Узбекистан является одной из ведущих стран мира по запасам угля. Ангренское угольное месторождение одно из крупнейших в Центральной Азии, на его долю приходится 85 процентов добываемого в нашей стране твердого топлива

Разработанная методика экспериментального исследования основывает-ся на уравнениях материального (расходного) баланса

– масса поступившего в ЦП КЖТ, кг; – масса поступившего в ЦП воздуха, кг; – масса несгоревшего в ЦП КЖТ, кг, где – мех. недожог КЖТ в ЦП, %; – масса газов, образовавшихся при горении КЖТ, кг; – масса образовавшейся в процессе горения КЖТ золы, кг.

Энергобаланса

где +h_тл - располагаемое тепло топлива, кДж/кг; Q_B - тепло вносимое в ЦП подогретым воздухом, кДж/кг; Q_mг - теплота топочных газов на выходе из ЦП, кДж/кг; Q₃ - тепловые потери с химическим недожогом топлива, кДж/кг; Q₄ - тепловые потери с механическим недожогом топлива, кДж/кг; Q₅ - тепловые потери от наружного охлаждения, кДж/кг.Тепловой расчета Тепловой расчета котла с ЦП при работе на КЖТ может выполняться по нормативному методу ВТИ-ЭНИН. При этом расчет теплоты сгорания КЖТ с достаточной степенью точности целесообразно выполнять по теплоте сгорания исходного угля:

Низшая теплота сгорания КЖТ

где - низшая теплота сгорания угля, кДж/кг; a - массовая доля уг­ля в КЖТ, кг/кг; R=2260 кДж/кг - теплота парообразования воды (на испарение дополнительной влаги в КЖТ относительно исходного угля).

Потери тепла q₃, q₄ при сжигании КЖТ в топках котлов с ЦП следует принимать 0÷0,5 % и 0,2÷1,0 % соответственно, в зависимости от марки исходного угля.

Определяющими параметрами для схемы сжигания в котлах с ЦП явля-

ются:

тепловая мощность ЦП на поданное топливо

тепловая мощность ЦП на сгоревшее топливо

полезное тепловыделение в ЦП

(6)

теплонапряжение объема ЦП

(7)

теплонапряжение сечения ЦП

(8)
– механический недожог КЖТ в выходном сечении ЦП, %;

- объем камеры сгорания ЦП, м³ ; - площадь сечения ЦП, м² .

Экспериментальные исследования горения КЖТ в ЦП предполагает вы­полнение измерений (рис.2) в объеме, необходимом для сведения энергетиче­ских и материальных балансов.

Основными параметрами, сопоставляемыми с результатами численных исследований, является температура факела на выходе из ЦП и температура стенки по длине ЦП. Температура факела является показателем тепловыделе­ния (тепловой мощности) ЦП. Погрешность определения температуры факела на выходе из ЦП соответствует погрешности измерения входных параметров: расхода, калорийности и температуры топлива, расхода и температуры воздуха.

Рис. 6. Принципиальная схема измерений в ЦП при

сжигании КЖТ: В_КЖТ- расход КЖТ, Q \_КЖГ- кало­рийность КЖТ, Т_КЖТ- температура КЖТ, В_{Р Т}- расход растопочного топлива, Q \_РТ- калорийность растопочного топлива, Т_Р . _Т . - температура растопоч­ного топлива, Т_ОКР- температура окружающего воз­духа, Т_ПОВ- температура поверхности ЦП, Q_B- рас­ход воздуха, Т_В- температура воздуха, Т_Ф- темпера­тура факела, CO- концентрация СО, Гу_н- содержа­ние горючих в уносе.

Методика численного исследования сжигания КЖТ в циклонном пред- топке в CFD-программе ANSYS Fluent заключается в определении основных параметров работы предтопка: температур стенки по длине ЦП, температуры газов на выходе из ЦП, степени выгорания топлива, содержания кислорода.

