Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань – 2012

Работа выполнена в Исследовательском центре заморочек энергетики Федерального муниципального экономного учреждения науки Казанского научного центра Русской академии

Научный консультант: доктор технических наук Мингалеева Гузель Рашидовна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доктор Сафин Рушан Гареевич доктор технических наук, доктор Ваньков Юрий Витальевич

Ведущая организация: Муниципальный Научно-исследовательский институт хим товаров (ГосНИИХП)

Защита диссертации состоится «29» марта 2012 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д212.082.02 при ФГБОУ ВПО «Казанский муниципальный энергетический университет» по адресу: 420066, г. Казань, ул.

Красносельская, д. 51, зал заседаний Ученого совета (ауд. Д-223).

Отзывы на автореферат в 2-ух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, д. 51, ученому секретарю диссертационного совета Д212.082.02 проф. Зверевой Э.Р.

Тел.: (843) 519-42-53, факс: (843) 519-42-54.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский муниципальный энергетический университет» С авторефератом можно познакомиться и на веб-сайте www.kgeu.ru.

Автореферат разослан «24» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.082.02, канд. хим. наук, доктор Зверева Э.Р.

ОБЩАЯ Черта РАБОТЫ

Актуальность работы.

Современные промышленные предприятия являются наикрупнейшими потребителями топливно-энергетических ресурсов, вследствие чего издержки на энергоресурсы в структуре себестоимости выпускаемой продукции составляют более 20%.

В текущее время неувязка надежного энергоснабжения промышленных компаний либо жилых районов в больших и маленьких городках может быть решена методом переоборудования котельных, отработавших собственный ресурс либо требующих реконструкции, в маленькие электростанции с газовыми турбинами.

Модернизация котельной может быть осуществлена средством установки отдельных систем ГТУ либо надстройкой действующих котлов. При всем этом для обеспечения надежного энергоснабжения котельная может быть переведена на жесткое горючее. В перспективе низкосортное жесткое горючее может стать главным видом органического твердого горючего, так как Наша родина обладает большенными его припасами. Но повышение употребления ископаемых углей будет сопровождаться ростом экологической нагрузки на окружающую среду.

Основной неувязкой при сжигании угля является образование еще большего количества вредных газообразных и жестких отходов по сопоставлению с внедрением мазута и природного газа, также необходимость узкого измельчения угля и загрязнение поверхностей нагрева котла. Современные угольные технологии должны обеспечивать более полное преобразование хим энергии твердого горючего в термическую и электронную энергию, компактность основного оборудования и иметь высшую эффективность. К таким технологиям можно отнести пиролиз, газификацию, технологии изготовления и использования композиционных топлив (водоугольные, мазутоугольные суспензии и др.). Широкие перспективы имеют методы газификации под давлением, так как увеличение давления газификации содействует повышению теплотворной возможности генераторного газа и интенсификации процесса в целом.

Применение на энергетических объектах технологий газификации твердого горючего под давлением выше атмосферного для энергообеспечения промышленных компаний позволяет не только лишь сделать лучше технико-экономические характеристики за счет понижения толики издержек на термическую и электронную энергию в себестоимости продукции, да и использовать газотурбинные установки без дополнительного компремирования приобретенного газа. Но при всем этом растут серьезные и эксплуатационные издержки на газогенератор, потому нужна всеохватывающая оценка эффективности технологических схем с газификацией твердого горючего по энергетическим и технико-экономическим показателям.

Цель работы Разработка и оценка эффективности технологической схемы энергообеспечения промышленных компаний с газификацией угля под давлением на базе расчета процесса в газогенераторах поточного типа.

Главные задачки исследовательских работ включают:

1) получение зависимостей для определения состава генераторного газа при изменении давления;

2) создание методики расчета главных характеристик процесса газификации угля под давлением в поточном газогенераторе;

3) разработка методики расчета и оценки эффективности систем энергообеспечения промышленных компаний с внедрением технологии газификации угля;

4) разработка технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией угля и ее сравнительная оценка с существующими аналогами.

