Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Повышение эффективности энергетического использования древесных отходов и гидролизного лигнина совершенствованием топочного процесса котлоагрегата

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности энергетического использования древесных отходов и гидролизного лигнина совершенствованием топочного процесса котлоагрегата"

0/1

На правах рукописи

ДЬЯЧКОВ Владимир Александрович

ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ И ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ТОПОЧНОГО ПРОЦЕССА КОТЛОАГРЕГАТА

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск 1998

Работа выполнена на кафедре промышленной теплоэнергетики Архангельского государственного технического университета

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент

Любов В.К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент МЭА и ИА Зысин Л.В.

Ведущая организация - ЗАО «Гипробум»

(г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 20 мая 1998 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 064.60.01 при Архангельском государственном техническом университете по адресу: 163007, Архангельск, набережная Северной Двины^ 17, ауд. 1228.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГТУ.

Автореферат разослан « iб » апреля 1998 г.

Учёный секретарь диссертационного с

кандидат технических наук, доцент Иваненко А.Д.

д. с.-х. н, проф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время проблема охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов приобрела глобальный масштаб для всего человечества. И особое место в решении этой проблемы занимает вопрос экологически безопасной утилизации отходов производства.

Современное состояние окружающей среды и перспектива дальнейшего увеличения использования низкокачественных углей уже сейчас заставляют шире использовать виды топлив и технологии производства энергии, которые в наибольшей степени отвечают экологическим требованиям. Это относится, прежде всего, к утилизации отходов производства, нетрадиционным и возобновляющимся источникам энергии.

Архангельская область в 1993 году включена в список наиболее загрязненных регионов России. В то же время регион является крупнейшим в Европе производителем лесной продукции, а соответственно обладает и большими запасами некондиционных отходов от лесопромышленного комплекса к микробиологической промышленности (гидролизный, лигнин). С экологической и экономической точек зрения наиболее целесообразно, использовать их в качестве энергетического топлива.

Древесина является самым древним видом топлива, однако проблема эффективного сжигания древесных отходов до сих пор остается актуальной во всем мире. Это связано в основном с тем, что отходы переработки биомассы относятся к трудносжигаемым топливам. Отечественной промышленностью в настоящее время не выпускается достаточно надежных и эффективных топочных устройств для сжигания указанных топлив. Поэтому необходимо проводить работы цо дальнейшему совершенствованию организации топочного процесса утилизационных котлоагрегатов.

Данная работа выполнялась в соответствии с межвузовской научно-технической программой «Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики». ,

Цель работы. Улучшение экологической обстановки в регионе за счет более широкого использования в качестве энергетического топлива некондиционных отходов переработки древесины, включая запасы в отвалах и свалках, и повышения экологических и технико-экономических показателей работы утилизационных котлоагрегатов. Для решения этой задачи было необходимо:

1) выполнить анализ существующих методов сжигания биотоплива и определить наиболее экологически перспективные технологии;

2) определить объемы и исследовать теплотехнические характеристики гидролизного лигнина в отвалах и оценить возможность его сжигания;

3) исследовать теплоемкость и аэродинамические характеристики отходов переработки древесины ;

4) создать программно-методический комплекс, позволяющий осуществлять комплексный, подход к оценке эффективности работы энергооборудования с учетом охраны окружающей среды;

5) разработать технические рекомендации и провести реконструкции утилизационных котлоагрегатов.

Научная новизна.

1) Определены теплоемкости древесных отходов, гидролизного лигнина и углей для конкретных предприятий и месторождений, сведения о которых отсутствуют в справочной литературе. Найдены функциональные зависимости, уточняющие влияние на теплоемкость топлив влажности, зольности, содержания горючих.

2) Получены критериальные зависимости 5сЬ-/(К0 для частиц различной конфигурации при Ке=4000... 16000, а также формула, позволяющая. определять скорость витания, частицы любой , конфигурации.

3) Внесены уточнения в математическую модель, образования оксидов азота в.топках.котлоагрегатов.

4) Показана возможность эффективного сочетания трех методов сжигания топлива: в предтопке с зажатым слоем, в вихре.и в наклонном слое по противоточной схеме.

Практическая цепность работы.

1. Определение объемов и анализ теплотехнических характеристик лигнина в отвалах гидролизных заводов Архангельской области показали возможность и целесообразность его использования в качестве энергетического топлива.

