Дубровский Виталий Алексеевич. Методы и средства повышения эффективности энергетического использования углей Канско-Ачинского бассейна

Краткое описание

Дубровский, Виталий Алексеевич. Методы и средства повышения эффективности энергетического использования углей Канско-Ачинского бассейна : диссертация ... доктора технических наук : 05.14.01 / Дубровский Виталий Алексеевич; [Место защиты: Сиб. федер. ун-т].- Красноярск, 2008.- 319 с.: ил. РГБ ОД, 71 09-5/98

71 09-5/98
ДУБРОВСКИЙ
Виталий Алексеевич
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЕЙ
КАНСКО-АЧИНСКОГО БАССЕЙНА
05.14.1 - энергетические системы и комплексы ^
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой с тепени
доктора технических наук
■ ФЬ'зидмум ВАК Минобрнауки Росеиі (решение от
решил выдат^иплом ДОКТОРА
Введение 5
1 Анализ исследований энергетического использования канско-ачинских
углей 10
1.1 Этапы развития топочных технологий сжигания углей на тепло¬вых электростанциях 10
1.2 Угли Канско-Ачинского бассейна и их энергетическое использо¬вание 14
1.3 Технологические способы подавления оксидов азота. 20
1.3.1 Ступенчатое сжигание 21
1.3.2 Подача воды или пара в зону горения 46
1.3.3 Рециркуляция дымовых газов 53
1.3.4 Сжигание топлив в кипящем слое 58
1.4 Шлакование и загрязнение поверхностей нагрева
котельных агрегатов при сжигании канско-ачинских углей 69
1.5 Вовлечение в энергетику сажистых (окисленных)
углей Канско-Ачинского бассейна 71
1.6 Исключение мазута при растопке и подсветке факела топочных
камер котлов 73
1.7 Выбор цели и постановка задач исследования 79
2 Особенности вещественного состава и свойств углей Канско- 81 Ачинского бассейна по высоте пласта и глубине залегания
2.1 Оценка величины запасов сажистых и окисленных углей Канско- 81 Ачинского бассейна
2.2 Состав и свойства березовского угля по высоте пласта и глубине 86 залегания
2.2.1 Органическая часть 86
2.2.2 Теплотехнические характеристики 91
2.2.3 Состав и свойства минеральной части 94
2.2.4 Особенности распределения органической и минеральной 99
частей бурых углей при размоле
2.2.5 Реакционная способность 108
2.3 Особенности сжигания окисленного березовского угля 112
2.3.1 Экспериментальная установка и методика исследований 112
2.3.2 Работа топочной камеры 114
2.3.3 Поведение минеральной части 116
2.3.4 Загрязнение поверхностей нагрева 118
2.3.5 О роли механического недожога в формировании отложе-ний летучей золы при сжигании канско-ачинских углей с высоким со-держанием кальция 119
2.4 Анализ результатов исследований 122
3 Экспериментальные исследования по сжиганию ирша-бородинского
угля и его полукокса 126
3.1 Сжигание кузнецкого угля и полукокса ирша-бородинского угля
на Егоршинской ГРЭС 126
3.2 Сжигание ирша-бородинского угля и его полукокса на Красно¬ярской ТЭЦ-1 128
3.3 Сжигание ирша-бородинского угля и его полукокса на огневом
стенде 131
3.4 Выводы 144
4 Исследования по термической подготовке углей Канско-Ачинского
бассейна 146
4.1 Математическое моделирование процесса термоподготовки углей 146
4.2 Исследования по термоподготовке канско-ачинских углей в
слоевом реакторе 154
4.3 Исследования по термоподготовке и сжиганию канско-ачинских
углей на полупромышленной установке 159
4.4 Выводы 174
5 Технологические схемы и устройства по повышению эффективности
энергетического использования углей Канско-Ачинского бассейна 175
5.1 Увеличение тепловой эффективности поверхностей нагрева ко-тельных агрегатов 175
5.2 Технологические схемы и устройства по термической подготовке канско-ачинских углей как эффективной ступени их сжигания на теп- 183 ловых электростанциях
5.2.1 Технологические схемы и устройства по внешней термо-подготовке 184
5.2.2 Внутритоночная термическая подготовка 194
5.2.3 Система термоподготовки углей с применением муфель¬ных предтопков 201
5.3 Выводы 216
6 Трехмерное численное моделирование аэродинамики топочной ка¬меры, оборудованной системой термической подготовки топлива 218
Выводы 228
7 Экономическая оценка эффективности технологии сжигания с ис-
пользованием термической подготовки углей Канско-Ачинского бас¬сейна и определение перспектив ее тиражирования 230
7.1 Оценка коммерческой эффективности технологии сжигания с ис-пользованием термической подготовки канско-ачинских углей с учетом
230
риска и неопределенности
7.1.1 Финансово-экономическая оценка технологии сжигания с внутритопочной термической подготовкой канско-ачинских углей с
230
примененением высокоэкономичного котельного агрегата
7.1.2 Финансово-экономическая оценка технологии муфельной
растопки канско-ачинских углей 241
7.2 Применение специализированной модели межотраслевого ком¬
плекса - Энергетической модели России для определения эффективно¬сти различных энерготехнологий 252
7.3 Формирование исходных параметров и определение экономиче¬
ских последствий тиражирования технологии термической подготовки канско-ачинских углей на пылеугольные тепловые электростанции России 260
7.4. Предотвращенный экологический ущерб от реализации техноло¬гии термической подготовки канско-ачинских углей 270
7.4.1 Экологическая оценка проекта «Высокоэффективный эко-логически чистый котельный агрегат» (ВЭКА) 271
7.4.2 Экологическая оценка проекта «Безмазутная растопка ко-тельных агрегатов» БМРК 274
7.5 Выводы 277
Основные результаты и выводы 279
Список использованных источников 282
Приложения 311

