Статья опубликована в рамках: XX Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 15 мая 2014 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Энергетика
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
- Условия публикаций
- Все статьи конференции
дипломов
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЯ РАЗРЕЗА «КАРАЖЫРА» ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА
Процан Александр Павлович
студент 4 курса, кафедра технической физики и теплоэнергетики,
ГУ. им. Шакарима, Республика Казахстан, г. Семей
Степанова Ольга Александровна
научный руководитель, канд. техн. наук, доцент ГУ. им. Шакарима, Республика Казахстан, г. Семей
Введение
На долю твёрдого топлива приходится 92 % в общем мировом балансе запасов топливных полезных ископаемых [1]. Общие запасы угля в Республике Казахстан составляют 162 млрд. тонн. Насчитывается 10 бассейнов каменного и бурого угля, разведано более 300 месторождений. Ежегодная добыча составляет 100 млн. тонн угля [7]. По данным статистического обзора мировой энергетики (Statistical Reviewof World Energy), подготовленному британской компанией BP, на конец 2012 года Казахстан по доказанным запасам угля занимает 8 место [4].
По прогнозам экспертов роль угля в энергетическом балансе в ближайшее время повысится. Для Казахстана это также актуально, так как по имеющимся данным запасы угля составляют 3,9 % мировых запасов [4]. В РК разработана Концепция развития угольной промышленности до 2020 года [2]. Важным условием является совершенствование существующих и разработка новых технологий сжигания угля.
Цель и задачи
Цель — определение эффективности использования угля разреза «Каражыра» (ВКО) для приготовления водоугольного топлива (ВУТ).
Задачи и этапы проведения работы представлены на рисунках 1, 2.
Рисунок 1.Задачи
Рисунок 2. Этапы проведения работы
Водоугольное топливо — ВУТ, (рисунок 3) является нетрадиционным источником энергии и представляет собой мелкодисперсную смесь (суспензию) измельчённого угля, воды и стабилизирующей добавки (пластификатора):
ВУТ = Уголь (60÷70) % + Вода (29÷39) % + Пластификатор 1 %
Рисунок 3. Состав ВУТ
Приготовление ВУТ состоит из трёх основных этапов (стадий):
· предварительное дробление. Обычно до фракции (10÷12) мм;
· мокрый помол. Обычно до фракции (<100÷150) мкм;
· гомогенизация.
По физическим свойствам водоугольное топливо близко к мазуту, используемому в котельных. Физико-химические свойства ВУТ позволяют достичь эффективности сжигания топлива не ниже 98 %.
За основу для проекта был взят 1 из 4 котлов РК «Центр» — котел КВ-ТС-20-150 ПВ.
Котлы серии КВ-ТС предназначены для производства горячей воды температурой до 150 оС посредством сжигания различных видов твёрдого топлива в механических топках ТЧЗМ, ТЛЗМ.
В таблице 1 представлены характеристики котла КВ-ТС [3].
Таблица 1 .
Технические характеристики котла КВ-ТС
|
Технические характеристики |
КВ-ТС-20-150 ПВ |
|
Теплопроизводительность, МВт (Гкал/ч) |
23,26 (20,0) |
|
Рабочее давление воды, МПа (кг/см2) |
2,5 (25,0) |
|
Температура воды на входе / выходе в котел, оС |
70/150 |
|
Расход воды через котел, т/ч |
247 |
|
Гидравлическое сопротивление, МПа, не более |
0,25 |
|
Аэродинамическое сопротивление, Па, не более |
1100 |
|
Коэффициент избытка воздуха, не более |
1,7 |
|
Температура дымовых газов на выходе из котла, оС |
218 |
|
Кпд на каменном угле / буром угле, %, не менее |
83 |
|
Полный назначенный срок службы, лет, не менее |
15 |
|
Площадь поверхностей нагрева котла и ВЗП (м2): - радиационная - конвективная - воздухоподогревателя |
82,7 218,8 730 |
|
Габаритные размеры в облегченной изоляции с металлической обшивкой (мм): - длина по выступающим частям блока котла; - ширина по выступающим частям блока котла; - высота от уровня пола котельной до выступающих частей блока котла |
12730 5465 9695 |
|
Масса котла в объеме поставки, кг(не более) |
32000 |
|
Расход расчетного топлива для каменного угля /бурого угля, кг/ч |
4300/6350 |
В качестве угля для приготовления ВУТ рассматривается уголь разреза «Каражыра» (ВКО). Состав угля и ВУТ представлен на рисунке 4.
Рисунок 4. Состав угля разреза «Каражыра» и ВУТ на основе угля разреза «Каражыра»
Для оценки эффективности использования ВУТ изготовленного на основе угля разреза «Каражыра» для котла КВ-ТС-20-150 ПВ определили количество вредных выбросов при их сжигании.