Базовыми уравнениями ANSYS Fluent, по которым ведется расчет про­цессов, являются: уравнение неразрывности, уравнение энергии, закон сохра­нения импульса, уравнения переноса компонентов среды, уравнение равнове­сия сил для дискретной фазы и пр. Также в расчетах использованы: модель тур­булентности k-s (стандартного вида), P-1 модель излучения (уравнение перено­са энергии излучением), диффузионно-кинетическая модель горения, модель выхода летучих веществ «The constant rate devolatilization model».

Горение дизельного (растопочного) топлива описывается соответству­ющей выбранному виду топлива экзотермической химической реакцией, при этом в ANSYS Fluent также принимаются энергия активации и константа ско­рости реакции горения. Расход дизельного топлива в численном исследовании определяется исходя из равенства тепловыделения с тепловыделением в экспе­риментальных исследованиях:

где - низшая теплота сгорания растопочного топлива в экспе­риментах, кДж/кг; - низшая теплота сгорания растопочного топлива в численных исследованиях, кДж/кг; - расход растопочного топлива в экс­периментах, кг/c; - расход растопочного топлива в численных исследова­ниях, кг/c.

В базе ANSYS Fluent отсутствуют модели топлив типа КЖТ, ВУТ. При выполнении численных исследований КЖТ по типу топлив принципиально от­несено к угольным топливам. Состав КЖТ определяется в соответствии с экс­периментальными и расчетными данными.

В методике численных исследований представлена предлагаемая модель КЖТ для расчетного комплекса ANSYS Fluent с учетом кинетических особен­ностей горения КЖТ, а также алгоритм формирования исходных данных спе­циально для ANSYS Fluent. Исследования проводились для КЖТ из кузнецкогокаменного угля марки Д. В состав КЖТ входит собственно кузнецкий камен­ный уголь марки Д и вода.

Определение основных теплофизических характеристик КЖТ (калорий­ность, плотность и пр.) требует расчета элементарного состава конечного про­дукта исходя из массового соотношения угля и воды.

Модель КЖТ (рис. 3) для ANSYS Fluent разработана и подобрана на основании результатов экспериментальных исследований и проверена серией расчетов. Согласно данной модели КЖТ разбивается на три составляющих, которые в расчетах поступают в расчетную область одновременно, с одних и тех же поверхностей и по одинаковым траекториям. Такое решение позволяет обеспечить параллельность протекания процессов прогрева частиц, испарения влаги, выхода летучих и горения коксового остатка, но обеспечивает забаластированность расчетной области водой и водяными парами. При этом снижается температура воспламенения топлива, что отмечалось в многочисленных исследованиях по горению ВУТ, но требуется подвод большого количества тепла на испарение влаги топлива. Кинетические параметры горения «угля» и «обводненного угля» в составе

«Вода» Масса : Мв.исх

« Угль» Масса :Му.исх Влажность: Wу.исх

«КЖТ» Масса:МКЖТ= М в.исх+Му.исх Влажность:

=

+

Модуль КЖТ

«КЖТ» Масса: МКЖТ= М в.исх+Му.исх

«Вода» Масса :

«Уголь» Масса :Му.исх/2 Влажность: Wу.исх=

«Обводненный уголь»

Рис. 7. Физическая модель КЖТ и модель КЖТ, разработанная для ANSY Fluent.

При моделировании конкретной угольной частицы («Уголь» или «Обводненный уголь») в ANSYS Fluent весь процесс разбивается на следующие стадии: прогрев частицы до начала испарения влаги из топлива; испарение влаги из топлива; выделение летучих, представленных обобщенным

углеводородом вида CH_aO_β N_γ, который горит согласно реакции

CH_aO_β N_γ +λ_О2 =СО+ λ _Н2О Н₂О+ λ _N2 N₂ λ_О2, λ _Н2О, λ _N2 - стехиометрические

коэффициенты реакции; горение коксового остатка рассчитывается по диффузионно-кинетической модели, константа скорости реакции горения коксового остатка (k₀) определяется по экспериментальной обобщенной зависимости lnk₀ =/(Еа), горение углерода происходит по схеме С→СО→СО₂; прогрев/охлаждение золового остатка до выхода частицы из расчетной области.

