МЕТОДЫ  РАСЧЕТА  ПРОДУКТОВ  СГОРАНИЯ  ВОДОУГОЛЬНОГО  ТОПЛИВА

Есильбаев  Дияс  Бауржанович

ст.  науч.  сотр.  лаборатории  «Теплоснабжение»  ТОО  «Казахстанский  научно-технический  центр  развития  ЖКХ»,  Казахстан,  г.  Астана

E-mail: 

Жамантаева  Лейла  Саматовна

науч.  сотр.  лаборатории  «Теплоснабжение»  ТОО  «Казахстанский  научно-технический  центр  развития  ЖКХ»,  Казахстан,  г.  Астана

Шарифов  Джумахон  Мухторович

канд.  ф.-м.  наук,  доцент,  заведующий  лабораторией  «Теплоснабжение»  ТОО  «Казахстанский  научно-технический  центр  развития  ЖКХ»,  Казахстан,  г.  Астана

Алимгазин  Ербол  Ермекович

ст.  науч.  сотр.  лаборатории  «Теплоснабжение»  ТОО  «Казахстанский  научно-технический  центр  развития  ЖКХ»,  Казахстан,  г.  Астана

METHODS  OF  CALCULATION  OF  THE  COMBUSTION  HYDROCARBON  FUEL

Diyas  Essilbayev

senior  Research  Fellow,  “Housing  and  Utilities  Science  and  Technology  Center”  LTD

Leila  Zhamantayeva

research  Fellow,  “Housing  and  Utilities  Science  and  Technology  Center”  LTD

Djumahon  Sharifov

candidate  of  Physical  and  Mathematical  Sciences,  Head  of  the  Laboratory,  “Housing  and  Utilities  Science  and  Technology  Center”  LTD

Erbol  Alimgazin

senior  Research  Fellow,  “Housing  and  Utilities  Science  and  Technology  Center”  LTD

АННОТАЦИЯ

В  работе  проводится  теоретический  анализ  методов  расчета  продуктов  сгорания  водоугольного  топлива  (ВУТ),  эффективности  его  использования,  которое  позволяет  в  1,5—3,5  раза  снизить  вредные  выбросы  в  атмосферу. 

ABSTRACT

The  paper  provides  a  theoretical  analysis  of  the  methods  of  calculation  of  hydrocarbon  fuel  combustion  products  (HCF),  the  efficiency  of  its  use  allows  1,5—3,5  times  lower  harmful  emissions.

Ключевые  слова:  водоугольное  топливо;  продукты  сгорания;  расчет  выбросов.

Keywords:  hydrocarbon  fuel;  combustion  products;  the  calculation  of  emissions.

Сжигание  углей  в  виде  водоугольного  топлива  (ВУТ)  является  одним  из  перспективных  направлений  развития  угольной  промышленности.  ВУТ  представляет  собой  дисперсную  систему,  состоящую  из  тонко  измельченного  угля  и  воды.  Это  топливо  выгодно  отличается  высокой  экологичностью,  стабильностью  и  практичностью.  При  сжигании  ВУТ  вместо  мазута  и  угля  выбросы  вредных  оксидов  азота  снижаются  в  1,5  раза,  оксидов  углерода  в  2  раза,  а  бензопирена  в  5  раз.  Экономические  преимущества  также  очевидны:  стоимость  1  тонны  условного  топлива  снижается  в  2  и  более  раз,  на  15—30  %  падают  эксплуатационные  затраты  на  хранение,  транспортировку  и  сжигание  топлива  [1].

Важную  роль  при  использовании  ВУТ  в  качестве  топлива  играют  продукты  сгорания  и  методика  расчетов  этих  продуктов.  Наиболее  подробно  методы  расчета  продуктов  сгорания  при  сжигании  ВУТ  приведены  в  [2].  Анализируем  этих  расчеты.

1.  Анализ  и  расчёт  выбросов  твёрдых  (аэрозольных)  частиц  летучей  золы.

Расчёт  выбросов  твёрдых  частиц  летучей  золы  и  недогоревшего  топлива  (т/год,  г/с),  выбрасываемых  в  атмосферу  с  дымовыми  газами  котла  при  сжигании  водоугольного  топлива,  выполняется  по  формуле: 

  (1)

где:    —  расход  водоугольного  топлива,  т/год,  г/с; 

а_ун  —  доля  золы  топлива  в  уносе; 

  —  зольность  топлива  на  рабочую  массу,  %; 

  —  потери  тепла  с  уносом  от  механической  неполноты  сго­рания  топлива,  %;

—  низшая  теплота  сгорания  топлива,  МДж/кг; 

  —  доля  твёрдых  частиц,  улавливаемых  в  золоуловителях. 

Значения  ,  а_ун,  ,    принимаются  по  фактическим  средним  экс­плуатационным  показателям;  при  отсутствии  этих  данных    опреде­ляется  по  характеристикам  сжигаемого  топлива,  а_ун  принимается  рав­ной  0,95,  а    =0,7  %  η_з  определяется  по  техническим  данным  при­меняемых  золоуловителей.

2.        Расчёт  выбросов  оксидов  серы.