2. Результаты исследования теплоемкости отходов переработки биомассы и углей следует использовать при расчете процессов и аппаратов, связанных с пиролизом, сушкой, выходом летучих, воспламенением и горением топлива.

3. Результаты, полученные при исследовании аэродинамических характеристик топливных частиц следует использовать при проектировании устройств ввода нижнего дутья, установок с низкотемпературным вихрем, с плотным и кипящим слоем, а также при проведении режимно-наладочных работ.

4. Программно-методический комплекс по расчету вредных выбросов и показателей работы теплоэнергетического оборудования используется при проведении и обработке результатов его испытаний.

5. Успешно внедрены рекомендации по совершенствованию работы утилизационных котлоагрегатов, сжигающих древесные отходы и гидролизный лигнин, направленные на уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу и повышение технико-экономических показателей.

Реализация и внедрение результатов исследований.

1. Реконструированы на слое-вихревую схему сжигания топлива утилизационные котлоагрегаты ст.№№3,4 ТЭЦ-1 Архангельского ЦБК.

2. Переведен- на факельно-вихревой способ сжигания лигнина по проекту МГВП «Полнтехэнерго» - АЛТИ котлоагрегат ст.№8 ТЭЦ Архангельского гидролизного завода, котлоагрегат ст.№9 по проекту «Полнтехэнерго» при: участии. АГТУ модернизирован-на безмельничную схему сжигания лигнина в. низкотемпературном вихре.

3. Реконструированы утилизациошше котлоагрегаты КБ-10-14 и ДКВр-10-13-250, установленные в котельной АО «ЛДК-3».

4. Программно-методический комплекс использовался для об-

работки испытаний котлов на энергопредприятиях Польши (в городах Лодзь, Пулавы, Явожно), а также на отечественных предприятиях (АО «АЦБК», АО «СЦБК», АО «ЛДК-3», Архангельском судоремонтном заводе).

Все данные по внедрению результатов исследований подтверждены соответствующими актами.

Автор защищает.

1. Результаты исследования объемов и теплотехнических характеристик лигнина с отвалов Архангельского и Онежского гидролизных заводов.

2. Результаты исследования теплоемкости и аэродинамических характеристик отходов переработки биомассы и углей.

3. Программно-методический комплекс для обработки результатов испытаний теплоэнергетического оборудования, расчета вредных выбросов и оптимизации процесса проведения наладочных опытов.

4. Уточненную методику расчетного определения образования оксидов азота.

5. Результаты реконструкции утилизационных котлов станционной и малой энергетики, оборудованных предтопками скоростного горения, на.слое-вихревые схемы сжигания древесных отходов и технические предложения но дальнейшему совершенствованию их работы.

6. Результаты перевода утилизационных котлоагрегатов Е-75-40К на схему вихревого низкотемпературного сжигания лигнина.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на. Первой Российской национальной конференции по теплообмену (г.. Москва, 1995 г.), на семинаре Центра энергетики. ЕС по Северо-Западу России «Управление энергояотреблени-ем и энергетический аудит» (г. Санкт-Петербург, 1997 г.), на семинаре по энергосбережению в рамках^ выставки «Энерго Север 97» (г. Архангельск, 1997 г.), на научно-технических конференциях АЛТИ и АГХУ в 1988-1997 гг. В полном объёме работа докладывалась в АГТУ на заседании кафедры промышленной теплоэнергетики (1998 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано двенадцать печатных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Объём диссертационной работы: 149 страниц машинописного текста, 110 рисунков, 25 таблиц, список литературы, включающий 138 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы. Сформулированы цели, задачи исследования и основные положения, вынесенные на защиту.

В первой главе рассмотрены глобальные проблемы, экологии, экологическая обстановка В: Архангельской области, влияние теплоэнергетика на окружающую среду. Показано, что. более широкое использование некондиционных древесных отходов; и гидролизного лигнина в: качестве энергетического топлива, а также повышение эффективности работы утилизационных котлов, позволит, улучшить экологическую обстановку в регионе.

В настоящее время в отвалах Архангельского и Онежского гидролизных. заводов скопилась огромные запасы, лигнина (свыше 14 млн. т.), которые наносят существенный вред окружающей среде за счет воздействия кислотосодержащих компонентов: Исследование проб лигнина с отвалов показало возможность использования его в качестве топлива. Основные теплотехнические характеристики - теплотворная способность, влажность, зольность, выход летучих веществ могут изменяться, по. глубине? отвалов в определенном диапазоне, но в целом близки к показателям- исходного лигнина с производства. Никаких закономерностей изменения характеристик лигнина по глубине залегания не выявлено.