Научная новизна выполненных исследовательских работ:

— получены зависимости для определения состава генераторного газа при изменении давления газификации с учетом состава горючего для разных типов углей;

— сотворена методика расчета главных характеристик процесса газификации угля в газогенераторе поточного типа, позволяющая найти время газификации с учетом размеров частиц, состава угля и окислителя;

— разработана методика расчета и оценки эффективности систем энергообеспечения промышленных компаний с внедрением технологии газификации угля в газогенераторах поточного типа, работающих под давлением.

Практическое значение результатов работы:

Методика расчета и оценки эффективности технологических схем с газотурбинными установками, сжигающими генераторный газ, приобретенный при газификации угля, может употребляться при разработке вариантов модернизации промышленных котельных либо строительства энергетических объектов малой мощности до 25 МВт, созданных для автономного энергоснабжения промышленных компаний.

Разработана технологическая схема энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией угля под давлением.

Предложены советы по использованию поточных газогенераторов, работающих под давлением, в технологических схемах энергообеспечения промышленных компаний.

Главные положения диссертации, выносимые на защиту:

1) зависимости для определения состава генераторного газа при изменении давления для разных типов углей;

2) методика расчета главных характеристик процесса газификации угля под давлением в газогенераторе поточного типа;

3) методика расчета и оценки эффективности систем энергообеспечения промышленных компаний с внедрением технологии газификации угля в газогенераторах поточного типа, работающих под давлением;

4) технологическая схема энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией угля под давлением;

5) советы по использованию поточных газогенераторов, работающих под давлением, в технологических схемах энергообеспечения промышленных компаний.

Достоверность приобретенных результатов подтверждается внедрением при математическом моделировании и формировании методики традиционных подходов, основанных на базовых законах технической термодинамики, сопоставлением с известными экспериментальными данными.

Реализация работы.

Результаты работы применены при реализации Федеральной мотивированной программки «Научные и научно-педагогические кадры инноваторской России» на 2009 — 2013 годы (муниципальные договоры № 02.740.11.0062, № 02.740.11.0072), ФЦП «Исследования и разработка по приоритетным фронтам развития научно-технологического комплекса Рф на 2007-2012 годы» (муниципальный договор № 02.516.11.6040), также гранта РФФИ (№ 08-08-00233).

Проект по результатам диссертационной работы удостоен диплома лауреата конкурса 2010 года 50 наилучших инноваторских мыслях для Республики Татарстан в номинации «Старт инноваций».

Апробация работы.

Главные положения работы были представлены, доложены и оговорены: на XIX Интернациональной научно-практической конференции «Казантип-ЭКО-2011.

Инноваторские пути решения животрепещущих заморочек базисных отраслей, экологии, энерго- и ресурсосбережения», г. Щелкино, Украина, июнь 2011 г.; на XVII Интернациональной конференции по хим термодинамике в Рф, Казань, июль 2009 г.; на X, XII Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение», Казань, декабрь 2009, 2011 г.;

на 21-ой, 23-ей Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и способы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Казань, май 2009, 2011 г.; VII Школе-семинаре юных ученых и профессионалов под управлением академика РАН В.Е.

Алемасова, Казань, сентябрь 2010 г.; Х Интернациональной конференции юных ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», Казань, май 2009 г; каждогодних итоговых научных конференциях Казанского научного центра Русской академии, Казань, 2009-2011 г.; каждогодних научных аспирантских семинарах Исследовательского центра заморочек энергетики КазНЦ РАН, Казань, 2009-2011 г.

Публикации.

По теме диссертации размещено 15 печатных работ, в том числе 6 статей, рекомендованных ВАК, зарегистрирован 1 патент на изобретение.

Объем и структура работы.

