Оценка эффективности применения водоугольного топлива в качестве альтернативы каменному углю

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка эффективности применения водоугольного топлива в качестве альтернативы каменному углю

Целью статьи является оценка эффективности применения водоугольного топлива (ВУТ) в качестве альтернативы каменному углю. В статье выявлены и обоснованы основные преимущества сжигания угля в форме ВУТ по сравнению со слоевым сжиганием. Выполнены расчеты параметров процесса сжигания ВУТ и угля (расход топлива, количество выбросов загрязняющих веществ и калориметрическая температура горения) с последующим их сравнением. Полученные результаты могут быть основой при выборе наиболее перспективного способа сжигания угля - в твердом виде или в форме ВУТ.

В настоящее время перед топливно - энергетическим комплексом нашей страны стоит рад задач, одной из которых является создание и внедрение новых топлив, которые будут служить альтернативой традиционным видам и позволят более эффективно использовать сырье и удешевить вырабатываемую тепловую энергию. Это позволит решить проблемы, вызванные постоянным ростом цен на традиционные энергоресурсы, в том числе на мазут и природный газ, а также низкой эффективностью использования угля, т.к. при его слоевом сжигании до 30% от подаваемого объема остается недожженным и направляется в отвал. Все это ведет к высокой себестоимости единицы вырабатываемой тепловой энергии при использовании традиционных видов топлива.

Одним из альтернативных видов топлив является водоугольное топливо (далее - ВУТ) - топливо, которое получают при смешивании тонкоизмельченного угля (размеры частиц составляют < 200 мкм) или иного углеродсодержащего сырья с водой или водной эмульсией. Доля угля в составе топлива может быть от 52 до 65%, а доля жидкой составляющей - от 35 до 48%.

Самым распространенным сырьем для изготовления ВУТ служат:

1. угли большинства марок - бурые, газовые, длиннопламенные, тощие, антрациты;

2. углеродсодержащее сырье: пирокарбон (углерод после термического разложения автопокрышек, резины в условиях недостатка кислорода), нефтяной кокс (твердый остаток вторичной переработки нефти или нефтепродуктов) и другие;

3. отходы угольного производства (отсевы с фракциями до 1 - 6 мм, обычно утилизируемые как отход) [1].

В работах [2 - 4] изучены особенности сжигания топлив. Отмечено, что применение ВУТ по сравнению с другими видами топлив имеет ряд технологических, экономических и экологических преимуществ, большинство из которых объясняется тем, что размеры частиц угля в составе водоугольного топлива обычно не превышают 100 - 120 мкм и выгорание частиц такого размера намного более полное, чем горение крупных частиц при слоевом сжигании угля. Если при слоевом сжигании сгорает порядка 70% внесенного топлива, то при сжигании в форме ВУТ - 98% и более.

Из наиболее значительных экономических преимуществ применения ВУТ можно отметить следующие:

1. снижение затрат на доставку топлива за счёт возможности применения ВУТ как основного в негазифицированных районах, т.к. для его изготовления можно использовать большинство местных углей;

2. в качестве сырья возможно использование угольных отсевов с фракциями до 1 - 6 мм, обычно утилизируемых как отход;

3. достигается более полное (не менее 98%) сжигание угля в форме ВУТ по сравнению со слоевым сжиганием, что ведёт к отсутствию затрат на утилизацию несгоревшего угля.

Всё это позволит уменьшить стоимость топливной составляющей 1 Гкал по сравнению с традиционными видами топлива.

Из наиболее значимых экологических преимуществ можно выделить следующие:

1. зола от сжигания такого топлива содержит не более 3% несожжённого углерода, поэтому не требует утилизации и может применяться как наполнитель для бетонов;

2. в качестве сырья для ВУТ можно использовать канализационные стоки и отходы с содержанием органики;

3. возможна утилизация автомобильных покрышек путём получения из них пирокарбона, служащего сырьем для ВУТ;

4. отсутствуют выбросы шлака в атмосферу, т.к. механический недожог угля в составе ВУТ составляет не более 1%;

5. достигается значительное уменьшение выбросов оксидов азота, оксидов углерода и оксидов серы по сравнению со слоевым сжиганием угля.

Таким образом, ВУТ является экологически безопасным топливом на всех стадиях производства и использования и при случайных разливах не наносит ущерб окружающей среде.

