Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса. 7
1.1. Классификация и краткое описание индивидуальных систем пылеприготовления с промежуточными бункерами для ТЭС... 7
1.2. Методы расчета пылеприготовительных установок 17
1.3. Методы анализа и оценки эффективности пылеприготовительных установок 19
1.4. Выводы 25
Глава 2. Основные технологические процессы в индивидуальных системах пылеприготовления с промежуточными бункерами 26
2.1. Основные сведения о технологических процессах в аппаратах индивидуальных систем пылеприготовления с промежуточными бункерами 26
2.2. Модели кинетики сушки частицы 30
2.3; Физико-химические основы термической переработки угля 34
Глава 3. Анализ структуры связей индивидуальных систем пылеприготовления с промежуточными бункерами 38
3.1. Постановка задачи 38
3.2; Блок-схема программы для проведения анализа структуры связей индивидуальных систем пылеприготовления 46
3.3. Результаты проведения анализа структуры связей индивидуальных систем пылеприготовления с промежуточными бункерами. 50
Глава 4. Анализ и оценка тепловой и термодинамической эффективности технологических схем и процессов пылеприготовления в индивидуальных системах подготовки угольной пыли с промежуточными бункерами . 60;
4.1. Постановка задачи 60
4.2. Методика проведения анализа и оценки тепловой, эффективности 60
4.3. Методика проведения анализа и расчета термодинамической эффективности 66
4.4. Информационная часть теплового и термодинамического анализа 71
4.5. Тепловая и термодинамическая эффективность индивидуальных пылеприготовления; 79
4.6. Анализ результатов расчета термодинамической эффективности индивидуальных систем пылеприготовления 108
Глава 5. Эффективность индивидуальных систем пылеприготовления с предварительной термической подготовкой пыли в горелке 115
5.1. Постановка задачи. 115
5.2. Использование плазмотрона в индивидуальных системах получения угольной пыли с термической подготовкой пыли в горелке 115
5.3. Тепловая и термодинамическая эффективность индивидуальных систем пылеприготовления с предварительной термической подготовкой пыли в горелке 118
5.4. Сравнительный анализ эффективности индивидуальных систем пылеприготовления 125
5.5. Выводы 132
Заключение 133
Список литературы 135
- Методы расчета пылеприготовительных установок
- Блок-схема программы для проведения анализа структуры связей индивидуальных систем пылеприготовления
- Методика проведения анализа и оценки тепловой, эффективности
- Использование плазмотрона в индивидуальных системах получения угольной пыли с термической подготовкой пыли в горелке
Введение к работе
Актуальность темы:
Угольное хозяйство является одним из основных потребителей энергии, идущей на собственные нужды тепловой электростанции. Система пылеприготовления, в свою очередь, является самой энергоемкой частью угольного хозяйства. Поэтому методы совершенствования оборудования и технологии получения угольной пыли являются весьма актуальными.
Основное: назначение угольного хозяйства тепловой электрической станции - обеспечение бесперебойной подачи к котлам размолотого угля требуемой влажности и температуры.
Поскольку сами котельные установки должны удовлетворять требованиям надежности, экономичности и безопасности, в том числе санитарной и экологической, то естественно, все эти требования переносятся и на систему подготовки топлива к сжиганию. Более просто эта проблема решается на электростанциях, где паровые котлы оборудованы индивидуальными пылесистемами с промежуточными бункерами.
Поскольку угольное хозяйство ТЭС - это целый комплекс сооружений, аппаратов и трубопроводов,. требующий значительных капиталовложений при строительстве и потребляющий значительную долю энергии на собственные нужды станции или котельной, то роль угольного хозяйства, как системы хранения и подготовки твердого топлива,. очень велика. И, хотя оборудование систем подготовки топлива традиционно относится к вспомогательному оборудованию электрических станций, тем не менее, с учетом всего вышеизложенного, угольное хозяйство ТЭС должно рассматриваться наравне с основными системами и оборудованием станций и котельных.
