Разработка вихревых низкотемпературных топок и технологических схем огневой утилизации растительных отходов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Щуренко, Валерий Петрович

• Щуренко, Валерий Петрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Щуренко, Валерий Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

1 ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ОГНЕВОЙ УТИЛИЗАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ.

1.1 Киотский протокол и перспективы использования биотоплив.

1.2 Характеристики древесных отходов.

1.3 Бытовые отходы.

1.4 Растительные отходы и лузга.

1.5 Котлы для сжигания растительных отходов.

1.6 Выбор схемы топочного процесса.

1.7 Выводы к главе 1.

2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И МОДЕЛИРОВАНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ВИХРЕВЫХ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ.

2.1 Технологические схемы организации сжигания растительных отходов

2.2 Моделирование аэродинамики вихревых топок.

2.2.1 Вихревые топки с горизонтальной осью вращения.

2.2.2 Вихревые топки с вертикальной осью вращения.

2.2.3 Радиальные вихревые топки.

2.3 Расчет теплообмена в вихревых топках.

2.4 Выводы к главе 2.

3 ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ВИХРЕВЫХ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОГНЕВОЙ УТИЛИЗАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ.

3.1 Опыт промышленного применения.

3.2 Возможность применение ВНТ для других отходов.

3.3 Рекомендации по проектированию.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка вихревых низкотемпературных топок и технологических схем огневой утилизации растительных отходов»

Актуальность темы. В настоящее время в малой энергетике для теплоснабжения производственных площадей и зданий, получения горячей воды, и технологического пара применяются паровые и водогрейные котлы, использующие дорогостоящие энергетические топлива: каменный уголь, мазут, природный газ. В тоже время на предприятиях деревообрабатывающей и сельхозперерабатывающей промышленности скапливаются отходы производства в виде древесной щепы, опилок, обрезков, стружки, подсолнечной, гречневой лузги и т.п. Использование технологии сжигания низкосортного, бросового топлива, состоящего из отходов производства, сочетающей в себе высокую эффективность и экологичность, стало бы ключом решения этой задачи.

Из высокоэффективных способов сжигания отходов растительного происхождения перспективна циклонно-вихревая технология, как при создании новых котельных установок, так и при модернизации паровых и водогрейных котлов с установкой низкотемпературных вихревых топок. При этом решаются экологические проблемы и утилизации отходов, снижается себестоимость выпускаемой продукции.

В диссертационной работе проведены исследования на холодных моделях вихревых низкотемпературных топок для сжигания отходов растительного происхождения, рассмотрены технологические схемы и приведен обзор опыта эксплуатации котлов с топочными устройствами данного типа.

Цель работы заключается в разработке технологических схем и топок для вихревого низкотемпературного сжигания отходов растительного происхождения, пригодных для создания нового и модернизации существующего котельно-топочного оборудования, включая их аэродинамическое моделирование и корректировку методик инженерного расчета по результатам промышленных испытаний.

Научная новизна. Предложены три основные технологические схемы, обеспечивающие в низкотемпературном режиме организацию сжигания отходов растительного происхождения в вихревых топках. Путем аэродинамического моделирования установлены оптимальные геометрические профили вихревых низкотемпературных топок, которые могут встраиваться топочные объемы котлов. С учетом опыта промышленной эксплуатации котлов разработаны рекомендации по проектированию котлов с вихревыми низкотемпературными топками.

Защищаемые положения:

- технологические схемы вихревых низкотемпературных топок;

- результаты аэродинамических исследований вихревых низкотемпературных топок различной геометрии;

- рекомендации для проектирования вихревых низкотемпературных топок.

Практическая ценность. Разработаны и обоснованы три основные технологические схемы утилизации растительных отходов путем сжигания в котельных установках малой и средней мощности с топками вихревого типа. Результаты работы были использованы в НИЦ ПО «Бийскэнергомаш», ЗАО ПО «Бийсэнергомаш», ОАО «Бийский котельный завод», ООО «БКЗ - Энер-горемсервис», ЗАО НПП «Экоэнергомаш» и в ряде других организаций и предприятий при разработке рабочих проектов новых котлов и реконструкциях существующих котельных установок промышленной и коммунальной энергетики. Практическая ценность подтверждена успешной эксплуатацией более 30-ти котлов с вихревыми низкотемпературными топками.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах различного уровня: региональном семинаре «Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, сжигающих отходы и мусор» (г. Новосибирск, 1999), V научно-практической конференции «Теплоисточник в коммунальной энергетике: проблемы эксплуатации и применение новых технологий при реконструкции» (Иркутск, 2003), научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и энергобезопасности в Сибири» (г. Барнаул, 2003); III семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике (г. Барнаул, 2003).