Выполнен анализ отечественных и зарубежных методов сжигания древесных отходов. Отмечено, что наиболее перспективными: а. экологическом отношении являются технологии

сжигания, основанные на многократной циркуляции топливных частиц в объеме топочной камеры - кипящий слой и низкотемпературный вихрь (НТВ). В российских условиях предпочтение следует отдавать схеме НТВ, как наиболее простой, надежной и позволяющей модернизировать без значительных капиталовложений существующие котельные установки.

В области малой энергетики хорошо зарекомендовали себя котлы, оборудованные предтопками скоростного горения с зажатым слоем, позволяющие сжигать практически неподготовленное топливо с влажностью до 70 % и разнородным фракционным составом. Однако в их работе также имеются проблемы, требующие разрешения.

Отмечено, что котельные установки зарубежных фирм часто уступают отечественным по экологическим показателям вследствие особенностей конструктивного исполнения топочного устройства (неэкранированные камеры сгорания и др).

Во второй главе описаны установки для исследования теплоемкости твердых топлив, методики исследования и полученные результаты.

Определены теплоемкости различных видов древесных отходов, а также углей некоторых месторождений, данные по которым отсутствуют в справочной и нормативной литературе. Получены зависимости, позволяющие более точно учитывать влияние влажности, зольности, степени выгорания горючих на удельную истинную теплоемкость топлив.

В третьей главе описаны конструкция экспериментальной установки для исследования аэродинамических характеристик топливных частиц (рис.1), методика исследований и результаты экспериментов.

Необходимость проведения опытов была вызвана отсутствием достоверных данных об аэродинамических характеристиках топливных частиц при Ле>5000, которые используются при расчете аэродинамики, топочных камер, работающих, на топливе: с укрупненным фракционным составом но схеме НТВ и. кипящего: слоя, а также при проектировании воздушно-каскадных классификаторов.

ИП

11

1

6 5 4

Рис.1. 1- аэродинамическая труба, 2- термометр, 3- электронагреватель первой ступени, 4- вентилятор, 5- шибер, 6- электронагреватель второй ступени, 7- конфузор, 8- стабилизирующий воздуховод, 9- пневмометрическая трубка Прандтля, 10- нижняя сетка, 11- стеклянная труба, 12- верхняя сетка, 13- микроманометр.

Для анализа и обобщения результатов экспериментов, использовались критеризьКгфпияева X/ и Шиллера Бек.

где 5 - характерный размер частицы, рг, рч~- плотность газовой среды и частицы соответственно, V - коэффициент кинематической вязкости газа, § - ускорение свободного падения, — скорость витания частицы.

Указанные критерии объединяют основные параметры, определяющие установившееся состояние частицы в потоке.

Таким образом, экспериментальные данные по частицам раз-

(1)

(2)

личной конфигурации при /?е=4000... 16000 были обобщены в виде критериальных зависимостей Sclv f(Ki).

Для дальнейшего анализа полученных результатов впервые было введено новое понятие - коэффициент площади поверхности:

гг S4

(3)

где S4, S„ - соответственно площади поверхностей исследуемой частицы и эквивалентного па объему шара.

Установлена зависимость коэффициента формы

ЧЯСТИЦЫ Кф от

к,:

Кф = -1,82KS2 + 8,03KS - 5,19 (4)

Данная зависимость позволяет по формуле (5) рассчитать скорость витания частицы любой конфигурации:

_Schul ■Ki-v 6Um = ä^ ' (5)

где d3 - эквивалентный диаметр частицы.

В четвертой главе описывается программно-методический комплекс для расчета вредных выбросов и обработки результатов испытаний знергооборудования.

Для обеспечения высоких экологических и экономических показателей работы теплоэнергетического оборудования необходим комплексный, подход, к оценке эффективности и надежности, его работы. Кроме тепловых потерь и КПД установки, необходимо знать и учитывать экологические показатели, условия, теплообмена; я топочной камере, воздушный баланс, температуру сернокислотной точки росы, теплотехнические характеристики и фракционный состав топлива. Для оперативного определения.данных паказатедейразработан и реализован в виде программы для ЭВМ универсальный программно-методический комплекс (ПМК), состоящий из нескольких модулей (подпрограмм), способных работать как вместе, так и автономно (рис.2).

