Введение к работе
Актуальность работы. Целью энергетической политики России является максимальное эффективное использование природных энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора.
На основании Энергетической стратегии России на период до 2030 г., утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. №1715-р сфера угольной промышленности должна характеризоваться увеличением доли угля в топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) страны.
Базирование энергетики промышленного предприятия одновременно на углях и природном газе значительно повышает надежность энергоснабжения. Такое базирование в будущем будет иметь и экономический смысл, так как при увеличении цен на природный газ снижение затрат на энергоресурсы может быть достигнуто увеличением доли энергетических углей в топливном балансе предприятия.
Этот практически значимый экономический эффект в промышленной энергетике может быть достигнут только при высокой эффективности использования углей.
Известно, что использование низкосортного твердого топлива, как правило, связано с дополнительными затратами энергии на его обогащение и отделение пустой породы, что приводит к увеличению его энергоемкости и дополнительному загрязнению окружающей среды. С другой стороны, низкосортные виды твердого топлива при их полном безотходном использовании могут обеспечить значительное снижение энергоемкости совокупного продукта.
Целесообразна разработка схем энергоснабжения, которые могут базироваться одновременно и на природном газе, и на газе газификации углей. В этом случае при постоянном объеме потребления топлива предприятием доли природного газа и угля могут плавно варьироваться от 0 до 100%. При этом общие затраты на закупку природного газа и энергетических углей могут быть сведены к минимуму, в зависимости от соотношения цен на природный газ и уголь.
Увеличение доли угля в ТЭБ страны предполагает помимо снижения затрат, связанных с его добычей, обогащением и транспортировкой к местам потребления, организацию комплексного безотходного использования в различных теплотехнологиях.
Цель и задачи исследования. В данной работе ставится следующая цель:
проанализировать энергетическую эффективность схем использования
угля в теплотехнологических системах и разработать рекомендации по
созданию энергоэффективного оборудования для получения продуктов
с использованием твердотопливного источника энергии.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе последовательно решены следующие задачи:
проведен анализ энергетической эффективности использования твердого топлива;
сделан выбор направления комплексного использования углей с экстремальными энергосберегающими характеристиками;
выбран эффективный вариант переработки шлака с использованием его температурного и теплового потенциала;
разработано принципиальное конструктивное оформление реактора для сжигания углей в шлаковом расплаве;
разработана энерго- и ресурсосберегающая схема с использованием твердотопливного источника энергии.
Методы исследований. Научные исследования проводились с использованием основных принципов методологии интенсивного энергосбережения в части термодинамического анализа тепловых схем, а также с использованием методов математического и физического моделирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
проведен термодинамический анализ схем переработки твердого топлива;
разработаны энергосберегающие схемы использования углей на базе комбинирования технологических процессов;
разработаны рекомендации по конструктивному оформлению реактора по сжиганию угля в шлаковом расплаве с минимальным брызгоуносом.
Практическая значимость работы:
результаты экспериментального исследования гидродинамики процесса продувки могут применяться для разработки энергосберегающих тепло-технологических объектов, работающих в барботажном режиме;
результаты математического моделирования процессов сжигания твердого топлива могут быть использованы при разработке реакторов с минимальным брызгоуносом расплава в барботажных процессах;
разработанная схема переработки углей в шлаковом расплаве может быть применена в энергетической отрасли для расширения ее топливной базы, на металлургических предприятиях и в других теплотехнологических производствах.
Основные положения, выносимые на защиту:
энергоэффективная тепловая схема использования углей, обладающая экстремальными характеристиками по сравнению с действующими схемами;
экспериментальные результаты физического моделирования гидродинамики процесса продувки жидкости в барботажном режиме с целью определения распределения газовых объемов;
математическая модель конструктивного оформления реакционного пространства реактора, оптимизированная по критерию постоянного газосо-держения по высоте шлакового расплава с учетом изменения объема образующихся газов в результате восстановительных реакций и процесса теплообмена.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» (2005 г.); XVI Международной научно-технической конференции студентов и
аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» (2010 - 2012 гг.).
Публикации. Основное содержание работы изложено в 9 публикациях, из них 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, получен 1 патент РФ На полезную МОДеЛЬ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 119 страницах основного текста, содержит 49 рисунков, 34 таблицы, список литературы из 144 наименований и 1 приложение. Общий объем работы составляет 140 страниц.
