авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Оптимизация схем и рабочих параметров систем глубокой очистки дымовых газов при модернизации твердотопливных промышленных энергоустановок

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АГЕЕВ Михаил Александрович

ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМ И РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК

Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов – 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Симонов Вениамин Федорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Щелоков Анатолий Иванович

кандидат технических наук

Кулев Владимир Николаевич

Ведущая организация: ФГУ Государственный научно-исследовательский институт промышленной экологии при Ростехнадзоре, г. Саратов

Защита состоится « 2 » марта 2010 г. в 1000 на заседании диссертационного совета Д 212.242.07 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, ауд. 159.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат размещен на сайте Саратовского государственного технического университета http://www.sstu.ru «29 » января 2010 г.

Автореферат разослан « 29» января 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Е. А. Ларин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост экономики тесно связан с возрастанием использования в производствах различных видов топлива. При этом в настоящее время твердое органическое топливо рассматривается в качестве основного природного источника на длительную перспективу. Это обстоятельство потребует широкого внедрения малотоксичных методов сжигания и использования установок для очистки дымовых газов от оксида азота и диоксида серы.

Применяемые сегодня технологические методы подавления образования вредных ингредиентов при горении твердого топлива имеют невысокую эффективность. Более эффективными являются вынесенные системы глубокой очистки дымовых газов, обеспечивающие степень очистки 98  99 %. Но из-за высокой стоимости их внедрение сдерживается введенным в 1978 году ГОСТ 17.2.3.-78. В соответствии с этим документом выбросы в интервале ПДВ и ВСВ оплачиваются предприятиями по директивно установленным тарифам в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 01.07.2005 года № 410 с учетом инфляционного коэффициента. В результате предприятию по-прежнему выгоднее платить за вредные выбросы, чем внедрять малотоксичные технологии и системы очистки.

В условиях увеличения доли твердого топлива крайне актуальным становится широкое внедрение эффективных систем глубокой очистки отходящих дымовых газов. Однако для успешного внедрения указанных систем необходимо решить ряд задач научно-исследовательского характера, связанных с определением вариантов схемных решений, оптимизацией рабочих параметров и конструктивных характеристик оборудования, сопоставлением схем по экономическим критериям. В связи с этим тематика настоящей работы является актуальной и своевременной.





Цель работы: разработка методических основ оптимизации схем, конструктивных и рабочих характеристик системы глубокой очистки дымовых газов для использования при модернизации твердотопливных промышленных установок с определением перспектив внедрения.

Объект исследования: система глубокой очистки дымовых газов от оксидов азота и диоксида серы для промышленных установок, работающих на твердом топливе.

Основными задачами исследования являются:

  1. Установление наиболее перспективных способов подавления образования и глубокой очистки дымовых газов от оксидов азота и диоксида серы.
  2. Определение возможных вариантов схемных решений вынесенных систем глубокой очистки дымовых газов при модернизации действующих установок.
  3. Разработка математического описания эффективной системы очистки дымовых газов применительно к модернизации твердотопливных агрегатов на основе использования современных методов и соотношений физической химии, адаптированных к процессам восстановления оксидов азота.
  4. Определение оптимальных массогабаритных характеристик и рабочих параметров оборудования вынесенной системы глубокой очистки дымовых газов на примере модернизации пылеугольных котлов типа ПК-14 с использованием разработанного математического описания и учетом критериев экономической эффективности.
  5. Определение экономических условий и тарифов, обеспечивающих заинтересованность предприятий во внедрении установок для глубокой очистки дымовых газов при модернизации твердотопливных промышленных установок.

Научная новизна:

  1. Выбран и обоснован критерий экономической оптимизации для возможных вариантов схемных решений вынесенных систем глубокой очистки дымовых газов при модернизации действующих твердотопливных промышленных установок.
  2. На основе соотношений химической кинетики, тепломассопереноса и газодинамики разработано математическое описание реактора селективного каталитического восстановления (СКВ) оксида азота аммиаком, предназначенное для последующей интеграции в экономико-математическую модель системы газоочистки.
  3. Разработано математическое описание элементов вынесенной системы газоочистки, позволяющее выявлять наивыгоднейшие условия обеспечения работы реактора СКВ.
  4. Программно реализована экономико-математическая модель системы газоочистки для модернизируемых установок, учитывающая особенности схемных решений, взаимосвязь элементов системы газоочистки и их взаимное влияние друг на друга.
  5. Определены оптимальные схемные решения и рабочие параметры, состав и конструктивные характеристики оборудования системы очистки дымовых газов для модернизируемого пылеугольного котла и получены их зависимости от экономических факторов: коэффициента эффективности инвестиций, стоимостей энергоносителей, оборудования и катализаторной массы.
  6. На основе использования рекомендованной UNIDO методики оценки эффективности инвестиционных проектов определены экономические условия, обеспечивающие заинтересованность промышленных предприятий во внедрении установок глубокой очистки дымовых газов.

