WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Морозова Екатерина Александровна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭМУЛЬГИРОВАНИЯ МАЗУТА С ЦЕЛЬЮ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ГОРЕНИЯ В ТОПКЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ, ЭКОНОМИЧНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ

Специальность: 05.14.01 «Энергетические системы и комплексы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2008г.

Работа выполнена на кафедре Котельных установок и экологии энергетики ГОУВПО «Московский энергетический институт

(Технический университет)»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Зройчиков Николай Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Рогалев Николай Дмитриевич

кандидат технических наук,

Чернов Сергей Львович

Ведущая организация: «Мосэнергоналадка» филиал ОАО Мосэнерго

Защита диссертации состоится «_26_» июня_ 2008г. в _15_ч_30_мин. На заседании диссертационного совета Д212.157.14 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, д.17, ауд. Б-205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы на автореферат диссертации (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «_____» _____________ 2008г.

Ученый секретарь

диссертационного

совета к.т.н., доцент Зверьков В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В топливном балансе энергетики России растет внимание к альтернативным природному газу видам топлива. Прежде всего, это связано со стратегическими подходами в развитии экономики страны. Использование мазута в виде резервного топлива является традиционным решением и в последние время доля его сжигания возрастает. В этих условиях оптимизация методов сжигания мазута при неуклонном обеспечении экономичности, надежности и экологичности работы энергетических котлов является актуальной.

Для устранения отрицательных моментов при сжигании мазута необходимо решить комплекс проблем: обеспечить надежность сжигания мазута с повышенной влажностью, снизить образование токсичных веществ (NOX, CO, бенз(а)пирена сажи, SO2, H2S, и др.), исключить снижение надежности работы поверхностей нагрева котлов, обеспечить высокую экономичность использования топлива. Тенденции по ужесточению нормативов по выбросам загрязняющих веществ, диктует необходимость поиска новых эффективных, экологически чистых и малозатратных технологий оптимизации процессов сжигания мазута. Современными режимно-технологическими мероприятиями не всегда удается снизить концентрации загрязняющих веществ до нормативных значений. Частью решения этой комплексной задачи является подготовка мазута перед сжиганием, в виде водомазутной эмульсии (ВМЭ).

Эффективность протекания процессов сжигания ВМЭ в топке во многом определяется показателями фазового состава приготавливаемого топлива (дисперсностью). Возникает необходимость в разработке новой технологии получения высокодисперсной ВМЭ, с целью совершенствования теплофизических процессов проходящих в топке котла и изучения влияния сжигания ВМЭ постоянной влажности, переменной дисперсности на процессы горения в котлах большой и средней мощности.

Целью работы является решение сопряженных задач по подбору оптимальных кавитационных режимов приготовления ВМЭ для конкретного типа горелочного устройства, оптимизации процесса сжигания ВМЭ с разными показателями фазового состава, в комбинации с режимно-технологическими мероприятиями (в т.ч. малотоксичные горелочные устройства), объединение которых, позволит создать единый подход по улучшению экологических показателей работы котлов, при сохранении их высокой надежности и экономичности.

Научная новизна

Создана математическая модель для получения тонкодисперсной водомазутной эмульсии, на основе которой был построен процесс протекания кавитации в устройстве струно-соплового типа разработки МЭИ-ТЭЦ-23.

Проведена расчетная оптимизация конструктивных и режимных параметров гидродинамического активатора системы МЭИ-ТЭЦ-23.

Получены экспериментальные данные влияния скорости процесса кавитации на дисперсный состав получаемой ВМЭ, на базе которых построена линейная зависимость для данного процесса.

Найдены оптимальные характеристики качества получаемой ВМЭ в зависимости от расхода мазута и исследованы процессы влияния фазового состава приготавливаемой ВМЭ на технологию эффективного сжигания топлива.

Определены динамика и характер распределения концентраций основных загрязняющих веществ в дымовых газах котлов, в зависимости от дисперсности ВМЭ и скорости процесса кавитации.

Степень достоверности результатов и выводов работы обеспечивается использованием в экспериментах современных методов и средств контроля химического газового анализа, приборного парка ТТЦ ТЭЦ-23. Результаты работы теоретически обоснованы и сопоставлены с экспериментальными данными, полученными во время испытаний кавитатора МЭИ-ТЭЦ-23 и котельного оборудования.

Практическая ценность работы заключается

В разработке и внедрении в производство кавитатора МЭИ-ТЭЦ-23 (заявка на патентование изобретения №2008109717), позволяющего получать высококачественную ВМЭ с изменяемыми характеристиками, при изменении величины проходного сечения в процессе эксплуатации основного и вспомогательного оборудования ТЭС при расходах мазута и ВМЭ до 450 т/ч.