Методика оценки капиталовложений в агрегаты, технические системы и в целом в энергоблок с КЖТ включает определение капиталовложений и в соб­ственно ЦП на основе массово-стоимостного подхода и данных заводов изгото­вителей.

Методика предполагает возможность сопоставления капиталовложений в энергоблоки с КЖТ и традиционные пылеугольные энергоблоки.

Удельные капиталовложения в энергоблок (не в станцию в целом, без учета изыскательных, проектных работ)

где - суммарные капиталовложения в ЭБ, $; N - установленная мощность ЭБ, кВт.

Капиталовложения в котлоагрегат, оснащенный ЦП

где - базовое значение капиталовложений в котел; c_i- коэффициен-ты приведения; x_j- определяющие параметры; x⁰_j- базовые значения парамет-ров; - капиталовложения в ЦП.

Капиталовложения в ЦП

где Q_mm - тепловая мощность топки, МВт; k - доля топлива, вводимого в

топку через ЦП; - удельные капиталовложения в ЦП, $/МВт.

Капиталовложения в агрегаты и технические системы включают расхо­ды на изготовление, монтаж, доставку оборудования на место строительства, а также дополнительные пропорционально отнесенные затраты в инфраструкту-

ру ТЭС.

2.4 заключение отследование сжигание твёрдого топливо на ТЭС.

ГЛАВА 3. ВЫВОД.

3.1 РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

Снижение вредных выбросов угольных тепловых электрических станций в настоящее время является одной из главных задач мировой энергетики (16). Выбросы загрязняющих веществ (особенно оксидов SОx , NОx) способствуют образованию кислотных дождей и разрушению озонового слоя. Методы, используемые при очистке дымовых газов ТЭС, являются, как правило,дорогостоящими и приводят к существенным увеличениям издержек производства тепла и электроэнергии. В последние годы выдвинута гипотеза, что менее дорогостоящим и более эффективным методом снижения выбросов является совместное сжигание углей и биомассы (16). Авторы показали снижение выхода вредных выбросов при сжигании смесевых топлив из углей и биомассы. Соответственно воздействие на окружающую среду снижается,и могут быть повышены экономические показатели производств тепловой и электрической энергии. Исследования иллюстрируют снижение выбросов SОx, NОx в большей или меньшей степени в зависимости от используемой биомассы. Несмотря на то, что биомасса считается углерод – нейтральным топливом, установлено снижение выбросов и СО2.

Полученные к настоящему времени результаты не обеспечивают возможность анализа закономерностей процессов снижения негативного воздействия ТЭС на окружающую среду при увеличении доли древесины в однородном угле. Исследования в данном направлении представляют интерес и в связи с необходимостью обоснования возможности использования смесевых топлив на основе углей разных марок и древесины на тепловых электрических станциях.

На рисунках 8-10 представлены результаты анализа выхода оксидов SО2, NО, CO2 при термическом разложении смесевых топлив из углей и древесины.

Рисунок 8. Концентрации основных антропогенных газов в продуктах термического разложения смесевых топлив, по отношению к каменному углю марки Д (φ – доля древесины, Vгаз– выход газов)

Из рисунка 8 видно, что увеличение доли древесины до 50 % в смесевом топливе на основе угля Д приводит к снижению выделения основных антропогенных оксидов (NO на 23,8 %, CO2 на 17,1 %, SO2 на 38,7 %). Полученные результаты показывают возможность существенного (до 40 %) снижения негативного воздействия тепловых электрических станций на окружающую среду при использовании смесевых топлив на основе углей и древесины. Аналогичные исследования проведены для других вариантов смесевых топлив на основе тощих и бурых углей. На рис. 9 показаны зависимости концентраций NO, CO2 , SO в продуктах пиролиза смесевых топлив от доли древесины.