Практическая ценность:

  1. Предложенные варианты схемных решений рекомендуются для использования проектными организациями при создании систем глубокой очистки дымовых газов как для действующих, так и вновь проектируемых твердотопливных промышленных установок.
  2. Разработанное методическое обеспечение для расчета элементов системы очистки дымовых газов позволяет конструкторским организациям определить оптимальные рабочие параметры и конструктивные характеристики оборудования в зависимости от экономической ситуации при создании эффективных систем глубокой газоочистки.
  3. Результаты оптимизации и полученные показатели экономической эффективности вынесенных систем очистки дымовых газов будут полезны при внедрении таких систем на различных предприятиях, использующих твердое топливо.

На защиту выносятся: схемные решения вынесенных систем очистки дымовых газов и модернизируемого агрегата; методические положения экономической оптимизации и сопоставления систем очистки дымовых газов от оксида азота и диоксида серы; экономико-математические модели установок системы газоочистки; результаты численных исследований и оптимизации систем газоочистки; экономические условия, обеспечивающие внедрение систем очистки дымовых газов в отечественную практику.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием методологии системного подхода при решении поставленных задач, применением фундаментальных законов технической термодинамики, физической химии и тепломассообмена при разработке математических описаний процессов очистки дымовых газов от оксида азота и диоксида серы, использованием рекомендованных UNIDO критериев и современных методов оценки эффективности инвестиционных проектов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах и научно-технических конференциях кафедры «Промышленная теплотехника» Саратовского государственного технического университета (2004 – 2008 гг.), Международной научной конференции, посвященной памяти профессора А. И. Андрющенко «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (г. Саратов, 29-31 октября 2008 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в 7 печатных работах, в том числе в 2 изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 160 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы. Работа содержит 44 рисунка, 2 таблицы. Список использованной литературы включает 108 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность использования системы глубокой очистки дымовых газов при модернизации твердотопливных агрегатов в условиях увеличения доли твердого топлива в топливном балансе на длительную перспективу; сформулированы основные задачи исследования, отражена научная новизна полученных результатов, их практическая ценность и апробация.

В первой главе «Тенденции развития топливной базы России и проблемы защиты окружающей среды» анализируются качественные характеристики основных месторождений твердого топлива, перспективы изменения структуры топливной базы России, методы подавления образования вредных компонентов в процессе горения топлива и способы очистки дымовых газов после твердотопливных агрегатов.

Наиболее перспективные из используемых сегодня технологических методов подавления образования вредных ингредиентов в процессе горения твердого топлива, такие как «нестехиометрическое сжигание», топки МЭИ с перекрещивающимися струями, – топки ВТИ, трехступенчатое сжигание, специальные конструкции горелок, имеют эффективность около 30-40 %. При этом основная масса оксидов азота и серы по-прежнему выбрасывается в окружающую среду.

В соответствии с «Энергетической стратегией России на период до 2020 года» необходимо резко увеличить долю твердого органического топлива, сделав его основным природным источником для производства энергии и промышленных нужд. Увеличение доли угля в топливном балансе предприятий, низкая эффективность технологических методов требует принятия решительных мер по улучшению экологических показателей промышленного производства. В этих условиях наиболее перспективным методом снижения выбросов вредных компонентов является использование вынесенных систем очистки дымовых газов. Вынесенные системы очистки дымовых газов, состоящие из аппаратов «мокрой» известковой очистки газов от диоксида серы и селективного каталитического восстановления оксида азота аммиаком, имеют эффективность 98-99 %. Поэтому внедрение таких систем должно обеспечить существенное уменьшение выбросов вредных компонентов в окружающую среду.

Однако в связи с достаточно высокой стоимостью оборудования широкому использованию вынесенных систем очистки дымовых газов от загрязняющих атмосферу веществ должна предшествовать комплексная оптимизация схем, конструктивных характеристик и рабочих параметров с целью достижения наибольшего экономического эффекта с учетом прогнозного изменения цен на энергоносители и оборудование.

Во второй главе «Математическое описание систем очистки дымовых газов промышленных установок на твердом топливе для решения оптимизационных задач» изложена методика общеэкономической оптимизации схем и рабочих параметров, а также математическое описание элементов системы очистки дымовых газов и технологического агрегата.

Методика общеэкономической оптимизации и сопоставления схем очистки дымовых газов должна основываться на использовании максимально объективного экономического критерия, в котором бы дополнительно учитывался как уровень налогообложения, так и экономические условия в регионе и стране. Так как при решении всех поставленных оптимизационных задач объем вырабатываемой технологической продукции и ее качественные показатели не изменяются, а размер выручки от реализации продукции остается постоянным, в качестве критерия общеэкономической оптимизации для сопоставления схем системы очистки дымовых газов и твердотопливного агрегата предложен показатель «изменяющаяся часть годовых расчетных затрат» в виде:

(1)

где - изменяющаяся часть годовых эксплуатационных затрат в систему очистки дымовых газов и промышленный агрегат, не зависящая от уровня капиталовложений; - изменяющаяся часть капитальных затрат в систему очистки дымовых газов и промышленный агрегат; - доля амортизационных отчислений; - доля затрат на обслуживание оборудования; - коэффициент, зависящий от уровня налогов в федеральный и местный бюджеты; - коэффициент эффективности капитальных вложений (инвестиций), величина которого должна быть обусловлена реальными условиями получения инвестиций и рыночными факторами.