Диссертация изложена на 176 страничках и состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения. Работа содержит 41 набросок и 17 таблиц, библиографический перечень литературы из 144 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во внедрении обусловлена актуальность работы, представлена ее общая структура, изложены цели и задачки исследовательских работ, определены главные научные положения диссертации, ее научная и практическая значимость.

В первой главе представлен обзор литературы по системам энергообеспечения промышленных компаний и методам газификации твердого горючего, вероятным фронтам использования данной технологии, также способам расчета и моделирования процесса газификации. Обусловлен выбор метода газификации угля в поточном газогенераторе для внедрения его при производстве термический и электронной энергии в составе источников энергоснабжения промышленных компаний.

Рассмотрены перспективы использования ГТУ при переоборудовании промышленных котельных, отработавших собственный ресурс либо требующих реконструкции, в маленькие электростанции, которые являются действенным решением тепло- и электроснабжения промышленных компаний либо жилых районов в больших либо маленьких городках.

В текущее время в Рф потребности в энергии промышленных объектов, компаний сельского и коммунального хозяйства покрываются практически 200 тыс.

котельных, которые представлены как сильными котельными установками, так и котельными агрегатами маленькой производительности (до 50 т/ч). Котельные потребляют около 46 % горючего, при всем этом пропадает высокотемпературный потенциал товаров сгорания, который можно использовать в газовой турбине до котла. Перевод имеющихся котельных на комбинированное создание электроэнергии и тепла может стать дополнением централизованного энергоснабжения, повышающим надежность, стабильность и эффективность имеющихся схем энергообеспечения.

Совместная работа газотурбинных установок с водогрейными и паровыми котлами в котельных позволяет обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд, что в свою очередь увеличивает надежность теплоснабжения потребителей, также понизить удельные расходы горючего на единицу получаемой термический и электронной энергии. Модернизация котельной может выполняться 2-мя методами:

1) установка отдельных модулей ГТУ с газовыми подогревателями сетевой воды;

2) надстройка действующих водогрейных либо паровых котлов газотурбинными установками.

В первом случае термическая мощность котельной возрастает, что целенаправлено только при возрастании требуемой термический нагрузки. При неизменной работе ГТУ существующая часть котельной должна быть переведена в пиковый режим работы.

В случае надстройки действующих водогрейных котлов котельных ГТУ требуется полное согласование расхода выхлопного газа через котел и производительностью дымососов. В данном случае водогрейные котлы становятся котлами-утилизаторами.

Более действенной исходя из убеждений внедрения технологий газификации вместе с ГТУ, является газификация пылевидного горючего в потоке. Поточные газогенераторы обеспечивают высшую производительность и непрерывность процесса газификации, являются малогабаритными, и могут врубаться в технологические схемы с имеющейся системой пылеприготовления.

В итоге анализа имеющихся способов расчета и математических моделей процесса газификации показана необходимость разработки методики расчета главных конструктивных, режимных и геометрических характеристик поточного газогенератора и технологической схемы обеспечения промышленного предприятия термический и электронной энергией с внедрением технологии газификации угля под давлением.

Во 2-ой главе в соответствие с методологией приближенного моделирования и конструирования физико-химических систем детально рассмотрен процесс газификации твердого горючего при изменении давления, проведен анализ воздействия давления газификации на состав и выход генераторного газа.

Состав генераторного газа при газификации угля определяется исходя из протекания главных реакций газификации в сбалансированной их форме. Образование главных компонент газа находится в зависимости от черт начального горючего (содержания воды, летучих веществ, простого состава), организации процесса (слоевой либо поточный аппарат), режимных характеристик (давления, температуры), вида и параметров окислителя.

Уравнение для определения состава генераторного газа получено на основании узнаваемых данных и составлено с учетом того, что дела водорода к кислороду в приобретенном газе и газифицирующей консистенции равны меж собой:

N Кi РСМ, (1) iгде РСМ – давление газифицирующей консистенции.

