Содержание к диссертации
Введение
1. Характеристика растительных отходов как топлива и экспериментальное исследование свойств 13
1.1 Роль растительных отходов на примере Алтайского края 13
1.2 Автогенное горение 15
1.3 Экология и проблемы сжигания растительных отходов 16
1.4 Влажные древесные отходы 18
1.5 Характеристика гидролизного лигнина 20
1.6 Экспериментальное исследование характеристик лигнина 24
1.7 Анализ влияния влажности 28
1.8 Парусность и скорость витания частиц 31
1.9 Усадочные явления 32
1.10 Опытное определение и применение кривых сушки 34
1.11 Исследование процессов на дериватографе 35
1.12 Исследования термического разложения древесины 39
1.13 Исследование кинетики реакций разложения КДО 42
1.14 Предложения по энергетическому использованию КДО 49
Выводы к главе 1 53
2. Использование кдо в энергетических котлах 55
2.1 Использование КДО в СЦКК 55
2.2 Оценка эффекта и способов использования КДО 58
2.3 Совместное сжигание угля и биомассы ( обзор ) 59
2.4 Технологическая схема ТЭЦ СЦКК 65
2.5 Формулировка задачи и методы моделирования 68
2.6 Математическое моделирование и анализ 82
Выводы к главе 2 87
3. Развитие схемы реконструкции котлов 88
3.1 Сжигание местных низкосортных топлив 88
3.2 Энергетическое использование КДО на типовой ТЭЦ 89
3.3 Выбор источника тепла 91
3.4 Расчет процессов сушки КДО 92
3.5 Работа технологической схемы и условия сушки 93
3.6 Условия пневмотранспорта 94
3.7 Дожигатели шлака 95
3.8 Результаты применения совместного сжигания КДО и угля 96
3.9 Определение доли КДО при совместном сжигании 103
Выводы к главе 3 106
4. Энергетическое топливо из биомассы 107
4.1 Использование энергетического биотоплива 107
4.2 Сушильная камера, схема работы 108
4.3 Методика расчета аэродинамики и сопротивления 110
4.4 Теплообмен между газом и взвешенными частицами 115
4.5 Исходные данные и условия тепло- и масообмена 116
4.6 Проведение и анализ расчетов 119
4.7 Балансовый расчет установки 120
4.8 Сушильная установка 123
4.9 Конструкция и характеристика вихревых топок «Торнадо» 124
4.10 Разработка теплогенератора 125
4.11 Технологическая схема сушки лигнина 129
4.12 Работа и регулирование установки 130
4.13 Работа комплекса брикетирвания 136
Выводы к главе 4 141
Заключение 143
Литература 145
Принятые сокращения 157
- Экспериментальное исследование характеристик лигнина
- Совместное сжигание угля и биомассы ( обзор )
- Работа технологической схемы и условия сушки
- Конструкция и характеристика вихревых топок «Торнадо»
Введение к работе
Актуальность исследования
Основными приоритетами государственной политики являются сохранение и укрепление здоровья населения на основе обеспечения качества и доступности медицинской помощи (Скворцова В.И, 2012; Стародубов В.И., 2012; Хабриев Р.У., 2013 и др.).
Здоровье детей имеет особую социально-экономическую значимость, так как служит основой общественного благополучия нации, ее экономического и социального процветания (Баранов А.А., 2010; Чичерин Л.П., 2011; Максимова Т.М., 2012). Особое внимание государства в отношении охраны здоровья детей отражены в ФЗ РФ № 323 от 21 ноября 2011 г. «Об основах охраны здоровья граждан» и «Стратегии действий в интересах детей на 2012-2017 гг.», утверженной Указом № 761 от 1 июня 2012 г.
Для обеспечения здоровья детей в 1932 г. была создана первая в стране специализированная детская ревматологическая секция Всесоюзного антиревматоидного комитета при Наркомздраве РСФСР, которая в дальнейшем развилась в детскую ревматологическую службу. Работа службы внесла значительный вклад в постоянное совершенствование медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями, позволила практически решить проблему кардиоревматизма у детей.
В настоящее время остается актуальной проблема ревматических заболеваний костно-мышечной системы и соединительной ткани (Баранов А.А., 2012; Алексеева Е.И., 2013; Малиевский В.А., 2012).