Расчёт  выбросов  оксидов  серы  в  пересчёте  на  SO₂(т/год,  г/с),  поступающих  в  атмосферу  с  продукта­ми  сгорания  водоугольного  топлива,  выполняется  по  формуле:

  (2)

где:  В  —  расход  водоугольного  топлива,  т/год,  г/с; 

S^r  —  содержание  серы  в  топливе  на  рабочую  массу,  %;

—  доля  оксидов  серы,  связываемая  летучей  золой  топлива;  принимается  в  зависимости  от  мольного  отношения:

Ca^экв/S  =  5,71  ·10^-3  ·A^r/S^r(CaO+1,39MgO)  (3)

где:  CaO,  MgO  —  содержание  оксидов  кальция  и  магния  в  золе  водоуголь­ного  топлива,  %  масс.; 

—  доля  оксидов  серы,  улавливаемых  за  котлом;  для  сухих  золоуловителей  принимается  равной  нулю,  для  мокрых  золоуловителей  —  в  зависимости  от  щёлочности  оро­шающей  воды;

при  наличии  сероулавливающих  установок  —  в  соответствии  с  их  техническими  характеристиками.

3.Расчёт  выбросов  оксида  угле­рода.

Оксиды  углерода  представляют  один  из  важных  составляющих,  так  называемых  парниковых  газов.  Поэтому  анализ  и  исследование  данных  газовых  компонентов  при  сжигание  ВУТ  имеют  важные  экологические  значения.

Расчёт  выбросов  оксида  угле­рода  (т/год,  г/с)  выполняется  по  формуле  [2]:

  (4)

где:  В  —  расход  водоугольного  топлива,  т/год,  г/с; 

Q_i^r  —  низшая  теплота  сгорания  топлива,  МДж/кг; 

K_co  =  0,985q₃  —  количество  моноксида  углерода,  отнесённого  к  низ­шей  теплоте  сгорания  топлива,  кг/I  Дж; 

q₃  —  потери  тепла  от  химической  неполноты  горения,  %; 

q₄  —  потери  тепла  от  механической  неполноты  горения  топлива. 

При  отсутствии  эксплуатационных  данных  принимается  q₄  ≈  0,7  %;  для  α  ≥1,05  q₃  =  0,  а  при  α  <  1,05  q₃  ≈  0,15%.

4.Расчёт  выбросов  оксидов  азота. 

Оксиды  азота,  также  как  оксиды  углерода  входят  в  состав  парниковых  газов,  которые  необходимо  учитывать  при  сжигание  ВУТ. 

Расчёт  выбросов  оксидов  азота  в  пересчёте  NO₂  (т/год,  г/с)  выполняется  по  формуле:

(5)

где:  B  —  расход  водоугольного  топлива,  т/год,  г/с; 

  —  низшая  теплота  сгорания  топлива,  МДж/кг; 

  —  параметр,  характеризующий  количество  оксидов  азота,  от­несённое  к  низшей  теплоте  сгорания  топлива  при  α  =  1,2  кг/ГДж; 

  —  коэффициент,  учитывающий  влияние  коэффициента  избытка  воздуха  в  конце  топки  на  выход  оксидов  азота;  r  -  коэффициент  рециркуляции  дымовых  газов,  %; 

  —  коэффициент,  характеризующий  эффективность  воздействия  рециркулирующих  газов  в  зависимости  от  условий  их  пода­чи  в  топку; 

  —  коэффициент,  характеризующий  снижение  выброса  оксидов  азота  при  подаче  части  воздуха  помимо  основных  горелок  (двухступенчатое  сжигание); 

q₄  —  потери  тепла  от  механической  неполноты  горения,  %. 

Параметр    определяется  по  графику  рисунка  1  в  зависимости  от  но­минальной  мощности  топки  котла.  Номинальная  тепловая  мощ­ность  топки  вычисляется  как:

  (6)

или

  (7)

где:    —  номинальная  теплопроизводительность  котла,  кВт; 

  —  номинальная  паропроизводительность  котла,  т/ч; 

  —  разность  энтальпий  вырабатываемого  котлом  пара  и  пита­тельной  воды,  кДж/кг; 

η  —  кпд  котла,  брутто.  Значение  коэффициента    в  зависимости  от  α  принимается:

Значения  коэффициента    при  номинальной  нагрузке  и  r  ≤  30  %  принимаются:  при  вводе  газа  рециркуляции  по  наружному  каналу  горелок  —  0,020,  при  вводе  газа  рециркуляции  в  воздушное  дутьё  —  0,025,  в  зависимости  от  доли  воздуха,  подаваемого  в  топку  помимо  ос­новных  горелок  —  ,  %  значения    принимаются:

При  нагрузке  котла,  отличающейся  от  номинальной,  значение  следует  умножить  на    или  на  ,  где  Q_ф  и  D_ф  —  фак­тическое  тепло  и  паропроизводительность  котла.

Рисунок  1.  Зависимость  параметра    от  тепловой  мощности  котла

Таким  образом,  проводимые  расчеты  показывают,  что  использование  ВУТ  позволяет  существенно  снизить  (до  1,5—3,5  раза)  вредные  выбросы  в  атмосферу,  а  также  повысить  эффективность  использования  топлива  до  98  %,  при  традиционном  сжигании  угля  эффективность  составляет  не  более  60  %.

Список  литературы:

1.Мингалеева  Г.Р.,  Афанасьева  О.В.,  Мухаметшина  Э.И.  Исследование  процессов  приготовления  и  хранения  суспензионного  водоугольного  топлива.  Методическое  указание.  Казань,  2009,  —  38  стр.

2.Финягин  А.И.,  Володарский  И.Х.,  Филиппов  Г.А.  и  др.  Методика  расчета  выбросов  загрязняющих  веществ  при  сжигании  водоугольного  топлива.  М.,  1990,  —  6  стр.