При газификации углей влага, входящая в состав начального горючего, является дополнительным окислителем, потому величина Р учитывает отношение см водорода к кислороду в газифицирующей консистенции и воды в начальном горючем. На основании этого, уравнение (1) преобразовано к виду:

N РН О ок РН ОТОПЛ 2 D . (2) Кi 2РО РН О ок РН ОТОПЛ i2 2 Состав генераторного газа определяется при решении уравнения (2) методом составления главных реакций газификации и определения констант равновесия.

На основании приобретенных зависимостей были проведены расчеты по определению состава и теплотворной возможности генераторных газов, приобретенных для газификации разных углей при изменении давления. При расчетах предполагалось, что газификация осуществляется при температуре 1400°С на парокислородном дутье. Результаты расчетов представлены на рис. 1.

Приобретенные результаты позволяют прийти к выводу о том, что на процесс газификации огромное воздействие оказывают свойства начального горючего и режимные характеристики. Увеличение давления содействует повышению выхода нужных товаров газификации (СО, СН4, Н2) и теплотворной возможности генераторного газа. Анализ начальных черт топлив показал, что в качестве начального сырья для газификации под давлением могут быть применены любые виды твердого горючего, в том числе и низкокачественные, припасы которых в Рф довольно огромные.

Рис. 1. Зависимость 150теплотворной возможности 14000 генераторного газа от давления для разных 130углей: 1 — Березовский 12000 бурый; 2 — Кузнецкий каменный; 3 — Норильский 110каменный; 4 — Бикинский 1` 10000 бурый; 5 — Ирша2` бородинский бурый; 6 — 3` 904` теоретические расчеты 8000 В.С. Альтшулера для Ирша-бородинского бурого 70угля; результаты 0 1 2 3 4 экспериментальных Давление, МПа исследовательских работ процесса газификации Иршабородинского бурого угля: 1`, 2`, 3`, 4` — опыт 1, 2, 3, 4 соответственно В работе подверглись рассмотрению физико-химические базы процесса газификации твердого горючего. В качестве объекта исследования в первом приближении избран вертикальный газогенератор поточного типа (рис. 2), что обусловлено способностью аппарата перерабатывать твердые горючего с разными чертами, надежностью и непрерывностью работы, также возможностью установки в систему энергообеспечения промышленного предприятия с имеющимся главным типовым оборудованием пылеприготовления горючего.

Рис. 2. Схема поточного газогенератора Поточный газогенератор представлен в виде аппарата с зонами, выделенными в соответствие с происходящими в их основными процессами: прогрева частички горючего с испарением воды (I зона), выделения летучих компонент (II зона) и газификации горючего (III). Для увеличения эффективности процесса газификации в рассматриваемом газогенераторе предложено нагревать частички горючего, поступающего в аппарат, жаркими газами, отбираемыми в зоне газификации.

загрузка…

Приготовленное горючее из системы сушки и пылеприготовления поступает в горелочные устройства поточного газогенератора, куда также направляются газы рециркуляции, отбираемые на генераторного газа, кДж/мТеплотворная способность выходе из зоны газификации III. В I зоне происходит подсушка горючего за счет подвода тепла рециркулирующего генераторного газа с испарением на физическом уровне связанной воды из частички горючего. В зоне II происходит тепловая деструкция вещества угольной частички, в итоге которой выделяются гигроскопическая и химически связанная влага, СО2, СО, Н2, Н2S, N2 и СН4. В зоне III осуществляется подвод окислителя для проведения процесса газификации, который протекает при высочайшей температуре порядка 1500 С и давлении, выше атмосферного. В качестве окислителя употребляется кислород или его смесь с паром. Процессы, происходящие в зоне III, представляют собой газификацию коксового остатка и реагирование летучих, выделившихся в зоне II, диффундирующих к поверхности частички.

