Косячков Олексій Вячеславович. Багатоступенева термопереробка твердого палива. Енерготехнологічне використання бурого вугілля

brief description

Косячков Олексій Вячеславович. Багатоступенева термопереробка твердого палива. Енерготехнологічне використання бурого вугілля. : Дис... канд. наук: 05.14.06 2007

Косячков О.В. Багатоступенева термопереробка твердого палива. Енерготехнологічне використання бурого вугілля. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06. технічна теплофізика та промислова теплоенергетика - Національний університет харчових технологій, Київ, 2007 р.
Дисертацію присвячено встановленню основних закономірностей конверсії дніпровського бурого вугілля при термічній переробці. Під час виконання роботи були створена або модифіковані установки для дослідження процесів окислювального піролізу та спалювання дніпровського бурого вугілля в киплячому шарі (КШ), дослідження розмелоздатності дніпровського бурого вугілля та паливних сумішей його основі. Розроблено методику експериментального дослідження процесу спалювання та піролізу бурого вугілля в КШ та циркулюючому киплячому шарі (ЦКШ), методику порівняльного дослідження розмелоздатності палив та паливних сумішей. Вдосконалено методику розрахунку швидкості конверсії коксового залишку. Проведено цикл експериментів. На основі їх визначено закономірності процесу конверсії дніпровського бурого вугілля в умовах факелу, КШ та ЦКШ. Розроблено рекомендації по залученню в паливний баланс теплових електричних станцій (ТЕС) цього вугілля. Основні результати роботи використані при створені проектів енерготехнологічних апаратів.

1. В дисертаційній роботі на основі результатів експериментальних та розрахункових досліджень вирішено важливу науково-прикладну задачу, актуальну для розвитку енергетики та інших галузей народного господарства України, визначено основні закономірності процесів окислювального піролізу та спалювання дніпровського бурого вугілля в киплячому шарі і розроблена методика його енерготехнологічного використання.
2. Створено нові або частково модифіковано існуючі лабораторні установки та розроблено методи дослідження процесів окислювального піролізу і спалювання в КШ, розмелоздатності бурого вугілля та паливних сумішей його основі.
3. Визначено, що характерний час окислювального піролізу бурого вугілля в КШ та виходи первинних продуктів піролізу подібні до характерних для інертного і відновлювального середовищ, а склад і виходи кінцевих продуктів залежать від протікання вторинних гомогенних реакцій неповного горіння летких, конверсії метану та вуглеводнів в середовищі продуктів згоряння. Виходом вуглеводнів і смол в умовах КШ можна зневажити внаслідок їх горіння та термічного розкладу. Помітна частина газоподібних продуктів піролізу не згоряє в шарі, тому для їх допалювання необхідна подача окислювача в надшаровий простір, підтримка в ньому достатньої температури і часу перебування газу.
4. Встановлено, що час вигоряння коксового залишку бурого вугілля зменшується із збільшенням температури КШ. Починаючи з 850 С (час вигоряння частинок розміром 1,0-2,5 мм - 55-70 с) він корелює з відомими даними для газового вугілля, що свідчить про суттєву роль зовнішньодифузійних обмежень. Питома на поточну масу вуглецю швидкість горіння коксового залишку зростає по ходу конверсії. Це пов’язано із збільшенням питомої реагуючої поверхні частинок при збереженні їх розміру та зменшенні уявної густини, характерному для вугілля з розподіленою мінеральною частиною, яка включає глинозем і карбонати.
5. Розроблено методику обробки експериментальних даних з урахуванням перегріву палаючих частинок, середньої концентрації кисню і з виключенням зовнішньодифузійної складової питомої швидкості горіння коксового залишку. Встановлено, що зростання питомої реагуючої поверхні частинок впливає тільки на зовнішньодифузійну складову реагування. Внутрішньодифузійна складова майже не залежить від ступеня конверсії вуглецю. Вперше показано, що при температурах, характерних для спалювання в КШ, величина внутрішньодифузійної складової відповідає розрахованій за відомими кінетичними константами, одержаними при більш низьких температурах.
6. Розраховано, що для забезпечення діапазону регулювання навантаження ЦКШ-котлоагрегату від 100 до 70% допустимий діапазон показників якості становить: для антрациту при Wtr=10% гранична зольність Аd=65%, для газового вугілля Аd=60%. При Wtr=30% (водовугільні суспензії, підсушене буре вугілля) для антрациту гранична зольність Аd=50%, для газового і бурого вугілля Аd=45-47%. Для рядового дніпровського бурого вугілля з Wtr=50% гранична зольність Аd=15%. Результати розрахунку для бурого вугілля підтверджені результатами дослідного спалювання в ЦКШ.
7. Визначено, що оптимальні характеристики спалювання дніпровського бурого вугілля в ЦКШ, а саме ступінь конверсії палива до 99%, емісію NOx140-175 мг/нм3, ступінь зв’язування сірки більше ніж 97%, емісію SO2менше ніж 400 мг/нм3при Ca/S = 2,4-2,5 досягаються при середньотопковій температурі близько 820 С, витраті вторинного повітря не менше 40% від загальної і при виконанні спеціальних заходів з паливопідготовки. Позитивний результат дає змішування вугілля з вміщуючою буровугільною глиною і погрублення розміру частинок до 0-5 (0-6) мм. Розрахунок перегріву частинок і питомої швидкості горіння вуглецю коксового залишку свідчить, що, незважаючи на меншу температуру шару, при однаковому розмірі частинок питома швидкість горіння вуглецю бурого вугілля в 1,3-2 рази вища, ніж газового, і в 3-7 вища, ніж антрациту.
8. Встановлено, що розмельна здатність буровугільних брикетів є значно гіршою, а проміжного продукту їх виробництва сушонки значно кращою, ніж газового вугілля фракції 0-100 мм. Близькі показники розмельних властивостей, порівняні з сушонкою, показали її суміші із шламом газового вугілля, а також з кузнецьким слабоспікливим вугіллям. Сушонка показала здатність поглинати зайву вологу шламу. При розмелі в суміші з газовим вугіллям сушонка дає дрібніші, газове грубіші частинки. З іншого боку, розрахунково показано, що питома швидкість горіння бурого вугілля в факелі така ж, як газового вугілля, забезпечується при грубішому розмелі пилу бурого вугілля.
9. На підставі результатів досліджень розроблено рекомендації з підготовки та спалювання дніпровського бурого вугілля в пиловугільних та ЦКШ-котлоагрегатах ТЕС. Розроблено технологічну схему малогабаритного газогенератора шарового двозонного типу з розкладом смол та сіркоочищенням, хімічний ККД якого перевищує 80%, нижча теплота згоряння генераторного газу становить 5,4-6,3 МДж/нм3на сухий об’єм.
10. Достовірність та обґрунтованість отриманих в дисертації результатів забезпечено коректністю експериментальних методик, методів обробки експериментальних даних, прийнятих при розрахунках припущень, а також узгодженням розрахунків з експериментальними даними, в тому числі з відомими з літературних джерел.