Список литературы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Впервые определены основные закономерности изменения теплотех-нических характеристик, химического и петрографического состава, реакцион-ных свойств канско-ачинского угля (на примере наиболее мощного и перспек-тивного угольного разреза Канско-Ачинского бассейна - Березовского) по вы-соте пласта и глубине залегания. Показано, что ниже слоя забалансового сажи-стого угля расположена зона высокоокисленного угля, который по теплотехни-ческим характеристикам приближается к сажистому и совместно с товарным углем в настоящее время поступает на тепловые электрические станции.
2. Установлено, что энергетическое использование канско-ачинских уг¬лей без учета их качественного состава и теплофизических свойств по высоте угольного пласта и глубине его залегания является одной из основных причин низкоэкономичной и ненадежной работы котельных агрегатов тепловых элек-тростанций по условиям шлакования, загрязнения поверхностей нагрева и эко-логической безопасности.
3. Создана полупромышленная экспериментальная установка, включаю-щая систему пылеприготовления с промежуточным бункером, оборудованная шаровой барабанной мельницей, узлом по термической подготовке углей и ог-невым стендом. Установка защищена патентами на изобретение и может слу-жить прототипом экспериментальных установок по отработке режимов терми-ческой подготовки и сжигания углей новых месторождений.
4. Впервые установлено, что предварительная термическая подготовка канско-ачинских углей является эффективным средством комплексного реше-ния вопросов их энергетического использования на ТЭС и позволяет: повысить эффективность энергетического использования канско-ачинских углей: сни¬зить в 2-2,5 раза выбросы оксидов азота; значительно увеличить коэффици¬ент использования установленной мощности энергетического оборудования ТЭС за счет уменьшения шлакования и загрязнения поверхностей нагрева котлов более чем в 2 раза; вовлечь в ТЭБ России забалансовые сажистые уг¬ли; организовать безмазутную растопку и подсветку факела топочных камер котельных агрегатов за счет замены дорогостоящего мазута угольной пылью.
5. Предложено использовать технологию термической подготовки не-посредственно на тепловых электростанциях в качестве эффективной ступе¬ни процесса сжигания КАУ и как приоритетного направления в современных энергетических системах и комплексах.
6. Предложены технические решения по сжиганию КАУ с использова-нием термической подготовки в условиях тепловых электростанций, позво-ляющие значительно повысить эффективность энергетического использова¬ния канско-ачинских углей. К наиболее перспективным из них следует отне¬сти: котельный агрегат с внутритопочной термической подготовкой углей Кан- ско-Ачинского бассейна (патенты №2113655,2317485,2313034 и др.) и систе¬му термоподготовки для организации муфельной (безмазутной) растопки и подсветки факела топочных камер котельных агрегатов (патенты №2292740, 2200905, 2294484 и др.).
7. Разработан номограммный метод определения конструктивных ре-шений компоновки пароперегревательных поверхностей нагрева котлов, по-зволяющий на стадии выполнения конструкторской документации заложить основы по созданию котельных агрегатов тепловых электростанций повы-шенной эффективности.
8. Выполнено численное моделирование аэродинамики топочной ка¬меры котла, оборудованной системой внутритопочной термической подго¬товки канско-ачинских углей с применением трехмерной математической модели. Показано, что предлагаемая технология сжигания дает возможность: организовать эффективную аэродинамику топочной камеры с равномерным заполнением её объёма и обеспечить глубокое выгорание потока угольной пыли.
9. Разработанная технология сжигания КАУ с использованием предва-рительной термической подготовки КАУ для организации муфельной рас¬топки и подсветки факела топочных камер внедрена на котлах БКЗ-420-140- ПТ1 Красноярской ТЭЦ-2 и ПК-40 Томь-Усинской ГРЭС энергоблока 200 МВт. Проводятся работы по её тиражированию на котлах Красноярских ТЭЦ-2, ГРЭС-2 и Ведовской ГРЭС ОАО «Кузбассэнерго».
Обоснована эффективность применения технологии сжигания с ис¬пользованием термической подготовки канско-ачинских углей, предложена мо-дифицированная энергетическая модель России, с помощью которой определе-ны рациональные масштабы тиражирования технологии на тепловых электро-станциях и выявлены приоритетные регионы РФ для её внедрения на перспек-тиву до 2020 года