Рис.2 Блок-схема программно-методического комплекса.

При разработке модуля по расчету КПД котлоагрегата были проанализированы как отечественные, так и зарубежные методики. В частности сравнение проводилось с британским и немецким стандартом DIN 1942, распространяемым в России в виде компьютерной программы «Boiler». Анализ показал недопустимость использования этой программы, так как она не учитывает весьма существенные потери теплоты от химнедожога. Имеются отличия в методиках расчета и других потерь.

Таким образом, результат расчета КПД котла по программе «Boiler» будет завышен. Поэтому в ПМК была заложена отечественная методика, которая более полно и точно учитывает тепловые потери котлоагрегата.

Результаты расчетов образования оксидов азота NOx в топли-восжигакяцих устройствах по утвержденным для энергопредприятий методикам часто значительно (до 300 %) отличаются от данных, полученных путем прямого замера с помощью газоанализатора. Поэтому при создании подпрограммы по расчету образования оксидов азота возникла необходимость разработки методики, позволяющей более точно определять выбросы данного токсичного вещества.

Обзор литературы позволил выявить методику (Расчет паровых котлов/ А.Н. Безгрешнов, Ю.М. Лилов, Б.М. Шлейфер. - М.: Энерго-атомиздат, 1991), которая учитывает механизм образования ЫОх, конструктивные и режимные характеристики топочной камеры. Согласно данной методике определяющими характеристиками при образовании термических оксидов являются максимальная температура Тм и температурный интервал реакции ЛТр. Расчетное значение Тм зависит от адиабатной температуры в зоне горения Та, К:

у __^^

° ~ Гг°сг + 1,01б(агор-1Ув°св (6)

где сг и с„ - теплоемкости газа и воздуха, полученные при ожидаемой адиабатной температуре 4, кДж/(м3 К); агор - избыток воздуха в зоне горения; (¿г- тепловыделение в зоне горения, кДж/кг:

От - б/ Ш1 + + (}„,,. (7)

где-б/ " теплота сгорания, кДж/кг; ()г„, - теплота, вносимая с горячим воздухом, и топливом соответственно, кДж/кг;.

Средняя теплоемкость продуктов сгорания и воздуха определяется по формулам, кДж/(кг К): при сжигании твердого топлива:

сг=(1,59+0,004Г>0Л 4 К;, (8)

при сжигании природного газа:

сг=1,57+0,134/Г,; (9)

при сжигании мазута:

с,=1,58+0,122 К,, (10)

где И7" - приведенная влажность топлива, %кг/МДж; К, = (¿а-1200)71000 - температурный коэффициент изменения теплоемкости; Тегшоемкость воздуха, кДж/(кг К):

с„= 1,46+0,092 Г, (11)

Максимальная температура зоны горения определяется:

Тм = Д„ Та (1- ¥:„.) °-25 (]- г"пг) те, (12)

где Дг - доля сгоревшего топлива на участке от выхода из горелки до завершения интенсивного высокотемпературного горения; цгк - коэффициент тепловой эффективности экранов в зоне ядра факела, г - до-

ля рециркуляции газов в зону горения; п - коэффициент, учитывающий способ ввода газов рециркуляции в топку; т, - коэффициент, учитывающий тип горелки.

Теоретическое время достижения равновесной концентрации оксидов азота МО при температуре реакции Гм, с:

та= 0,024 ехр (54290 / Тм-23) (13)

Расчетное время реакции образования оксидов азота в топке, с:

г\0,5

спреб (14)

ТР =

ЛТР

т -т 300 .

1 а 1 т V ;

Ч/П

где ЛТР - температурный интервал активной реакции образования оксидов азота^ К, зависит от значения Т.л и определяется га выражения:

Т2 -10'5

^р ~ 0,614 + Тм ■ 10~5 ' (15)

где qf - среднее тепловое напряжение сечения камеры, МВт/м2; П - расчетный периметр стен призматической топочной камеры, м; Т' \ - абсолютная.температура газов на выходе из топки,. К, берется из теплового расчета котла; тпрев - время пребывания газов в топочной камере, с:

27%

Тпреб~ - „ . у (16)

где - тепловое напряжение топочного объема, МВт/м3; Тг - средняя расчетная температура газов в топочном, объеме, К; у" - удельный приведенный объем газов при 1, мэ/МДж, £ - коэффициент заполнения сечения топки восходящим потоком газов.