Вопросы организации медицинской помощи взрослым пациентам с ревматическими заболеваниями были рассмотрены в рамках диссертационных работ Солодухиной Л.П. (2006); Сычева В.Г. (2010), Жуковой Н.В (2011). Организационные аспекты детской ревматологической службы были подробно изучены в работах Шуваловой М.П. Малевского В.А. и, которые были защищены в 2005г. и 2006 г., соответственно, и, следовательно, не отражают изменений, произошедших в подходах к терапии и системе здравоохранения в целом за последние 8-10 лет
Реформирование здравоохранения России характеризуется переходом на одноканальное финансирование, что влияет на систему медицинских услуг, их оплату, лекарственное обеспечение и кадровые ресурсы (Щепин В.О., 2011, 2013; Линденбратен А.Л., Стародубов В.И., 2013).
Современные возможности терапии пациентов с ревматическими заболеваниями костно-мышечной системы и соединительной ткани связаны с разработкой и применением генно-инженерных биологических препаратов (ГИБП) (Семагина О.В., 2010; Алексеева Е.И. и соавт., 2011-2013; Баранов А.А. и соавт., 2013, Singgh S.A. et al., 2009; Desay R.S. et al., 2012; Calhoff S. et al., 2013, Otten H.M. et al., 2013). Эти лекарственные средства обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами лекарственной терапии (Насонов Е.Л., 2007; Алексеева Е.И., 2011), однако характеризуются высокой стоимостью (Алексеева Е.И., 2012; Малиевский В.А., 2014).
В связи с вышеизложенным проведение исследования, направленного на разработку научно обоснованных путей совершенствования организации медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями, представляет в современных условиях научный и практический интерес и определяет актуальность настоящего исследования.
Целью исследования стало научное обоснование совершенствования организации медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями.
Задачи исследования:
-
изучить и обобщить официальные источники и литературу по проблеме;
-
разработать методику и программу исследования;
-
провести социологическое исследование среди руководителей и врачей ревматологических отделений по изучению организации медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями;
-
провести оценку медико-социальных и экономических аспектов применения различных видов медицинской помощи, у детей с ревматическими заболеваниями (на модели контингента детей с ювенильным ревматоидным артритом);
-
оценить динамику показателей первичной и общей заболеваемости ревматических болезней среди детского населения за 2005-2012 гг.;
-
разработать организационно-функциональную модель совершенствования организации медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями.
Научная новизна:
– проведена оценка состояния специализированной медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями в современных условиях;
– дана комплексная оценка медико-социальных и экономических аспектов различных видов терапии в условиях типичной практики ведения больных;
– рассчитаны показатели экономического ущерба экономике страны вследствие инвалидизации детей, обусловленной ревматическими заболеваниями;
- определена динамика показателей первичной и общей заболеваемости пациентов с ревматическими заболеваниями в современных условиях;
– разработаны научно обоснованные рекомендации по совершенствованию организации медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями;
Научно-практическая значимость
Информация, полученная в результате исследования, способствовала выявлению проблем, существующих в системе организации медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями, а также разработке подходов по развитию и совершенствованию организации ревматологической помощи детям.
Полученные в ходе исследований результаты используются в работе педиатрических отделений, имеющих в своей структуре койки для пациентов с ревматическими заболеваниями, в многопрофильных стационарах в Ростове-на-Дону и Саранске.
Материалы настоящего исследования применяются в работе Департамента здравоохранения Республики Башкортостан для подготовки законодательных и нормативных документов.
Результаты работы используются в педагогическом процессе на кафедре общественного здоровья и здравоохранения, экономики здравоохранения педиатрического факультета РНИМУ им. Н.И. Пирогова. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 в журналах, включенных в утвержденный ВАК «Перечень периодических изданий». 3 работы опубликованы в зарубежных изданиях.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Характеристика организации медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями на амбулаторном, стационарном и санаторно-курортном этапах лечения в современных условиях.
-
Результаты социологического исследования мнений руководителей и врачей ревматологических отделений о доступности и качестве организации медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями.
-
Результаты медико-социального и экономического анализа эффективности медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями.
-
Динамика показателей первичной и общей заболеваемости детского населения ревматическими заболеваниями.
-
Научное обоснование предложений по совершенствованию организации медицинской помощи детям с ревматическими заболеваниями.
Апробации материалов диссертации
Предварительные результаты были обсуждены на XIV европейском конгрессе Международного общества фармакоэкономических исследований и оценки результатов (ISPOR) «Оценка медицинских технологий. Европейское сотрудничество» (Мадрид, 2011). По завершении работы результаты были представлены на межотдельческой конференции (март 2014 г.) и международной научно-практической конференции «Роль общественного здоровья в здравоохранении» ФГБУ «Национального НИИ общественного здоровья РАМН» (апрель 2014).