На базе проведенного анализа сотворена методика расчета, которая позволяет найти главные характеристики процесса газификации под давлением в поточном газогенераторе, и базирована на уравнениях вещественного, термического балансов, уравнения движения частички в газовом потоке, испарения воды, летучих веществ и газификации горючего, которые определяются хим превращениями меж жесткими частичками горючего и газовой фазой окислителя, также взаимодействием товаров газификации.

Для I зоны уравнения вещественного и термического балансов могут быть представлены последующим образом:

G G G G G, у0 рг0 уI вл ргI I (3) Q Q Q Q Q Q.

у0 рг0 уI влI ргI пI Уравнение испарения на физическом уровне связанной воды имеет вид:

dU вл I kU (U U ). (4) вл0 вл ВЛ I I d I Движение частички переменной массы описывается уравнением Мещерского:

k dv dm ч ч I I m Pi v. (5) ч ч I I I d i 1 d I I Выделение летучих во II зоне описывается надлежащими уравнения для каждого компонента:

m s dV г II k V. (6) Vгnj гnj d n1 jII В зоне III учитываются гомогенные и гетерогенные реакции газификации:

R Y D dс ar r br III y y bd d а V O2 k k a ca Н2Оb k ad ca О2 VO2,r r cН О,y y cО2,d d r 1 y1 d III (7) Z F L a b bz f f al bl s a cz Х k k af Х O2 k al Х Х .

cХ,z z XO2, f Х,Х z 1 f 1 l Обозначения в уравнениях (3)-(7): Gу и Qу — расход и теплота горючего, кг/с и кДж/кг; Gрг и Qрг — расход и теплота газа рециркуляции, кг/с и кДж/кг; Gвл и Qвл — расход и теплота воды, кг/с и кДж/кг; Qп — теплопотери, кДж/кг; Uвл — концентрация воды в горючем, кг/кг начального горючего; kU — константа скорости вл vч испарения воды из горючего, 1/с; — время, сек; m — масса частички горючего, кг;

ч k — скорость частички горючего, м/с; — силы, действующие на частичку горючего, Н;

P i ii=1,…k — количество сил, действующих на частичку; Vг — концентрация летучего i компонента, кг/кг; n=1,…m – количество учитываемых парогазовых компонент;

j=1,…s — количество стадий выделения n-го компонента; kV — константа скорости г испарения летучих компонент из горючего, 1/с; О2 и Н2О — концентрация кислорода и водяного пара, кг/кг; с — концентрация углерода, кг/кг; r=1,…R — число учитываемых парогазовых компонент; y=1,…Y, d=1,…D — число реакций, описывающих процесс газификации коксового остатка; z=1,…Z — число реакций, составляющих процесс газификации нелетучего остатка; f=1,…F — число реакций, составляющих горения товаров неполного окисления; l=1,…L — число реакций, составляющих процесс образования товаров газификации; i=1,…k — количество сил, действующих на частичку; kVO, kcН О, kcО, kcХ, kXO, kХ,Х — константы 2 2 2 скоростей реакций газификации и выгорания коксового остатка, 1/с; Хa и Хb — концентрация полных и неполных товаров газификации, кг/кг; а — стехиометрический коэффициент. Индексы в уравнениях: 0 – вход газогенератора;

I – I зона; II – II зона; III – III зона.

Разработанная методика расчета позволяет найти длительность процесса в каждой зоне и общее время газификации, также эффективность процесса газификации зависимо от начальных черт горючего, режимных характеристик и физико-химических причин.

Были проведены расчеты процесса газификации на парокислородном дутье для разных углей зависимо от давления и толики рециркуляции (рис. 3, 4).

При расчетах предполагалось, что прогрев частиц горючего осуществлялся газом рециркуляции в количестве 1-10 % общего объема получаемого генераторного газа. Размер частиц горючего принимался 500 мкм. Расчеты были проведены при температуре газификации 1400 С, атмосферном и завышенном давлении до 4 МПа.

