Диссертация (Исследование сжигания эстонских сланцев с непроектными топливами)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»На правах рукописиЗайченко Михаил НиколаевичИССЛЕДОВАНИЕ СЖИГАНИЯ ЭСТОНСКИХ СЛАНЦЕВС НЕПРОЕКТНЫМИ ТОПЛИВАМИСпециальность 05.14.14 – Тепловые электрические станции,их энергетические системы и агрегатыДиссертацияна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наукпрофессорРосляков Павел ВасильевичМосква20162ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 4ГЛАВА 1.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ............................................ 111.1. Горючие сланцы как энергетическое топливо ................................................ 111.2. Развитие сланцевой отрасли в СССР и России ............................................... 141.3. Проблема использования горючих сланцев в настоящее время ................... 201.4. Замещение проектных топлив .......................................................................... 23Постановка задачи исследования ............................................................................

25ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ВЕРИФИКАЦИЯ АДЕКВАТНОЙ МОДЕЛИКОТЛА ТП-101 .............................................................................................................. 282.1. Описание объекта исследования ...................................................................... 292.2. Создание и верификация адекватной математической модели котла ТП-101Эстонской электростанции.......................................................................................

34Заключение по главе 2 .............................................................................................. 43ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ ДЛЯ АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВРАСЧЕТОВ РАБОТЫ КОТЛА И КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ............................. 443.1. Разработка критериев оценки надежности и эффективности работы котлана непроектном топливе ........................................................................................... 453.2. Разработка критериев оценки надежности и эффективности работывспомогательного оборудования на непроектном топливе ..................................

473.3. Разработка критериев оценки экологической безопасности работы котла нанепроектном топливе ................................................................................................ 49Заключение по главе 3 .............................................................................................. 50ГЛАВА 4. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ РАБОТЫ КОТЛАНА СЛАНЦАХ С ПОНИЖЕННОЙ ТЕПЛОТОЙ СГОРАНИЯ ............................... 524.1. Исследование работы котла и котельной установки при сжигании сланцев спониженной теплотой сгорания .............................................................................. 524.2.

Исследование работы котла и котельной установки при сжигании сланцев спониженной теплотой сгорания совместно с полукоксовым газом .................... 614.3. Исследование работы котла и котельной установки при сжигании сланцев спониженной теплотой сгорания совместно с углем .............................................. 72Заключение по главе 4 .............................................................................................. 843ГЛАВА 5. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ РАБОТЫ КОТЛАНА ПОЛУКОКСОВОМ ГАЗЕ .....................................................................................

865.1. Исследование работы котла и котельной установки при использованииполукоксового газа в качестве основного топлива................................................ 865.2. Численные исследования малоэмиссионных горелочных устройств длясжигания полукоксового газа в котле ..................................................................... 97Заключение по главе 5 ............................................................................................

116ГЛАВА 6. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ КОТЛА ПРИСОВМЕСТНОМ СЖИГАНИИ СЛАНЦА С ПОНИЖЕННОЙ ТЕПЛОТОЙСГОРАНИЯ И БИОТОПЛИВ .................................................................................... 1186.1. Исследование возможности использования фрезторфа............................... 1186.2.

Исследование возможности использования соломы в качестведополнительного топлива при совместном сжигании сланцев с пониженнойтеплотой сгорания ................................................................................................... 1296.3. Исследование возможности использования древесных опилок в качестведополнительного топлива при совместном сжигании сланцев с пониженнойтеплотой сгорания ................................................................................................... 136Заключение по главе 6 ............................................................................................ 140ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ ............................................................................... 141СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................

144ПРИЛОЖЕНИЕ А Основные результаты расчетов котла ТП-101при использовании различных непроектных топлив .............................................. 1534ВВЕДЕНИЕАктуальность работыСогласно энергетической стратегии России до 2035 г. [1] одной из основныхпроблем топливно-энергетического баланса является высокая доля приводногогаза в структуре внутреннего потребления топливно-энергетических ресурсов (5254%).