В связи с большим многообразием технологических систем подготовки твердого топлива к сжиганию, задачи их анализа и оптимизации достаточно сложны. Задача определения существующей структуры связей между элементами; выделения замкнутых и разомкнутых последовательностей элементов, нахождения оптимальной последовательности расчета технологической схемы эффективно может быть решена только с использованием методов математического моделирования и ЭВМ. В области расчета, проектирования пылеприготовительных установок накоплен значительный опыт. Известна литература, касающаяся методов расчета систем пылеприготовления. Однако, существующие методы расчета предполагают определение тепловой эффективности отдельных составных в руководстве работой принимала участие к.т.н. Мингалеева Г.Р. частей системы пылеприготовления. Отсутствуют методы оценки эффективности процессов в системе подготовки топлива, позволяющие определить степень совершенства системы и проводить анализ структуры внешних и внутренних связей элементов систем.
Целью работы является теоретическое исследование и анализ структуры, тепловой и термодинамической эффективности индивидуальных систем пылеприготовления для тепловых электрических станций.
Научная новизна состоит в следующем:
1) разработана комплексная методика для проведения расчета и анализа структуры, тепловой и термодинамической эффективности индивидуальных систем пылеприготовления, позволяющая идентифицировать и оценивать эффективность отдельных элементов в составе объединяющей их системы и саму систему в целом;
2) проведено исследование и анализ структуры связей между элементами исследуемого объекта - индивидуальных систем пылеприготовления с использованием методов математического моделирования;
3) в результате проведения системного анализа, декомпозиции, и синтеза технологических схем получены оптимальные последовательности расчета индивидуальных систем пылеприготовления для тепловых, электрических станций;
4) проведены тепловые и термодинамические, расчеты и анализ эффективности и затрат энергии на эксплуатацию основного технологического оборудования и в целом индивидуальных систем пылеприготовления для тепловых электрических станций;
5) проведен сравнительный анализ тепловой и термодинамической эффективности индивидуальных систем пылеприготовления для тепловых электрических станций и предложены рекомендации для ее повышения.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная комплексная методика расчета систем подготовки твердого топлива позволяет:
1) определять рабочие характеристики и связи технологических потоков;
2) определять степень теплового и термодинамического совершенства систем пылеприготовления для ТЭС;
3) выбирать наиболее рациональную компоновку систем пылеприготовления для ТЭС; 4) использовать разработанные в диссертационной работе положения при модернизации действующих и проектировании новых индивидуальных систем пылеприготовления на тепловых электрических станциях;
5) использовать разработанную комплексную методику при курсовом и дипломном проектировании и чтении лекционных курсов «Тепловые электрические станции» и «Вспомогательное оборудование ТЭС».
Автор защищает: результаты теоретических исследований в области анализа и повышения эффективности технологических схем индивидуальных систем пылеприготовления для тепловых электрических станций.
Личное участие:
Основные результаты работы получены автором лично под руководством член-корр. РАН; Д.т.н. Назмеева Ю.Г. и к.т.н. Мингалеевой Г.Р.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы были доложены на следующих конференциях и симпозиумах:
1... XVI ежегодная Международная Интернет-конференция молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС пробмаш 2004). Москва, 2004г.;
2. V Международный Симпозиум «Ресурсоэффективность и энергосбережение». Казань, 1 - 3 декабря 2004 г.;
3; итоговая научная конференция: 2004 года Казанского научного центра Российской академии наук. Казань, 8 — 16 февраля 2005 г.;
4. XI ежегодная Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ, Москва, 1-2 марта2005 г.;
5. Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-18». Казань, 2005г.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Объем работы: диссертация изложена на 143 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения. Работа содержит 32 рисунка и 70 таблиц. Список использованной литературы содержит 120 наименований.
Методы расчета пылеприготовительных установок
В 1956 г. Центральным котлотурбинным институтом были предложены нормы расчета и проектирования пылеприготовительных установок взамен норм и нормативных материалов по расчету и проектированию систем пылеприготовления выпущенных ранее различными организациями. В 1971г. этим же институтом была выпущена обновленная методика расчета и проектирования пылеприготовителных установок под редакцией Н. В. Соколова и М. Л. Кисельгофа [4], в которой приводятся данные для расчета и проектирования пылеприготовительных установок к парогенераторам мощностью до 1200 МВт. В настоящее время это основная существующая методика, по которой рассчитываются пылеприготовительные установки.
В методике приводятся нормативные материалы по выбору схем пылеприготовления, типу мельниц, расчету сушильной и размольной производительности мельниц, мощности их приводов. Даются методы теплового и аэродинамического расчетов основного и выбор вспомогательного оборудования.
