Метод интенсификации горения и газификации низкореакционного угля в котлах тепловых электростанций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат наук Ощепков Андрей Сергеевич

• Ощепков Андрей Сергеевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Ощепков Андрей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ЭФФЕКТИВНОГО СЖИГАНИЯ НИЗКОРЕАКЦИОННОГО УГЛЯ В КОТЛАХ ТЭС И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ (ГАЗИФИКАЦИИ) НИЗКОРЕАКЦИОННОГО УГЛЯ С УГЛЕРОДНОЙ НАНОДОБАВКОЙ

2.1 Анализ формально-кинетических закономерностей реакций как полного, так и неполного горения низкореаккционного угля в потоке окислителя

2.2 Анализ опытных данных по выгоранию частиц угольной пыли

2.3 Исследования возможности изменения энергии активации реакции горения углерода твердого топлива

2.4 Исследования возможности активации молекулярного кислорода

в топке котла ТЭС

2.4.1 Синглетный кислород, как активированный окислитель процесса горения угля

2.4.2 Фотоиндуцированная генерация синглетного кислорода углеродными наноматериалами

2.5 Исследование влияния углеродного наноматериала на время выгорания твердого топлива

2.5.1 Выгорание твердого топлива в среде с молекулярным кислородом

2.5.2 Наработка синглетного кислорода в процессе выгорания

2.5.3 Прогрев частиц УНМ «Таунит» до температуры плавления

2.5.4 Выгорание частицы твердого топлива с сингл етным кислородом

2.6 Выводы по второй главе

3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО НАТУРАЛЬНОГО ТОПЛИВА С НАНОДОБАВКОЙ «ТАУНИТ»

3.1 Цель математического моделирования

3.2 Разработка модели горения твердого натурального топлива с нанодобавкой «Таунит»

3.2.1 Описание механизма горения углерода твердого топлива с нанодобавкой «Таунит» и схематизация химических реакций процесса

3.2.2 Допущения, принятые при разработке модели горения твердого топлива с нанодобавкой «Таунит»

3.2.3 Описание модели горения твердого натурального топлива с нанодобавкой «Таунит»

3.3 Программирование модели воспламенения и горения твердого натурального топлива с нанодобавкой «Таунит»

3.4 Математическое моделирование процесса горения твердого натурального топлива с нанодобавкой «Таунит»

3.4.1 Исходные данные для моделирования

3.4.2 Численное моделирование процесса воспламенения и горания твердого натурального топлива с нанодобавкой «Таунит»

3.5 Выводы третьей главе

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ НИЗКОРЕАКЦИОННОГО УГЛЯ С УГЛЕРОДНОЙ НАНОДОБАВКОЙ «ТАУНИТ»

4.1 Постановка задачи экспериментальных исследований

4.2 Методы экспериментальных исследований

4.3 Экспериментальная установка

4.4 Проведение экспериментальных исследований

4.4.1 Методика проведения экспериментальных исследований

4.4.2 Экспериментальные исследования

4.5 Обобщение и оценка результатов теоретических и экспериментальных исследований

4.6 Выводы по четвертой главе

5 ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В РЕАЛЬНОМ СЕКТОРЕ ЭКОНОМИКИ, А ТАКЖЕ В ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И РАЗРАБОТКАХ

5.1 Рекомендации по внедрению метода интенсификации сжигания угля на ТЭС

5.2 Внедрение результатов исследований в научно-исследовательские

и опытно-конструкторские работы

5.3 Технико-экономическая оценка внедрения метода интенсификации процесса сжигания твердого топлива в котлах ТЭС

5.4 Выводы по пятой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А - Листинг программы математического моделирования

процесса выгорания частицы низкореакционного угля

Приложение Б - Документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод интенсификации горения и газификации низкореакционного угля в котлах тепловых электростанций»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. Тепловые электрические станции (ТЭС) России, работающие на твёрдом топливе, занимают значительную долю в энергетическом балансе страны. Существенное снижение качества углей (повышение зольности, снижение калорийности), особенно низкореакционных углей создало совершенно новые условия эксплуатации электростанций. Затянутое воспламенение и выгорание угольной пыли, низкая эффективность сжигания топлива приводят к потерям тепла с механическим недожогом до 6 - 10 %. При этом снижается располагаемая мощность и эффективность работы оборудования, что, в свою очередь, приводит к необходимости использования дефицитного мазута и природного газа для подсветки факела в рабочем диапазоне нагрузок. Доля подсветочного топлива может достигать 25 %. В сложившихся обстоятельствах, вопросы по поиску и внедрению новых решений, способов и технологий, направленных на повышение эффективности сжигания твердых низкореакционных топлив на существующих объектах теплоэнергетики, становятся более чем актуальными.

Диссертационная работа направлена на разработку метода интенсификации горения и газификации низкореакционного угля в котлах тепловых электростанций. Работа соответствует приоритетному направлению развития науки, технологий и техники РФ «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика», а так же научному направлению ЮРГПУ(НПИ) «Комплексное использование топливно-энергетических ресурсов и повышение надежности, экономичности и безопасности энергетических систем».

Степень разработанности темы исследований. Основа современных представлений о развитии сложных топливных процессов, в том числе при факельном сжигании топлива достаточно хорошо отражена в работах В.В. Чуркина, В.В. Канторовича, А.Б. Резьняковой, В.И. Бабия, Ю.Ф. Куваева,

Д.М Хзмаляна, Я.А. Кагана, В.В. Померанцева и др. авторов. Проведенные экспериментальные и теоретические исследования указанных авторов дают необходимые и достаточные сведения о динамике выгорания пылеугольного факела и взаимосвязи между процессами горения, массо- и теплообмена, что было учтено и использовано в данной диссертационной работе.

Целью работы является разработка метода интенсификации горения и газификации низкореакционных углей, направленного на снижение расхода более реакционного «подсветочного» топлива (газа, мазута), повышение маневренности энергетических объектов, снижение механического недожога топлива.

Для достижения поставленной цели поставлены и решены следующие задачи:

- проведение системного анализа существующих методов повышения эффективности сжигания и газификации низкореакционного угля, в том числе путем применения различного рода добавок (катализаторов);

- исследование целесообразности использования фуллереноподобных наноматериалов, как топливных добавок, для интенсификации процесса воспламенения и горения пылеугольного топлива;

- математическое моделирование воспламенения и горения низкореакционного угля с нанодобавкой «Таунит»;

- экспериментальные исследования процесса воспламенения и горения низкореакционного угля с нанодобавкой «Таунит».

- разработка предложений по внедрению и экономическое обоснование практической реализации нового метода интенсификации сжигания и газификации твердого низкореакционного угля на энергетических объектах.

Научная новизна представленных в диссертационной работе результатов состоит в следующем:

- предложен метод интенсификации сжигания и газификации низкореакционного угля, отличающийся от известных внедрением в процесс горения топлива углеродной нанодобавки «Таунит», с возбужденной

поверхности которой, световым и терморадиационным излучением факела, за счет фотодессорбции, контактирующий молекулярный кислород генерируется в более активный окислитель углерода топлива - синглетный кислород;

- впервые выполнена оценка степени интенсификации воспламенения и горения пылеугольного топлива с нанодобавкой «Таунит», основанная на сравнительном анализе скоростей расходования углерода топлива в процессе горения пылеугольного топлива с молекулярным и синглетным кислородом, показывающая целесообразность использования нанодобавки.