Личный вклад автора
Автору принадлежит ведущая роль в выборе направления исследования, разработке ее программы, сборе и обработке материалов. Автором лично проведен научный анализ полученных результатов. Вклад автора заключается в непосредственном участии в реализации всех этапов исследования: от подготовки материалов для его проведения и сбора материалов до представления полученных результатов в научных публикациях и на конференциях.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности
Научные положения диссертации соответствуют паспорту специальности 14.02.03. – «Общественное здоровье и здравоохранение». Результаты работы соответствуют области исследования специальности, конкретно по пунктам 1, 3 и 6.
Объем и структура работы Диссертация изложена на 150 страницах и содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, три главы собственных результатов, выводы, практические рекомендации, список литературы (103 отечественных и 63 зарубежных источника, 20 ссылок на нормативно правовые документы) и приложения. Текст иллюстрирован 20 таблицами и 10 рисунками.
Экспериментальное исследование характеристик лигнина
Лигнин в анализе древесины рассматривается как «негидролизуемая» часть после экстрагирования органическими растворителями и полного гидролиза её углеводной части. Усредненные характеристики лигнина даны в таблице.1.4.
Кажущаяся плотность лигнина rк зависит от гранулометрического состава, длительности хранения, глубины залегания в отвале и по нашим исследованиям может быть оценена по формуле:
Экспериментальные данные по влиянию влажности Wrt лигнина на его насыпную плотность также можно описать простой зависимостью: rнас = 200 + 0,871(Wtr )1,5 , для диапазона влажности Wrt=0...72%. (1.5)
Углы естественного откоса, необходимые для проектирования и в расчетах систем подачи лигнина, были замерены на экспериментальном стенде. По нашим измерениям, фото 1.3, в пробах с рабочей влажностью Wrt=65% они составили:
- статический 38-40
- динамический 25.
Механическая прочность лигнина зависит от содержания трудно гидроли зируемых полисахаридов, чем оно меньше, тем меньше плотность и прочность на раздавливание частиц лигнина, а также больше их пористость [21]. Внешний вид отдельных частиц и порций сухого и влажного лигнина В целом для лигнина характерны заметные вариации свойств и внешнего вида, особенно в зависимости от его влажности, фото 1.4. Элементный состав и низшая теплота сгорании в разных пробах лигнина, таблицы 1.4 и 1.5, также заметно различаются. Возможно, это зависит и от соблюдения технологии производства.
Гранулометрический состав исходного материала по проведенным в лаборатории ситовым анализам представлен на рисунке 1.5 [26]. Состав проб характеризуется присутствием крупных включений, до 30-50 мм, и аппроксиммируется уравнением Розина-Раммлера
Интегральная кривая распределения частиц лигнина. 1 - экспериментальная, 2- аппроксимация (1.6) законом Розина-Раммлера
Исследование процесса и режимов сушки. Целью исследований [15, 17] было определение общего характера процессов и границ перехода к различным режимам сушки проб лигнина в лабораторных условиях. Экспериментальные исследования процессов проводились на установке, включающей сушильный шкаф, муфель, автоматические весы и вспомогательное лабораторное оборудование. Используемые приборы лаборатории топливного анализа кафедры КиРС были поверены и имели соответствующую документацию.
Исследования касались изучения режимов сушки и проводились с весовым контролем влажности проб Текущая влажность определялась путем периодического взвешивания высушиваемых проб на лабораторных весах с точностью до ± 0,0002 г. Температура сушильного агента контролировалась термометром, установленным в рабочем участке с точностью ± 1С и в ходе опытов автоматически поддерживалась на уровне 105-120С. В опытах было выявлено, что период падающей скорости сушки начинается при критической влажности лигнина равной 21-23%. Скорость сушки на этом этапе убывает экспоненциально.
При сушке в муфеле температуры и тепловые потоки на образцы были существенно увеличены – поддерживался жесткий режим сушки. Выявлено, что период падающей скорости сушки наступает при влажности 15%(6000С) и 10%(8000С). При этом поверхность образцов значительно нагревалась, в 1,5-2 раза выше температуры мокрого термометра, которая согласно I-d диаграмме составляла 81С и 85С и могла превышать температуру начала выхода летучих, 170С.
Летучие вещества являются главной причиной взрывоопасности. Процесс выхода летучих из различных образцов, в том числе из лигнина, характеризуется данными термогравиметрии [21] (Рисунок 1.6).