Тепловой баланс пылеприготовительной установки составляется на кг сырого топлива. В результате расчета теплового баланса определяется расход сушильного агента в мельницу. Температура сушильного агента выбирается из условия взрывобезопасной работы пылеприготовительной установки. Т.е температура отработанного сушильного агента за мельницей не должна превышать. 1д0П - температуры допустимой нормами взрывобезопасности и должна быть минимум на 5С выше температуры точки росы, во избежание конденсации паров на стенках пылепроводов - для систем, работающих под давлением. Расход сушильного агента выбирается таким образом, чтобы его количество и скорости в отдельных элементах пылеприготовительной установки; попадали в пределы, рекомендуемые данной методикой. Кроме того, расход сушильного агента выбирается так, чтобы его излишняя влажность после мельницы не мешала нормальному транспорту пыли, и расход отработавшего агента не превышал производительность мельничного вентилятора пылеприготовительной установки.
Уравнение теплового баланса имеет следующий вид:где qc а - физическое тепло сушильного агента, кДж/кг; qMex тепло выделяющееся в результате работы мелющих органов, кДж/кг; qnpC физическое тепло присосанного холодного воздуха, кДж/кг; qucn - тепло, затрачиваемое на. испарение влаги, кДж/кг; q - тепло, уносимое изустановки сушильным агентом (без водяных паров), кДж/кг; qmR -тепло, затрачиваемое на подогрев топлива, кДж/кг; q - потеря тепла отохлаждения установки, кДж/кг.Аэродинамический расчет системы пылеприготовления служит для определения суммарного сопротивления пылевоздушного тракта. Расход транспотирующего агента принимается по данным теплового расчета.
Сопротивление пылепроводов, Па, определялось для отдельных участков между элементами оборудования, где концентрация пыли остается неизменной — на участках «мельница-сепаратор», «сепаратор-циклон», «циклон-горелка» по формуле [4]:где 3Э - эквивалентный диаметр трубопровода, м; w - скорость потока, м/с; р -плотность потока, кг/м ;ДПЛ - коэффициент трения для трубопроводов при наличии пыли в транспортирующем агенте:X - коэффициент трения при движении чистого воздуха или газа; \i -концентрация пыли или топлива на данном участке, кг; I - длина участка, м.
Местные сопротивления и сопротивление отдельных элементов пылевоздушного тракта, Па, и элементов оборудования определялись по формуле:где пл - коэффициент местного сопротивления при движении запыленного потока:С, - коэффициент местного сопротивления на чистом газе или воздухе.Структурный анализ
Система подготовки топлива к сжиганию в целом можетрассматриваться как функциональная система, представляющаясовокупность технологических объектов (аппаратов, систем, комплекса систем) взаимосвязанных между собой, в каждом из которых осуществляется некоторый типовой технологический процесс или несколько процессов. В связи с большим многообразием технологических систем подготовки твердого топлива к сжиганию, задачи анализа и оптимизации очень сложны, из-за чего технический расчет схем трудоемок из-за многократного повторения расчета различных элементов и схемы в целом. Это существенно сказывается на точности определения показателей отдельных элементов системы топливоприготовления.
Поэтому для: анализа и выявления отдельных элементов системы подготовки твердого топлива к сжиганию, а также комплекса элементов, может быть применен анализ структуры [16]. Кроме того, установленные взаимозависимости между элементами внутри технологической схемы топливоприготовления позволят определить последовательность расчета схемы, т.к. специфика взаимосвязей между технологическими аппаратами определяет последовательность элементов схемы.
При проведении структурного анализа широко используются различные методы математического моделирования [17-21]. Основные, положения структурного анализа систематизировано и подробно изложены в работах [22-34]. Однако вопрос анализа структуры для технологических систем подготовки твердого топлива к сжиганию не рассматривался [1-15]. Проведение данного анализа структуры связей системы подготовки угля, позволяет выявить все взаимосвязи элементов схемы и сложную структуру в целом, т.е. определить замкнутые последовательности расчета (контуры), посредством прямых и обратных потоков энергии и вещества.
В состав математической модели многоэлементной технологической схемы в качестве одной из главных частей входит информационная блок схема (ИБС) - графическое отображение топологии системы подготовки топлива [35]. Для решения задач математического моделирования, анализа и оптимизации технологических схем применяют графы, в частности потоковые графы [36]. Поэтому ИБС представлена в форме ориентированного фафа. Потоковые графы позволяют определить изменения количественных характеристик выходных параметров системы при воздействии входных параметров на нее.