- разработана математическая модель воспламенения и горения твердого низкореакционного топлива, отличающаяся от известных тем, что позволяет осуществить комплексную оценку и анализ влияния синглетного кислорода, сгенерированного нанодобавкой «Таунит», на кинетику горения летучих веществ и коксового остатка пылеугольного топлива, особенности тепло- и массообмена горящих частиц.

- разработана новая технологическая схема системы топливоподготовки и топливоподачи для котла ТПП - 210, способствующая повышению эффективности сжигания низкореакционных углей, отличающаяся от известной включением технологической линии по производству углеродного наноматериала и организацией его совместной подачи с основным, низкореакционным пылеугольным топливом в горелки.

Методология и методы исследования. Методология исследований в диссертационной работе основана на физическом и математическом моделировании процессов воспламенения и горения твердого натурального топлива с нанодобавками. При этом использованы методы теплотехнических измерений, методы статистической обработки результатов экспериментов, математические методы дифференциального и интегрального исчислений, численные методы решения нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, термодинамические методы и теория тепломассообмена.

Положения, выносимые на защиту:

1. Новый метод интенсификации процесса воспламенения и горения (газификации) низкореакционного угля с использованием нанодобавок.

2. Результаты оценки степени интенсификации воспламенения и горения натурального твердого топлива в топочных условиях при добавке в процесс углеродного наноматериала «Таунит».

3. Математическая модель воспламенения и горения твердого натурального топлива с нанодобавкой «Таунит».

4. Результаты физического моделирования воспламенения и горения низкореакционного угля с нанодобавкой.

Степень достоверности научных положений и выводов подтверждается хорошим совпадением результатов физического и математического моделирования, тщательной отработкой методики проведения эксперимента с использованием высокоточного оборудования и вычислительных средств.

Реализация результатов исследований. Результаты диссертационного исследования получили внедрение в научно-исследовательскую деятельность ЮРГПУ(НПИ) при выполнении работ по соглашению о предоставлении субсидии № 14.574.21.0018 от 09 июня 2014г. по теме: «Разработка метода интенсификации процесса газификации низкореакционного угля в восходящем струйно-вихревом потоке окислителя». При финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках выполнения ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы». Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) КЕЫБЕ157414Х0018.

Результаты диссертационной работы приняты для реализации в филиале ПАО «ОГК-2» Новочеркасской ГРЭС.

Апробация результатов. Основные научные результаты диссертационной работы докладывались на мероприятиях: Всероссийский смотр-конкурс научно-технического творчества студентов высших учебных заведений: «Эврика-2007»,

ЮРГТУ(НПИ), г. Новочеркасск, 19-25 ноября 2007 г.; Научно-практическая конференция: «Энергосбережение, энергетическое оборудование и системы технической диагностики», ЮРГТУ(НПИ), НП "Центр энергосбережения и инновационных технологий", ВЦ "ВертолЭкспо", г. Ростов-на-Дону, 14 февр. 2008 г.; Межрегиональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Южного федерального округа: «Студенческая научная весна 2009», ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск, 2009 г.; Второй международный форум по нанотехнологиям: «Rusnanotech 09», г. Москва, 6-8 октября 2009 г.; VII Международная научно-техническая конференция: «Повышение эффективности производства электроэнергии», ЮРГТУ(НПИ), г. Новочеркасск, 30 сентября -2 октября 2009 г.; Международная научно-практическая конференция: «Состояние и перспективы развития электротехнологии (XV Бенардосовские чтения)», г. Иваново, 27-29 мая 2009 г.; Конкурс аспирантов и молодых ученых в области энергосбережения в промышленности: «Эврика 2010», ЮРГТУ(НПИ), г. Новочеркасск, 2010 г.; VIII Международная научно-техническая конференция: «Повышение эффективности производства электроэнергии», ЮРГТУ(НПИ), г. Новочеркасск, 30 октября - 2 ноября 2011 г.; 61-ая научная конференция профессорско - преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов: «Результаты исследований 2012», ЮРГТУ(НПИ), г. Новочеркасск, 2012 г.; Всероссийская молодежная научно-техническая конференция: «Энергосбережение в секторе исследований и разработок. Существующий потенциал и перспективы развития», АНО» ЦЭРТ», 2012 г.; II Международная научно-техническая конференция: «Использование твердых топлив для эффективного и экологически чистого производства электроэнергии и тепла», ОАО ВТИ, 28-29 октября 2014 г.; Научно-техническая конференция и выставка инновационных проектов, выполненных вузами и научными организациями ЮФО в рамках участия в реализации федеральных целевых программ и внепрограммных мероприятий, заказчиком которых является Минобрнауки России, ЮРГПУ(НПИ), г. Новочеркасск, 14-16 декабря 2014 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 печатных работы, в том числе: одна в научном журнале, индексируемом в базе данных Scopus; 10 - в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 20 - в материалах международных и российских конференций. Получено 3 патента на изобретение и 3 патента на полезную модель.

Личный вклад автора состоит в:

- разработке метода интенсификации процесса горения углерода твердого топлива синглетным кислородом;

- разработке математической модели горения твердого натурального топлива с углеродной нанодобавкой «Таунит»;

- численном решении задачи воспламенения и выгорания низкореакционного твердого топлива с нанодобавкой «Таунит»;

- модернизации высокотемпературной печи для проведения экспериментальных исследований по сжиганию образцов топлива;

- подготовке образцов топлива и проведении экспериментальных исследований по их сжиганию в печи экспериментальной установки;

- анализе и обобщении результатов теоретических, численных и экспериментальных исследований;

- разработке рекомендаций по внедрению полученных результатов на теплоэнергетических объектах;

- технико-экономической оценке внедрения метода интенсификации процесса сжигания твердого топлива в котлах ТЭС.

Объем работы и ее структура. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 100 наименований и двух приложений. Объем диссертации составляет 179 страниц, в том числе 37 иллюстраций, 5 таблиц, 24 страницы приложений.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ЭФФЕКТИВНОГО СЖИГАНИЯ НИЗКОРЕАКЦИОННОГО УГЛЯ В КОТЛАХ ТЭС И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Потребности мирового энергетического сектора в топливе для производства теплоты и электроэнергии обеспечиваются углем на 25 %, при этом угольные электростанции производят 38 % мировой электроэнергии. В современной энергетике России тепловые электрические станции (ТЭС), работающие на твёрдом топливе, занимают значительную долю в энергетическом балансе [1,2,3]. Важным аспектом экономической привлекательности использования угля является более прогнозируемое изменение цен на него по сравнению с дорожающим природным газом и мазутом.

Низкореакционный уголь, типичным представителем которого является Донецкий антрацит, является одним из основных энергетических углей европейской части России. Особенностью котлов работающих на этом виде топлива является достаточно высокий недожог топлива, низкий диапазон регулирования нагрузок по условиям устойчивого горения факела и жидкого шлакоудаления, газовая коррозия поверхностей нагрева нижней радиационной части топок. Решение проблемы сжигания низкореакционных твердых топлив с высокой эффективностью и экономичностью усложняется изменением качества углей и режимов работы электростанций. Существенное снижение качества углей создало совершенно другие условия эксплуатации электростанций. Снизилась располагаемая мощность, маневренность, экономичность и надежность оборудования, что, в свою очередь, привело к увеличению использования дефицитного жидкого топлива (мазута).