Для количественной оценки экономического и экологического эффекта применения ВУТ был проведен расчет и сравнение расхода топлива и количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании каменного угля и ВУТ. Сравнение проводилось при следующих условиях: сжигание каменного угля происходит в котле КВр - 0,4 номинальной теплопроизводительностью 0,4 Гкал/ч с КПД 81% (принято по его техническим характеристикам). Сжигание водоугольного топлива производится в котле, имеющем аналогичную теплопроизводительность и КПД 85% (принято усредненным по опубликованным результатам ранее проведенных исследований).

Для расчета приняты следующие исходные данные (см. таблицу 1).

Таблица 1. Исходные данные

Расчет количества выбросов загрязняющих веществ производился по Методикам [5] и [6]. Величины, полученные в результате расчета, приведены в таблице 2.

топливо альтернатива каменный

Таблица 2. Результаты расчета расхода топлива и количества выбросов загрязняющих веществ

Для наглядного представления результаты расчета представлены в виде диаграммы на рисунке 1.

Рисунок 1. Выбросы загрязняющих веществ при сжигании каменного угля и ВУТ

На основании величин, приведенных в таблице 2, можно сделать следующие выводы:

1. потребность в топливе при использовании ВУТ увеличивается на 21% по сравнению с углем ввиду разницы теплоты сгорания;

2. выбросы твердых частиц возрастают на 33%;

3. выбросы оксидов серы снижаются на 15%;

4. выбросы оксидов углерода при применении ВУТ отсутствуют;

5. выбросы оксидов азота снижаются на 41%.

Несмотря на то, что теплота сгорания ВУТ ниже каменного угля, за счет более полного сгорания частиц угля в форме ВУТ общий расход топлива будет меньше на 10%. Это подтверждается следующим расчетом (таблица 3).

Таблица 3. Экономический эффект использования ВУТ

Еще один параметр, по которому велось сравнение процесса сжигания ВУТ и каменного угля - калориметрическая температура горения топлива, т.е. максимальная температура, до которой нагреваются продукты горения, рассчитываемая без учета потерь тепла в окружающее пространство. Сравнение проводилось на основе следующих условий: температура обоих топлив, подаваемых в котел, равняется температуре помещения и принята в размере 20°С. Температура вторичного воздуха для слоевого сжигания каменного угля также равняется температуре в помещении и принята в размере 20°С, а для сжигания ВУТ данная температура зависит от режима работы котла и находится в диапазоне от 50 до 180°С.

Таблица 4. Исходные данные и результаты расчета калориметрической температуры горения

По результатам расчета видно, что калориметрическая температура горения каменного угля при его слоевом сжигании на 25 - 29% выше, чем температура горения водоугольного топлива, т.к. последнее содержит воду.

Таким образом, на основании проведенных расчетов и сравнений получены следующие результаты:

· «плюсы» применения ВУТ как альтернативы каменному углю: общий расход топлива на котел меньше на 10% за счет более полного сгорания частиц угля в форме ВУТ; снижение выбросов оксидов серы (на 15%) и оксидов азота (на 41%); отсутствие выбросов оксидов углерода;

· «минусы» применения ВУТ: увеличение выбросов твердых частиц на 33%; калориметрическая температура горения ВУТ ниже, чем у каменного угля.

Подобные данные могут быть основой при выборе наиболее перспективного способа сжигания угля - в твердом виде или в форме ВУТ.

Список литературы

теория вероятность математика

1.Водоугольное топливо [Электронный ресурс] / ООО «Амальтеа». - Режим доступа: www.vodougol.ru

2.Синицын, А.А. Пульсирующее горение // Энергия: экономика, техника, экология. 2007. № 1. С. 80.

3.Синицын, А.А. Исследование особенностей работы котла пульсирующего горения / А.А. Синицын, В.И. Игонин // Новости теплоснабжения. 2010. № 3. С. 20 - 25.

4.Синицын, А.А. Теория и практика теплообмена: учебное наглядное пособие / А.А. Синицын, Д.Ф. Карпов, М.В. Павлов. - Вологда, 2013. С.71.

5.Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 20 Гкал в час: утв. Госкомитетом по охране окружающей среды 09.07.1999. - Введ. 01.01.2000. - Москва, 1999. - 76 с.

6.Методика расчета выбросов загрязняющих веществ при сжигании водоугольного топлива. - 1990. - 6 с.

Размещено на Allbest.ru