Данные термогравиметрии образцов твердолиственных пород древесины и её компонентов Для лигнина, особенно окисленного (в отвале), в сравнении с древесиной и её компонентами - целлюлозой и ксиланом этот процесс распространяется на гораздо больший температурный диапазон.
При температуре в муфеле ниже 400С процесс сушки замедляется, время начала выхода летучих веществ заметно возрастает.
На основании этих исследований можно рекомендовать:
из-за взрывоопасности сушку КДО при температурах 800-600С (свыше 400С) можно проводить только с применением прямоточной пролетной схемы без задержки частиц , например, в трубе сушилке с нисходящим потоком;
при температурах ниже 400С возможно применение других схем организации процессов сушки, в том числе с задержкой частиц.
Совместное сжигание угля и биомассы ( обзор )
Выход КДО оценивался по данным деревоперерабатывающего цеха и технологии при имеющемся масштабе производства в 171.000 т/год целлюлозы. Общая масса отходов оценивается в 70.300 т/год при влажности 50%, теплота сгорания КДО 1600 ккал/кг.
Оценка затрат и варианты обращения с КДО
Рассмотрение возможных способов применения КДО.
1. Вывоз и хранение КДО на свалке.
Вывоз КДО, до 60 тыс.м3 в год, с 2007г предполагает штрафы экологическому надзору за полигон до 29млн.руб./год.
Кроме того, затраты на вывоз КДО за пределы комбината автотранспортом оценивается в 1,1млн.руб./год.
2. Хранение КДО на территории комбината.
Имеющаяся на сегодня ситуация с хранением отходов на территории комбината с 2007г будет сопряжена с уплатой экологических штрафов в размере 12,4млн.руб./год. Объём территории ограничен.
В сумме затраты оцениваются 42, 5 млн. руб./год.
3. Способы утилизации КДО
Утилизация КДО может осуществляться с исключением приведенных выше
статей затрат и получением прибыли. Анализировались следующие возможные варианты и технологии вовлечения КДО в оборот и хозяйственную деятельность предприятия:
- Производство ДСП (нужны большие затраты на оборудование, малый спрос и нет рынка сбыта),
- Компостирование (длительная, энергоёмкая переработка), - Глубокая химическая переработка (нет приемлемых вариантов),
- Огневое обезвреживание с получением тепла путем совместного сжигания с углем в существующих котлах.
4. Принятый вариант утилизации КДО
Наиболее ясным, проверенным и малозатратным является вариант утилизации КДО путем огневого обезвреживания в типовых котлах ТЭЦ с получением тепла и электроэнергии. Вариант имеет ряд неоспоримых достоинств. Исключаются затраты в размере 1,1млн.руб./год на вывоз КДО и 12,4млн.руб./год на уплату экологических штрафов, а также эмиссия СО, СН4 и СО2 и других вредных веществ при самопроизвольном горении на комбинате. Вовлечение КДО в топливный баланс ТЭЦ СЦКК позволит экономить 15.8тыс.т./год угля или до 11млн.руб./год в денежном выражении при цене угля 700 руб./т, 2006г.
Для вовлечения КДО в топливный баланс ТЭЦ СЦКК было предложено изучить имеющийся зарубежный и отечественный опыт и реконструировать типовой пылеугольный котел, ст. №5 марки БКЗ-75-39-440, с учетом опыта работы котла КМ-75-40-440 и использованием его тракта сортировки и подачи КДО.
Зарубежный опыт. Совместное сжигание угля и биомассы, преимущественно щепы, древесных отходов и КДО имеет ряд преимуществ [44-48]: уменьшаются капитальные затраты на внедрение, снимается проблема использования выделяющейся энергии, с высоким КПД сжигания уменьшается загрязнение оксидами серы, азота и аэрозолями, снижается стоимость вырабатываемой энергии, сокращается выброс парниковых газов - СН4 и СО2. Однако биомассы могут иметь повышенные загрязняющие, шлакующие и коррозионные свойства [49-51] и зачастую требуют предварительной обработки [47], например, сушки.
Согласно зарубежному опыту [44-48] существует ряд промышленных угольных технологий, которые могут быть приспособлены к совместному сжиганию угля с биомассой: слоевые топки, технологии сжигания в стационарном (КС) и в циркулирующем кипящем слое (ЦКС), установки с пылеугольным факельным сжиганием, вихревые топки и технологии с предварительной газификацией.