Впервые проведены комплексные испытания на котлах типа ТГМ-96 и ТГМП-314 сочетающие наиболее эффективные режимно-технологические мероприятия со сжиганием мазута в виде ВМЭ с изменяемыми характеристиками дисперсности. Найдены и рекомендованы к длительной практической эксплуатации режимы сжигания топлива, обеспечивающие экологическую чистоту, надежность и экономичность работы мощных котлов СКД.

В результате исследований заложены основы комплексного подхода к решению проблем выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании ВМЭ одновременно с сохранением высокой надежности и экономичности работы котлов.

Личный вклад автора заключается в осуществлении всех этапов данной работы, в разработке и выполнении расчетов при проектировании нового кавитирующего устройства, в сопровождении его изготовления и внедрения на участке мазутного хозяйства ТЭЦ-23. В формировании программ и этапов экспериментальных исследований, а также в непосредственном участии при проведении опытов, обработке результатов, с выдачей всех необходимых рекомендаций и заключений по данной работе.

Апробация работы Содержание работы, основные материалы и первые результаты исследований были изложены на «Одиннадцатой международной научно – технической конференции студентов и аспирантов, приуроченной к 75-летию Московского энергетического института (Технического университета)» (г. Москва, 2005г.).

Публикации по работе на тему диссертации изложены в 4-х научных статьях.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, в который вошло 1­­­­­32 источника. Вся работа содержит ­­­­ 143 страниц печатного текста, 68 рисунков и 10 таблиц.

На защиту выносятся следующие результаты выполненной работы:

1. Расчет математической модели кавитатора МЭИ-ТЭЦ-23, с определением основных конструкционных характеристик и технических параметров его работы. Разработка схемы установки прибора на участке мазутного хозяйства ТЭЦ-23.

2. Основные положения методики проведения экспериментальных работ для решения сопряженных задач по обеспечению надежности, экономичности и экологической безопасности энергетических котлов.

3. Результаты экспериментальных исследований по оптимизации кавитационных режимов работы кавитатора, с определением эффективных характеристик фазового состава получаемой ВМЭ.

4. Анализ результатов промышленных испытаний котлов ТГМП-314 и ТГМ-96 по оптимизации топочных режимов сжигания ВМЭ различной дисперсностью в комплексе с режимно-технологическими мероприятиями.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определены значимость, актуальность, научная ценность и новизна данной диссертационной работы. Обозначены основные критерии, цели, направления, важные методы и эксперименты в осуществлении и разработке подходов данных изысканий, выносимые автором на защиту.

В первой главе проведен анализ литературных источников, технических отчетов, научных работ и публикаций по исследованию процессов и режимов сжигания мазута и водомазутной эмульсии на объектах различной мощности. Из-за исключительной сложности и взаимосвязи физических и химических процессов горения мазута или ВМЭ, исследование этих процессов в настоящее время производится экспериментальными методами. На основании анализа большого числа работ Батуева С.П., Иванова В.М, Исакова А.Я., Кормилицына В.И., Корягина В.А., Лаврова Н.В, Шевелева К.В., Лыскова М.Г, Булгакова А.Б. считается установленным, что сжигание водомазутной эмульсии (ВМЭ) является комплексной, экосовместимой технологией, позволяющей снижать содержание в дымовых газах оксидов азота, окиси углерода, сажи, бенз(а)пирена и других вредных веществ, при сохранении высоких технико-экономических характеристик работы котлов. Важной особенностью процесса сжигания ВМЭ является микровзрыв капель эмульсии при прогреве ее на начальном участке факела, в результате которого улучшается процесс сгорания в топочном объеме. В итоге на 20-25% снижается время на термическую подготовку топлива, горение и выгорание твердых углеродистых остатков по сравнению с сжиганием не эмульгированного топлива.

