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

E-mail: 

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

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).