Содержание к диссертации
Стр.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТБО. В МИРЕ.
ОБЗОР ТЕПЛОВЫХ СХЕМ. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ
ЭКОНОМИЧНОСТИ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ
ТБО 10
Состояние с утилизацией ТБО в мире 10
Обзор вариантов МСЗ, применяющих следующие технологии термической переработки ТБО: сжигание ТБО в кипящем слое, пирогазификацию и термическую переработку в шлаковом расплаве 11
Особенности устройства современных МСЗ, использующих метод сжигания ТБО на колосниковой решётке 14
Обзор тепловых схем МСЗ России 20
Анализ традиционных технических решений, улучшающих экологические и технические показатели МСЗ, сжигающие ТБО в топках на колосниковых решетках 24
Опыт применения парогазовой технологии при утилизации ТБО на МСЗ зарубежом 31
Обзор действующих МСЗ Японии, где используется парогазовая технология 31
Обзор параметров действующих МСЗ Европы, где используется парогазовая технология 33
1.7. Обзор работ по исследованию энергетических
показателей схем МСЗ - ПГУ 43
1.8. Постановка задачи и цели исследования 49
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕПЛОВЫХ СХЕМ МСЗ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРОГАЗОВОЙ
ТЕХНОЛОГИИ 50
Особенности расчёта тепловых схем комбинированных установок МСЗ-ПГУ 50
Тепловая схема и расчёт электрического КПД базовой модели МСЗ 60
2.3. 61
Обоснование выбора тепловых схем МСЗ - ПГУ
2.4. Выводы по второй главе 68
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПГУ, КОМБИНИРОВАННЫХ С
УТИЛИЗАЦИЕЙ ТБО НА МСЗ 69
Схемы тепловых и энергетических потоков МСЗ - ПГУ. 69 Определение показателей тепловой экономичности МСЗ-ПГУ
Особенности определения показателей тепловой экономичности МСЗ - ПГУ с учетом затрат энергии на собственные нужды 81
3.3. Выводы по третьей главе 86
ГЛАВА 4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА
ТЕПЛОВЫХ СХЕМ МСЗ-ПГУ на ЭВМ 87
Алгоритм расчета тепловых схем МСЗ - ПГУ с помощью компьютерных средств и его особенности.... 87
Алгоритм расчета газотурбинной установки 90
Алгоритм расчета компрессора ГТУ 90
Алгоритм расчета камеры сгорания ГТУ 94
Алгоритм расчета газовой турбины 96
4.3. Алгоритм расчета котла - утилизатора 98
Алгоритм расчета пароперегревателя 98
Алгоритм расчета испарительной части котла- 100 утилизатора
4.4. Алгоритм расчета паротурбинной установки 101
Алгоритм расчета парового котла МСЗ 102
4.5. Алгоритм расчета энергетических показателей 102
4.6. Выводы по четвёртой главе 103
ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕ
ЛЕЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ПГУ, КОМБИНИРО
ВАННЫХ С МСЗ 104
5.1. Сравнительный анализ выбранных схем, основанный
на определении электрического КПД 104
5.2. Сравнительный анализ выбранных схем, основанный
на определении КПД реконструкции 108
5.3. Анализ влияния характеристик элементов ПГУ на
показатели тепловой экономичности блока МСЗ-ПГУ ПО
Исследование параметров и структуры схемы №1 комбинированной установки МСЗ - ПГУ с КУ с перегревом утилизированного на МСЗ пара ПО
Исследование параметров и структуры схемы №2 комбинированной установки МСЗ - ПГУ с КУ с перегревом утилизированного на МСЗ пара, с впрыском пара в КС ГТУ 120
Исследование параметров и структуры схемы №3, параллельной комбинированной установки МСЗ -ПГУ с КУ без перегрева утилизированного на МСЗ пара с впрыском пара отКУ в КС ГТУ 125
5.4. Сравнение показателей тепловой экономичности
различных схем МСЗ-ПГУ 127
5.5 Выводы по пятой главе 132
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 135
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 137
ПРИЛОЖЕНИЯ 148
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АК - Аккумулятор конденсата
АСУ - Автоматическая система управления
ВВ - Вторичный воздух
ВП - Воздухоподогреватель
Д - Деаэратор
ДК - Дожимной компрессор
ГПК - Газовый подогреватель конденсата
ГТ - Газовая турбина
ГТУ - Газотурбинная установка
И - Испарительная поверхность котла-утилизатора
ИВ - Источник воды
ИНКВ - Избирательное некаталитическое восстановление
ИКВ - Избирательною каталитическое восстановление
К - Конденсатор
КВОУ - Комплексная воздухоочистительная установка
КН Конденсатный насос
КС - Камера сгорания газотурбинной установки
КПД - Коэффициент полезного действия
МПЗ - Мусороперерабатывающий завод
МСЗ - Мусоросжигательный завод
МСУ - Мусоросжигательная установка
Введение к работе
Количество твердых бытовых отходов (ТБО) с каждым годом растёт и их ликвидация и обезвреживание в настоящее время становится сложной экологической, технической и экономической проблемой городского коммунального хозяйства. Особенно остро стоит эта проблема в городах с большой плотностью населения. В частности, в Москве в год на утилизацию поступает около 4 млн. тонн ТБО (из расчёта 270 кг/год на человека), а перерабатывается на мусоросжигательных заводах (МСЗ) Москвы менее 10 %. Остальная часть отходов вывозится на полигоны. Из лицензированных 74 полигонов Москвы и Московской области половина уже исчерпала лимит вместимости, а другая половина близка к этому. В настоящее время в нашей стране на свалках скопилось более 55 млрд. т бытовых отходов, которые можно было бы использовать в качестве топлива в котлах на ТЭС для производства тепловой и электрической энергии [35,83]. При сжигании бытовых отходов у города появляется возможность экономить дорогой природный газ и покрывать тепловую и электрическую нагрузку, как это делается в странах Европы, например в Манхейме, где 6% потребности города в электроэнергии и 30% потребности города по теплу покрывается крупным мусоросжигательным заводом [62].
