Y.I. Lavrishcheva and others // IEEE Transaction on Plasma Science. Dec.2007. V. 35. N 6. P.1607-1616.

73. Методические указания по проектированию топочных устройств. Маршак Ю.Л., Горбаненко А.Д., Вербовецкий Э.Х. и др. Санкт-Петербург: ВТИ, АООТ «НПО ЦКТИ», 1996. - 270с.

74. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) Кузнецов Н.В., Митора В.В., Дубовский И.Е. и др. Москва: «Энергия», 1973. -295 с.

75. Плазмохимическая переработка угля. Жуков М.Ф., Калиненко Р.А., Левицкий А.А. и др. Москва: Наука, 1990. - 200с.

76. Плазмоэнергетические процессы и аппараты в решении природоохранных задач / Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л., Ибраев Ш.Ш. и др. Улан-Удэ: БНЦ РАН, 1992. - 114с.

77. Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л. Плазменные технологии топливоис-пользования и снижение выбросов в окружающую среду Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 1992,-46с.

78. Новые материалы и технологии. Экстремальные технологические процессы Жуков М.Ф., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. и др.: под ред. М.Ф. Жукова. — Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1992. 178с.

79. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C. и др. — Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1995. 304с.

80. Ignition and stabilisation of combustion of pulverised coal fuels by thermal plasma // Investigations and design of thermal plasma technology / Messerle V.E., Peregudov V.S. London Cambridge Interscience Publishing, 1995. - Vol 2. -P. 323-343.

81. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Плазменно-энергетические технологии топливоиспользования — Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН. Том 1, 1998.-384с.

82. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Плазменные технологии эффективного и экологически чистого сжигания твердых топлив и их смесей // Горение и плазмохимия. Алма-Ата, 2003. - №1. - С. 17-27.

83. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Плазменные технологии переработки твердых топлив // Горение и плазмохимия. — Алма-Ата, 2003. — №2. — С.131-141.

84. Кагрепко E.I., Ustimenko A.B., F. Lokwood Plasma technology of Coal Gasification // Transactions on Electrical and Electronic materials. 2001. - vol.2. -№3. — P.7-11.

85. Трехмерное моделирование двухступенчатого сжигания экибастуз-ского угля в топочной камере котла ПК-39 Ермаковской ГРЭС / Аскарова А.С., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. и др. // Теплоэнергетика. Москва, 2003. — №8. — С.22-26.

86. Оптимизация процесса сжигания энергетических углей с использованием плазменных технологий / Мессерле В.Е., Аскарова А.С., Устименко А.Б. и др. // Теплоэнергетика. Москва, 2004. - №6. — С.60-65.

87. Использование плазменно-топливных систем на пылеугольных ТЭС Евразии. / Карпенко Е.И., Карпенко Ю.Е., Мессерле В.Е. и д.р. // Теплоэнергетика. Москва, 2009. - № 6. - С. 10-14.

88. Общие требования к системам безмазутной растопки котлов и стабилизации пылеугольного факела с использованием электродуговых плазмотронов (Нормативный документ). — Москва, РАО «ЕЭС России».— ВТИ ОЦ ПЭТ РАО «ЕЭС России», 2001.- 9 с.

89. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Молонов Я.Ж. Плазменная стабилизация выхода жидкого шлака в топках котлов с жидким шлакоудалением // Горение и плазмохимия. Алма-Ата, 2009, том 7.-№1. - С.121-129.

90. Молонов Я.Ж., Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Стабилизация выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением с использованием плаз-менно-энергетических технологий // Теплоэнергетика. — Москва, 2009. — № 4. -С. 10-16.

91. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Математическая модель процесса воспламенения, сжигания и газификации пылеугольного топлива в электродуговых устройствах. // Теплофизика и аэромеханика. — Новосибирск, 1995. Т.2. - №2. - С.151—165.

92. Эколого-экономическая эффективность плазменных технологий переработки твердых топлив. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Чурашев В.Н. и др. Новосибирск: Наука, 2000 — 159 с.

93. Общие требования к системам безмазутной растопки котлов и стабилизации пылеугольного факела с использованием электродуговых плазмотронов (Нормативный документ) РАО «ЕЭС России».- Москва: ВТИ ОЦ ПЭТ РАО «ЕЭС России», 2001.- 9 с.

94. Использование плазменно-топливных систем на ТЭС России, Казахстана, Китая и Турции. / Е.И. Карпенко, Ю.Е. Карпенко, В.Е. Мессерле, и др. // Химия высоких энергий. Алма-Ата, 2009, Т. 43. - № 3. - С. 271-275.

95. ЮЗ.Янтайская электромеханическая компания "Лунюань" Лтд. Плазменная Технология Зажигания и Поддержания Горения на Пылеугольных Котлах // Электрические станции. Москва, 2008. - № 2. Приложение.

96. E.I.Karpenko, V.E. Messerle, A.B.Ustimenko. Plasma-Aided Solid Fuel Combustion // Proceedings of the Combustion Institute. 2007. V.31. Part II. P.3353-3360.