Для угля расчет проводили согласно [5].
Расчет для ВУТ проведен на основе данных [6].
Расчёт выбросов твёрдых частиц летучей золы и недогоревшего топлива, т/год (г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегата при сжигании водоугольного топлива, выполняется по формуле:
, (1)
где: 
— расход водоугольного топлива, т/год (г/с);
— доля золы топлива в уносе;
— зольность топлива на рабочую массу, %;
— потери тепла с уносом от механической неполноты сгорания топлива, %;
— низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
— доля твёрдых частиц, улавливаемых в золоуловителях.
Расчёт выбросов оксидов серы в пересчёте на SO2, т/год(г/с), поступающих в атмосферу с продуктами сгорания водоугольного топлива, выполняется по формуле:
, (2)
где: — расход водоугольного топлива, т/год(г/с);
Sr— содержание серы в топливе на рабочую массу, %;
— доля оксидов серы, связываемая летучей золой топлива;
— доля оксидов серы, улавливаемых за котлоагрегатом.
Расчёт выбросов моноксида углерода, т/год, (г/с),выполняется по формуле:
, ( 3 )
где:— расход водоугольного топлива, т/год(г/с);
— низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
Kco = 0,985q3 — количество моноксида углерода, отнесённого к низшей теплоте сгорания топлива, кг/IДж;
q3— потери тепла от химической неполноты горения, %;
q4 — потери тепла от механической неполноты горения топлива.
Расчёт выбросов оксидов азота в пересчёте на NO2, т/год(г/с),выполняется по формуле:
, ( 4 )
где: — расход водоугольного топлива, т/год(г/с);
— низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
— параметр, характеризующий количество оксидов азота, отнесённое к низшей теплоте сгорания топлива при α = 1,2 кг/ГДж;
— коэффициент, учитывающий влияние коэффициента избытка воздуха в конце топки на выход оксидов азота;
R — коэффициент рециркуляции дымовых газов, %;
— коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий их подачи в топку;
— коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (двухступенчатое сжигание);
q4 — потери тепла от механической неполноты горения, %.
Полученные результаты представлены графически (рисунки 5, 6, 7, 8).
Рисунок 5. Выбросы твёрдых частиц летучей золы и недогоревшего топлива (кг/год)
Рисунок 6. Выбросы оксидов серы в пересчёте на SO2(кг/год)
Рисунок 7. Выбросы моноксида углерода (кг/год)
Рисунок 8.Выбросы оксидов азота в пересчёте на NO2(кг/год)
Заключение
В результате проведенных исследований был определен оптимальный состав водоугольного топлива и его расход.Полученные результаты показали, что применение ВУТ на основе угля разреза «Каражыра» позволяет:
· снизить выбросытвёрдых частиц летучей золы и недогоревшего топлива в атмосферу на 70 %;
· снизить выбросыоксидов серы (в пересчёте на SO2) на 27 %;
· снизить выбросы монооксида углерода на 4,8 %;
· снизить выбросыоксидов азота (в пересчёте NO2) на 17 %;
· обеспечить эффективность сжигания (более 99 %).
Следовательно, при использовании ВУТ повышается экологичность работы оборудования. Следует отметить, что при переходе на ВУТ не требуется существенных изменений конструкции агрегата.
Список литературы:
1.Водоугольное топливо (ВУТ). Перспективы производства и использования с применением гидродинамической мельницы. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.pandia.ru/text/77/502/31089.php (дата обращения: 11.05.2014).
2.Концепция развития угольной промышленности Республики Казахстанна на период до 2020 года. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://ru.government.kz/docs/_644.htm (дата обращения: 28.08.2013).
3.Котлы КВ-ТС. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://em-z.ru/produkciya/kotly-kv-ts (дата обращения: 14.04.2014).
4.КУРСИВ.Kz/ По запасам нефти в мире Казахстан на 12 месте, BP. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.kursiv.kz/news/details/kompanii/Po-zapasam-nefti-v-mire-Kazahstan-na-12-meste---BP/ (дата обращения: 20.08.2013).
5.Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для тепловых электростанций и котельных. Приложение № 4 к приказу от 18.04.2008 г. № 100-п.
6.Методика расчета выбросов загрязняющих веществ при сжигании водоугольного топлива. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://eco.com.ua/content/metodika-rascheta-vybrosov-zagryaznyayushchih-veshchestv-pri-szhiganii-vodougolnogo-topliva (дата обращения: 10.04.2013).
7.Положение о государственном учреждении «Комитет геологии и недропользования» Министерства индустрии и новых технологий Республики Казахстан. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://geology.gov.kz/ru/o-komitete/polozhenie (дата обращения: 25.03.2014).
дипломов
Оставить комментарий