В мировой и отечественной теплоэнергетике при растопке пылеугольных котлов и для стабилизации горения (подсветки) пылеугольного факела

традиционно используют природный газ или топочный мазут. В настоящее время эта тенденция сохраняется [4].

Совместное сжигание угля и обладающего более высокой реакционной способностью мазута ухудшает эколого-экономические показатели котлов: на 10^15 % повышается механический недожог топлива и на 2^5 % снижается КПД -брутто, возрастает скорость высокотемпературной коррозии экранных поверхностей, снижается надежность эксплуатации котельного оборудования, имеет место его быстрый износ; на 30^40 % увеличивается выход оксидов азота и серы (за счет более высокого содержания серы в мазуте), появляются выбросы канцерогенного пентаоксида ванадия [5, 9].

Высокие цены на газ и мазут приводят к необходимости сокращения их потребления на ТЭС и обеспечению максимально возможного использования твердого топлива. Поэтому важнейшей задачей теории и практики горения твердого топлива остается указание путей для разработки новых, наиболее производительных методов сжигания и газификации.

С учетом опыта сжигания АШ, на сегодняшний день, применяется ряд технических решений по организации топочных процессов при сжигании горючей смеси низкореакционного топлива и окислителя. К таким решениям относятся: реконструкция горелочных устройств, раздельное и смешанное сжигание угля и более реакционного топлива - мазута; высокий подогрев воздуха и пылевоздушной смеси (350 - 400 0С); утонение помола; плазменное сжигание; котлы с ЦКС; низкотемпературная вихревая технология; предвключенные газификация и пиролиз топлива; применение катализаторов и многие другие. Ниже представлен более подробный обзор существующих технологических подходов и способов интенсификации воспламенения и сжигания низкореакционного угля, в том числе, в котлах ТЭС.

1) Повышение степени измельчения угля.

Повышение степени измельчения улучшает работу котла по следующим причинам:

- увеличение доли мелких фракций увеличивает скорость прогрева и воспламенения угольной пыли на начальном участке факела, что приводит к повышению температуры факела и стабильности горения без подсветки высокореакционным топливом, улучшает отвод жидкого шлака;

- причиной неполного сгорания угля является содержание грубых фракций в угольной пыли, так как они догорают в хвостовой части факела, с ухудшенными условиями горения (низкими температурами и низкими скоростями "омывания" газами при пониженной концентрации кислорода), уменьшение количества крупных частиц угольной пыли приведет к уменьшению длины факела и, как следствие, к более полному сгоранию угля.

Возможность надежного и экономичного сжигания низкосортных углей, а также отходов угледобычи (мелочи) и углеобогащения, обеспечивается путем предварительного их превращения в пылевидное состояние, освобождения от влаги и посторонних включений (щепы, металла и колчедана). Поэтому сжиганию угля предшествует предварительное его размораживание, очистка от крупногабаритных включений, дробление, сушка и размол.

Рекомендуемый рядом авторов [5] размер частиц антрацитов и тощих углей, обеспечивающий эффективное выгорание пыли в современных камерных топках, должен находиться в пределах 15^250 мкм.

Установлено также влияние гранулометрического состава сжигаемого угля на скорость горения и связанную с ней температурой в топочной камере. Принято считать, что по этому показателю оптимальной является крупность частиц тониной помола К90 = 25 %. Таким образом, требования экономичного размола и сжигания сводятся к тому, чтобы фракционный состав пыли был более однородным, т. е. чтобы в нем не было ни чрезмерно крупных, ни чрезмерно мелких частиц угля.

Подавляющее большинство областей использования углей связано с их измельчением, уровень которого определяется видом химико-технологической переработки. Известно, что с увеличением тонкости и величины удельной поверхности возрастает поверхностная энергия. Однако с крупности примерно

0,001 мм, угли начинают проявлять особые свойства, резко отличающие их от тех же углей, но большей крупности. Они получили название «микрон-угли» [6,10].

Аномальные свойства «микрон-углей», например, выход битумов и др., не могли быть объяснены только увеличением удельной поверхности. Более детальное изучение свойств явилось основанием рассматривать структурно-химические изменения углей как следствие механохимического процесса.

Тонкодисперсное состояние углей обычно достигается диспергированием в мельницах повышенной энергонапряженности в сравнении с обычными барабанными мельницами: вибрационных, струйных, планетарных, а также специальных размалывающих аппаратах, среди которых наиболее распространены дезинтеграторы.

На сегодняшний день имеется положительный опыт использования угля микропомола при розжиге котлов фирмой SteinmuПer (Германия), для чего была разработана специальная растопочная горелка.

Вообще для получения микрон-угля возможны два пути - сепарация мелкой фракции пыли из обычной системы пылеприготовления или создание специальных систем микропомола.

При сепарации микродисперсной пыли и подачи ее в специальный бункер для последующего использования возникает ряд технологических проблем, связанных с подачей слежавшейся в бункере пыли, повышенной взрывоопасностью при хранении, громоздкостью систем сепарации тонкодисперсной пыли.

Однако наиболее благоприятные условия для сжигания реализуются, когда мелкодисперсную пыль можно подавать непосредственно из мельницы в горелку, так как при этом сохраняется повышенная химическая активность угля, возникающая в процессе помола, исключающая проблемы, связанные с хранением мелкодисперсной пыли.

Схемы с сепарацией пыли и отдельной системой пылеприготовления были опробованы на блоках 150 и 350 МВт на электростанции Lunen в Германии в начале 80-х годов.

Аналогичные исследования проводятся в США, где по данным Union Carbide Corporation доля сжигаемого на угольных ТЭС растопочного мазута находится в среднем на уровне 6 % от расхода основного топлива и поэтому замена более дорогостоящего мазута углем, несомненно, актуальна. Здесь пошли еще дальше - разрабатываются проекты использования микродисперсного угля в системах Rebening для подавления оксидов азота [6], а также для создания котлов с углем микропомола как основного топлива для замены мазута в мазутных котлах.

2) Плазменная технология сжигания угля.

Для решения проблемы высокоэффективного использования низкосортных твердых топлив при минимальном отрицательном воздействии на окружающую среду в 1983 году в ряде научных учреждений нашей страны начаты работы по созданию принципиально новой - плазменной технологии сжигания пылевидного топлива с помощью электродуговых нагревателей газа -плазмотронов. Примерно в то же время появились и первые зарубежные публикации по применению электродуговой плазмы для воспламенения пылеугольного факела.

Для воспламенения потока аэросмеси в горелке предлагается заменить мазутный факел факелом, образующимся при сжигании части аэросмеси (10^20 % от общего расхода ее через горелку) с помощью струи нагретого до 4000 - 5000 0С градусов потока воздушной или иной плазмы, генерируемой плазмотроном.

В дальнейшем системы плазменного воспламенения (СПВ) пылеугольного топлива нашли достаточно широкое применение в энергетических котлоагрегатах российских электростанций. Были проведены детальные экспериментальные и теоретические исследования процессов розжига и подсветки пылеугольного факела, разработана теория термохимической

подготовки топлива к сжиганию (ТХПТ). Подробный обзор работ в этой области можно найти в монографиях [9, 5].

Мощность разработанных на сегодняшний день плазмотронов варьируется от 50 до 350 кВт. Ресурс катода плазмотрона составляет 250 часов, анода - 500 часов. Температура плазменного факела составляет 3000^6000 К. Важной составляющей устройства плазмотронной горелки является источник электропитания, масса которого может доходить до 450 кг.