Рисунок 9. Концентрации основных антропогенных газов в продуктах термического разложения смесевых топлив, по отношению к каменному углю марки Т (φ – доля древесины, Vгаз – выход газов)

Из рисунка 9 видно, что снижение негативного воздействия вредных выбросов ТЭС с использованием смесевых топлив на основе угля Т с добавлением массовой доли древесины значительно. Например, при увеличении доли древесины до 50 % в смесевых топливах выход NO снижается на 60,2 %, CO2на 85,1 %, SO2 на 89,0 %. Соотношение компонент выбрано из условия, в соответствии с которым, калорийность такого топлива должна быть сопоставима с калорийностью угля, а зольность – значительно ниже. Полученные результаты при сравнении с экспериментальными данными топлив на основе угля марки Д и древесины иллюстрируют кратное изменение выхода вредных выбросов при их пиролизе на основе тощего угля по сравнению с длиннопламенным. Если учесть, что стоимости первого и второго отличаются незначительно, то можно сделать вывод о том, что для регионов, удаленных от месторождения угля, уголь марки Т достаточно перспективен. При этом следует отметить, что снижение выхода антропогенных газов при сжигании топлив на основе угля марки Т существенно выше доли таких газов при вводимой древесины (SO2, например, в 5-6 раз).

Установленная закономерность еще раз подтверждает каталитический (или другими словами, синергетический) эффект присутствия биомассы в смесевом топливе, что проявляется в кратном снижения выхода антропогенных газов.Аналогичные исследования проведены для топлив на основе бурых углей.

Рисунок 10. Концентрации основных антропогенных газов в продуктах термического разложения смесевых топлив, по отношению к бурому углю марки 3Б (φ – доля древесины, Vгаз– выход газов)

Из рисунка 10 видно, что увеличение доли древесины до 50 % в смесевых топливах приводит к снижению NO на 26,1 %, CO2 на 51,6 %, SO2 на 62,2 %.

Экспериментально полученные результаты подтверждают эффективность существенного снижения антропогенного воздействия на окружающую среду при сжигании смесевых топлив и на основе угля 3Б.

Рисунок 11. Концентрации основных антропогенных газов в продуктах термического разложения смесевых топлив, по отношению к бурому углю марки 2Б (φ – доля древесины, Vгаз – выход газов)Результаты исследования топлива на основе угля марки 2Б приведены на рисунке 11. Видно, что увеличение массовой доли древесины и в этом случае приводит к снижению выхода антропогенных газов в окружающую среду при термическом разложении смесевых топлив.

Сравнительный анализ проведен на основании состава смесевых топлив при соотношении компонент 50 % / 50 %. Из рисунка 3.3.4 видно, что при таком соотношении компонент выделение вредных выбросов NO снижается на 30,2 %, CO2 на 22,1 %, SO2 на 37,2 %. Анализ полученных результатов позволяет подтвердить улучшенные характеристики смесевых топлив такого рода по отношению к исходному углю, но масштаб положительного эффекта много меньше, чем у угля марки Т и бурого 3Б. Установленная закономерность еще раз иллюстрирует необходимость детального исследования на стадии формирования смесевых топлив не только углей, являющихся их основой, но и обязательно самого смесевого топлива. В этом случае может быть достигнут максимальный положительный эффект применения последних.

В заключении следует отметить, что результаты выполненных исследований смесевых топлив на основе энергетических углей марок Д, Т, 3Б, 2Б и древесины создают предпосылки для обоснования снижения негативного воздействия тепловых электрических станций на окружающую среду без установки дополнительных фильтров по очистке дымовых газов при использовании смесевых топлив.

3.2. ТЕХНИКА БЕЗОПОСНОСТИ.
В современных котельных не менее 80% оборудования монтируют методом сборки укрупненных блоков. На специальной сборочной площадке отдельные элементы каркаса, поверхностей нагрева и т.д. собирают в крупные однотипные блоки. Затем блоки поднимают и устанавливают в положение предусмотренное проектом.

Монтаж связан с подъемом и перемещением громоздких и нетранспортабельных узлов, блоков. Все подъемно-транспортные работы на монтаже механизируются. Для этого применяется автокран и пневмоколесный кран. Монтажную площадку ограждают сплошным ограждением. Материалы хранят в специально отведенных местах. Дороги свободны для проезда. Входы,переходы и выходы свободны и безопасны. Проходы в опасных местах настилают из досок. Настилы обязательно снабжают перилами. Монтаж технологического оборудования выполняется в соответствии с проектом производства монтажных работ.