Личный вклад автора заключается:

- в разработке и сравнительном анализе технологически схем низкотемпературного сжигания растительных отходов;

- создании холодных аэродинамических моделей вихревых топок, разработке методик и проведении экспериментов по их оптимизации;

- обобщения опыта практического применения низкотемпературных вихревых топок для утилизации различных типов отходов и разработке на этой основе рекомендаций по тепловому расчету и проектированию топочных устройств.

Публикации. По результатам диссертационной исследования опубликовано 17 печатных работ, включая авторские свидетельства и патенты.

Структура и объем и диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 82 источников. Общий объем диссертационной работы 147 страниц, включающих, 58 рисунков и 7 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Щуренко, Валерий Петрович

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Проведен сравнительный анализ различных способов организации вихревого низкотемпературного топочного процесса (850-1050°С), предложены три основные технологические схемы его реализации. Показана наибольшая эффективность использования экранирования топки и рециркуляции дымовых газов.

2. Путем аэродинамического моделирования определены оптимизированные профили вихревых низкотемпературных топок с активной аэродинамической обстановкой, пригодные для встраивания в топочные объемы котлов (обладающие отсутствием сложных элементов типа отбойного конуса).

3. Экспериментальным моделированием (Яе' до 20000 для частиц) определены поля скоростей и коэффициенты аэродинамического сопротивления, выявлены условия увеличения критической загруженности частицами объема вихревой топки (в 10-20 раз). Найдены оптимальные геометрические параметры топки и точек ввода дутья.

4. Опыт промышленного применения показал, что предложенные топки являются новой высокоэффективной научно-технической разработкой (защищенной авторскими свидетельствами и патентами). Данные топки также пригодны для сжигания широкого круга отходов, включая бытовые. Для сжигания лузги и древесных отходов поставлено и реконструировано более 30 котлов в различных регионах России.

5. При испытаниях и эксплуатации новых и реконструированных котлов было показано, что предложенная низкотемпературная технологическая схема позволяет организовать сжигание таких растительных отходов, как лузга подсолнечника без формирования мощных натрубных отложений, препятствующих работе котла.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Щуренко, Валерий Петрович, 2004 год

1. Федеральный закон Российской Федерации от 10 января 2002 г. №7-ФЗ «Об охране окружающей среды». // «Российская газета» 12 января 2002 г, №6 (2874).

2. Экономика в электроэнергетике и энергосбережение посредством рационального использования электротехнологий. —

3. СП.: Энергоатомиздат, 1998. — 368 с.

4. Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов. Опыт и практика. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 208 с.

5. Hornitex mit neuem Energiekonzept. // Bauen Holz. 2001. 103, №3, p.69.

6. Гелетуха Г.Г., Железная T.A. Обзор современных технологий сжигания древесины с целью выработки тепла и электроэнергии. // Экотехнология и ресурсосбережение. 1995. № 5. — с. 3-12, № 6. — с. 3-13.

7. Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. — М.: Энергоатомиздат, 1996. — 352 с.

8. Daradimos е.а. VGB Kraftwerkstehnick. 1987. №5.

9. Рябов Г.А., Толчинский E.H. и др. Применение котлов ЦКС для замены устаревших пылеугольных котлов. // Теплоэнергетика. 2000. №8. — с. 14-19.

10. Gustavsson L., Lechner В. Reduction of Emissions from Fluidized Bed Boilers trough Gas Injection. // IEA Technical Meeting. Belgrade. Nov., 1990. — 47 p.

11. Белосельский Б.С., Соляков B.K. Энергетическое топлив. — M.: Энергия,, 1980. — 168 с.

12. Белосельский B.C., Барышев В.И. Низкосортные энергетические топлива. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 136 с.

13. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). — М.: Энергия, 1973. —295 с.

14. Котлер В.Р., Саламов A.A. Использование горючих отходов в качестве топлива. // Котельные установки. Водоподготовка. / Итоги науки и техники — М.: ВИНИТИ, 1983. — 214 с.