Блок-схема программы для проведения анализа структуры связей индивидуальных систем пылеприготовления
Алгоритм решения поставленных задач реализован при помощи прикладной программы, составленной на языке программирования СИ. Программа позволяет идентифицировать замкнутые контуры, построить матрицу цикла, сокращенную матрицу цикла и определить потоки, разрыв которых позволит провести расчет технологической схемы по одному из наиболее оптимальных вариантов. Блок-схема,программы для проведения анализа структуры связей теплотехнологических схем приведена на рис. 3.4.
Ниже приводятся пояснения к основным операциям, реализуемым в программе.Рис. 3.4 Блок - схема программы для проведения анализа структуры связей индивидуальных систем с промежуточными бункерами пыли
В блоках 1-4 вводятся исходные данные в виде сокращенной матрицы смежности A(ij) и максимальной степени перемножения Р сокращенной матрицы смежности; идентифицируются, имеющиеся контуры. С целью выявления разомкнутых последовательностей информационных блоков (или элементов схемы) осуществляется сокращение матрицы смежности, а именно удаление строк и столбцов, содержащих только нули. Сокращенные матрицы смежности для ИБО рассматриваемых индивидуальных систем подготовки твердого топлива представлены в табл. 3.7-3.9.
В блоке 2 формируется первый элемент списка диагоналей при степени перемножения к=1, в который заносятся все элементы (блоки) сокращенной матрицы смежности, на диагоналях которых имеются единицы.
В блоке 3 сокращенная матрица смежности перемножается сама на себя к раз (при изменении к от 2 до Р с шагом 1) и для каждой степени перемножения формируются списки элементов диагоналей.В блоке 4 определяются контуры в степени перемножения к (при изменении к от 2 до Р с шагом 1) и формируются к-ые элементы списка контуров.
В блоках 5 и б формируются матрица циклов и сокращенная матрица циклов# (содержит только разрываемые потоки) и осуществляется вывод полученныхрезультатов на экран и в файл. Сокращенные матрицы циклов для ИБС рассматриваемых систем даны в таблицах ЗЛО-3.12.
При проведении моделирования структуры циклических связей рассматриваемых технологических систем с использованием разработанной прикладной программы были получены следующие результаты:-для индивидуальной системы с подачей пыли низкой концентрации и сушкой воздухом:
Определена необходимая для полной идентификации контуров степень перемножения сокращенной матрицы смежности Р 10.Определено количество контуров в ИБС индивидуальной системы спромежуточным бункером с низкой концентрацией пыли - девять. Врезультате расчета было определено пять систем контуров. Первая системаобразована блоками (см. рис. 3.1-3.3) 1, 2, 3. Вторая — блоками 10, 11. Третья-блоками 11, 12. Четвертая -блоками 12, 13.. Пятая — блоками 17, 18; 19, 20,ф 21, 22; 23, 24 .25. Пятая система объединяет в себе несколько контуров.
Первая — четвертая системы, по сути, являются отдельными контурами.Для определения минимального числа разрываемых потоков составим матрицу циклов (табл. ЗЛО)
Система топливоприготовления является замкнутой, и для минимизации расчетов этой схемы разорвем поток общий для нескольких контуров.Максимальный ранг контуров равен 8 в соответствии с максимальной степенью перемножения матрицы смежности. Количество контуров каждого ранга в порядке возрастания приводятся ниже. Определено количество условно разрываемых потоков, позволяющих полностью выполнить расчет ИБС - один.
В результате проведения анализа структуры связей ИБС индивидуальной системы с подачей пыли низкой концентрации и сушкой воздухом выявлены 4 контура второго ранга, два контура третьего ранга, один контур четвертого шестого и восьмого рангов.
Условно разрываемый поток в ИБС индивидуальной системы с подачей пыли низкой концентрации и сушкой воздухом (используются следующие обозначения: номер потока - номер выходного блока/номер входного блока): 7-24/25.Разрыв потока 7 — 24/25 позволяет рассчитать контур 4, 7, 8, 9Остальные элементы и контуры теплотехнологической схемы топливоприготовления рассчитываются без разрыва каких-либо потоков.