Для ее решения планируется увеличить долю углей в производствеэлектрическойи тепловойэнергииза счет обеспечениямежтопливнойконкуренции и равной доходности поставок основных видов топлива навнутренний рынок и на экспорт, стимулирования развития угольной отрасли засчет мер по субсидированию железнодорожных перевозок угля, поддержкидолгосрочной политики развития «чистых» угольных технологий.Однако решение поставленной задачи и даже поддержание текущего объемаиспользования углей для выработки энергии осложнено необходимостьюиспользования непроектных углей на действующих тепловых станциях. Даннаяпроблема обусловлена тем, что большинство ТЭС были спроектированы наиспользованиеуглейопределенныхместорождений,которыезачастуюрасположены вблизи станций [2].

В связи с длительной эксплуатациейместорождений происходит изменение свойств, состава и теплоты сгоранияпроектного топлива, исчерпание его запасов, нерентабельности его добычи.Использование такого топлива приводит к неудовлетворительной работекотельных установок, основными проявлениями которой являются: нарушениепроцесса горения, шлакование поверхностей нагрева, снижение максимальновозможной нагрузки котла и размольной производительности сушильномельничной системы, увеличение выбросов вредных веществ в атмосферу и т.п.[3-5]. Все это ведет к снижению надежности, эффективности и экологическойбезопасности работы котлов и ТЭС в целом.5Другой причиной необходимости использования непроектных топлив вдействующем оборудовании является стремление генерирующих компаний истанций минимизировать затраты на приобретение и доставку топлива.

Этовызвано появлением свободного рынка угля. Конкуренция поставщиков угляпозволяет выбирать наиболее выгодное топливо с экономической точки зрения.Подобная проблема стоит и перед электростанциями Эстонии, гдеосновным видом топлива являются горючие сланцы. Однако в настоящее времясжигаются сланцы с теплотой сгорания ниже проектной с перспективойдальнейшего ее снижения. Это связано как с истощением слоев проектныхсланцеввиспользуемыхместорождениях,такиэкономическойцелесообразностью добычи сланцев с пониженной теплотой сгорания из болееглубоких слоев залегания.

Последнее поощряется снижением налогового бременина использование недр. Однако из-за снижения теплоты сгорания сланцеввозникает вопрос о возможности его эффективного использования на ТЭС дляполучения электрической и тепловой энергии.Альтернативным направлением использования сланца в Эстонии являетсяего термическая переработка, основным продуктом которой является сланцевоемасло, а одним из побочных – полукоксовый (или ретортный) газ. Он обладаетвысокой теплотой сгорания и повышенным содержанием соединений серы.

Всвязи с этим возникает необходимость эффективно и экологически безопасноутилизировать полукоксовый газ в достаточно больших объемах. Кроме тогоувеличение объемов производства сланцевого масла диктует необходимостьуменьшения доли сланцев в выработке электрической и тепловой энергии наэлектростанциях Эстонии.

Для решения указанных проблем было предложеносжигать полукоксовый газ в энергетических котлах для частичного или полногозамещения сланцев.Альтернативой полукоксовому газу при частичном или полном замещениисланцев с пониженной теплотой сгорания могут стать другие высококалорийныевиды топлива. В качестве таких топлив возможно использование угля илиразличных видов биотоплива.6Основными условиями использования замещающих непроектных топливявляются обеспечение надежной, эффективной и экологически безопасной работыкотла и котельной установки с номинальными параметрами пара в рабочемдиапазоне нагрузок при минимальной модернизации котла и/или минимальнойзамене его отдельных элементов и вспомогательного оборудования котельнойустановки при сохранении действующей сушильно-мельничной системы.Для проведения исследований был предложен подход, который позволяетоценить возможность использования непроектных видов топлива и изменения вработе котла и котельной установки с позиций надежности, эффективности иэкологической безопасности.