Концентрация термических оксидов азота, г/м3:

=7,03-103 С°652 ехр

г

10860 Т

1м у

ТР

~ (17)

где. С02 - концентрация остаточного (избыточного) кислорода в зоне реакции, определяется по формуле, кг/м3:

_ 0,2К{кор ~ ')+ г(арк - агоР1р02

Сог~ Ы^-дам - (18)

13

где ат - избыток воздуха в газах рециркуляции; рог - плотность кислорода при атмосферном давлении, кг/м3.

Образование топливных и быстрых оксидов азота происходит в диапазоне температур 800...2100 К и наибольшую интенсивность имеет в области 1850 К. Выход топливных оксидов М2/" в этой зоне сильно зависит от избытка воздуха (в степени 2), слабо от температуры (степень.0,33) и содержания азота в топливе Л^.

Расчетные- формулы дня двух температурных зон. имеют следующий вид, г/м3: при 2100>71.>1850К;

Ж?"

125 ,

(19)

при 1850>7'„>800 К:

Щы =1,2^),40-0,тр)ы'

,р\.агор+г 1+г у

ТМ-800Т

~ш) (20>

Указанные формулы, учитывают одновременно и. образование быстрых оксидов азота.

В итоге максимальная суммарная концентрация оксидов азота при номинальной нагрузке котла составляет, г/м3:

М?/=АЮГ+'МОГ (21)

При нагрузках, отличающихся от номинальной, суммарный выход оксидов азота определяется по формуле, г/м3:

(22)

Изложенная методика является более объективной,, но практического инженерного применения не нашла, по всей видимости, из-за относительно громоздких вычислений. В настоящее время, когда компьютерная техника все шире внедряется^в производство, и есть возможность автоматизировать все вычисления, подобные. методики, учитывающие физику процессов, должны по возможности заменять старые,, в. основу которых заложены среднестатистические данные.

Однако результаты вычислений, проведенных по вышеизложенной методике, также довольно значительно (до 30: %) отличаются от опытных данных. Дальнейший анализ данной методики позволил вне-

сти ряд уточнений. В частности, расчет тепловыделения в зоне горения по (7) ведется без учета тепловых потерь и других факторов. Более правильно ()т определять по следующему уравнению, кДж/кг:

вт = У; ■ Ю3 + Оф)100~?~>1'1'"!б+ а - Qe.su + г1гхт6, (23)

Юи — ¿¡4

где ()ам - тепло, вносимое с воздухом, подогретым вне котлоагрегата; V, - физическое тепло топлива, кДж/кг; <2,р - тепло, вносимое «форсуночным» паром, кДж/кг; дз, ц6 - тепловые потери соответственно от хим-, мехнедожога и с теплом выводимого шлака, %; Ов - тепло, вносимое с воздухом, кДж/кг; г1готс, - тепло рециркулирующих газов, кДж/кг.

При вычислении адиабатной температуры горения Та необходимо также учитывать теплоемкость золы, что немаловажно при сжигании высокозольных топлив, К:

т __От_

а~~ ) Г (24>

Гг°сг + 1,0161{агор - 1ув°св + с^ауп —

где сш - теплоемкость золы, кДж/(кг К); аун - доля золы в уносе; Ар -зольность топлива на рабочую массу, %.

Температура газов на выходе из топки Т"„ берется из теплового расчета котла, который выполняется, чаще всего, на номинальные параметры рабочей среды при двух-трех нагрузках котлоагрегата. Более правильно было бы использовать в расчете фактическую температуру газов. В случае невозможности прямого измерения температуры необходимо выполнять расчет с использованием фактических параметров, что является довольно трудоемким процессом. Для ускорения расчета в ПМК вставлен модуль по расчету теплообмена в топке, в котором и определяется Т"т.

Расчеты по формулам (25 - 29), полученным в результате аппроксимации табличных данных, позволили определить теплоемкости газов, воздуха и золы с большей точностью и имеют больший диапазон применения 7ЧШ...2473 К:

ья,о -

^ 0,23]{т -273)''054 +8,636 Г25-

С« " . Т-273 ^ '

0,712(Т-273)1Ш +20,005 ^ 0.963(Т-273)""9 +9,054 -„

'Т-273 ' Т-273 ^ ' '

0,929{Г -273ут +!4-,722 _ 0,519(Т -273)1-ш +1,666

Т-273' ' Сх,~ Т-273 ' 1 ' У

где св, сСд2, сК], , с3, - теплоемкости соответственно воздуха, диоксида углерода, азота, водяных паров и золы, кДж/(кг К).

