Аннотированный отчет НИР по ГК П245
Наименование проекта: «Исследование эффективности сжигания низкореакционного твердого топлива в котлах ТЭС и разработка способа интенсификации процессов его воспламенения и горения»
Руководитель: .
Сроки выполнения: 23.04.2010 г. - 04.08.2011 г.
Объем финансирования: 700 000 руб. (бюджет).
Актуальность
Существовавший в стране перекос цен на энергоресурсы, связанный с дешевизной газа затормозил освоение эффективного энергетического оборудования на твердом топливе с высокими технико-экономическими и экологическими параметрами, которые во всем мире признаны перспективными. Как следствие, в этом направлении Россия существенно отстала от развитых стран.
Основные трудности на энергоблоках ГРЭС, сжигающих твердое низкореакционное топливо, наступают при изменении нагрузок, причем появляются они в работе котла. Если работу котельного агрегата условно разделить на работу двух параллельных систем: пароводяного тракта и системы горения, то первая не создает серьезных проблем при изменении паропроизводительности и параметров пара. Система производства пара позволяет без проблем снижать нагрузку котла до 20 - 25 % от номинальной. Наибольшие трудности в регулировании нагрузки котла появляются в системе сжигания топлива. Имеют место случаи, когда при снижении нагрузки более чем на 25% от номинальной происходило резкое увеличение недожога топлива и даже погасание пламени.
В целях улучшения воспламенения и стабилизации горения пылеугольного факела на электростанциях вынуждены применять «подсветку» дополнительным, более реакционным топливом – природным газом или мазутом. На пример, при сжигании антрацитового штыба с содержание горючих летучих 4-7 %, приходится добавлять до 10 % природного газа или мазута, что усложняет рабочие процессы, увеличивает топливные затраты и, в итоге, приводит к увеличению себестоимости электроэнергии примерно на 5%. В таких условиях мазут или газ становится не дополнительным, а по сути вторым, основным, топливом.
Всё более возрастающие цены на газ и мазут, проблемы хранения и эксплуатации на тепловых станциях мазута, особенно в зимнее время, привели к тому, что их доля при розжиге и стабилизации горения пылеугольного факела на угольных котлах энергосистем продолжает сокращаться за счет применения различных способов его замещения. Однако для многих ТЭС, в частности работающих на основном низкосортном топливе типа АШ, с низким выходом горючих летучих веществ, проблема его замещения остается актуальной.
Цели и задачи исследования
Целью данного проекта является разработка нового способа интенсификации процессов воспламенения и горения твердого топлива при использовании углеродных наноактиваторов.
Для достижения поставленной цели в проекте планируется решение ряда следующих задач:
– исследование эффективности сжигания низкореакционного твердого топлива в котлах ТЭС, которое в свою очередь включает в себя аналитический обзор по тематике проекта,
– выбор и обоснование оптимального варианта направления исследований и патентные исследования;
– разработка плана проведения экспериментальных и теоретических исследований;
– теоретические исследования, разработка математической модели воспламенения и горения твердого топлива,
– разработка программы и методики экспериментальных исследований, проведение экспериментальных исследований;
– анализ и обобщение результатов.
Методы реализации
При выполнении НИР по интенсификации процессов воспламенения и горения твердого топлива при использовании углеродных наноактиваторов коллектив руководствовался требованиями действующих ГОСТов и других нормативных документов (ТУ, СНиПов, технологических инструкций).
При проведении экспериментальных исследований эффективности горения низкореакционного твердого топлива использовано следующее оборудование:
– экспериментальная лабораторная установка на основе камерной высокотемпературной электропечи ПЛ/15(16) с двухканальным измерителем-регулятором и интерфейсом RS-485 «ОВЕН ТРМ202», для контроля и регулирования температуры в электропечи;
– установка постоянного дутья, обеспечивающая подачу необходимого количества воздуха для полного выгорания проб топлива;
– анализатор размера частиц «Microtrac», для определения гранулометрического состава частиц твердого топлива,
– сканирующий электронный микроскоп «Quanta 200» c приставкой для рентгеновского энергодисперсного микроанализа «Edax Ginesis», с помощью которого будет выполнен морфологический анализ и анализ на элементный состав образцов топлив.
– аналитические весы с интерфейсом RS-232C, дискретностью отсчета 0,1 мг, необходимых для взвешивания экспериментальных проб топлива.
При выполнении математической обработки результатов исследований было использовано современное программное обеспечение и электронно-вычислительная техника, что позволило увеличить скорость проведения экспериментальных работ за счет оптимизации обработки результатов.
Результаты выполнения НИР
В результате выполнения НИР по теме «Исследование эффективности сжигания низкореакционного твердого топлива в котлах ТЭС и разработка способа интенсификации процессов его воспламенения и горения», были получены результаты следующего содержания:
– разработана программа и методика выполнения экспериментальных исследований по сжиганию твердого низкореакционного топлива (уголь АШ) в потоке воздуха с активированным окислителем;
– разработана программа и методика подготовки и проведения экспериментальных исследований, позволяющей планировать последовательность операций и проводить экспериментальные исследования по сжиганию образцов пылеугольной смеси и получать практические результаты, в частности динамические показатели, характеризующие влияние синглетного кислорода на воспламенение и горение;
– в результате теоретических и экспериментальных исследований была разработана и откорректирована математическая модель процесса горения пылеугольного топлива в потоке воздуха с активированным окислителем путем ввода корреляционных коэффициентов;
– разработан способ интенсификации процесса сжигания твердого низкореакционного топлива ТЭС, позволяющий влиять на динамику и полноту его сжигания в котлах тепловых электростанций;
– выработаны рекомендации по прикладному использованию наноматериалов в теплоэнергетике, в частности в системах подготовки твердых топлив к сжиганию в котлах тепловых электрических станций.
Руководитель работ