Первый контур образован элементами 10 и 11. Дробилки мелкого дробления 10 связаны с ленточным конвейером II потоком крупноразмолотого угля Г - 10/11. Ленточный конвейер И связан с дробилками мелкого дробления 10 потоком крупноразмолотого угля 2 — 11/10.Второй контур образован элементами 11 и 12. Ленточный конвейер 11 связан с краном перегружателем 12 потоком крупноразмолотого угля 3 -11/12. Кран перегружатель 12 связан с ленточным конвейером 11 потоком крупноразмолотого угля 4 - 12/11.
Третий контур образован элементами 12 и 13. Кран перегружатель 12 связан со складом угля 13 потоком крупноразмолотого угля 5 - 12/13. Склад угля. 13 связан с краном перегружателем 12 потоком крупноразмолотого угля 6-13/12.
Четвертый контур образован элементами 24 и 25. Воздухоподогреватель 25 связан с горелкой котла 24 потоком горячего воздуха 8 - 25/24. Горелка котла 24 связана с воздухоподогревателем котла 25 потоком нагретых, дымовых газов 7 - 24/25. Условно разрываемый поток 7 - 24/25.
Пятый контур образован элементами 1, 2, 3. Дутьевой вентилятор 1 связан с калорифером 2 потоком холодного, воздуха 9 — 1/2. Калорифер 2 связан с тепляком 3 потоком горячего воздуха 10 - 2/3. Тепляк 3 связан с дутьевым вентилятором потоком холодного воздуха 11-3/1. Шестой контур образован элементами 16, 17, 18. Питатель сырого топлива 16 связан с мельницей 17 потоком сырого угля 12 — 16/17. Мельница
Методика проведения анализа и оценки тепловой, эффективности
Методика проведения анализа и оценки тепловой эффективности индивидуальных систем подготовки твердого топлива к сжиганию составлена в соответствии сосновными положениями [4], изложенными в главе 1. Алгоритм методики представлен на рис. 4.1.
Исходные данные к расчету: низшая теплота сгорания топлива, Q1Lp, кДж/кг; влажность на рабочую массу, Wp, %; выход рабочих на горячую массу, Уп %; тонина помола пыли, R90» %; расход топлива на котел, Вк, т/ч; температура наружного воздуха, to.c., С эффективности индивидуальных систем подготовки угля к сжиганию. В общем случае тепловой баланс промышленного объекта имеет вид, кВт, ііі І где Qi - количество подведенного к объекту энергоносителя І-го вида, кВт; Q." - количество полезно использованного энергоносителя і-го вида, кВт;. Qnom _ ПОхери-энергоносителя і-го вида в ходе проведения технического процесса в рассматриваемом объекте, кВт; (?, - количество образовавшегосяв объекте энергоносителя j-ro типа (в том числе и ВЭР, находящего применение на смежных стадиях производства или у внешних потребителей), кВт.
Т.к. мельница в системе получения, угольной пыли является наиболее энергоемким участком, рассмотрим баланс ее входных и выходных потоков подробнее. В соответствии с блок-схемой (рис. 4.1), прежде всего, необходимо определить тепловую мощность входных потоков. К входным потокам относятся:1) Физическая теплота сушильного агента qca, кДж/кг: 2)Теплота, выделяющаяся в результате работы мелющих органов /мех, кДж/кг: где Кмех - тепло работы мелющих органов; Эр - удельный расход энергии на размол, кВт-ч/т. для ШБМ Кмсх = 0,7; СМ #мех = 0,6; ММКЫСХ = 0,6. В.— размольная производительность, т/ч, вентилируемой тихоходной ШБМ: = к кж - суммарный эксплуатационный коэффициент, в котором кбр коэффициент, учитывающий форму брони и для неизношенной волнистой брони равный 1,0; кэк — коэффициент, учитывающий снижение, производительности в эксплуатационных условиях из-за увеличения присосов, ухудшения качества топлива, износа брони и шаров и ряда других причин; обычно его принимают равным 0,9; Я"вен-коэффициент, учитывающий влияние вентиляции барабана на производителность мельницы; р безразмерная величина, характеризующая частоту вращения барабана; для ее определения используют соотношение: где щ - частота вращения рассчитываемого барабана, об/мин; DQ -внутренний диаметр барабана, м; y/Q ..