Следует также отметить, что на практике для учета отклонения паровой нагрузки котла от номинальной часто пользуются видимой паропроизводигельностью, хотя более правильно оперировать приведенной, так как номинальные параметры питательной воды и пара (давление и температура) часто не выдерживаются. В ПМК этот момент учтен. Приведенная нагрузка рассчитывается по формуле, кг/с:

Дприв ~ н д| ^ Двид , (30)

Чпо.1

где <7^ол , (¡"ол - соответственно фактическое и нормативное удельные

полезные тепловыделения, кДж/кг; уЦ, - удельный объем пара при нормативных и фактических параметрах соответственно, м3/кг; Дтц — паропрошводительноеть видимая, кг/с.

Устранение вышеперечисленных неточностей позволило повысить, сходимость расчетных и. опытных, данных и создать методику, реализованную в виде модуля ПМК, которая позволяет оперативно и достаточно точно (максимальная относительная, погрешность 10... 15 %). определять:выбросы. Ж)* по результатам испытаний, а также прогнозировать их, моделируя различные режимы работы котла.

Разработка модуляпоматематическомутмашфовашпо опытов.с использованием метода симплексов позволила сократить в 2...3 раза продолжительность наладочных работ,

В пятой главе описаны результаты реконструкции утилизационных котлоагрегатов, сжигающих древесные отходы.

Котлоагрегат Е-Зг5-40 сг.№4 ТЭЦ -1 Архангельского ЦБК, обо-

рудованный предтопком скоростного горения, был реконструирован на слое-вихревую схему сжигания отходов. Реконструкция заключалась в установке устройства ввода нижнего дутья - воздушно-каскадного классификатора (ВКК) с изменением конфигурации труб холодной воронки, разрежении горизонтального участка зажимающей решетки и установке плавниковой панели схода топлива.

Вихревое движение топочных газов интенсифицировало условия перемешивания продуктов неполного сгорания и окислителя, что дало возможность при метших избытках воздуха снизить на 1,0... 1,2 % потери теплоты с химическим недожогом.

Увеличение проходного сечения горизонтального участка зажимающей решетки не только повысило загрузку топливом вихревой зоны, но и увеличило примерно в 2...3 раза компанию котла по условиям шлакования предтопка.

Наличие направленного вдоль фронтового ската топочной воронки потока горячего воздуха из ВКК позволило создать на нем элементы противоточного слоя из горящих коксовых частиц, что явилось фактором, стабилизирующим процесс воспламенения и горения высоковлажного топлива.

Испытания котлоагрегата показали, что потери теплоты с провалом топлива отсутствуют. Максимальная длительная паровая нагрузка возросла в 2,6 раза, потери теплоты с уходящими газами снизились с 20,6 до 10,2 %. Значительно снизился расход, мазута, что позволило из двух мазутных горелок одну демонтировать. При влажности древесных отходов менее 60 % возможна работа котла без подсветки мазутом. Максимальное количество утилизируемых отходов.с влажностью 58... 60 % составило 19,9 т/ч. Установка плавниковой панели-схода топлива в предгопок. значительно улучшила работу топливного тракта.

Положительный опьн работы котла ст.№4 позволил провести реконструкцию котлоагрегата: ст.№3 на аналогичную схему. Разработаны технические предложения по дальнейшему совершенствованию работы данных котлов.

Велись также работы и на объектах малой энергетики. Базовым

предприятием являлось АО «ЛДК-3» г. Архангельска. Реконструкция котлов КЕ-10-14 и ДКВр-10-13-250, оборудованных предтопками скоростного горения, с заменой бокового ввода первичного воздуха на фронтовой по всей ширине предтопка, позволила интенсифицировать топочный процесс, ликвидировать очаги кратерного горения и увеличить паровую и утилизационную нагрузки. Создание многовихревой аэродинамики в районе пода топки котла ДКВр-10-13-250 позволило ликвидировать застойные зоны, в которых происходило накопление топлива и его кучевое горение при недостатке кислорода, сопровождающееся генерированием монооксида углерода СО.

