Анализ энергетической эффективности угольного топливного цикла котельных промпредприятий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат технических наук Никитина, Елена Александровна

• Никитина, Елена Александровна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Никитина, Елена Александровна

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

4

ГЛАВА I. АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ КОТЕЛЬНЫХ И ТЭС, РАБОТАЮЩИХ НА УГОЛЬНОМ ТОПЛИВЕ.

1.1. Общая методика определения параметров и критериев эффективности различных фаз технологических процессов получения энергии

1.2. Структура производства энергетической продукции на основе угольного топлива

1.3. Понятие Угольного Топливного Цикла. Оценка энергетической эффективности использования угольного топлива на

1.4. Результаты расчетов энергетической эффективности технологий производства энергии на ТЭС и промышленных

ГЛАВА II. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ УГОЛЬНОГО ТОПЛИВА.

2.1. Анализ уравнений полного горения угольного топлива

2.2. Математическая модель систем управления угольным

ТЭС

25

котельных на основе угольного топлива.

30

факелом

63

ВЫВОДЫ

86

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Приложение 2

з

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ энергетической эффективности угольного топливного цикла котельных промпредприятий»

ВВЕДЕНИЕ

По мере развития современного общества растут его потребности в энергетической продукции. Проблема обеспеченности энергетическими ресурсами стала актуальной как для каждого государства в отдельности, так и для планеты в целом.

По мере изучения основных проблем энергетики и охраны окружающей среды, все более становится очевидным, что их невозможно понять и тем более решить изолированно друг от друга. И только комплексный подход к народному хозяйству позволит добиваться прогресса в охране окружающей среды, не снижая производства ресурсов, необходимых для экономического развития.

В качестве основного критерия сравнения различных технологий получения энергии как от традиционных источников энергии на органическом топливе так и от новых в мировой и отечественной практике часто используют экономический критерий типа приведенные или расчетные затраты на производство энергии [7].

Однако практика использования этого критерия показала и определенную ограниченность использования чисто экономического подхода.

Кроме энергетических ресурсов энергетические технологии потребляют и много других природных материалов: металлы, строительные и химические материалы, природные запасы которых также ограничены и дефицит которых в будущем может стать препятствием в развитии технологии.

Соизмерение энергозатрат с получаемой полезной энергией с целью поиска новых технологических решений требует использования в практике энерго-экологического анализа единых методологии и методов расчета и оценки энергозатрат.

Существенным является проведение комплексного анализа методов оценки энергетической эффективности при производстве энергии на основе угольного топлива.

При этом всегда нужно иметь в виду и обеспечение максимальной экологической направленности процесса горения угольного топлива.

Работы, направленные на снижение выбросов вредных веществ тепловых электростанций и котельных промпредприятий (дающих более одной трети общего валового выброса) [20], показали, что эти вещества можно классифицировать на две группы. К первой относятся вещества, количество которых определяется, в основном, составом топлива (оксид серы IV), летучая зола, токсичные примеси, содержащиеся в золе, соединения ванадия. Во вторую группу входят вещества, образование которых в основном зависит от технологии, в том числе от режимов сжигания топлива (оксида азота, оксид углерода(П), канцерогенные вещества). В существующих схемах автоматического регулирования процессов горения сигналом служит обычно концентрация кислорода. Неравномерность распределения кислорода по сечению газохода, зависимость этого распределения от нагрузки, а также инерционность приборов снижают достоверность этого сигнала. Поэтому внедрение средств, контролирующих вредные вещества второй группы, позволит достигнуть

оптимальности режимов горения и экономить топливо при одновременном снижении выбросов в атмосферу [3].

Представляется возможным выделить группу компонентов, связанных со сжиганием ископаемого топлива: угля, нефтепродуктов и газа на тепло- и электроэнергетических и других промышленных предприятиях, на транспортных средствах. Реально топливо не сгорает полностью, поэтому в выбросах присутствуют компоненты-загрязнители. К ним относят оксид углерода (II) СО или угарный газ, оксид углерода (IV) СО2. Из оксидов серы в атмосфере присутствуют в основном оксид серы (IV) Б02 и оксид серы (VI) БОз. Оксид азота (II) N0 и оксид азота (IV) N02 являются главными загрязнителями воздуха, причем в продуктах сгорания при высоких температурах значительно больше N0, чем N02.

В процессе эксплуатации котельных агрегатов наряду со стабилизацией ряда технологических параметров целесообразно вести процесс сжигания топлива таким образом, чтобы факел равномерно заполнял топку. Это обеспечивает одинаковый нагрев стенок топки, и как следствие этого - отсутствие повышенного шлакования экранных труб, возможного при местных перегревах.

