Введение к работе
Актуальность работы. В соответствии с Энергетической стратегией России до 2030 г. предусматривается ежегодное увеличение доли твердых видов топлива в топливно-энергетическом балансе страны. К началу XXI века наполнение федерального бюджета РФ происходит в основном за счет экспортных поставок нефти и газа. Это положение усугубляется решением ОАО «Газпром» о снижении поставок природного газа на внутренний рынок с целью выполнения обязательств по коммерческим контрактам с европейскими государствами. В связи с этим намечено увеличение доли используемого угля в энергообеспечении национального хозяйства. Однако покрытие роста энергопотребления за счет прямого сжигания угля не представляется возможным, поскольку при этом возрастает негативное воздействие на окружающую среду, ухудшаются экономические показатели производства энергоносителей. Решение поставленных проблем может быть достигнуто при сооружении энергетических комплексов (ЭК) с газификацией топлива, которые комбинированным способом могут вырабатывать электрическую и тепловую энергию, синтез-газ (водород), а так же ряд побочных продуктов в виде серосодержащих компонентов, гранулированного шлака, технического азота. В силу специфики работы энергетических установок, требований современной техники по маневренности и надежности, а также учитывая мировой опыт, наиболее перспективными являются поточные газогенераторы. Применение парокислородного дутья обусловлено соображениями достижения максимальной теплоты сгорания получаемого газа.
Целью исследования является повышение энергетической и экономической эффективности энергетических комплексов с поточной парокислородной газификацией твердого топлива для комбинированного производства энергоносителей и материалов в современных экономических условиях страны.
В соответствии с целью определены основные задачи исследования:
математическое описание реактора газификации твердого топлива с определением геометрических размеров и времени пребывания частицы топлива в нем для обоснования рациональной схемы энергетического комплекса и определения его характеристик;
разработка математической модели расчета характеристик и показателей эффективности ЭК с газификацией угля;
оценка тепловой экономичности вариантов использования синтез-газа, обоснование рабочих параметров паросилового цикла;
технико-экономическое определение дальности транспорта синтез-газа и теплоты;
расчет себестоимости энергоносителей на базе эксергетической методологии;
определение экономических показателей ЭК при комбинированном производстве энергоносителей.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
-
Разработана методика определения характеристик и показателей эффективности ЭК с парокислородной газификацией топлива в поточных реакторах.
-
Произведено дополнение методики расчета характеристик газогенераторного процесса с определением времени пребывания частицы топлива и геометрических размеров газификатора.
-
Предложена новая схема энергетического комплекса с парокислородной газификацией угольной пыли для получения водородосодержащего газа, электроэнергии и теплоты, защищенная патентом РФ.
-
Разработаны рекомендации по выбору параметров паросилового цикла, экономически обоснованной дальности транспорта синтез-газа и горячей воды.
-
Определены показатели энергетической и экономической эффективности ЭК с комбинированным производством электроэнергии, теплоты, синтез-газа (водорода).
Практическая ценность результатов работы заключается в использовании методических подходов, математического описания газогенераторного процесса, эффективности вариантов использования синтез-газа. Полученные результаты могут служить информативной базой при технико-экономическом обосновании строительства новых ЭК или реконструкции угольных ТЭС с применением газогенераторных технологий. Полученные результаты использованы в учебном процессе СГТУ имени Гагарина Ю.А. при подготовке бакалавров и магистров теплоэнергетического направления.
На защиту выносятся методические положения, математическое описание и блок-схема расчета характеристик и показателей эффективности ЭК, результаты расчетов его энергетической и экономической эффективности, рекомендации по эффективному применению установок с комбинированным производством энергоносителей.
Достоверность результатов и выводов обеспечивается использованием методики системных термодинамических и экономических исследований, фундаментальных положений технической термодинамики, теплопередачи, теории надежности теплоэнергетического оборудования и корреляцией полученных зависимостей и показателей с работами других авторов.
Апробация работы. Основные материалы и результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах кафедры «Теплоэнергетика» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. в 2008-2012 гг., Международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, 2008, 2010), Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009, 2010), V и VI Международных молодежных научных конференциях «Тинчуринские чтения» (Казань, 2010, 2011), 17 и 18 ежегодных Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2011, 2012), XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-24» (Саратов, 2011), VII Всероссийском семинаре вузов по теплофизике и энергетике (Кемерово, 2011), Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2011).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 15 печатных работах, из них 4 статьи в изданиях по рекомендуемому списку ВАК РФ. Получен патент Российской Федерации на изобретение №2428459.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем 152 стр., включая 38 рисунков и 28 таблиц. Список использованной литературы содержит 163 наименования, в том числе 12 иностранных и 8 электронных адресов сайтов сети Интернет.