Таблица 2.1 Установки совместного сжигания угля с биомассами
Время поставки Местонахождение Мощ н. Топливо Комментарии
1977 Outokurnpu Oy. Kokkola, Финляндия 17,5 и 24 Каменный уголь, торф, древесные отходы, тяжелый мазут Установка для обжига колчедана
1982 Seinajoki Energy Works, Финляндия 20 Водогрейный котел для теплоцентрали
1983 Pieksamaki District Heating Co, Финляндия 20 Водогрейный котел
1985 Skelleftea Kraft, Швеция 25 Водогрейный котел для теплоцентрали
1985 Lohja Paper МSH, Финляндия 36 Каменный уголь, древесные и бумажные отходы Паровой котел
1986 Ostersung District Heating, Швеция 25 Каменный уголь, торф, древесные отходы мазут Водогрейный котел
1990 Rauma Paper Mill, Финляндия 60 Каменный уголь, кора, осадок, волокнистые отходы Котел-утилизатор
1993 Ocean Sky Co, Индонезия 155 Каменный уголь, торф, древесная стружка, кора Паровой котел
1993 PT Indah Kiat Pulp & Paper, Индонезия 2x10 9 Каменный уголь, торф, древесная стружка, мазут 1995 Nykoping Energy, Швеция 100т /35э Каменный уголь, древесные отходы, торф, мазут Паровой котел
1995 Soderenergi AB. Швеция л 120 Каменный уголь, древесные отходы, торф, мазут Модернизация пы-леугольного котла
1982 Anjala Paper Mill. Финляндия 14 Каменный уголь, кора, осадок 1984 Clairvirre, Финлян- 2x10 Каменный уголь, древесина Теплоцентраль дия1985 Heinola Fluting Mill,Финляндия 107 Каменный уголь, торф, древесные отходы Комбинированный котел с кипящим слоем и пылеуголь-ный
1991 United Paper Mills, Kaipola, Финляндия 105 При этом технологии КС и ЦКС наиболее приспособлены к совместному сжиганию биомассы с широким диапазоном изменения влажности (35..65%), т.е. при пониженных требованиях к сушке. Установки КС уже в течение многих лет находят широкое промышленное использование и являются испытанной техноло 61 гией. С начала 1980-х годов введено несколько тысяч установок. Их преимуществом является стабильность горения низкосортного топлива переменного состава в равномерно раскаленной бурлящей массе частиц золы, снижение выбросов SO2, NOX, СО и органических веществ. Эта технология малотребовательна к топливу и пригодна для совместного сжигания. Системы с установками КС, работающие на смесях угля с биомассами и другими топливами, широко распространены в Финляндии, Швеции и других странах, приведены в таблице 2.1 [44, 47, 51].
Установки с ЦКС имеют лучшие показатели по регулированию и стабильности топочного процесса. В энергетике первоначально они появились как развитие топок КС и предлагались для сжигания древесных отходов. На сегодня технология сжигания в ЦКС принята в качестве промышленно испытанной, в 1998 г. во всем мире работало более 300 установок. Совместное сжигание угля с КДО и ТБО сокращает затраты на покупку топлива и утилизацию нежелательных продуктов и отходов. Классическое сжигание биомассы на подвижных и неподвижных колосниках значительно уступает современным КС и ЦКС технологиям.
Рассматриваемая ТЭЦ СЦКК, как и большинство ТЭЦ, работает по пыле-угольной технологии с факельным сжиганием, использование биомассы при совместном сжигании с углем особенно актуально для этой технологии. Увеличение доли вырабатываемой на биомассе энергии при её совместном сжигании с углем в пылеугольных котлах улучшает экологию, уменьшает стоимость топлива и тепловой энергии. Даже небольшая доля биомасс приводит к их широкой утилизации при малых капитальных вложениях. Например, замена 5% угля биомассой на ТЭС мощностью 2000 МВт утилизирует 375000 т биомассы в год [44].
Однако специфические свойства биомасс в особенности шлакующие и коррозионные свойства [51] ограничивают их долю, не более 10-20%, а уверенно - 5-10 %. В процессе освоения сжигания топлива в котлах совместно с пылеугольным за рубежом проверены различные технологические схемы:
По схеме 1 биомасса смешивается с углем в системе топливоподачи, размалывается и сжигается совместно с углем в горелочных устройствах.
По схеме 2, осуществляется раздельный размол биомассы и угля. Размолотая биомасса вводится в пылеугольный поток перед горелками или применяются двухпоточные горелки. Схема внедрена, например, на котле энергоблока 380 МВт в Дании для совместного сжигания угля и соломы [47].