- степень заполнения барабана шарами; ее можно определить по формуле: где Gm - масса шаров, загружаемых в мельницу, т; ршн, т/м3 - насыпная плотность шаров; VQ - внутренний объем барабана, м ; а - вспомогательная величина, зависящая от свойств топлива и полученной пыли; ее значение находят из формулы: эк Кж — коэффициент, учитывающий снижение производительности в эксплуатационных условиях из-за увеличения присосов, ухудшения качества топлива, износа размольных элементов и ряда других причин; D - диаметр стола, м; где Ь— параметр, зависящий от качества топлива и получаемой пыли; его определяют по формуле: где с - коэффициент учитывающий влияние конструкции сепаратора на работу мельницы; коэффициент Пв, учитывающий влияние вентиляции на производительность мельницы; коэффициент Кэк, учитывающий снижение производительности мельницы в эксплуатационных условиях вследствие износа бил; коэффициент Кзак учитывающий влияние степени закрытия ротора; и — окружная скорость ротора, м/с; L - длина ротора, м; MD -количество бил по окружности, шт; Nj.- отностельная мощность мельницы кВт; Nx.x - мощность холостого хода, кВт где с6 - коэффициент, учитывающий влияние конструкции размольной камеры; коэффициент J3, учитывающий относительную длину била, определяющуюся из формулы: ( 2/iV Р = 1.-0,7 \ , V D-J где h — полная длина била, м; Коэффициент Пт, учитывающий влияние физических свойств топлива и крупности пыли на производительность мельницы, определяется по формуле: где Кт - коэффициент размолоспособности топлива; П -коэффициент, учитывающий влияние крупности поступающего в мельницу угля на производительность его находят в зависимости от остатка сырого топлива на сите с отверстием 5 мм —R$\ RgQ — тонкость готовой пыли на сите с отверстием 90 мкм, Пвп\ — поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности на размолоспособность топлива; его значение определяют по формуле: где/Г— коэффициент, характеризующий максимальную влажность топлива; К .= 1 +1,07 ; W№ - гигроскопическая влажность топлива, %, т. е. остающаяся в топливе после доведения его до воздушно-сухого состояния; Wc - средняя влажность топлива; Wcp=— — - для ШБМ; В этих формулах iVM - влажность топлива перед мельницей, соответствующая Wp при отсутствии предварительной подсушки, и Wnn влажность пыли; а=6 для каменных углей [6]; ЛВЛ2 - переводной коэффициент массы угля со средней влажностью Wcp в массу сырого угля с влажностью Wp, определяемый по формуле: N Мощность, потребляемая из сети, кВт; JV -—— -дляШБМ; ЛІ, дг = J. «і— для СМ; где Л д - мощность на валу двигателя, кВт/ч; В соответствии с блок-схемой (рис. 4.1) определим тепловую мощность выходных потоков. К выходным потокам относятся: 1) Теплота, уносимая с уходящим из мельницы сушильным агентом без учета энтальпии испаренной влаги 2» кДж/кг: 2) Теплота, затрачиваемая на подогрев угля, qTJl, кДж/кг:
Использование плазмотрона в индивидуальных системах получения угольной пыли с термической подготовкой пыли в горелке
В соответствии с положениями, рассмотренными в главе 1, выбрана наиболее эффективная система с предварительной термической подготовкой пыли с использованием энергии низкотемпературной плазмы.
Сущность этого метода заключается в разделении пылеугольного потока на две части, одна из которых нагревается электродуговой плазмой до температуры практически полного выделения летучих угля и частичной газификации коксового остатка.. Это в свою очередь позволяет обеспечить суммарный выход горючих газов на уровне содержания летучих в высокореакционных углях. Таким образом, из части аэросмеси (уголь + воздух), прошедшей зону электродугового разряда, получают высокореакционное двухкомпонентное топливо (горючий газ + коксовый остаток), способное воспламенить оставшуюся часть аэросмеси и стабилизировать горение в топке С применением термохимического метода параметры топливной смеси на входе котла кардинально отличаются от существующих на практике. В топку поступает не инертная аэросмесь с температурой 50... 150С, а факел реагирующей топливной смеси, что может изменить основные параметры процесса горения.
Аэросмесь (первичный воздух + угольная пыль) по пылепроводам подается в горелки. Она подается в горелку, оснащенную системой плазменного воспламенения, в которой аэросмесь под воздействием плазменного факела нагревается. При этом выделяются летучие, и газифицируется углерод угля. Выделившиеся летучие и продукты газификации окисляются в первичном воздухе, дополнительно выделяя тепло и еще больше нагревая реагирующий поток пылеугольных частиц, продуктов сгорания летучих и газификации коксового остатка.