В главе 1 приводится обзор опытных данных по выбросам загрязняющих веществ в режимах сжигания мазута и ВМЭ при разных коэффициентах избытка воздуха, доли рециркуляции и различной степени влажности ВМЭ, проведенных на крупных энергообъектах РФ, таких как: ТЭЦ-23 (котлы ТГМ-96, ТГМП-314), ТЭЦ-25 (котлы ТГМП-314П, ТГМ-84Б), ТЭЦ-26 (котлы ТГМП-314П, ТГМП-344А), ТЭЦ-16 (котел ТП-170), ТЭЦ-11 (котлы ТП-87), Загорской ГАЭС (котел ДКВР-6,5-13), комбинат «Североникель» (котел БКЗ-75-39), САВ ВНИИпромгаз (котлы ТГМ-94, ТГМ-84, ТГМП-324, ТГМП-114, ТГМП-344). Анализ литературных источников показал, что вопросы влияния сжигания мазута в виде ВМЭ не до конца изучены. Мало данных по дисперсному составу ВМЭ и ее влиянию на процессы образования выбросов основных вредных ингредиентов (NOx, CO, C20H12 и др.) в атмосферу. Отсутствует комплексный подход в решении задач повышения экологических характеристик котлов с одновременным обеспечением высокой надежности и экономичности их работы. Выявлена неоднозначность содержания NOx и БП (C20H12) при сжигании ВМЭ в комплексе с режимно-технологическими мероприятиями.

Примером комплексного подхода к проблеме является работа, выполненная на ТЭЦ-23. Все опыты проводились на реконструированных котлах ТГМП-314, при сжигании ВМЭ (без контроля дисперсности), где достигнуто одновременное снижение выбросов NOx и БП (рис.1).

Крайне важной задачей автора является изучение влияния характеристик ВМЭ на все показатели работы котлов, в комплексном сочетании с эффективными режимно-технологическими мероприятиями, при одновременном повышении надежности и экономичности работы котлов.

Рис.1. Зависимости концентраций оксидов азота и бенз(а)пирена в дымовых газах котла ТГМП-314 от нагрузки при ступенчатом сжигании мазута в сочетании с рециркуляцией дымовых газов /3/

где доля воздуха, подаваемого в надгорелочные сопла; q3 хим.недожог

Во второй главе приводится обзор существующих в настоящее время различных типов эмульгирующих устройств, особенности их конструкций, основные достоинства и недостатки. Дан алгоритм расчета технических и конструкционных характеристик, подробное описание новой модели кавитатора (системы МЭИ-ТЭЦ-23) с регулируемым сечением. В качестве прототипа было выбрано устройство МЭИ, которое представляет собой аппарат проточного типа с одним или несколькими плоскими профилированными каналами и несколькими рядами турбулизирующих цилиндрических вставок. Основной отличительной особенностью предлагаемой конструкции, в сравнении с существующими, является возможность изменения величины проходного сечения проточной части, путем регулирования положения управляющих стрежней в широком диапазоне расхода рабочей среды 250-450 т/ч. Изменение скоростей движения потока среды, позволяет при определенном расходе мазута (ВМЭ) через кавитатор изменять дисперсность получаемой ВМЭ. Регулирование проходного сечения кавитатора позволяет в ходе экспериментов выявить подходящие характеристики ВМЭ для эксплуатации конкретного котла, при определенном режиме сжигания топлива и решить экологическую задачу одновременно по оксидам азота и бенз(а)пирену. Следует отметить, что прибор регулирует качество ВМЭ в безостановочном режиме работы оборудования ТЭС, независимо от параметров и режимов эксплуатации. Кавитатор МЭИ-ТЭЦ-23 рассчитан и изготовлен специально под параметры мазутного хозяйства ТЭЦ-23, но может быть применен под параметры любой схемы топливно-транспортного цеха (ТТЦ) ТЭС с максимальным расходом мазута до 450 т/ч и рабочим давлением не более 10 кг/см2. Схема установки кавитатора на мазутном хозяйстве ТЭЦ-23 и отбора проб приведена на рис.2. Кавитатор оснащен пробоотборниками мазута и ВМЭ на входе и выходе, датчиками давления на входе и выходе, датчиками температуры и расходомерным устройством.

Рис. 2 Схема установки кавитатора и отбора проб на участке мазутного хозяйства ТЭЦ-23

  1. мазутный резервуар, 2 мазутный насос 1-ого подъема, 3 кавитатор системы МЭИ-ТЭЦ-23, 4 мазутоподогреватель, 5 мазутный насос 2-ого подъема, 6- расходомер, 7 пробоотборные точки

Проточная часть корпуса кавитатора (рис.3) состоит из девяти параллельных профилированных каналов, образованных плоскими пластинами (сверху и снизу) и профилирующими вставками (по бокам) Высота канала - 10 мм, ширина в узком месте - 130 мм. В каждом канале установлены два ряда турбулизирующих цилиндрических вставок поз.3,4. Турбулизирующие цилиндры выполнены гладкими и с насечкой на боковой поверхности для усиления эффекта кавитации.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»