Энергосберегающие и природоохранные принципы технологий работы котельных установок промышленной теплоэнергетики на основе использования био-водоугольных топлив

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОУГОЛЬНЫХ ТОПЛИВ В ПРОМЫШЛЕННОЙ
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ ………………………………………………………………………………… 18
1.1. Опыт практического применения водоугольных топлив в
теплоэнергетике ……………………………………………………………………………………… 19
1.2. Экспериментальные исследования процессов сжигания водоугольных
топлив ……………………………………………………………………………………………………. 27
1.3. Теоретические исследования процессов горения водоугольных топлив .. 33
1.4. Выводы по первой главе …………………………………………………………………… 38
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ……………………………………………………. 40
2.1. Подготовка топлив …………………………………………………………………………… 40
2.2. Основные компоненты био-водоугольных топлив ……………………………… 40
2.3. Методика проведения экспериментов ………………………………………………… 45
2.4. Выводы по второй главе …………………………………………………………………… 48
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРОЦЕССОВ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ БИО-ВОДОУГОЛЬНЫХ ТОПЛИВ ……….. 49
3.1. Влияние степени метаморфизма на процесс зажигания био-
водоугольных топлив ………………………………………………………………………………. 49
3.2. Оценка эффективности использования лесного горючего материала в
качестве добавки, ускоряющей процесс зажигания био-водоугольных
топлив ……………………………………………………………………………………………………. 56
3.3. Влияние температуры окислителя и начального размера капель на
условия и характеристики зажигания био-водоугольных топлив ………………… 63
3.4. Зажигание био-водоугольных топлив при варьировании концентрации
древесной компоненты ……………………………………………………………………………. 66
3.5. Совместное зажигание водоугольной суспензии и древесной биомассы . 71
3.6. Выводы по третьей главе ………………………………………………………………….. 77
ГЛАВА 4. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ «ХИМИЧЕСКОЙ»
СТАДИИ ПРОЦЕССА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ……………………………………………….. 79
4.1. Анализ влияния термохимических характеристик био-водоугольных
суспензий на продолжительность периода развития непосредственно
химической реакции………………………………………………………………………………… 79
4.2. Факторы, влияющие на время полного охвата пламенем частиц био-
водоугольных топлив ………………………………………………………………………………. 84
4.3. Выводы по четвертой главе …………………………………………………………….. 109
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………… 110
ОБОЗНАЧЕНИЯ ………………………………………………………………………………………. 112
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………….. 113

Полученные при выполнении диссертационного исследования результаты
имеют важное технологическое, экономическое и социальное значения. Они
создают объективные предпосылки для разработки совершенно нового класса
высокоэффективных и экологоперспективных технологий сжигания угля в топках
паровых и водогрейных котлов предприятий промышленной теплоэнергетики.
По результатам выполненных исследований можно сделать вывод о том, что
введение лесных горючих материалов в состав ВУТ приводит к существенному
повышению ресурсоэффективности технологий сжигания ВУТ. При существенном
снижении (в 2,5-3 раза) времен задержки зажигания капель водоугольных топлив с
добавками ЛГМ. Снижается и общее время термической подготовки таких топлив.
Соответственно, отпадает необходимость реконструкции топок паровых и
водогрейных котлов при переходе с угольного топлива на водоугольные суспензии
в качестве основного топлива теплоэлектроцентралей и котельных. Кроме того,
добавление 10-15 % ЛГМ снижает потребление угля (на теплоэлектроцентралях и
котельных) и стоимость тепловой энергии, так как цена ЛГМ определяется только
затратами на сбор и транспортировку таких материалов. В результате
использования лесных горючих материалов в качестве добавок к водоугольным
топливам может существенно повысится ресурсоэффективность паровых и
водогрейных котельных агрегатов промышленной теплоэнергетики. При этом ВУТ
с добавлением лесных горючих материалов во многих случаях будут иметь
преимущества (технологические и экономические) даже по сравнению с
топливами, которые представляют собой смесь сухих угля (основная компонента)
и биомассы (вторая компонента). Такие смеси в последние годы достаточно
интенсивно исследуются во многих развитых государствах. Внедрение в
энергетику древесного кокса в качестве топлива будет способствовать развитию
лесоперерабатывающего комплекса регионов, богатых лесными угодьями. Это
приведет к увеличению инвестиционного потока, позволит создать
дополнительные рабочие места для людей с низкой и средней рабочей
квалификацией. Последнее будет способствовать снижению уровня безработицы,
росту благосостояния населения в целом. Древесный уголь является достаточно
«универсальным» энергоносителем. Это объясняется тем, что древесный кокс
может быть получен при термической конверсии практически любого
деревосодержащего материала. К последним можно отнести: отходы лесопиления
(ветки, сучья, пни, горбыль и др.), лесной горючий материал (к примеру, сухостой).
ОБОЗНАЧЕНИЯ

Cdaf– содержание углерода на сухое беззольное состояние, %;
– высшая теплота сгорания, МДж/кг;
Vdaf – выход летучих веществ на сухую беззольную массу топлива, %;
Cp – удельная теплоемкость, Дж/(кг·К);
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);
ρ – плотность, кг/м3;
tign – время задержки зажигания, с;
tind – время развития химической реакции, с;
tsf – время распространения пламени по поверхности частицы, с;
Tg – температура окислителя, K;
R – универсальная газовая постоянная, кДж/мольК;
Е – энергия активации, кДж/моль;
– предэкспоненциальный множитель в законе Аррениуса, 1/с;
– тепловой эффект реакции, MДж/кг;
Frame – скорость видеосъемки.