Рис. 3. Зависимость времени процесса газификации горючего с размером частиц 500 мкм 3,на парокислородном дутье при температуре 1400 С от давления для разных углей:

2,5 1 — Березовский бурый;

2 – Кузнецкий каменный;

3 – Норильский каменный;

1,4 – Бикинский бурый;

5 – Ирша-бородинский бурый 0 1 2 3 4 Давление, МПа Время газификации, сек 3,3,Рис. 4. Зависимость времени 3,процесса газификации Березовского бурого угля с 3,размером частиц 500 мкм на 3,35 парокислородном дутье при давлении 2МПа от толики 3,рециркуляции генераторного газа 3,3,1 2 3 4 5 6 7 8 9 Толика рециркуляции, % Анализ результатов позволяет прийти к выводу о том, что завышенное давление в купе с высочайшими значениями температуры газификации и нагрев частиц горючего газами рециркуляции содействует повышению теплотворной возможности генераторного газа, уменьшению времени проведения процесса, что приводит к улучшению критерий проведения процесса газификации. Приобретенные результаты могут быть рекомендованы при выборе критерий проведения процесса газификации в поточном газогенераторе, сборке технологической схемы производства энергии для энергообеспечения промышленных компаний при использовании определенного типа угля.

В третьей главе приведена разработанная методика расчета и оценки эффективности технологической схемы с газификацией твердого горючего в газогенераторах, работающих под давлением. Общие принципы методики расчета технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией представлены в виде метода (рис. 5).

Методика расчета и оценки эффективности позволяет сделать оценку работы технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией твердого горючего под давлением в поточном газогенераторе, найти энергетическую и термоэкономическую эффективность, также технико-экономические характеристики.

При проведении термодинамического анализа технологической схемы употребляется эксергетический способ, согласно которому определяется общая эксергия вещественных и термических потоков, поступающих в систему, также электронная мощность используемого оборудования. Оценка эксергетической эффективности схемы состоит из последующих главных шагов расчета:

определение расходов теплоносителей, составление вещественных балансов для блоков технологической схемы, определение величин эксергии для отдельных аппаратов и всей схемы в целом, составление эксергетических балансов, определение технико-экономических характеристик и эксергетического КПД по известным зависимостям.

Время газификации, сек Оценка технико-экономической эффективности схемы проводится с внедрением термоэкономического анализа, который основан на всеохватывающем учете технико-экономических и термодинамических характеристик.

Рис. 5. Метод расчета технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией твердого горючего Термоэкономическая эффективность определяется средством термоэкономического КПД, который отражает степень технико-экономического совершенства, и учитывает серьезные и эксплуатационные издержки в технологическую схему и цена введенной эксергии. На основании приобретенных результатов оценки эффективности технологической схемы проводится сравнительная оценка с существующими аналогами.

В четвертой главе представлена разработанная технологическая схема энергообеспечения промышленного предприятия с внедрением поточного газогенератора, работающего под давлением. Предлагаемая технологическая схема подразумевает надстройку котельной газотурбинной установкой мощностью 1, МВт, работающей на искусственном газе, приобретенном методом газификации угля (рис. 6). В качестве системы подготовки искусственного газа выступают оборудование подготовки угля, окислителя и газификации горючего с системой пылегазоочистки. Основой энергоблока является ГТУ и котел-утилизатор.

загрузка…

Рис. 6. Технологическая схема энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией твердого горючего: 1, 4 – бункеры горючего; 2, 5 – питатели горючего; 3 – мельница; 6, 22 – вентиляторы; 7 – воздухоразделительная установка; 8, 24, 28 – смесители; 9 – теплообменник; 10 – компрессор; 11 – газогенератор; 12 – циклон;

13 – газоохладитель; 14 – фильтры; 15 –система сероочистки; 16 – скруббер для чистки от СО2; 17 – камера сгорания; 18 – компрессор ГТУ; 19 – газовая турбина; 20 – генератор; 22,25 – шиберы; 23 – сетевой насос; 26 – котел-утилизатор;