В данном критерии учитываются не только эксплуатационные и капитальные затраты в систему очистки газов и промышленный агрегат, но и экономическая ситуация в стране и в конкретном регионе посредством коэффициента эффективности инвестиций . Его значение отражает инвестиционный климат или инвестиционную привлекательность проекта для потенциальных инвесторов.

Возможные варианты схемных решений вынесенных систем глубокой очистки дымовых газов на примере модернизации пылеугольных котлов представлены на рис. 1 и 2. Представленные схемные решения различаются условиями достижения температуры в интервале 250-350 °С, необходимой по условиям работы реактора СКВ. В варианте, приведенном на рис. 1, нагрев дымовых газов в подогревателе П осуществляется с помощью воздуха, подаваемого затем в систему пылеприготовления и на горение топлива. В связи с этим при модернизации пылеугольных котлов требуется реконструкция конвективной шахты с увеличением площади поверхности воздухоподогревателя. Модернизация пылеугольных котлов заключается в использовании более эффективных оребренных поверхностей нагрева. Штатная замена гладкотрубной поверхности экономайзера на поверхность из труб с поперечным спиральным оребрением делает экономайзер более компактным. При этом появляется возможность размещения необходимой для этого варианта дополнительной поверхности воздухоподогревателя в освободившемся объеме газохода.

 Схема системы глубокой очистки-8

Рис. 1. Схема системы глубокой очистки дымовых газов пылеугольных котлов (греющий теплоноситель – воздух):

СПП – система пылеприготовления; ТЧ, КЧ – топочная и конвективная части котла; Б – барабан; ПП – пароперегреватель; ЭК – экономайзер; ВП – воздухоподогреватель; ЭФ – электрофильтр; СО – сероочистка; ТР – теплообменник-регенератор теплоты; П – подогреватель; Р – реактор селективного каталитического восстановления оксида азота; В – вентилятор; Д – дымосос; ДТ – дымовая труба

В варианте, представленном на рис. 2, подогрев дымовых газов перед подачей их в реактор СКВ осуществляется насыщенным паром из барабана котла с сохранением постоянной выработки перегретого пара.

 Схема системы глубокой очистки-9

Рис. 2. Схема системы глубокой очистки дымовых газов пылеугольных котлов (греющий теплоноситель – насыщенный пар)

СПП – система пылеприготовления; ТЧ, КЧ – топочная и конвективная части котла; Б – барабан; ПП – пароперегреватель; ЭК – экономайзер; ВП – воздухоподогреватель; ЭФ – электрофильтр; СО – сероочистка; ТР – теплообменник-регенератор тепла; П – подогреватель; Р – реактор селективного каталитического восстановления оксида азота; В – вентилятор; Д – дымосос; ДТ – дымовая труба

Разработка экономико-математических моделей системы очистки дымовых газов обусловливается необходимостью изучения процессов, протекающих в каждом элементе схемы, установления взаимосвязи между оборудованием, нахождения оптимальных конструктивных и рабочих параметров газоочистки. Математическая модель позволяет определить влияние основных факторов и параметров системы газоочистки на показатели энергетической и экономической эффективности, учесть определенные ограничения и требования, предъявляемые к системе очистки дымовых газов при модернизации твердотопливного промышленного агрегата.

При горении угольной пыли различных месторождений доля оксида азота (NO) в дымовых газах составляет 98,5-99 % от суммарного количества оксидов азота (NO + NO2). В результате процесс селективного каталитического восстановления (СКВ) оксида азота аммиаком протекает по следующей реакции:

. (2)

Величина теплового эффекта реакции (2) при температуре 298 К и давлении 101,3 кПа составляет , следовательно восстановление оксида азота аммиаком происходит с поглощением теплоты и это обстоятельство необходимо учитывать при математическом описании реактора СКВ.

Скорость химической реакции восстановления оксида азота аммиаком на поверхности катализатора определяется эмпирическими уравнениями1:

(3)

где - температура газового потока, °С; - скорость химической реакции восстановления оксида азота аммиаком, кмоль/(м3·с); - универсальная газовая постоянная, кДж/(кмоль·°С); - температура поверхности катализатора, °С; - концентрация оксида азота на поверхности катализатора, кмоль/м3.

На основе фундаментальных законов химической термодинамики, тепло- и массообмена и формальной химической кинетики математическое описание реактора селективного каталитического восстановления оксида азота аммиаком представляется в виде системы уравнений для совместного решения:

(4)



Pages:   || 2 | 3 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.