Работа технологической схемы и условия сушки
Существенным ограничением, как указывалось в гл.1, при организации сушки является вероятность пиролиза с пожаро- и взрывооопасным выделением летучих, наблюдаемого для древесины при температуре более 200-250С. В соответствии с рекомендациями гл. 1 топливоподготовку нужно вести в период постоянной скорости сушки, т.е. при температуре поверхности частиц на уровне температуры мокрого термометра 70-80 С с завершением интенсивной сушки КДО при критической влажности WK=20-25%. Выход на режим падающей сушки и тем более прогрев КДО свыше 150-200С при организации сушки недопустим.
Для повышения интенсивности процесс сушки производится при пневмотранспорте в режиме прямотока, допускающего повышенную температуру СА, и в две ступени: во всасывающем канале ПТ1 до вентилятора пневмотранспорта ВП2 и в напорном канале ПТ2 после вентилятора ВП2. Так как влажность КДО может быть значительной, до 55-65%, предусматривается использовать в этом случае сушку в два прохода. Устанавливаются две линии пневмотранспорта А и Б, рисунок 3.3, и сначала КДО сушатся и загружаются в силосы С1, а затем из них выгружаются шнеками ШП12 линию пневмотранспорта КДО в котел.
Работа линий пневмотранспорта ПТ1 и ПТ2 контролируется по температуре потока за пылевыми вентиляторами ВП2. При температуре ниже 70 С уменьшается присадка холодного воздуха, подаваемого дутьевым вентилятором котла из первой ступени воздухоподогревателя и вентилятором присадки холодного воздуха ВХЗ. При температуре выше 90С увеличивается присадка холодного воздуха, этим обеспечивается пожарная безопасность системы топливоподготовки.
Соблюдение лимитирующих условий для пневмотранспорта не менее важно, чем ограничения по температурному режиму, перепад давления в тракте не должен превышать напора ТДМ, а скорость пневмотранспорта должна быть достаточной для устойчивого режима пневмотранспорта с оптимальной скоростью СА и концентраций КДО в линии пневмотранспорта. Расходная концентрация КДО (m=0,7-1,2кг/кг), скорость потока в канале пневмотранспорта V не менее 2225м/с, радиусы поворотов не менее 4 диаметров канала и другие оптимальные и лимитирующие условия были приняты согласно рекомендациям [94].
Линии пневмотранспорта, диаметры Д=530мм всасывающих каналов ПТ1 и Д=426мм напорных каналов ПТ2 выбраны на основании аэродинамических расчетов для производительности системы не ниже 6500кгКДО/час, вентиляторы ВП2 пневмотранспорта ВР-140-40 № 8: производительность 10-15тыс.м3/час, напор 3600Па. Для исключения завала линий производительность вентиляторов ВП2 максимальна и не регулируется.
В системе сушки в режиме пневмотранспорта предусмотрено:
- Автоматическое поддержание температуры потока на уровне 80-90С путем присадки холодного воздуха, подается вентилятором ВХ3, ВР 80-751500, №6,3, 17.000м3/час, 800Па, Nу=7,5кВт;
- При температуре выше 120С с включением сигнализации и задержкой 5сек блокируется подача КДО, с задержкой на период освобождения канала пневмотранспорта от КДО отключаются вентиляторы ВП2 тракта и присадки холодного воздуха ВХ3 шибером;
- При дальнейшем повышении температуры открывается клапан на линии подачи пара в соответствующий силос С1, силос и его линия пневмотранспорта заполняются паром.
- Температура СА, воздуха/дымовых газов на входе – 320/400С;
- Температура СА за вентилятором ВП2 – 70 - 80С;
- Расчетный расход СА (80С) – 10340м3/час; - В тракте пневмотранспорта устанавливаются камнеуловители, через которые отделяются крупные, тяжелые посторонние включения. Они периодически выводятся из системы через шиберы. Для улавливания КДО в силосах устанавливаются циклоны Ц11 типа ЦН-151000, СА удаляется из силоса вентилятором фильтра WAMECO, Ф16.
Щепу измельчают до размеров технологической щепы на дисковых руби-тельных машинах. Размеры щепы задаются шагом рубки, 25... 30мм и получают измельченную древесину примерно следующего состава:
- крупная фракция (щепа толщиной до 15мм и длиной более 100мм) – 1...3%;
- толстая фракция (щепа толщиной 7... 10 мм) – 2... 5%;
- кондиционная фракция (нормальная и мелкая щепа) – 60... 85%;
- опилочная фракция – 10... 30%.