В результате на выходе из горелки имеется нагретый до высоких температур (1 500 К) реагирующий поток частиц. При смешении с вторичным воздухом указанные продукты термоподготовки, нагретые до температуры воспламенения, интенсивно реагируют, выделяя тепло и образуя конечные продукты реакций (водяной пар и диоксид углерода). Использование разных типов горелок не вызывает различий в механизме этого процесса.
Условия расчета основных характеристик индивидуальных систем с плазмотрономВ качестве основной методики использован метод, предложенный Я. Шаргутом, согласно главе 1.В отличие от традиционных систем подготовки твердого топлива к сжиганию для систем, оборудованных плазмотроном, определяется к.п.д. горелки с учетом химической эксергии топлива. В традиционных схемах для определения к.п.д. аппаратов, учитывается только физическая составляющая эксергии, т.к. химическая составляющая эксергия сырого угля равна 22 381 кДж/кг, угольной пыли - 21767 кДж/кг, что в несколько десятков раз больше физической составляющей, поэтому химическую составляющую целесообразно учитывать только при определении к.п.д. всей системы пылеприготовления, вернее ее транзитную часть, согласно главе 1.Алгоритм расчета основных характеристик индивидуальных систем с плазмотроном
Блок №1 Блок ввода исходных данных. Задаются основные параметры потока входящего в горелку, они являются выходными параметрами методики проведения анализа и оценки термодинамической эффективности технологических систем топливоприготовления, рассмотренной в главе 4. Задается значение температуры нагрева смеси в плазмотроне Т и мощность плазмотрона L.Блок №2, Блок в котором определяется количественный состав продуктов термического разложения угля: СО, С02, Н20, СН4, N2, Н2.
Блок №3. Блок, в котором осуществляется проведение анализа и оценка термодинамической эффективности индивидуальных систем оборудованных плазмотроном.Рис. 5.1 Блок-схема алгоритма расчета индивидуальных систем с предварительной термической подготовкой пыли в горелкеТермическая эксергия генераторного газа, состоящая из физической и химической составляющих, определяется по формуле [95].компонента в интервале от температуры окружающей среды до действительной температуры, кДж/кг;G- - количество вещества компонента раствора (в произвольных единицах приведенных в согласие с удельными); 2) - мольное содержание компонента раствора; ет, dm - нормальная химическая эксергия и энтальпия девальвациичистого компонента, кДж/кг;R - газовая постоянная, кДж/кг.Химическая эсергия коксового остатка определяется также как и для угля.
Т. к. газифицируется только небольшая доля топлива идущего в горелку, а основная часть смеси пыли и воздуха подается для сжигания в традиционном виде, то часть химической эксергии угля не переходит в другой вид и является транзитной эксергией. Транзитная эксергия — наименьшее значение рассматриваемого вида эксергии на входе и выходе из системы, т. е. для рассматриваемых систем - это химическая эксергия пыли.Блок №4. При определении термодинамического совершенства системы подготовки угольной пыли с плазмотроном наиболее подходящей формой определения эксергетического к.п.д. является формула [37]:где Е ,Е" - суммарные потоки эксергии на выходе и входе системы, соответственно; Е - оток транзитной эксергии в системе.5.3 Тепловая и термодинамическая эффективность индивидуальных систем пылеприготовления с предварительной термической подготовкой пыли в горелке
Тепловая и эксергетическая части анализа и оценки выполнены для всей балансовой теплотехнологическоЙ схемы в целом, а также для каждого рассматриваемого элемента и блока БТТС в соответствии с изложенными выше положениями. В данной главе приводятся результаты расчета для блока №2 только для горелки оборудованной плазмотроном, т.к. для остальных элементов схемы значения в расчетном , блоке №1 и №2 аналогичны, приведенным в главе 4.
Результаты расчета для горелки с плазмотроном, входящих в блок № Результаты расчета для горелки, оборудованной плазмотроном, с указанием потерь теплоты, эксергии в данном элементе схемы, теплового и эксергетического КПД, для всех предложенных схем подготовки топлива, представлены в табл. 5.1 — 5.10 (а, б).