В результате внедрения данных мероприятий КПД брутто котла увеличился на 4...5%, выбросы монооксида углерода снизились на 30... 40 %.

Следующим этапом планируется установка плавниковой панели схода топлива, что позволит значительно улучшить работу топливного тракта и повысить надежность работы котла в целом.

В 1997 году на даниом предприятии была пущена в эксплуатацию новая, котельная, оборудованная котлами фирмы «8егтеЬ>. Как показали результаты исследования экологических показателей, эти котлы характеризуются более высокими выбросами оксидов азота по сравнению с отечественными. Это объясняется тем, что топочные камеры данных устройств неэкранированы, что способствует интенсивному образованию термических оксидов азота.

В шестой главе описываются результаты реконструкции утилизационных котлоагрегатов, сжигающих гидролизный лигнин.

На ТЭЦ Архангельского гидролизного завода в два этапа была проведена реконструкция утилизационного котлоагрегата Е-75-40К ст.N»9 с переводом на схему НТВ, которая заключалась:

- в демонтаже заводской системы пылеприготовления и установке новой безмельничной системы подготовки и подачи лигнина;

- изменении конфигурации труб фронтового и заднего экранов в нижней части топочной воронки.

- установке ВКК и воздуховодов горячего воздуха.

В результате ликвидации системы пылеприготовления с мель-

ницами-вентиляторами и эксгаустерами снизились расходы электроэнергии на собственные нужды, КПД котла нетто увеличился на 1,5...2%.

Организация многократной циркуляции топливных частиц в объеме топочной камеры позволила снизить уровень максимальных температур на 100... 180 К и уменьшить образование оксидов азота ЫОхна 40...60%.

Устройство- ввода нижнего дутья, реализованное в виде воздушно-каскадного классификатора позволило осуществить низкоскоростной ввод воздуха в топку (3...5 м/с) и таким образом избежать увеличения потерь теплоты с уносом. Кроме того, конструкция ВКК позволяет отделять частицы-топлива от. общей массы пропала, проводить их подсушку и возвращать в топку на догорание. Установка ВКК ликвидировала потери теплоты с провалом и обеспечила вывод из топки минеральных примесей и инородных включений.

Таким образом, перевод котла на сжигание лигнина по схеме низкотемпературного вихря позволил снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, ликвидировать громоздкую и взрывоопасную систему пылеприготовления, повысить экономичность, надежность и безопасность работы котла

В заключении приведены основные выводы, по работе, главные из которых следующие:

1. Теплотехнический, анализ проб лигпина с отвалов Архангельского и Онежского гидролизных заводов показал возможность и целесообразность использования его в качестве энергетического топлива Общие запасы составляют свыше 14 млн. т.

2. Экспериментальным путем получены дополнительные данные по теплоемкости отходов переработки древесины и углей.

3. Получена зависимость для определения скорости витания частицы любой конфигурации при Яе=4000... 16000.

4. Создан программно-методический комплекс, позволяющий осуществлять комплексный подход к оценке эффективности работы теплоэнергетического оборудования с учетом экологических и экономических факторов. Комплекс позволяет также проводить анализ ва-

риантов организации топочного процесса с целью его оптимизации по экологическим показателям

5. Разработана.угочненная.методика расчета образования оксидов азота в топках, котлоагрегатов, учитывающая: механизм образования данного токсичного вещества, а также, режимные, и конструктивные характеристики топки.

6. Опыт длительной работы утилизационных котлов ст.№№ 3, 4 ТЭЦ-1 АЦБК, реконструированных на слое-вихревую схему сжигания древесных отходов, показал эффективность сочетания предтопка скоростного горения, вихревой зоны в нижней части топки и наклонного противоточного слоя на фронтовом скате топочной воронки. Данная комбинированная схема позволяет снизить количество выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на 30...50 % и повысить КПД установки на 5..1 %.

7. Реконструкция котлов КЕ-10-14 и ДКВр-10-13-250 с заменой бокового ввода первичного воздуха на фронтовой по всей ширине предтопка и организация многовихревой аэродинамики в районе пода топки позволила интенсифицировать топочный процесс, ликвидировать очаги кратерного горения и застойные зоны. КПД брутто котлов повысился на 4...5 %, выбросы монооксида углерода снизились на 30... 40%.