Экспериментально полученный график дифференциального распределения частиц щепы по размерам приведен на рис.3.5. Рисунок 3.5–Кривая нормального распределения фракции щепы. d-размер частиц в м., m - процентное содержание фракции
Из результатов расчетов траекторий полета частиц, рисунки 3.6 и 3.7, следует, что частицы крупнее 1-3 мм могут просыпаться в холодную воронку. Этот неприятный факт наблюдается в реконструированном котле ТЭЦ СЦКК. В зимних условиях и летом при повышенной подаче КДО – в холодной воронке скапливаются крупные недогоревшие фрагменты. Учитывая характер кривой нормального распределения рисунка 3.5, видно, что до 50% частиц имеют размеры более 8мм. Эти частицы формируют провал в холодную воронку и недожог.
Для устранения этого явления в соответствии с разработанным патентом [95] предлагается использовать, рис. 3.3, вихревую топку с дожигателями шлака ВШ 22, устанавливаемыми в устье холодной воронки. Доля крупной фракции провала ожидается на уровне 5-10 % общего объема КДО, что соответствует от 1 до 2 Гкалл/ч или 400-800 кг/ч(1-2 м3/ч) КДО. Максимальная тепловая мощность, выделяемая на колосниках, оценивается до 10 Гкал/ч или до 20% общего тепловыделения. Типично в ЛПИ НТВ схемах применяются неэффективные, выгорающие схемы аэродинамического удержания в холодной воронке крупных частиц на полочных и другого типа вставках. При использовании выгружателей шлака ВШ 22, установленных в холодной воронке, выжигание провала гарантируется.
Таким образом, удержание на колоснике и циркуляция частиц КДО в вихре до полного выгорания позволяет в отличие от зарубежных схем [44] использовать дробленые КДО, заменив ими до 20-40% угля.
Испытания котла ТЭЦ СЦКК ст.№5 были проведены в декабре 2007г. Сжигался азейский бурый уголь Wri=25,3%, Аri=14.6%, Vdaf=45,5% с теплотой сгорания З798ккал/кт. Расход КДО 4,5-7т/час с теплотой сгорания 2315 ккал/кт, фото. 3.8. Режимно-наладочные испытания котла были проведены в диапазоне нагрузок 50-75т/ч при давлении пара 36-44кгс/м и его температуре 440С.
Фото 3.8 – Сортировка и подача КДО на ТЭЦ СЦКК Натурные испытания реконструированного котла подтвердили формирование вихревой аэродинамики, уменьшение неравномерности теплосъема и снижение эмиссии NOx и CO. Вредные выбросы минимальны: СО=22-104ppm, NOx=220-240мг/нм3. На основании теплового расчета были приняты доли: угля 80% и КДО 20%. При эксплуатации были достигнуты доли: угля 60% и КДО 40%.
Конструкция и характеристика вихревых топок «Торнадо»
В главе 1 рассматривалось сжигание КДО и других растительных отходов. Типично в России для КДО применяются разработанные в 30-40 годах прошлого века топки, которые используют зажимающую решетку, удерживающую сползающий слой горящего топлива. Сам принцип организации топочного процесса предопределяет нестабильность горения. Слой после выгорания порции топлива внизу падает и движется рывками. Падение свежего слоя создает выбросы и/или погасание в топке. Из-за остановов слоя топливо застревает как в топке, так и в бункерах. Непрерывность горения в слое и топочном объёме разорвана решеткой из охлаждаемых водой труб, поэтому унос плохо догорает в топочном объёме.
Для утилизации КДО, в том числе с легкими парусными частицами (опилки, пыль шлифования, лузга), были разработаны вихревые топки, развивающие предложенную в СССР в 30-е годы профессором Г.Ф. Кнорре схему сжигания в цик 125 лонах. Путем аэродинамического моделирования была показана возможность использования вихревых топок прямоугольной формы с обеспечением надежного удержания твердой фазы в их объеме [14]. При этом ступенчатая подача дожигающего дутья в газоотводящее окно топки, фото.4.9, позволяет обеспечить высокие экологические характеристики и экономичность вихревых топок «Торнадо».
Топки «Торнадо» производства Компании «ПроЭнергоМаш» имеют большой типоразмерный ряд, нашли широкое применение. Они используются: для низкосортных углесодержащих отходов [105, 106] и КДО [107], применяются для комплектации водогрейных и компактных паровых котлов [108, 109], а также для надстройки топок кипящего слоя [110]. Возможность надежного удержания ча стиц при интенсивном взаимодействии с потоком газов [111, 115, 118] предопреде лило использование идей топки «Торнадо» для применения в газогенератрах, тепло Фото 4.9. Дожигание газов в газо- генераторах, том числе и для сжигания от отводящем окне топки «Торнадо» ходов и углей в виде водоугольного топ лива [114]. Топки «Торнадо» производятся в различных запатентованных моди фикациях исходной схемы [116]. Их конструкции обоснованы численным моде лированием [117] и большим практическим опытом. Схема с вихревой топкой «Торнадо» была использована и при разработке теплогенератора.