Использование плазмотронов приносит ощутимые результаты:

- позволяет стабилизировать горение пылеугольного факела и тем самым отказаться от использования подсветки дорогостоящими топливами;

- повышает эффективность выгорания твердого топлива, начинающегося еще на подходе к топке котла;

- снижаются вредные выбросы оксидов азота за счет того, что воспламенение топлива при использовании плазменной технологии происходит при недостатке воздуха, а горение при стандартном значении избытка воздуха;

- модернизация котлов плазмотронами не требует замены основного оборудования, больших капитальных затрат и времени.

К недостаткам этой технологии можно отнести следующее:

- при усредненном значении мощности одной плазмотронной горелки в 150^160 кВт и при условии использования минимум шести горелок на один корпус двухкорпусного котлоагрегата блока 300 МВт розжиг и поддержание горения топлива потребует 2 МВт;

- недолгий срок работы электродов плазмотрона, требующий замены катода каждые 10 дней, анода - каждые 20 дней, обусловленный: необходимостью установки плазмотронов по ходу пылеугольной смеси, которая вызывает истирание электродов; эрозией под воздействием высокой температуры дуги и наличия в топливе водяных паров;

- обязательное наличие источника питания в виде повышающего трансформатора;

- повышенная опасность контакта части пылеугольного тракта с элементами высокого напряжения плазмотрона.

В литературе в последнее время встречаются сведения о разработках, проводимых Новосибирским ЗАО «СибКОТЭС», по усовершенствованию горелочного аппарата, использующего плазменный розжиг. Итогом этих разработок является получение сверхвысокочастотного плазмотрона (СВЧ -плазмотрона). Усовершенствование позволяет отказаться от использования угольных или медных электродов, имеющих низкий лимит работоспособности вследствие высоких температур [10, 11].

СВЧ - технология заключается в использовании генератора волн СВЧ -диапазона для получения плазменного пучка, «плазмоида», во взвешенном состоянии внутри объемного резонатора путем фокусировки СВЧ - энергии на уровне напряженности поля, близкого к пробойному.

Говорить о преимуществах и недостатках этого типа плазмотрона еще рано, но из исследованного материала можно судить об усложнении конструкции за счет использования в них СВЧ - генератора. Также разработчики не исключают необходимости использования запального устройства, инициирующего образование плазмы. Еще авторы указывают на зависимость размеров плазмоида и его стабильности от расхода подаваемого воздуха (на примере лабораторной установки). При низких скоростях воздушной смеси плазмоид под действием архимедовых сил поднимается вверх, чем вызывает сильный нагрев стенки резонатора, а при высоких - наблюдается прекращение образования плазмы. Это говорит о необходимости постоянного контроля расхода воздушной смеси. Вследствие нестабильной работы системы воздухоподачи, связанной со многими факторами, использование СВЧ -плазмотрона на современных котлах пока не представляется возможным.

3) Технология сжигания топлива в кипящем слое.

Топки для сжигания в кипящем слое привлекли внимание специалистов в начале 60-х годов как эффективное средство для использования с высокой рентабельностью дешевых местных видов низкокачественного твердого топлива.

Позднее были обнаружены другие преимущества сжигания угля в кипящем слое (КС), связанные с возможностями сокращения выброса в атмосферу оксидов серы и азота. По этим причинам в последние годы во всем мире стала расти популярность топок, камер сгорания и котлоагрегатов с кипящим слоем.

В типовой топке с КС (ТКС) топливо вместе с инертным материалом поддерживается во взвешенном состоянии подачей воздуха в нижнюю часть камеры сгорания со скоростью 1,5 - 2 м/с. Ввиду высокой скорости смешивания, тепловыделение происходит равномернее по объему камеры и при существенно более низких температурах, чем в топках с механической загрузкой или с пульверизацией. При невысоких температурах (850 - 930 °С) не возникает проблем, связанных со спеканием и ошлакованием. ТКС не требуют предварительной сушки и размола угля, предварительного подогрева дутья или использования поддерживающего топлива для возбуждения и стабилизации пламени.

Кипящий слой может быть высокотемпературным и низкотемпературным (800 - 900 °С), в настоящее время по ряду причин почти всегда используется второй. В частности, в нём весьма эффективно подавляется выделение оксидов азота.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ощепков Андрей Сергеевич, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Оганесян, С. А. Энергетическая стратегия России до 2020 г., ее реализация и перспективы развития ТЭК // Энергонадзор и энергобезопасность, 2006. -№ 2. - С. 30-38.

2. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. №1715-р [Электронный ресурс]. // М.: Институт энергетической стратегии, 2009. - Режим доступа: http://www.energystrategy.ru/proiects/docs/ES-2030 (и^. М715-р 13.11.09).гаг.

3. Бекаев, Л.С. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию/ Бекаев Л.С., Марченко О.В., Пинегин С.П. [и др.] - Новосибирск: Наука, 2000. -300 с.

4. Нормы расхода газомазутного топлива при сжигании каменных углей с выходом летучих веществ менее 20 % на тепловых электростанциях Минэнерго СССР: РД 34.10.501-90: утв. Минэнерго СССР 14.06.1990: ввод в действие с 01.06.90. - М.:СПО ОРГРЭС, 1991.- 22с.

5. Жуков, М.Ф. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. Низкотемпературная плазма : монография / М.Ф.Жуков, Е.И.Карпенко, В.С.Перегудов [и др]. - Новосибирск: «Наука», СИФ РАН, 1995. - Т.16. - С. 304.

6. Елин, В. Н. Технология плазменного розжига и поддержания горения в пылеугольных котлах // Уголь, апрель 2011. - С. 12-13.

7. Карпенко, Ю. Е. Плазменно-циклонная технология сжигания твердых топлив / Ю. Е. Карпенко, В. Е. Мессерле, Е. И. Карпенко, А. П. Басаргин // Горение твердого топлива: материалы VIII Всерос. конф. с междунар. участием / Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, 2012. -С. 46.1-46.8.

8. Григорьев, К. А. Технология сжигания органических топлив. Энергетические топлива / К. А. Григорьев, Ю. А. Рундыгин, А. А. Тринченко // Уч. пособие. СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2006. - 92 с.: ил.

9. Карпенко, Е.И. Научно-технические основы и опыт эксплуатации плазменных систем воспламенения углей на ТЭС (безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела): монография / Е.И. Карпенко, М.Ф.Жуков, В.Е.Мессерле [и др]. - Новосибирск: «Наука», СП РАН, 1998. - С. 137.

10. Чернова, Г.В. Угольная направленность развития теплоэнергетики Сибирского региона: технологические и технические аспекты ее осуществления/ Г.В.Чернова, В.Н. Чурашев, А.П.Бурдуков // Восточная энергетическая политика России и проблемы интеграции в энергетическое пространство Азиатско-Тихоокеанского региона: Труды междунар. конф. -Иркутск, 1998. - С. 241-253.

11. Ефимов, Н.Н. Влияние тонины помола твердого топлива на процессы воспламенения и горения / Н. Н Ефимов, А. В. Рыжков, А. С. Ощепков, А. П. Савостьянов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2009. -№ 2. - С. 55-58.

12. Двойнишников, В. А. Конструкция и расчёт котлов и котельных установок: учебник / В. А. Двойнишников, Л. В. Деев, М. А. Изюмов. -М.: Машиностроение, 1988. - 264 с.