При  =88м обеспечивается защита здания котельной от удара молнии.

Молниеприемник изготавливается из стали. Соединение молниеприемника с токоотводом сварное. Соединение заземляется с токоотводом,также сварное.

На участке, где ведутся монтажные работы не производятся другие работы.

Очистка,подлежащих монтажу элементов конструкций от грязи и наледи производится до их подъема.

Запрещается подъем сборных железобетонных конструкций, не имеющих монтажных петель или меток, обеспечивающих их правильную строповку и монтаж.

Применяемые способы строповки элементов конструкций и оборудования обеспечивают их подачу к месту установки в положении, близком к проектному.

Люди, на элементах конструкций и оборудования, находящихся на весу, отсутствуют.

Элементы монтируемых конструкций или оборудования во время перемещения удерживаются от вращения и раскачивания гибкими оттяжками.

При производстве монтажных (демонтажных) работ в условиях действующего предприятия эксплуатируемые электросети и другие действующие инженерные системы в зоне работ, как правило, отключаются и закорачиваются. Оборудование и трубопроводы освобождены от взрывоопасных, горючих и вредных веществ.

При производстве монтажных работ для закрепления технологической и монтажной оснастки используются оборудование и трубопроводы, а также технологические и строительные конструкции с согласованием с лицами, ответственными за правильную их эксплуатацию.

При надвижке конструкций и оборудования лебедками грузоподъемность тормозных лебедок должна быть равна грузоподъемности тяговых, если иные требования не установлены проектом.

Распаковка и расконсервация подлежащего монтажу оборудования производится в зонах, отведенных в соответствии с проектом производства работ, и осуществляется на специальных стеллажах или подкладках высотой не менее 100мм. При расконсервации оборудования не допускается применение материалов со взрыво- и пожароопасными свойствами.

Укрупнительная сборка и доизготовление подлежащих монтажу конструкций и оборудования (нарезка резьбы на трубах,гнутье труб, подгонка стыков и тому подобное) должны выполняться, как правило, на специально предназначенных для этого местах.

В процессе выполнения сборочных операций, совмещения отверстий и проверка их совпадения в монтируемых деталях производится с использованием специального оборудования. Проверять совпадение отверстий в монтируемых деталях пальцами рук не допускается.

При монтаже оборудования должна быть исключена возможность самопроизвольного или случайного его включения.

При перемещении оборудования расстояние между ним и выступающими частями смонтированного оборудования или других конструкций должны быть по горизонтали не менее 1м, по вертикали - 0,5м.

При монтаже оборудования с использованием домкратов должны быть приняты меры, исключающие возможность перекоса или опрокидывания домкратов.
Не допускается использовать непринятые в эксплуатацию в установленном порядке электрические сети и энергетическое оборудование. Эксплуатируется после принятия в установленном порядке.

Не допускается производить работы или находиться на расстоянии менее 50м от места испытания воздушных выключателей.

Предохранители цепей управления монтируемого аппарата должны быть сняты на всё время монтажа.

При необходимости подачи оперативного тока для опробывания электрических цепей и аппаратов на них следует установить предупредительные плакаты,знаки или надписи, а работы, не связанные с опробованием, должны быть прекращены и люди, занятые на этих работах,выведены.

Подача напряжения для опробования электрооборудования производится по письменной заявке ответственного лица электромонтажной организации (мастера или прораба), назначенного специальным распоряжением.

На монтируемых трансформаторах выводы первичных и вторичных обмоток должны быть заземлены и закорочены на все время проведения электромонтажных работ.

Электромонтажные работы в действующих электроустановках, как правило, должны выполняться после снятия напряжения со всех токоведущих частей, находящихся в зоне производства работ,их отсоединения от действующей части электроустановки,обеспечение видимых разрывов.

Падение груза при перемещении может произойти при неисправности стропов, при несоответствии грузоподьемности крана весу поднимаемого оборудования.