27 – дымовая труба; I – сырой уголь; II и III – сушильный агент соответственно в мельницу и после мельницы; IV – угольная пыль; V, XVII, XX – воздух; VI – азот; VII — кислород;

VIII – водяной пар; IX – окислитель в газогенератор; X — запыленный генераторный газ; XI – рециркуляция генераторного газа; XII – зола; XIII — катализатор; XIV – сера; XV – СО2;

XVI — очищенный генераторный газ; XVIII – электроэнергия; XIX — уходящие газы; XXI – вода; XXII – пар; XXIII – питательная вода; XXIV – природный газ; XXV — дымовые газы;

XVI – выработанный пар Для предлагаемой технологической схемы была проведена оценка техникоэкономической эффективности, результаты которой были сравнены с показателями для аналогичной схемы, работающей на природном газе (табл. 1).

Термодинамические и технико-экономические характеристики представлены в виде термоэкономической диаграммы (рис.7).

В итоге оценки эффективности разработанной технологической схемы с газификацией угля под давлением получено значение термодинамического КПД около 41 %, что превосходит известные значения на 7-10 % для подобных технологических схем, и указывает необходимость внедрения данной технологии при модернизации имеющихся котельных.

Разработанная технологическая схема с газификацией позволит обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд котельной и наружных потребителей, экономию газообразного горючего, понизить себестоимость производимой энергии, также может быть применена в качестве автономного бесперебойного источника энергоснабжения при аварийных ситуациях в централизованной энергосистеме.

Таблица 1. Сравнительные технико-экономические характеристики Технико-экономические характеристики Промышленная Промышленная котельная с ГТУ на котельная с ГТУ и природном газе газификацией угля Установленная мощность, кВт 15(2хГТЭ 1,6) Годичная выработка электроэнергии, тыс. кВт ч 15508,224 15508,2Внедрение часов установленной мощности, 5088 50час Приведенные издержки, тыс. руб 116587 363Удельные финансовложения, долл/кВт 450 13Себестоимость электроэнергии, руб/ кВт ч 7 2,Цена горючего 3500 (руб/тыс. м3) 1500 (руб/т) Срок окупаемости, год 2,4 Рис. 7. Термоэкономическая диаграмма Заключение содержит выводы по результатам выполненной работы.

Главные РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Получены зависимости для определения состава генераторного газа при изменении давления с учетом параметров углей и состава дутья.

2. Сотворена методика расчета главных характеристик процесса газификации угля под давлением в газогенераторе поточного типа с рециркуляцией товаров газификации.

3. Представлены результаты расчетов времени процесса газификации под давлением в газогенераторе поточного типа для каменных и бурых углей.

4. Разработана методика расчета и оценки эффективности систем энергообеспечения промышленных компаний с внедрением технологии газификации угля в газогенераторах поточного типа, работающих под давлением.

5. Разработана технологическая схема энергообеспечения промышленного предприятия с внедрением технологии газификации угля под давлением, выступающая в качестве технологического решения модернизации промышленной котельной.

6. Представлены результаты оценки эффективности технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия с внедрением технологии газификации угля под давлением, термодинамический КПД схемы составляет порядка 41 %, что превосходит известные значения на 7-10 % для подобных технологических схем. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой в технологической схеме, составляет 2,28 руб/кВт ч.

7. Разработаны советы по использованию поточных газогенераторов, работающих под давлением, в технологических схемах энергообеспечения промышленных компаний.

Основное содержание диссертации размещено в последующих работах:

1. Вандышева, С.С. Исследование термодинамических характеристик процесса газификации под давлением в поточном газогенераторе / С.С. Вандышева, Г.Р.

Мингалеева // Вестник Казанского технологического института. — 2010. — №2. — С. 171-176.

2. Афанасьева, О.В. Оценка эффективности мини-ТЭС, работающих на жестком горючем / О.В. Афанасьева, С.С. Вандышева, Г.Р. Мингалеева // Другая энергетика и экология. — 2010. — №6. — С. 122-126.