15. Waste to Energy — using fluidized bed technology. // Рекламный проспект фирмы "Kvaemer Enviro Power" (Швеция, США, Англия), 1996. — p.8.

16. Беньямовский Д.H. Термические методы обезвреживания ТБО.— М.: Стройиздат, 1979. — 192 с.

17. Левин Б.И. Использование ТБО в системах энергоснабжения.— М.: Энергоиздат, 1982. — 224 с.

18. Накоряков В.Е., Алексеенко C.B., Басин A.C., Попов A.B., Багрянцев Г.И. Комплексные районные тепловые станции. Концепция. — Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 1996. — 15 с.

19. Семнадцатое предписание для исполнения Закона ФРГ о защите окружающей среды от вредных воздействий (предписание — 17 BimSchV) от 23 ноября 1990 г.— Бонн, 1990. — 20 с.

20. Вишаренко B.C., Толоконцев H.A. Экологические проблемы городов и здоровье человека. — Л.:3нание, 1982. —32 с.

21. Bauer V. Сжигание вместо свалок // Pap. Osterr. 1992. No.l 1. — p. 3-4. Лифшиц A.B. Современная практика управления твердыми бытовыми отходами // Чистый город. 1999. №1(5). — с. 2-14.

22. Biological and thermal waste treatment expected to grow // Eur. Power. News. 1997. vol.22, No.10 — p.4.

23. Букин В.Д. и др., Технический проект опытного образца котла Е-10-14-25ДВ с топкой для сжигания лузги. Отчет НПО ЦКТИ. — С-П.: НПО ЦКТИ 1991. —245 с.

24. Померанцев B.B. Топки скоростного горения для древесного топлива. — Л.: Машгиз, 1948.

25. Пузырев Е.М., Лейкам А.Э., Щуренко В.П. Разработка топочных устройств и котлов производительностью 2,5-25 т/ч с вихревой топкой для сжигания лузги и растительных отходов. Отчет по НИР. Инв. №12-НИР

26. Барнаул: НИЦ ПО БЭМ, 1997.

27. Кнорре Г.Ф. и др. Теория топочных процессов. — М-Л.: Энергия, 1966.491 с.

28. Калишевский Л.А., Кацнельсон В.Д, Кнорре Г.Ф. и др. Циклонные топки. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958 — 216 с.

29. Вулис Л.А., Устименко Б.П. К Вопросу об аэродинамической схеме потока в циклонной топке при горении. // Труды МВТУ. 1955. №56.

30. Вулис Л.А., Устименко Б.П. Овлиянии неизотермического поля на аэродинамику потока в циклонной топочной камере. // Теплоэнергетика. 1956. №6.

31. Штым А.Н. Аэродинамика циклонно-вихревых камер. Владивосток.: Изд-во ДВГУ, 1985. — 199 с.

32. Маршак Ю.Л. Топочные устройства с вертикальными циклоннымипед-топками. М.: Энергия, 1966. —320 с.

33. Отс A.A. Процессы в парогенераторах при сжигании сланцев и канско-ачинских углей. М.: Энергия, 1977. — 312 с.

34. Померанцев В.В., Арефьев K.M., Ахмедов Д.Б. и др. Основы практической теории горения. — Л.: Энергоатомиздат, 1986. — 312 с.

35. Рундыгин Ю.А. Низкотемпературное сжигание сланцев. — Л.: Энергоатомиздат, 1987. — 104 с.

36. Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. — М.: Энергоатомиздат, 1990.— 104 с.

37. Справочник по пыле- и золоулавливанию. / Под общ. ред. Русанова A.A.1. М.: Энергия, 1975.

38. Сабуров Э.Н., Карпов C.B., Осташев С.И. Теплообмен и аэродинамика закрученного потока в циклонных устройствах. — Ленинград: Изд-во Ленингр. ун-та, 1989. — 276 с.

39. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. — М.: Мир, 1987. — 588 с.

40. Смульский И.И. Аэродинамика и процессы в вихревых камерах. — Новосибирск: ВО Наука, 1992. — 301 с.

41. Алексеенко C.B. Аэродинамические эффекты в энергетике. Препринт 216-90. — Новосибирск: Изд. ИТФ. — 58 с.

42. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Циклонная топка. Патент РФ. №2105239. 20.02.98. Бюл. № 5.