По данным Минприроды, в нашей стране в среднем всего 30% отходов используется повторно или перерабатывается, при этом промышленные отходы перерабатываются на 35%, а ТБО - на 3-4%. Для сравнения можно отметить, что в Дании перерабатывается 80 % бытовых отходов, Швейцарии - 80%, Японии - 72,2%, Франции - 41%, Бельгии - 40%, Германии - 43% .
У нас в стране термическая переработка ТБО началась с 1972 года, когда в восьми городах СССР было установлено 10 мусоросжигательных заводов первого поколения. В России за почти 30-летний период работы над проблемой обезвреживания отходов построено всего 4 мусороперерабатывающих и 11 мусоросжигающих заводов. К настоящему времени все эти заводы (из них 3 - в Москве) уже прошли или находятся на
реконструкции из-за несоответствия экологическим нормам и изношенности оборудования [1,4].
Суммарная проектная мощность двух действующих (МСЗ №2-производительностью 130 тыс.т./год и МСЗ№ 3 производительностью 300 тыс.т./год.) и одного проектируемого завода (МСЗ №4 производительностью 250 тыс.т./год) составляют около 700 тыс.т. ТБО/год, то есть 17% от объема всех образующихся в городе бытовых отходов [78,79]. По оценкам специалистов, строительство в Москве в ближайшие 5-8 лет семи-восьми таких заводов производительностью 250—300 тыс.т. ТБО/год каждый практически позволит отказаться от вывоза ТБО на полигоны. Период уничтожения ТБО, т. е. складирования на полигонах прошел; наступил период их активного использования, в том числе и в виде топлива.
Использование теплоты сжигаемого на МСЗ мусора для покрытия тепловой и электрической нагрузки потребителя является перспективным направлением будущего. Однако низкие параметры пара, применяемые на мусоросжигательных заводов (Р=1,6 МПа, Т=240С), существенно снижают удельные показатели по выработке электроэнергии по сравнению с паросиловыми электростанциями (Р=14 МПа, Т=540С) [78,79]. Применение аналогичных мощностей и параметров пара на МСЗ ограничено свойствами ТБО. Существенного повышения эффективности применения ТБО как топлива для выработки электроэнергии, можно достигнуть за счет поднятия параметров насыщенного пара, выходящего с МСЗ, т.е. применения на МСЗ парогазовой технологии. Результатом подобного решения является повышение тепловой экономичности установки, увеличение мощности и существенное улучшение удельных экологических показателей [84-91].
По данным зарубежной печати, приведенным в следующей главе, соединение в одном энергоблоке мусоросжигательного завода и парогазовой установки (ПТУ) позволяет при реконструкции обеспечить КПД блока МСЗ-ПГУ до 32 % [25,62,63,65,80]. Всё это способствует достаточно широкому распространению за рубежом реконструкции МСЗ с помощью
9 парогазового цикла [62]. В России сейчас нет аналогов данных технологических решений. Поэтому актуальна задача разработки и исследования различных вариантов ПТУ, работающих в блоке с МСЗ на основе отечественного паротурбинного оборудования с использованием современных газотурбинных установок [84-91].
Настоящая работа посвящена анализу различных вариантов реконструкции МСЗ за счет внедрения ПТУ, а также исследованию структурных особенностей тепловых схем МСЗ-ПГУ. Основная часть работы посвящена разработке методики определения показателей тепловой экономичности схем МСЗ - ПТУ. Рассмотрены основные вопросы расчета тепловых схем и предложены алгоритмы расчета тепловых схем и энергетических показателей режимов работы МСЗ-ПГУ.
На основе анализа существующих в мире комбинированных установок МСЗ-ПГУ автором были выбраны наиболее распространенные, типичные схемы, которые и будут в дальнейшем положены в основу для сравнения данных схем по критерию эффективности выработки электроэнергии. Для анализа автором выбраны 2 основные группы, содержащие 4 типа схем. Группа №1: это схемы №1 и №2, в которых пар с МСЗ перегревается в ПП КУ. Группа №2: это схемы №3 и №4, параллельные схемы, в которых пар с МСЗ не перегревается в ПП КУ, а непосредственно подается на ПТУ.
Работа выполнена под руководством кандидата технических наук, доцента кафедры ТЭС МЭИ Бурова В.Д. Автор также выражает свою благодарность и признательность кандидату технических наук, профессору Цаневу СВ. за ряд сделанных важных замечаний и полезных рекомендаций. Автор работы благодарит коллектив кафедры Тепловых электростанций МЭИ за постоянное участие и поддержку.
Автор также признателен профессору кафедры ПТС Галактионову В.В за рекомендации при работе над отдельными частями диссертации и подготовке тезисов и публикаций.