3. Тимофеева, С.С. Термоэкономическая эффективность технологической схемы с газификацией твёрдого горючего под давлением / С.С. Тимофеева, Г.Р. Мингалеева // Энергетик. — 2011. — №4. — С. 31-34.

4. Тимофеева, C.С. Исследование режимных характеристик поточного газогенератора при газификации твердого горючего / С.С. Тимофеева, Г.Р. Мингалеева // Вестник Казанского технологического института. — 2011. — №16. — С. 216-224.

5. Мингалеева, Г.Р. Анализ способности утилизации и захоронения СО2 в Рф / Г.Р. Мингалеева, А.Н. Николаев, О.В. Афанасьева, С.С. Вандышева, Э.В.

Шамсутдинов // Экология и индустрия Рф. — 2010. — №2. — С. 42-46.

6. Николаев, А.Н. Многообещающие технологические схемы утилизации углекислого газа / А.Н. Николаев, Г.Р. Мингалеева, С.С. Тимофеева // Вестник Казанского технологического института. — 2011. — №4. — С. 169-176.

7. Пат. 2408660 Русская Федерация. Метод поддержания данного режима газификации водоугольной суспензии / Э.В. Шамсутдинов, Г.Р. Мингалеева, О.В.

Афанасьева, С.С. Вандышева. Опубл. 10.01. 2011. Бюл. №1.

8. Вандышева, С.С. Оценка эффективности системы подготовки угля с газификацией под давлением / С.С. Вандышева, Г.Р. Мингалеева // Материалы конференции IV Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика в современном мире». — Чита, 2009. — С. 57-63.

9. Вандышева, С.С. Воздействие давления процесса газификации на длину обскурантистской зоны газогенератора / С.С. Вандышева, Г.Р. Мингалеева // Сборник материалов XXI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и способы контроля среды, веществ, материалов и изделий». — Казань, 2009. — С. 117-119.

10. Vandysheva, S.S. Research of thermodynamic parameters of gasification process under pressure in line gasifier / S.S. Vandysheva, G.R. Mingaleeva // XVII International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia. — Kazan, 2009. — C. 168.

11. Вандышева, С.С. Оценка методов утилизации углекислого газа зависимо от уровня развития индустрии регионов РФ / С.С. Вандышева, Г.Р.

Мингалеева, Э.В. Шамсутдинов // Сборник материалов интернациональной конференции Ресурсная экономика, изменение климата и рациональное природопользование. — Красноярск, 2009. — С. 712 – 723.

12. Вандышева, С.С. Оценка эффективности технологической схемы производства энергии с газификацией угля под давлением / С.С. Вандышева, Г.Р. Мингалеева // Труды X Интернационального симпозиума «Энергоресурсоэффективность и сбережение энергии в Республике Татарстан». — Казань, 2009. — С. 307-313.

13. Вандышева, С.С. Определение времени прогрева частички твердого горючего в газогенераторе поточного типа / С.С. Вандышева, Г.Р. Мингалеева // Материалы докладов VII Школы-семинара юных ученых и профессионалов академика РАН В.Е. Алемасова. — Казань, 2010. — С. 303-306.

14. Тимофеева, С.С. Технологическая схема автономной энергоустановки с газификацией водоугольного горючего / С.С. Тимофеева, Г.Р. Мингалеева // Сборник материалов XXIII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и способы контроля среды, веществ, материалов и изделий». — Казань, 2011. — С. 123-124.

15. Тимофеева, С.С. Метод утилизации углекислого газа на ТЭС / С.С. Тимофеева, Г.Р. Мингалеева // Сборник трудов XIX Интернациональной научно-практической конференции «Казантип-ЭКО-2011. Инноваторские пути решения животрепещущих заморочек базисных отраслей, экологии, энерго- и ресурсосбережения». — Щелкино, 2011. — С. 70-76.

Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
наверх