На основе анализа технологических процессов в котельном агрегате с тангенциальным расположением горелок в предположении возможности постоянного измерения температуры стенок топочной камеры рассматриваются вопросы разработки системы управления положением факела в топке котла с вихревым способом сжигания угольного топлива.

С учетом сказанного в работе рассмотрено математическое описание обеспечения оптимальных энергоэкологических режимов процесса горения угольного топлива. Оно может быть реализовано

на стандартных управляющих устройствах, применяемых при эксплуатации котельных агрегатов.

Цель работы. Целью работы являлось разработка аналитических методов определения основных характеристик процессов горения угольного топлива в котельных промпредприятий, экологически оптимальных характеристик уходящих газов, методов управления факелом топки, а также энергетических характеристик угольного топливного цикла.

Научная новизна работы состоит в том, что разработана методика расчета энергетической эффективности угольного топливного цикла для котельных промпредприятий и ТЭС. Рассчитаны энергетические затраты и энергетические отношения для котельных промпредприятий и ТЭС. Разработана математическая модель процессов горения угольного топлива. Предложена система управления угольным факелом в топке котлоагрегата.

Практическая ценность состоит в определении превалирующей доли затрат энергии в потерях на собственные нужды как в котельных промпредприятий, так и на ТЭС. Дан расчетный метод контроля состава продуктов сгорания, коэффициента избытка воздуха и химической неполноты сгорания для угольного факела. Разработана математическая модель управления угольным факелом топки и предложена структурная схема его автоматического регулирования.

Апробация работы. Результаты, полученные в ходе выполнения данной работы, докладывались на научно-практических конференциях и конференциях профессорско-преподавательского состава МГТА им. А.Н. Косыгина, проходивших в 1995 - 1998 годах.

Содержание работы. Диссертация состоит из введения, двух глав и приложения.

В первой главе изложена общая методика определения параметров эффективности различных этапов технологических цепочек. Рассмотрен угольный топливный цикл.

Во второй главе рассмотрены материальный баланс процессов горения и уравнение процесса горения. Изложены приближенное математическое описание переменных и математическая модель системы управления симметрированием температуры стенок топки котла.

В приложениях к диссертации приведены программы расчета энергетических затрат на встроенном в EXCEL-5 языке VISUAL BASIC, дана программная реализация системы анализа Угольного Топливного Цикла.

Публикации. По вопросам, связанным с данной работой имеются публикации:

1. Ковальчук А.Б., Никитина Е.А., Соколовский Р.И. ПРЕПРИНТ Энергетическая эффективность угольного топливного цикла. -М.ИНКРУ, 1996г.

2. Соколовский Р.И., Никитина Е.А. Энергетическая эффективность угольного топливного цикла. - Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов, М.:МГТА им. АН. Косыгина, 1996 г. - с. 69-71

3. Галузо A.B., Никитина Е.А. Энергетическая эффективность ТЭС и централизованных котельных Центрального региона России. -Межвузовский сборник научных трудов "Теплофизические вопросы энергосбережения", М.: МГТАим. А.Н. Косыгина, 1998г., с.90-99

Заключение диссертации по теме «Промышленная теплоэнергетика», Никитина, Елена Александровна

выводы

1. Разработана методика расчета энергетической эффективности угольного топливного цикла и его составляющих котельных промпредприятий и тепловых электростанций.

2. Расчеты энергетических отношений для централизованных котельных промпредприятий показали, что их максимальная величина относится к крупным котельным с производительностью более 100 Гкал/час и незначительно снижается с уменьшением производительности менее 20 Гкал/час.

3. Показано, что относительные затраты энергии на т.у.т энергетической продукции для централизованных котельных промпредприятий любой производительности максимальны для покрытия собственных нужд. Расходы энергии на добычу и транспортировку топлива составляют 30% от общей величины.

4. Проведенный энерго-экологический анализ угольного топливного цикла для котельных и ТЭС ряда регионов России показал, что предложенная нами методика позволяет достаточно точно оценивать доли затрат энергии при ее производстве и является основой для проектирования новых объектов теплоснабжения.

5. На основе материального и теплового балансов горения угольного топлива разработан метод математических расчетов газового анализа уходящих сухих, коэффициентов

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Никитина, Елена Александровна, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Антропов П.Я. Топливно - энергетический потенциал Земли. - М.:ВИНИТИ, 1976 г.- 370с.

2. Аганбегян А.Г., Гранберг А .Г. Математический анализ межотраслевого баланса СССР. -М.:Наука, 1968,- 237с.

3. Боровский A.B., Державин С.И., Калачев Ю.Л., Марголин Л.Я., Матюхин П.И. Разработка автоматизированного измерительного комплекса для контроля горения в топке котельного агрегата ТЭЦ, Проблемный НТЦ "Видеоэнергодиагностика", 1994г.-30с.