Теплогенератор типа ТГГ – 4.2ШпВТ предназначен для получения в качестве СА дымовых газов, производимых за счет сжигания лигнина, и работы в составе опытно – промышленной установки производительностью 10 т/час по влажному лигнину.
Теплогенератор ТГГ – 4.2ШпВТ, рис.3.10, состоит из следующих основных элементов:
- каркаса – опорного и обшивочного;
- корпуса, образованного обмуровкой, теплоизоляцией и обшивкой;
- вихревой топочной камеры с вихревой топкой «Торнадо»;
- пережима вихревой топки с газоотводящим окном;
- наклонного колосника двухстороннего воспламенения;
- шнека загрузки топлива;
- механической топки ТШП-1,45 – выгружателя шлака;
- системы воздуховодов, включая сопла нижнего дутья;
- лазов, лючков, гляделок и другой гарнитуры;
- шнека удаления золы;
- системы охлаждения;
- приборов КИПиА. Топочная камера теплогенератора цилиндрической формы, неохлаждаемая, с толщиной стен обмуровки 230 мм. Вихревая топка «Торнадо» формируется кладкой кольцевой вертикальной стенки с газовыпускным окном из клинового шамотного кирпича марки ША (или ШБ).
Кольцевая кладка устанавливается на фундамент. Кладка стен ведется согласно чертежам. Поверх кирпича топочная камера изолируется слоем муллито-кремнеземистого войлока толщиной 30-80 мм и обшивается тонким металлическим листом. Основные размеры топочной камеры: высота 3,385м, диаметр внутренний 2м, активный объем 9м3.
Геометрия, основные размеры топки, установка систем подачи топлива, возврата уноса и сопл подачи дутья, а также устанавливаемые режимные параметры работы вихревой топки теплогенератора на лигнине были обоснованы проведением подробного математического моделирования, рисунок 4.11. Схема постановки задачи, детерминирующие системы уравнений и граничные условия были описаны в главе 2.
Картина аэродинамической обстановки в 3D-модели топки «Торнадо». Подача топлива осуществляется с помощью шнека диаметром 180 мм с регулированием производительности частотным приводом. В топочной камере установлен наклонный водоохлаждаемый колосник двухстороннего воспламенения, обеспечивающий стабильное воспламенение и стабилизацию горения влажных топлив. Пережим и сопла обеспечивают закручивание потока в вертикальный вихрь и удержание парусных частиц топлива в топочной камере до их полного выгорания. Вихревая топка, рисунок 4.10, благодаря идеальному внутритопочно-му перемешиванию создает условия для глубокого выжигания летучих, коксового остатка и уноса, подавляет эмиссию вредных веществ и стабилизирует топочный процесс с формированием характерной картины, рис.4.11.
Механическая топка ТШП-1,45 образует под топки и предназначена для удаления золы. Топка ТШП-1,45 включает: подвод воздуха, блок решетки, устройства регулирования позонного распределения подачи воздуха и схему охлаждения колосников. В соответствии с расчетами воздух, необходимый для горения, подается через решетку ТШП в сопла нижнего дутья и через верхнее кольцевое сопло с общим расходом 6650 кг/ч и следующим распределение воздуха:
- решетка ТШП -40%,
- сопла нижнего дутья - 35%,
- кольцевое сопло - 25%.
Подвод воздуха осуществляется с помощью воздуховодов, выполненных из труб 0219x3. Общий воздуховод выполнен из трубы 0426x4 и прямоугольного короба с сечением не менее 0,14м2. Распределение воздуха настраивается и регулируется шиберами (05ПГВУ 291-80) с Ду=200 мм. Общий расход дутья регулируется направляющим аппаратом вентилятора. Регулирующие шиберы служат для настройки воздушного режима при пуско-наладочных испытаниях. Для стабилизации процесса воздух подогревают в воздухоподогревателе до 200С.
Далее за топкой по газовому тракту расположен вертикальный газоход диаметром 01020мм, в котором установлены устройства смешения газов. Смесители, предназначенные для снижения температуры топочных газов до требуемой температуры и подготовки СА. В этом газоходе также установлен искрогаситель 28.