8. Перевод утилизациошюго котлоагрегата ст.№ 9 АО «АГЗ» на безмельничное сжигание лигнина по схеме низкотемпературного вихря позволил повысить надежность и безопасность работы котла, снизил уровень максимальных температур на 100... 180 К и уменьшил образование оксидов азота АЮх на 40... 60%. КПД нетто котла увеличился на 1,5... 2%.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дьячков В.А., Шмаков В.И., Любов В.К. Исследование свойств древесных отходов в целях повышения экономичности работы утилизационных котлов // Актуальные проблемы рационального использования и восстановления природных ресурсов Европейского

Севера: Тез. докл. науч.-тех. конф. молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летшо АЛТИ. - Архангельск, АЛТИ, 1989.- С.56-57.

2. Любов В.К., Финкер Ф.З., Опякин Ю.К., Дьячков В.А. Исследование аэродинамических характеристик топливных частиц с целью повышения эффективности работы котлоагрегатов // Научно-технический прогресс в промышленности и проблемы охраны окружающей среды: Тез. докл. науч.-практ. конф. -Пенза, 1989. - С.27-31.

3. Дьячков В.А., Шмаков В.И., Любов В.К. О работе системы топливоподачи утилизационных котлов // Вопросы рационального использования природных сырьевых и энергетических ресурсов Европейского Севера: Тез. докл. науч.-тех. конф. - Архангельск, 1991.-С.37-38.

4. Шмаков В.И., Любов В.К., Опякин Ю.К., Дьячков В.А. Повышение оперативности обработки результатов теплотехнического анализа // Проблемы экологии на Европейском Севере: Сб. науч. тр,-Архангельск. - 1991. - С. 37-38.

5. Любов В.К., Дьячков В.А. Модернизация утилизационного котлоагрегата, оборудованного предтопком системы Померанцева // Проблемы экологии на Европейском Севере: Сб. науч. тр.- Архангельск. -1991. - С. 123-125.

6. Любов В.К., Шмаков В.И., Грошев А.С., Дьячков В.А. Программа обработки результатов теплотехнического анализа топлив // Информационный листок о науч.-техн. достлж. / ЦНТИ. - Архангельск, 1991.-№542-91.

7. Любов В.К., Дьячков В.А. Пути повышения эффективности использования топлив в топках котлоагрегатов // Актуальные проблемы рационального использования природных и энергетических ресурсов Европейского Севера: Сб. науч. тр. - Архангельск, 1994. - С. 207211.

8. Любов В.К., Дьячков В.А., Шмаков В.И., Финкер Ф.З. Исследование теплотехнических характеристик гидролизного лигнина // Изв. вузов. Лесн. журн. - 1994.- №2. - С. 135-137.

9. Любов В.К., Дьячков В.А., Финкер Ф.З., Кубышкин И.Б. Опыт сжигания высоковлажных отходов промышленности в топке

безмельничного котлоагрегата:// Тепломассообмен при химических превращениях : Труды Первой Российской национальной конф. по теплообмену. Т.З. - М.: МЭИ, 1995.- С. 163-168.

10. Кунтыш В.Б., Пиир А.Э., Любов В.К., Марьина З.Г., Дьячков В.А. Повышение экономичности, эффективности и надежности теплоэнергетического оборудования // Проблемы энергетики Европейского Севера: Сб. тр. - Архангельск, 1996. - С. 13-23.

11. Любов В.К., Дьячков В.А. Определение теплоты сгорания топлива: Метод, указ. к вып. лаб. раб. - Архангельск: АГТУ, 1996. -23 с.

12. Любов В.К., Дьячков В.А. Исследование аэродинамических характеристик топливных частиц: Метод, указ. к вып. лаб. раб. — Архангельск: АГТУ, 1996. - 14 с.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах с заверенными гербовой печатью подписями просим направлять по адресу:

163007, г. Архангельск, набережная Северной Двины, 17, АГТУ, диссертационный совет.

Лицензия ЛР№ 020460 от 10.04.97

Сдано в произв. 15.04.98. Подписано в печать 15.04.98. Формат 60 х84 / 16. Бумага писчая. Усл.печ.л. 1,25. Уч.- издл. 1,0. Заказ № 46. Тираж 100 экз. Издательство АГТУ

Отпечатано в Издательстве АГТУ. 163007, г.Архангельск, наб. Северной Двины, 17