4. Бесчинский A.A., Лившиц В.Н., Окороков В.Р. Критерии оптимизации больших систем энергетики// Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт. 1985.N6 с. 25-33

5. Бэр Г.Д. Техническая термодинамика: Теоретические основы и технические приложения. - М.: Мир, 1977. - 518с.

6. Башмаков И.А., Богословская И.Н., Инаури Т.В. и др. Ядерная энергетика, человек и окружающая среда. М.:Энергоатомиздат, 1984. - 358с.

7. Башмаков И.А. Энергетика мира:уроки будущего. - М.: ИНЭИ РАН, 1992.-467 с.

8. Вольфберг Д.В., Демирчян К.С., Клокова Т.И., и др. Энергетический баланс СССР. // Изв. АН. СССР. Энергетика и транспорт., 1989 - Т1 -с. 3-7

9. Гершензон М.А. Моделирование динамики межотраслевых связей энергетики. - Новосибирск: Наука CO.,1983. - 239с.

10. Гершензон М.А. Имитационный подход и исследованию взаимосвязей в развитии энергетики и экономики. Иркутск.: СЭИ СО АН СССР, 1987.-145с.

11. Гоппе Г.Г. Математическая модель расхода потока жидкости в трубопроводе как звено САР, журнал "Автоматизация химических производств", N4, 1973г.- 25-39с.

12. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. -М.: Машиностроение, 1964. - 160с.

13. Гоппе Г.Г., Степанов А.П. Приближенное математическое описание потоков газообразных продуктов в трубопроводах как звена САР. Сборник трудов ИЛИ "Автоматическое управление и контроль", Иркутск, 1974г.- 52-69с.

14. Галузо A.B., Яновский А.Б. ПРЕПРИНТ N 10-95 Энергетический анализ угольного топливного цикла. - М.:ИНКРУ, 1995г. -34с.

15. Галузо A.B., Никитина Е.А. Энергетическая эффективность ТЭС и централизованных котельных Центрального региона России. -Межвузовский сборник научных трудов "Теплофизические вопросы энергосбережения", М.: МГТАим. А.Н. Косыгина, 1998г.-с.90-99

16. Гриценко А.И., Макаров A.A., Руденко Ю.Н. и др. Энергетика страны и регионов. Теория и методы управления. Новосибирск:Наука, 1988.-222с.

17. Иванов Ю.В., Делягин Г.Д. Оценка качества горения потока топлива по пульсационным характеристикам излучения факела. -М.Теплоэнергетика, 1974г. -256с.

18. Иванилов Ю.П., Лотов A.B.Математические модели в экономике-М.: Наука, 1979. - 36-49с.

19. Инструкция по эксплуатации котлоагрегата БКЗ -100-140-1, 1992г.

20. Исаев В.В. Сокращение выбросов оксидов азота в промышленной энергетике.-М.: Центральный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований легкой промышленности, 1992.-98с

21. Канторович Б.В., Максименко Ю.Ф., Иванов Ю.В. Моделирование динамики процесса горения. Приборы и системы управления. -М, 1969г.- 25-39с.

22. Канторович JI.B., Экономический расчет наилучшего использования ресурсов. М. : Изд-во АН СССР. 1960.-347с.

23. Ковальчук А.Б., Никитина Е.А., Соколовский Р.И. Энергетическая эффективность угольного топливного цикла. -М.:ИНКРУ, 1996г.- 17с.

24. Кошелев A.A., Ташкинова Г.В., Чебаненко Б.Б. и др. Экологические проблемы энергетики. - Новосибирск:Наука. 1989.-322с.

25. Кононов Ю.Д., Корнеев А.Г., Ткаченко В.З. Моделирование внешних производственных связей отраслевой системы .//Экономика и математические. - 1979. - t.15.-N 5

26. Кононов Ю.Д. Энергетика и экономика: Проблемы перехода к новым источникам энергии. - М.:Наука, 1981.-188с.

27. Лотов A.B. Введение в экономико-математическое моделирование. -М.:Наука, 1984,- 30-45с.

28. Максименко Ю.Ф. Исследование связи между спектром пульсаций топочного пламени и избытком воздуха. Инженерно-физический журнал,N2, 1976г. - 12-17с.

29. Мелентьев Л.А.Системные исследования в энергетике. -М.:Наука 1983-456с.

30. Мелентьев Л.А. Оптимизация развития и управления и больших систем энергетики. - М.: Высш.шк., 1982.-318с.

31. Мелентьев Л.А. Очерки истории отечественной энергетики.-М.: Наука., 1987.-278с.