13. Корчевой, Ю.П. Экологически чистые угольные технологии: монография // Ю.П. Корчевой, А.Ю. Майстренко, А.И. Топал. - Киев: Наукова думка, 2004. - 187 с.

14. Обзор научно-технических разработок / Некоммерческое партнерство «Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт», май 2009. - 26 с. : ил.

15. Мишина, К. И. Особенности и преимущества технологии сжигания углей в высокотемпературном кипящем слое / К. И. Мишина, А.Н. Леонов // Теплоэнергетика. - 2008. - № 9. - С. 19-23.

16. Рохман, Б. Б. О некоторых особенностях технологии термохимической переработки углей в циркулирующем кипящем слое // Теплоэнергетика. -2007. - № 6. - С. 38-43.

17. Померанцев, В.В. Опытно-промышленный котел БКЗ-420-140-9 с низкотемпературной топкой ЛПИ / В.В. Померанцев [и др]. // Энергомашиностроение. - 1985. - № 4. - С. 32-34.

18. Рундыгин, Ю.А. Освоение и исследование котла БКЗ-420-140-9 с вихревой топкой ЛПИ / Ю.А. Рундыгин, С.М. Шестаков, Д.Б. Ахмедов [и др]. // Теплоэнергетика. - 1988. - № 5. - С. 12-16.

19. Шестаков, С.М. Практика сжигания бурых углей в модернизированном водогрейном котле КВ-ТК-100-150/ С.М.Шестаков // Энергонадзор-Информ. 2009. № 1. С. 52-56.

20. Рубцов, А.А. Результаты внедрения НТВ-технологии сжигания на котле КВТК- 100-150 ст. № 9 котельной ООО «Крастяжмашэнерго» /

A.А. Рубцов., С.Г. Козлов, С.М. Шестаков [и др]. // Материалы IX Всероссийской науч. -практ. конференции «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города». Красноярск, 2008. С. 19-24.

21. Григорьев, К.А. Исследование подготовки топлива для низкотемпературного вихревого сжигания / К.А. Григорьев, Ю.А. Рундыгин,

B.Е. Скудицкий [и др]. // Теплоэнергетика. - 1988. - № 11. - С. 66-68.

22. Модернизация и создание пылеугольных котлов нового поколения на основе низкотемпературной вихревой технологии сжигания: техническая информация [Электронный ресурс] // ООО Компания «НТВ-энерго». -Санкт-Петербург, 2009. - Режим доступа: http://ntv-energo.spb.ru/downloads/ti 2009.doc.

23. Газ как конкурентное преимущество / Сибирский уголь в XXI веке. - 2009. -№ 5 (9), - С. 26-29.

24. Калечица, И.В. Химические вещества из угля : монография / И.В. Калечица. - М.: Химия, 1980. - 616 с.

25. Шиллинг Г.Д., Бонн Б., Краус У. Газификация угля / Пер. с нем. и ред. С.Р. Исламова - М: Недра, 1986 - 175 с.

26. REDUXCO - combustioncatalyst [Электронный ресурс] / Сайт компании PRIMACapitalGroup. - reduxco.com © 2010. - Режим доступа: http: //www.reduxco .com/en/home.

27. Ефимов, Н.Н. Повышение эффективности сжигания твердого топлива в энергетических установках за счет использования фуллероидных наноактиваторов / Н.Н. Ефимов, А.С. Ощепков, А.В. Рыжков // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2010. - № 3. - С. 35-41.

28. Нанотехнологии на рынке энергетики в 2015 г. / В мире нано. Нанотехнологии в энергетике. - 2009. - № 1 - С. 3-6.

29. Петров, Д. Г. Квантовые наноактиваторы углеродных топлив / Д. Г. Петров // Rusnanotech 09 : сб. тез. докл. участников Второго Междунар. форума по нанотехнологиям, Москва, 6-8 окт. 2009 г. / РОСНАНО. - М., 2009.. - С. 278279.

30. Ощепков, А.С. Экспериментальные исследования возможности изменения теплофизических характеристик твердого топлива на основе использования наноматериалов / А.С. Ощепков, А.В. Рыжков, В.В. Папин, Н.Н. Ефимов // Изв. вузов. Электромеханика. - 2008. - Спецвып. : Диагностика энергооборудования. - С. 182-184.

31. Ощепков, А.С.Экспериментальные исследования возможности изменения теплофизических характеристик твердого топлива и экономическое обоснование использования наноматериалов в схеме пылеприготовления / А.С. Ощепков, А.В.Рыжков // Инженерный вестник Дона, ИФ РИНЦ - 2009. -№2. - С. 13.

32. Ощепков, А.С. Повышение эффективности сжигания твердого топлива в энергетических установках за счет использования фуллеройдных наноактиваторов / А.С. Ощепков, Н.Н. Ефимов, А.В. Рыжков // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2010. - №3 - С. 38-41.

33. Ощепков, А.С. Экспериментальные исследования горения твердого топлива в среде с активированным окислителем / А.С. Ощепков, А.В. Рыжков // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2013. - №1. - С. 66-69.

34. Рыжков, А.В. Интенсификация процессов воспламенения и горения твердого низкореакцинного топлива в котлах ТЭС путем активации окислителя наноматериалами: дис...канд. техн. наук: 05.14.14 / Рыжков Антон Владимирович. - Новочеркасск, 2013. - 212 с.

35. Канторович, Б.В.-Основы теории горения и газификации твердого топлива: монография / Канторович Б.В. — Издательство академии наук СССР, 1958. — 601 с.

36. Саранчук, В.И. Химия и физика горючих ископаемых: Монография / В.И.Саранчук, М.О.Ильяшов, В.В. Ошовский, В.С.Билецький // Донецк: Восточный издательский дом, 2008. - 600 с.

37. Кейко, А.В. Газификация низкосортноготвердого топлива: уровень и направления развития технологии: монография / А.В. Кейко, Д.А. Свищев,

A.Н. Козлов // Иркутск: СМ СО РАН, 2007. - 66 с.

38. Бабий, В.И. Горение углеродной пыли и расчет пылеугольного факела./

B.И. Бабий, Ю.Ф. Куваев - М.:Энергоатомиздат, 1986.-205с.

39. Спиридонов, Ф.М. Химия халькогенов: Уч. пособие по неорганической химии [Электронный ресурс] // Ф.М. Спиридонов, В.П. Зломанов; под ред. акад. Ю.Д. Третьякова. - М., 2000. - Режим доступа: http: //www.chem. msu.su/rus/teaching/spiridonov/welcome.html.

40. Виленский, Т. В. Динамика горения пылевидных топлив: (Исследования на электронных вычислительных машинах) / Т. В. Виленский, Д. М. Хзмалян; под ред. Д. М. Хзмаляна. - М.: Изд. «Энергия», 1978. - 248 с., ил.

41. Grenishin, A.S. Singlet oxygen generator of gas flowing type on base of porous fullerene-containing structures / A.S. Grenishin, I.V. Bagrov, I.M. Belousova, V.M. Kiselev, E.N. Sosnov // 14th Int. Conf. Laser Optics "L0-2010":Book of abstracts. June 2010, St. Petersburg, RF. P. 28.

42. Разумовский С.Д. Кислород - элементарные формы и свойства / С.Д. Разумовский/ - М.: Химия, 1979. 301 с.