43. Пузырев Е.М., Шарапов М.А, Щуренко В.П. Устройство для сжигания твердого топлива. Патент РФ № 2126113. 10.02.99. Бюл. № 4.

44. Пузырев Е.М., Щуренко В.П., Щербаков Ф.В. Вихревая топка. Патент РФ № 2126932. 27.02.99. Бюл. № 6.

45. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Способ сжигания измельченного топлива и циклонный предтопок котла. Патент РФ.№ 2127399. 10.03.99. Бюл. №7.

46. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Вихревая камера сгорания. Патент РФ №2132512. 27.06.99. Бюл. № 18.

47. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Золоуловитель. Патент РФ №2186610. 10.08.2002. Бюл. № 12.

48. Пузырев Е.М., Шарапов М.А, Скрябин А.А., Щуренко В.П. Способ подачи вторичного дутья и топочное устройство (варианты). Патент РФ №2230980. 20.06.2004. Бюл. № 17.

49. Пузырев Е.М., Щуренко В.П., Сеначин П.К. Моделирование и разработка низкотемпературных топочных устройств. // III семинар вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике: Тезисы докладов

50. Алт. гос. техн. ун-т, сентябрь 2003. — Новосибирск: Изд-во ИТФ СО РАН, 2003. —с. 59.

51. Пузырев Е.М., Щуренко В.П., Сеначин П.К. Моделирование и разработка низкотемпературных вихревых топочных устройств. // Ползуновский вестник. 2004. №1. —с. 151-155.

52. Кутателадзе С.С., Волчков Э.П., Терехов В.И. Аэродинамика и тепломассообмен в ограниченных вихревых потоках. — Новосибирск: Ин-т. теплофизики СО АН СССР, 1987. — 282 с.

53. Die Biomasse Kompetenz der Austrian Energy am Beispeil "SICET". Kommunalwirtschaft. 2000. №9. — c. 486-488.

54. Седельковский Л.Н., Юрнев B.H. Котельные установки промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1980. — 528 с.

55. Анискин В.И., Голубкович A.B. Перспективы использования растительных отходов в качестве топлива. // Теплоэнергетика. 2004. №5.— с. 6065.

56. Панцхава Е.С. Биоэнергетика. Расширенные перспективы. // Теплоэнергетика. 2004. №6. — с. 77-80.

57. Анискин В.И., Голубкович A.B., Сотников В.И. Сжигание растительных отходов в псевдоожиженном слое. // Теплоэнергетика. 2004. №6. — с. 60-63.

58. Анискин В.И., Голубкович A.B., Курбанов К.К. Использование растительных материалов в качестве биотоплива для теплогенераторов // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 1977. №5.

59. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. Основные этапы совершенствования способов сжигания твердых топлив и их наиболее перспективные современные направления. // Теплоэнергетика. 2003. №12. — с. 42-45.

60. Бушуев В.В., Троицкий A.A. Энергетическая стратегия России и экономика страны. // Теплоэнергетика. 2004. №1. — с. 21-27.

61. Фаворский О.Н., Асланян Г.С., Доброхотов В.И. Проблемы, стоящие перед энергетическим сектором страны. // Теплоэнергетика. 2004. №1. — с. 28-32.

62. Пузырев Е.М., Щуренко В.П., Шарапов М.А., Шарапов A.M. Опыт применения котлов с вихревыми топками для утилизации растительных отходов. // Ползуновский вестник. 2004. №1. — с. 138-142.

63. Директор ¿Энергоремсервис» осьп Чебитько В.И. УлУЛ^ 2004 г.рждлю»1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы В.П. Щуренко «Разработка вихревых низкотемпературных тонок и технологических схем огневой утилизации растительных отходов»

64. Вторая реконструкция была произведена в котле КЕ-10-14-225 для утилизации аналогичных отходов на предприятии ОАО «Агростойконструкция», г. Вологда.

65. Испытания показали, что требуемые для. надежного обезвреживания: уровни температур, равномерность параметров в топке легко выдерживаются, в том числе, благодаря оригинальной системе подачи острого дутья.

66. Разработанная вихревая топка обеспечивает полное выжигание и обезвреживание, трубный пучок не'забивается отложениями. Использование в топке колосника допускает сжигание кусковых древесных отходов и угля.