32. Народное хозяйство СССР. Статический ежегодник ЦСУ СССР. - М.: Финансы и статистика.

33. Николь Н., Альбрехт Р. Ехсе1-5.Электронные таблицы. - М.: Изд-во ЭКОМ, 1994. - 343с.

34. Окороков В.Р. Управление электроэнергетическими системами. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1976.-320.

35. Охотин A.C. Экономия топливно-энергетических ресурсов на предприятиях текстильной промышленности. - М: Легпромбытиздат,1990,- 11-20с.

36. Охотин А.С.,Григорьев А.К., Каленков А.Б. Экономия топливно-энергетических ресурсов на предприятиях текстильной промышленности. -М: Легпромбытиздат,1990,- 123с.

37. Проект концепции энергетической политики России в новых экономических условиях//Энергетическое строительство. 1992. N11.с.2-15.

38. Поспелов Г.С., Ириков В.А., Курилов А.Е. Процедуры и алгоритмы формирования комплексных программ,- М.:Наука, 1985,-422с.

39. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. - М: Энергоатомиздат, 1985-295с.

40. Соколовский Р.И., Никитина Е.А. Энергетическая эффективность угольного топливного циклаУ/Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов, М.:МГТА им. А.Н. Косыгина, 1996 г. С 69-71

41. Технический отчет по режимно-наладочным испытаниям котла Е-500 НИТЭЦ при сжигании азейского и смеси азейского и ирша-бородинского углей. Новосисбирск: Сибтехэлектро, 1990г. -85с.

42. Троицкий A.A., Макаров A.A., Шамраев Н.Г. и др. Энергетическая программа СССР в действии.//Теплоэнергетика. -1989. -N9-C.7-12.

43. Федоровский Н.М.Классификация полезных ископаемых по энергетическим показателям. М.-Л.:Изд. АН СССР, 1935.-96с.

44. Фильчаков П.Ф.,Справочник по высшей математике. - Киев: Изд-во Наукова Думка, 1972,- 741с.

45. Шуков А.Г., Горюнов А.Н., Вальфа A.A. Тепловизионные приборы и их применение. - М.Радио и связь 1983г. - 15-28с.

46. Шатилов Н.Ф.. Гершензон М.А. Методические положения по использованию динамической модели межотраслевого баланса в сводном перспективном народнохозяйственном планировании.-Новосибирск.: СО АН СССР, ИЭиОПП, 1971 - 135с.

47. Эстеркин Р.И. Котельные установки, курсовое и дипломное проектирование. -М: Знание, 1989г. -478с.

48. Энергетика: пути в будующее.Сборник трудов 1-й конференции молодых ученых ИНЭИ АН СССР и ГКНТ СССР 1989г.- М.: ИНЭИ АН СССР и ГКНТ СССР,1989. - 189с.

49. Энерго-экологический анализ ядерного топливного цикла./Васильев Д.А., Галузо А.В., Ковальчук А.Б., Соколовский Р.И., Яновский А.Б. -М: ИНЭИ АН.,1994. - 16с.

50. Электроэнергетика и энергетическое строительство С С CP: Статистический обзор. - М.: ИнформэнергоД989 - 80с.

51. Энергетический комплекс СССР./Под.ред.Л.А.Мелентьева и А.А.Макарова. - М.Экономика ,1983.-263с.

52. Энергетика сегодня и завтра / В.И. Баланчевадзе, А.И. Барановский. В.Л. Блинкин и др.; Под. ред. А.Ф. Дьякова. - М.: Энергоатомиздат, 1990 г.-344с.

53. Энергетика СССР в 1986-1990 годах. - М. Энергоатомиздат, 1987.- 350с.

54. Energy in finite world : a global energy system analysis.Report by the energy system Program Group of Intarnational Institute for Applied System Anylisys, IIASA, laxenburg,Austria, 1980.

55. Chapman P.F., Leach G.,Slesser M. The energy cost of fuels .//Energy Policy. - 1974, vol.2,n3,p. 232-243

56. Herendeen R.A. the energy cost of goods and services/ - Oak Ridge N.L. - ORNL-NSF-EP - 58.-1973,pl23-300

57. Dantsig G.B., Parikh S.C. On a PILOT linear programming model for assessing pnisical impact on economy of changing energy picture. -Energy: Mathimatics and Models.SIAM, Philadelphia, Pa.,1976, p. 1-23

58. Visual Basic User Guide.Microsoft Excel.- Automating, Customizing, and Programming in Microsoft Visual Basic Programming System, application Edition.Microsoft Corporation, 1994,p.25-49

59. Excel 5. Visual Basic Reference. - Microsoft Press. Microsoft Corporation, 1994,p. 190-400