43. Шинкаренко, Н. В. Синглетный кислород, методы получения и обнаружения / Н. В. Шинкаренко., В. Б. Алесковский // Успехи химии. -1981. - том № 50 (3). - С. 406-428.

44. Belousova, I.M. Conversion of solar energy to laser beam by fullereneoxygen-iodine laser / I.M. Belousova, O.B. Danilov, V.M. Kiselev, A.A Mak. // Proc. SPIE. 2011. V. 7822. P. 78220N-1.

45. Овчинников, М. Ю. Исследование кинетики и механизма генерации синглетного кислорода в реакции разложения диоксиранов, катализированной ионом хлора: автореферат дис. к.х.н. : 02.00.04 /. Овчинников Михаил Юрьевич. - Уфа: Изд. Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, 2010. - 24 с.

46. Халитова, Л. Р. Генерация синглетного кислорода при термолизе некоторых карбоциклических и кремнийорганических гидротриоксидов: автореферат дис. к.х.н. : 02.00.04 / Халитова Люция Римовна. - Уфа: Изд. Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, 2012. - 20 с.

47. Ионин А.А. / СиницынГенератор синглетного кислорода на основе щелевого высокочастотного разряда с поперечным потоком газа для электроразрядного кислород-йодного лазера // А.А. Ионин, Ю.М. Климачев, И.В. Кочетов, А.П. Напартович, О.А. Рулев, Л.В. Селезнев // (Препринт Физический ин-т им. П. Н. Лебедева (Москва); 14(2009)). - На рус. яз. - М. -2009. - 42 с.: ил.

48. Белоусов, В.П. Процессы генерации синглетного кислорода на основе фуллеренсодержащих сред. Часть 1. Фотодесорбция синглетного кислорода с фуллеренсодержащих поверхностей/ В.П. Белоусов, И.М. Белоусова, О.Б. Данилов, А.В. Ермаков, В.М. Киселев, И.М. Кисляков, Е.Н. Соснов // Квант. электрон. 2008. Т. 38. С. 280-285.

49. Багров, И.В.. Генератор синглетного кислорода газопроточного типа на базе пористых фуллеренсодержащих структур / И.В. Багров, И.М. Белоусова,

А.С. Гренишин, В.М. Киселев, И.М.Кисляков, Е.Н. Соснов // Опт. и спектр.

2012. Т. 112. № 6. С. 1009.

50. Nissen, M. K. Highly structured singlet oxygen hotoluminescence from crystalline С60 / M. K. Nissen, S. M. Wilson, M. L. W. hewalt // Phys. Rew. Lett. 1992. V. 69. P. 2423.

51. Денисов, В.Н. Влияние кислорода и длины волны возбуждения на фотолюминесценцию пленки фуллерена / В.Н. Денисов, Б.Н. Маврин, Ж. Руани, Р. Замбони, К. Талиани // ЖПС. 1992. Т. 57. С. 489.

52. Denisov, V.N. Oxygen effect on photoluminescence of fullerite C60 thin films / V.N. Denisov, B.N. Mavrin, A.A. Zachidov // Synthetic Metals. 1993. V. 56. P. 3119.

53. Гренишин, А. С. Достижения и проблемы фуллерен-кислород-йодного лазера / А. С. Гренишин, В. М. Киселев, И.М. Кисляков, А.Л. Павлова, Е.Н. Соснов // Опт. и спектр. 2010. Т. 108. C. 133.

54. Пономарев, А.Н. Перспективные конструкционные материалы и технологии, создаваемые с применением нанодисперсных фуллероидных систем / А.Н. Пономарев // Вопросы материаловедения. - 2001. - Т. 26, № 2. - С. 65.

55. Комохов, П.Г. Нанотехнология радиационностойкого бетона / П.Г. Комохов// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2006. - № 5(88). - С. 22-23.

56. Яковлев, Г.И. Поризованные фторангидритовые композиции с нанодисперсным армированием смесей / Г.И. Яковлев, Г.И. Плеханова, И.С. Маева, И.С. Макарова, Я. Керене, Г.Б. Фишер // Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения. Десятые Академические чтения РААСН. - М., 2006. -С. 477 - 480.

57. Fischer, J.E. Carbon nanotubes: a nanostructured material for energy storage / J.E. Fischer // Chemical Innovation. - 2000. - Vol. 30. - P. 21.

58. Раков, Э.Г. Химия и применение углеродных нанотрубок / Э.Г. Раков // Успехи химии. - 2001. - Т. 70. - C. 934.

59. Bemholc, J. Theory of growth and mechanical properties of nanotubes / J. Bernholc, C. Brabec, M. Buongiorno Nardelli, A. Maiti, C. Roland, B.I. Yakobson // Applied Physics Letters. - 1998. - Vol. 67. - P. 39.

60. Chesnokov, S.A. Mechanical energy storage in carbon nanotube springs / S.A. Chesnokov, V.A. Nalimova, A.G. Rinzler, R.E. Smalley, J.E. Fischer // Physics Review Letters. - 1999. - Vol. 82. - P. 343.

61. Агава, Е. Применение углеродных нанотрубок в технологии полупроводниковых приборов / Е. Агава, М. Оба, Я. Хаара, С. Амано и др. // Современные тенденции развития нанотехнологий и наноматериалов : сб. тр. междунар. конф. - Астрахань, 2007. - С. 46 - 54.

62. Krasnovsky, A. A. Singlet Molecular Oxygen in Photobiochemical Systems: IR Phosphorescence Studies. Membr. Cell Biology, 1998. - №12(5). - Р. 665-690.

63. Соловьева, А.Б. Фотосенсибилизированная генерация синглетного кислорода напыленными слоями тетрафенилпорфирина / А.Б.Соловьева, СЛ. Котова, П.С. Тимашев, С.А. Завьялов, Н.Н. Глаголев, Г.В. Встовский // Журнал физ. Химии, 2003, том.77, №1, сс. 104-112.

64. Turro, N.J. Photochemistry of Some Deoxybenzoins in Micellar Solutions. Cage Effects, Isotope Effects and Magnetic Field Effects / N.J. Turro, Chow Ming-Fea, R. J. Rigaudy // Am. Chem. Soc., 103, 7218 (1981).

65. Denisov, V. N. Effect of oxygen and the excitation wavelength on photoluminescence of fullerene film/ V. N. Denisov, B. N. Mavrin [et al] // Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, v.57, p.489 (1992).

66. Kodimova, J. Advanced spray generator of singlet oxygen / J. Kodimova, О. Spalek, S. Lunak, L. Juha, V Hamplova // Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., 2767, 245 (1996).

67. Chen, R.J.Molecular photodesorption from single-walled carbon nanotubes / R.J. Chen, N.R. Franklin, J. Kong, J. Cao, T.W. Tombler, Y. Zhang, H. Dai // Appl. Phys. Lett., 79, 2258 (2001).

68. Данилов, О.Б. Исследования генерации синглетного кислорода с помощью оптически возбужденных фуллеренов/ О.Б. Данилов, И.М. Белоусова,

A.А. Мак [и др.] //Оптика и спектроскопия, 2003, т.95, №6, сс.891-901.

69. Багров, И.В. Процессы генерации синглетного кислорода в фуллеренсодержащих средах. 2. Фуллеренсодержащие растворы / И.В. Багров, И.М. Белоусова, А.С. Гренишин, О.Б. Данилов, А.В. Ермаков,

B.М. Киселев, И.М. Кисляков, Т.Д. Муравьева, Е.Н. Соснов// Квант. электроника, 2008, 38 (3), 286-293.

70. Белоусова, И.М. Процессы генерации синглетного кислорода в фуллеренсодержащих средах. 1. Фотодесорбция синглетного кислорода с фуллеренсодержащих поверхностей / И.М. Белоусова, В.П. Белоусов, О.Б. Данилов, А.В. Ермаков, В.М. Киселев, И.М. Кисляков, Е.Н. Соснов// Квант. электроника, 2008, 38 (3), 280-285.

71. Пат. 2310023 Российская Федерация, МПК7 D 01 F 9/10. Реактор для получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом / Ткачев А.Г., Мищенко С.В., Артемов В.Н. - 2005124576/12; заявл. 03.08.05; опубл. 10.11.07, Бюл. № 31.

72. Ткачев, А.Г. Углеродный наноматериал "Таунит" - структура, свойства, производство и применения / А.Г. Ткачев // Перспективные материалы. -2007. - № 3. - С. 5 - 9.

73. Пат. 2296827 Российская Федерация, МПК7 D 01 F 9/127, D 01 F 9/133. Способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом / Ткачев А.Г., Мищенко С.В., Артемов В.Н. - 2005124577/04; заявл. 03.08.05; опубл. 10.04.07, Бюл. № 10.

74. Померанцев, В. В. Основы практической теории горения: Учебное пособие для вузов/ В. В. Померанцев, К. М. Арефьев, Д. Б. Ахмедов и др.; Под ред. В. В. Померанцева . 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986.— 312 с: ил.

75. Хзмалян, Д. М. Теория горения и топочные устройства / Д. М. Хзмалян, Я. А. Каган. - М.: Изд-во «Энергия», 1976. - 448 с., ил.

76. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). Изд. 3-е, перераб. и доп.: Изд-во НПО ЦКТИ, СПб, 1998. - 256 с., ил.

77. Третьяков, В.М. Лабораторное исследование динамики воспламенения и выгорания пылеугольной аэровзвеси / В.М. Третьяков // - Изд. ВТИ, 1947, с. 29 - 31.

78. Третьяков, В.М. Процесс выделения летучих при нагревании угольной пыли во взвешенном состоянии / В.М.Третьяков // Изд . ВТИ, 1948, No 6, с. 18 - 19.

79. Третьяков, В.М. Исследование условий воспламенения аэровзвеси ископаемых углей / В.М. Третьяков // Изд. ВТИ, 1951, No 8, с. 11 - 13.

80. Третьяков, В.М. Исследование горения пылеугольной аэровзвеси при повышенных давлениях / В.М. Третьяков // Теплоэнергетика. 1955. No 10, с. 34 - 45.

81. Omory, J. Effect of Pressure on the Combustion of pulverized coal / Omory J., Orning A. // Transaction of the ASME, 1950, No 5, p. 591-599.

82. Кацнельсон Б.Д. Горение угольной пыли под давлением. - ЦКТИ, 1954, кн. 26, с. 35-43.

83. Кацнельсон, Б.Д. О воспламенении и горении угольной пыли / Б.Д. Кацнельсон, И.Я. Мароне // Теплоэнергетика, 1961, No 1, с. 300-35.

84. Кацнельсон, Б.Д. Влияние давления и концентрации кислорода на воспламенение и горение мелких угольных частиц / Б.Д. Кацнельсон, И.Я. Мароне // Теплоэнергетика, 1964, No 1, с. 11-15.

85. Кацнельсон, Б.Д. Исследование горения частиц и факела твердых топлив на лабораторных установках / Б.Д. Кацнельсон // В кн.: Третье Всесоюзное совещание по теории горения, т. 2, М.: Изд-во ДН СССР, 1960, с. 115-122.

86. Кацнельсон, Б.Д. Исследование воспламенения и горения мелких частиц твердого топлива / Б.Д. Кацнельсон, И.Я. Мароне // Горение твердого топлива. - Материалы III Всесоюзной конференции. Новосибирск: Наука, 1969, с. 203-212.

S7. Предводителев, А.С. Горение углерода / А.С. Предводителев, Л.Н. Хитрин, А. Цуханова, Х.П. Колодцев, М.К. Гроздовский.- М.: Изд-во АН СССР.-1949.-400 с.

SS. Головина, Е.С. Высокотемпературное горение и газификация углерода / Е.С. Головина - М.: Энергоатомиздат, 1983, 173 с.

S9. Кочережко, А.Н. Рабочие процессы (горение и аэродинамика) циклонных топок с твердым золоудалением.-Автореф. ис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук.-Киев, 1963.-30 с.

90. Essenhigh R. Н. - Journal of Engineering of Power, 19б3. - p 1S3 - 190.

91. Essenhigh R. H. - Journal of the Inst. Of Fuel, 19б1, v. 34. - p. 239 - 244.

92. Carabogdan, J. Revue Romaine des sciences techniques / Carabogdan J. // Ser. Electrotechnicul et Energetique, 19б5, v 10. - p. 3б1 - 37б;19бб, v. 11. - p. 3S9 -402; 19б7, v.12. - p 279 - 2S9.

93. Shibaoka, M. On investigation of the combustion processes оf single coal particles / M. Shibaoka // Journal of the Inst. Of Fuel, 19б9, No 42. - p. 59-бб.

94. Меметов, Н.Р. Перспективы промышленного синтеза углеродных нановолокон каталитическим пиролизом углеводородов / Н.Р. Меметов, А.А. Пасько, А.Г. Ткачев // Сб. трудов VII Международной научной конференции "Теоретические и экспериментальные основы создания новых высокоэффективных процессов и оборудования".- Иваново, 2005. - с. 213-21б.

95. Ткачев, А.Г. Углеродные наноматериалы "Таунит": исследование, производство, применение / А.Г. Ткачев, С.Мищенко, В.Негров, Н.Меметов, А.Пасько, С.Блинов, Д.Турлаков // Нанотехника, 2006. - №2. - с. 17-21.

96. Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева Изд. 2-е, стереотип. М., «Энергия», 1977. 344 с с ил.

97. Григорьев, К.А. Технология сжигания органических топлив / К.А. Григорьев - СП: Политехнический университет, 2006. - 93с.

98. Дорощук, В. Е. Котельные и турбинные установки энергоблоков мощностью 500 и 800 МВт. Создание и освоение. ... Создание и освоение / Ред. В. Е. Дорощук, В. Б. Рубин . - М. : Энергия, 1979 . - 680 с.

99. Pushpan, S. K. Inverted porphyrins and expanded porphyrins: An overview / S. K. Pushpan, S. Venkatraman, V. G. Anand, J. Sankar, H. Rath, T. K. Chandrashekar //Journal of Chemical Sciences, August 2002, Volume 114, Issue 4, pp 311-338.

100. Штегман, А.В. Аспекты использования кислорода при сжигании низкореакционных углей в котлах с жидким шлакоудалением// Modern science. 2011. - №3(8) - С. 89-92.

Приложение А -

Листинг программы математического моделирования процесса выгорания

частицы низкореакционного угля

(рекомендуемое)

Горение горючих летучих веществ.

