Совершенствование процесса низкотемпературного ступенчатого вихревого сжигания канско-ачинских углей

Жуйков, Андрей Владимирович

Введение ……………………………………………………………………………………………………. 4
РАЗДЕЛ I. Технологические и конструктивные методы подавления NOx …… 8
1.1. Сжигание топлив с малыми избытками воздуха ……………………………….. 8
1.2. Рециркуляция продуктов сгорания ………………………………………………… 10
1.3. Двухступенчатое сжигание топлива ………………………………………………. 13
1.4. Сжигание топлив в кипящем слое ………………………………………………….. 16
1.5. Ввод присадок ……………………………………………………………………………… 18
1.6. Усовершенствование горелочных устройств ………………………………….. 21
1.7. НТВ-сжигания, ВИР-технологии …………………………………………………… 26
1.8. Цели и задачи исследований………………………………………………………….. 27
РАЗДЕЛ II. Объект исследования …………………………………………………………….. 30
2.1. Краткое описание объекта исследований ………………………………………. 30
2.2. Методика измерений и обработка опытных данных ………………………… 34
2.3. Балансовые испытания котлоагрегата ……………………………………………. 38
РАЗДЕЛ III. Исследование влияния доли третичного дутья на технико-
экономические показатели котлоагрегата ………………………………………………… 43
3.1. Перевод котлоагрегата на низкотемпературное ступенчатое вихревое
сжигание …………………………………………………………………………………………… 43
3.2. Исследование влияния доли воздуха нижнего дутья на снижение
оксидов азота в пределах нагрузки 65-75 т/ч ………………………………………… 49
3.3. Исследование влияния доли воздуха нижнего дутья на снижение
оксидов азота в пределах нагрузки 50-60 т/ч ………………………………………… 59
3.4. Исследование зависимости снижения оксидов азота от третичного дутья
при изменении коэффициента избытка воздуха…………………………………….. 68
3.5. Зависимость температура уходящих газов от нагрузки котла до и после
рационального распределения долей воздуха в котле ……………………………………….. 71
3.6. Зависимость содержания оксидов азота от коэффициента избытка
воздуха в горелке ……………………………………………………………………………….. 72
3.7. Зависимость содержания бенз(а)пирена и NOx от коэффициента
избытка воздуха в условиях рационального распределения долей воздуха в
котле …………………………………………………………………………………………………. 74
РАЗДЕЛ IV. Эксергетический анализ объекта исследований ……………………. 76
4.1. Исследование степени совершенствования процесса горения при
рациональном распределении долей воздуха в котле ……………………………. 76
РАЗДЕЛ V Экономический анализ перевода котлоагрегатов средней
мощности на низкотемпературное ступенчатое вихревое сжигание на
примере котла БКЗ 75-39ФБ ……………………………………………………………………. 86
5.1. Показатели мощности котла ………………………………………………………….. 86
5.2. Расчёт проектной стоимости перевода котла БКЗ 75-39-ФБ на НСВС
………………………………………………………………………………………………………….. 88
5.3. Расчёт экономических показателей в условиях рационального
распределений долей воздуха ………………………………………………………………. 90
5.4. Определение срока окупаемости проекта ……………………………………….. 92
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ……………………………………………….. 98
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………….. 100
ПРИЛОЖЕНИЕ А ………………………………………………………………………………….. 113
ПРИЛОЖЕНИЕ Б …………………………………………………………………………………… 122
АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ, ПАТЕНТЫ …………………………………………………………… 132