Опрокидывание грузоподьемных механизмов может произойти при крене механизмов более 3⁰ и порывах ветра более 15 м/с, из-за плохого крепления опор, если поднимаемый груз больше нормы.

При работе на высоте необходимо использовать страховые пояса и средства защиты.

3.3 Основные результаты и выводы.

Литература

1. Coal Information 2012. Luxembourg: International Energy Agency [Электронный ресурс]. - 2012. - 566 p. - Режим доступа: http://www.iea.org

2. BP Statistical Review of World Energy. London: BP [Электронный ресурс]. -2016. - 30 p. - Режим доступа: http://www.bp.com

3. Kontorovich, A. E. Long-term and medium-term scenarios and factors in world energy perspectives for the 21st century / A. E. Kontorovich, M. I. Epov, L. V. Eder // Russian Geology and Geophysics. – 2014. – Vol. 55, No. 5-6. – P. 534–543.

4. Nikolaichuk, L. A. Prospects of ecological technologies development in the Russian oil industry / L. A. Nikolaichuk, P. S. Tsvetkov // International Journal of Applied Engineering Research. – 2016. – Vol. 11, No. 7. – P. 5271–5276.

5. Kapustina, V. System analysis of waste oil management in Finland / V. Kapustina, J. Havukainen, T. Virkki-Hatakka, M. Horttanainen // Waste Management & Research. – 2014. – Vol. 32, No. 4. – P. 297–303.

6. Burdukov, A. P. Mechanical activation of micronized coal: Prospects for newcombustion applications / A. P. Burdukov, V. I. Popov, M. Yu. Chernetskiy, A. A. Dekterev, K. Hanjalic // Applied Thermal Engineering. - 2014. - Vol. 74. –P. 174–181.

7. Bartoňová, L. Unburned carbon from coal combustion ash: An overview / Lucie Bartoňová // Fuel Processing Technology. – 2015. – Vol. 134. – P. 136–158.

8. Глушков, Д. О. Органоводоугольное топливо: проблемы и достижения (обзор) / Д. О. Глушков, П. А. Стрижак, М. Ю. Чернецкий // Теплоэнергетика. – 2016. – № 10. – С. 31–41.

9. Ходаков, Г. С. Водоугольные суспензии в энергетике / Г. С. Ходаков // Теплоэнергетика. – 2007. – № 1. – С. 35–45.

10. Glushkov, D. O. Influence of organic coal-water fuel composition on the characteristics of sustainable droplet ignition / D. O. Glushkov, D. P. Shabardin, P. A. Strizhak, K. Yu. Vershinina // Fuel Processing Technology. – 2016. – Vol. 143. – P. 60–68.

11. Glushkov, D. O. Minimum temperatures for sustainable ignition of coal water slurry containing petrochemicals / D. O. Glushkov, P. A. Strizhak, K. Yu. Vershinina // Applied Thermal Engineering. – 2016. – Vol. 96. – P. 534–546.

12. Vershinina, K. Yu. Maximum combustion temperature for coal-water slurry containing petrochemicals / K. Yu. Vershinina, P. A. Strizhak // Energy. – 2017. – Vol. 120. – P. 34–46.

13. Vershinina, K. Yu. The ignition parameters of the coal-water slurry droplets at the different methods of injection into the hot oxidant flow / K. Yu. Vershinina,R. I. Iegorov, P. A. Strizhak // Applied Thermal Engineering. – 2016. – Vol. 107. – P. 10–20.

14. Кузнецов, Г. В. Влияние условий теплообмена на характеристики зажигания частиц водоугольного топлива / Г. В. Кузнецов, В. В. Саломатов, С. В. Сыродой // Теплоэнергетика. – 2015. – №10. – С. 16–21.

15. Kijo-Kleczkowska, A. Combustion of coal-water suspensions / A. KijoKleczkowska // Fuel. – 2011. – Vol. 90. – P. 865–877.

16. http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/43211/1/dis00230.pdf

17. http://portal.tpu.ru/portal/pls/portal/!app_ds.ds_view_bknd.download_doc?fileid=1644