Теплота сгорания летучих, кДж/кг:

Ол •= QHP - QK • (1 - Wp - Ар) • (1 - Угл) = 9099 х 1q4 (1 - Wp - Ар) • Угл

Константа скорости выхода летучих,1/с:

- Евл

авл •= R0вл • e RTr = 56.306

Динамика выхода горючих летучих прогретой частицы:

Given |

— Увл(х) = (Угл - Увл(х)) • авл

dx

Увл(0) = 0

Увл •= Odesolve (x , 180, 10000)

•= 0, 1.. 120

л := 0, 0.01.. 3

0.05

u W 0.04

u- w 0.04

¡*т

s (Г 0.03

РГ \/вл(тл)

<Ц ч 0.02

ч

о

0.01

И 0

0

Увл(х л)

0

0.0157

0.0273

0.033

0.0357

0.0376

0.0387

0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 тл 1

Время, сек

Константа скорости сгорания горючих летучих с молекулярным и сиинглетным кислородом,1/с:

- в молекулярном кислороде - в синглетном кислороде

x

- Eon RTr

- E'on RTr

Динамика горения летучих, сек: - в молекулярном кислороде

- в синглетном кислороде

Given

d

— ^л(т) = ^вл(т) - ^л(т)) • aсл

йт

Мсл(0) = 0

Усл := СйеБоК/е (т , 120)

Графическое решение:

Given

d

— Von(x) = (VBn(x) - Von(x)) • a'on

dx

V сл(0) = 0

Von := Odesolve (x , 120)

Von(x n) = Von(x n)

0

1.474 10-4

2.949 10-4

4.43 10 -4

5.917 10-4

7.413 10-4

8.921 10-4

0

8.7977 10-4

1.7587 10-3

2.6361 10-3

3.511 10-3

4.3826 10-3

5.2502 10-3

u И

t: и

оТ К F

(U

ч

<u К

3 и

(U

a

в

о

\/сл(тл) V'on(r n)

1 2 n

Время, сек

Горение коксового остатка.

Энергии активации окисления углерода до СО2 и восстановления двуокиси углерода, Дж/моль:

- с молекулярным кислородом: Е2 := 1.1 • Е1 Е21 := 2.2 • Е1

- с синглетным кислородом: E'2 := 1.1 • E1 ok E'21 := 2.2 • E1

Предэкспоненциальные коэффициенты первичных и вторичных реакций, вычисленные по зависимости Шестакова:

0

3

- с молекулярным кислородом:

- с синглетным кислородом:

:= 100210" Е1+2 = 6.3096 х 104

Р01 := 1002'10" 'Е1ск+2 = 824.138

Р02 := 100210" Е2+2 = 1.2023 х 105

□ „п02-10 -Е21+2 „ „п8

Ро21 := 10 = 1.4454 х 10

Р012 := 7.05 • 10

6

К02 := 1002-10" •(11^Е1ск) +2 = 1.0177 х 103

Р021 := Р021

Р012 := 8.05 • 10

6

Константы скоростей поверхностных реакций окисления углерода до СО, СО2 и реакций в объеме восстановления СО2 и горения СО , 1/с:

- с молекулярным кислородом:

- Е1

а1 := Р01 • е РТг = 1.9229 х 10" 3

" Е2

а2 := Р02• е РТг = 6.4915 х 10" 4

- с синглетным кислородом:

а'1 := К 01 • е

" Е1ск РТг

= 2.8654

" Е'2

а'2 := Р02 • еРТг = 2.0086

" Е21

а21 := Р021 • е РТг = 4.214 х 10 9

а

21 := а21

" Е12

/12 := Р0120 КТг = 47.667^55

'12 := Р012 • е

" Е12 РТг

54.4289

Суммарная константа скорости потребления кислорода по реакциям (1) и (2) полного и неполного горения углерода, 1/с:

- с молекулярным кислородом:

а := е • а I + а,

1 +а2 = 2.9758 х 10

- 3

- с синглетным кислородом: а' := е • а'1 + а'2 = 5.4757

V

Тепловые эффекты реакций горения углерода до СО, СО2 и восстановления СО2, приведенные к 1 кг О2, кДж/кгО2:

0-1-1000 3 02 ■ Ю00 4 0'1 := —1- = 6.859 х 103 0'2 := —- = 1.234 х 104

32

32

(012 ■ 1000 4 021 ■ 1000 3 0:12 := —- = 1.784 х 104 0'21 := —- = -5.484 х 103

32

л

Коэффициент диффузии, Б, м/с:

32

О :=

при 00 ■

- 4

00 := 0.184 ■ 10 4 т0 := 1.75

С Тг л т0

V 273 У

= 1.7011 х 10

- 4

Определение области выгорания в газовой среде:

с молекулярным кислородом

с синглетным кислородом

Коэффициент массоотдачи (диффузионного обмена):

юМ ) :=

'оМ ) =

М1и(т1 ) ■ О 8 (т1)

0.15886

0.15886

^'й^1 ск) : а'р(г1 ск)

МЫ (т1 ск) ■ О

8ск(т1 ск)

0.15886

0.15887

Диффузионно-химические критерии подобия М:

М1(х1 ) :=

)

М12(т1 ) :=

х2

)

МТ1(.1 ) :=

х'1

ЪЫ)

Ы'2(т1 ) :=

'йЫ )

Так как имеет место следующее неравенство №+N2 < 0,1, то горение протекает в кинетической области.

Так как имеет место следующее неравенство Ш+№>0,1, то горение протекает в диффузионной области.

Для определения схемы выгорания оценим влияние догорания СО у поверхности частицы с помощью критерия Семенова:

1

а

а

Бе(т1 ) :=

/12 • О *Р(т1 )

Бе(т1 ) =

0.22593

0.22593

Бе' (т1 ск)

0.2414

0.2414

Так как Se < 0,4 выгорание протекает по схеме с негорящим пограничным слоем.

Так как Se < 0,4 выгорание протекает по схеме с негорящим пограничным слоем, близкой к промежуточной схеме.

Динамика изменение размера коксового остатка по мере его выгорания.

Динамика изменения размера кокса при горении, как в среде с молекулярным 5ск(г1), мм, так и синглетным кислородом дск(г1), мм, определяется по дифференциальному уравнению с подстановкой соответствующих значений:

так := 120

Given

dxs

■ S (xS ) = -

24

32 • p к

(2 • e • a1 + a2 )

+ a21

С0 •

С 0 •

x21 +

LV

2D

S (xS )

/12 • D

2D - v12 • D •D2!

S (xS )

-С20 •

°21

/12 • D

a +

2D

S (xS),

(a + a 1 ) • v12 • D + a2 •

a21 +

2D

S (xS )_

2D

S (xS )

/

/12 • D •

/

a v a1 -

x21

+ С20 •

f

a +

LV

V 2D

S(xS ),

/

/12 • D +

2D

S (xS ) 2D

S(xS ),

+ a1 • v12 • D

a +

2D

S(xS ),

x21 +

2D

S(xS ),

+ v12 • D •

a + a1 -

21

2D

V s S (xS ) y_

273 Tr

S (0) = 80

s := Odesolve (xS ,xSK )

AW x ' '

x1 := 0,1.. 120

x1 ok := 0,1.. 120

s

s

s

0.013

Э

<

I б.ск(т1) 8 _

| 5(т1)

1т1 -

а

<и

0.012

0.0125 0.012475 0.01245 0.012425 0.0124 0.012375 0.01235

0 0

24

48 72

1

Время, сек

96 120 120

8(.1 ) = 8ск(т1 ск

0.013 0.013

0.012 0.012

0.012 0.012

0.012 0.012

0.012 0.012