Актуальность работы обусловлена необходимостью
совершенствования технологических процессов низкотемпературного
ступенчатого вихревого сжигания топлива для котлов, работающих на
канско-ачинских углях и позволяющих снизить содержание оксидов азота в
уходящих газах. Обеспечение приоритета экологической безопасности
наряду с высокой эффективностью сжигания топлива является одним из
важнейших условий функционирования и дальнейшего развития
современной промышленной теплоэнергетики.
При сжигании органических топлив в промышленных котельных в
атмосферу городов выбрасывается большое количество вредных веществ, в
том числе, значительное количество оксидов азота. Специфика
пылеугольного сжигания связана: со сложностью регулирования факела, с
жесткой зависимостью между устойчивостью горения и режимом работы
горелочных устройств, с условиями воспламенения и выгорания топлива,
составом топлива, способом сжигания и многое другое. Эти факторы в
совокупности значительно осложняют разработку эффективного способа
подавления оксидов азота в источнике. Существующих методов расчета и
анализа их результатов недостаточно для обеспечения необходимой точности
и надежности проектирования котельного оборудования, работающего на
канско-ачинских углях, а также оценки их энергоэффективности.
Добиться снижения выбросов вредных веществ можно путём
совершенствования процесса низкотемпературного двухступенчатого
вихревого сжигания топлива с использованием эксергетического анализа для
оценки термодинамической эффективности системы в целом.
Работа выполнена в рамках приоритетного направления развития
науки, технологий и техники РФ Пр-577 «Энергосберегающие технологии»,
критические технологии «Производство электроэнергии и тепла на
органическом топливе», «Системы жизнеобеспечения и защиты человека»,
«Энергосбережение», и Программе Красноярского краевого экологического
фонда «Экологически чистая энергетика».
Объект исследований – топочные устройства промышленных
котельных средней мощности на примере энергетического котла БКЗ-75-
39ФБ.
Предмет исследований – характеристики технологического процесса
низкотемпературного ступенчатого вихревого сжигания канско-ачинских
углей.
Цель диссертационной работы – усовершенствование процесса
низкотемпературного ступенчатого вихревого сжигания канско-ачинских
углей с учетом снижения выбросов NOx в атмосферу.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены
следующие задачи:
Изучить современные методы снижения оксидов азота в
существующих топочных устройствах теплотехнологических систем;
Показать возможность усовершенствования процесса
низкотемпературного ступенчатого вихревого сжигания канско-ачинских
углей, удовлетворяющих требованиям рационального распределения долей
воздуха в топке котла и снижению выбросов NOx в атмосферу;
Определить режимы топочного процесса реконструируемого
котельного оборудования, обеспечивающие наибольшую экологическую
эффективность его работы без снижения КПД;
Обосновать предлагаемые технические и технологические решения
путем проведения экспериментальных исследований котла БКЗ 75-39ФБ при
варьировании режимных параметров (нагрузка, коэффициент избытка
воздуха, доли третичного воздуха) с оценкой его технико-экономических и
эксергетических показателей.
Основная идея диссертации. Выполнить оценку степени
совершенствования процесса ступенчатого вихревого сжигания канско-
ачинских углей в промышленных котлах средней мощности на базе
эксергетического метода В. М. Бродянского с доработкой А. Б. Богданова,
позволяющего адекватно, только по качественным показателям (температура,
степень загрузки), определять издержки производства тепла. Разработать
методику оценки проектных решений реконструкции промышленных
котельных на базе эксергетического анализа работы оборудования.
Методика исследования. Для решения поставленных задач
использованы методы регрессионного и эксергетического анализов,
проведено сравнение с результатами экспериментальных исследований.
Экспериментальные работы проведены на промышленном оборудовании
котельной ООО «КраМЗЭнерго».
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:
1. Предложена и обоснована усовершенствованная схема
низкотемпературного ступенчатого вихревого сжигания топлива,
отличающаяся рациональным распределением долей воздуха в топке котла и
позволяющая повысить экологическую эффективность работы котлоагрегатов
без снижения КПД брутто.
2. Установлена зависимость концентрации оксидов азота в дымовых
газах пылеугольных котлов средней мощности, сжигающих бурые угли, от
доли воздуха, подаваемого в топку на нижнее дутье, позволяющая
определить режимы топочного процесса котельного оборудования с
наибольшей экологической эффективностью его работы.
3. Определено оптимальное значение коэффициента избытка воздуха в
топочных устройствах низкотемпературного ступенчатого вихревого
сжигания пылеугольных котлов средней мощности, при котором снижение
выбросов в атмосферу оксидов азота достигает 10 %.
4. Разработана и обоснована методика оценки проектных решений
реконструкции промышленных котельных на базе эксергетического анализа
работы оборудования, позволяющая снизить объем режимно-наладочных
испытаний котельного оборудования.
Значение для теории. Предложенная методика оценки проектных
решений реконструкции промышленных котельных, а также рекомендации
по управлению технологией процесса низкотемпературного ступенчатого
вихревого сжигания канско-ачинских углей создают теоретическую основу
для проектирования и разработки новых энергоэффективных методов и
оборудования различных теплотехнологических процессов.
Практическая значимость результатов работы состоит в том, что
выполненные исследования позволили научно обосновать технические
решения, внедрение которых способствуют повышению энергетической
эффективности и экологической безопасности сжигания канско-ачинских
углей в топочных устройствах промышленных котельных.
Усовершенствованный топочный процесс позволяет снизить содержание
оксидов азота в уходящих газах на 10-12 %, а также увеличить КПД котлов,
работающих на канско-ачинских углях.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы
обоснована использованием апробированных методик исследования
теплоэнергетических объектов, удовлетворительным совпадением расчетных
и экспериментальных данных, полученных на действующем котельном
оборудовании. Выводы достаточно хорошо соответствуют с результатами,
полученными другими исследователями и не противоречат физическим
закономерностям процессов.
Апробация работы. Основные положения работы, результаты
теоретических, вычислительных и экспериментальных исследований
докладывались и обсуждались на IV–XII Всероссийской НПК по проблемам
энергоресурсосбережения «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения
города» (Красноярск, 2011), Международной научно-технической
конференции «Бенардосовские чтения» (Иваново, 2011), Всероссийской
молодежной конференции «Химическая физика и актуальные проблемы
энергетики» (Томск, 2012), Всероссийской молодежной конференции
«Горение твердого топлива» (Томск, 2012).
Использование результатов работы осуществлено на котельной
ООО «КраМЗЭнерго», а также в учебном процессе ФГАОУ ВПО
«Сибирский федеральный университет» при разработке курсов лекций
«Котельные установки и парогенераторы», «Основы инженерного
проектирования теплотехнических установок», «Источники энергии
теплотехнологий», «Технология сжигания и переработки топлива», «Физико-
химические основы теплотехнологии» и создании учебных пособий в
Политехническом институте СФУ для студентов направления 140100 –
Теплоэнергетика и теплотехника, а также в научно-исследовательской
деятельности Факультета энергетики ПИ СФУ.
Личный вклад автора. Научные и практические результаты,
положения, выносимые на защиту, разработаны и получены автором лично.
Общая научная идея, направления и задачи исследований были
сформулированы при участии научного руководителя. Натурные
исследования проводились на котельной ООО «КраМЗЭнерго», сотрудникам
которого автор выражает свою глубокую признательность за помощь в
проведении данной работы.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 15
печатных работах, из них: четыре в периодических изданиях из перечня
ВАК, три патента РФ на полезную модель, две статьи – в сборниках научных
трудов, шесть – в трудах Всероссийских и Международных научно-
технических конференций.
Структура и объём диссертации. Материалы диссертации изложены
на 137 страницах основного текста, включающих 60 рисунков и 19 таблиц.
Работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и
рекомендаций, списка использованных источников из 124 наименований и
приложения.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету