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:     | 1 || 3 |

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

-- [ Страница 2 ] --

где - коэффициенты тепло- и массоотдачи между потоком газа и поверхностью катализатора, , ; - концентрации NO в потоке и на поверхности катализатора, кмоль/м3; -температура газового потока и поверхности катализатора, 0С; s -удельная поверхность катализатора, м2/м3; u – условная скорость газового потока, отнесенная к полному сечению реактора, м/с; - удельная изобарная теплоемкость газового потока, ; - тепловой эффект реакции, кДж/кмольNO; l - высота слоя катализатора, м.

Анализ математического описания реактора СКВ позволил выявить параметры, влияющие на конструктивные характеристики оборудования. Температура газов перед реактором СКВ определяет скорость химической реакции восстановления оксида азота аммиаком на поверхности катализатора. Размер ячейки катализатора, как и температура газов, влияет на объем катализаторной массы.

Для описания системы очистки дымовых газов применительно к модернизации промышленных пылеугольных котлов в работе представлены необходимые математические описания источника вредных выбросов и всех элементов схемы. На основе этих описаний разработаны и программно реализованы экономико-математические модели элементов системы очистки дымовых газов.

В третьей главе «Технико-экономическая оптимизация схемы и рабочих параметров системы газоочистки при модернизации твердотопливного агрегата» с использованием критерия экономической эффективности и разработанного математического описания выполнена экономическая оптимизация рабочих параметров, состава и конструктивных характеристик оборудования системы очистки дымовых газов для модернизируемого промышленного котлоагрегата на примере ПК-14.

На основе анализа схемных решений (рис. 1 и 2) с учетом изменяющихся эксплуатационных и капитальных затрат, входящих в функцию отклика (1), установлено, что независимыми параметрами, влияющими на показатели совместной работы системы газоочистки и источник вредных выбросов, являются температура газов перед реактором СКВ и температура уходящих дымовых газов . Поддержание оптимальных значений этих параметров должно обеспечить минимум годовых расчетных затрат.

Оптимизация исследуемого комплекса осуществлялась градиентным методом при следующих исходных данных: топливо - уголь экибастузского месторождения ( , , ), годовое число часов использования установленной мощности котлоагрегата 7000 часов; уровень налоговых отчислений в федеральный и местный бюджеты: = 40%.



Минимальное значение функции годовых расчетных затрат (1) для схемы с использованием теплоты нагретого воздуха (рис. 1) соответствует значению и .

Ниже представлены результаты оптимизации системы очистки дымовых газов при различных стоимостных показателях энергоносителей, катализаторной массы и металла. Так, повышение стоимости электроэнергии более 1,7 (рис. 3) приводит к увеличению оптимальной температуры уходящих дымовых газов до 140 °С. При этом функция расчетных затрат (1) отреагирует уменьшением поверхности теплопередачи теплообменника-регенератора теплоты, а, следовательно, снижением капитальных затрат в систему очистки.

 Зависимость оптимальной-42

Рис. 3. Зависимость оптимальной температуры уходящих дымовых газов

от стоимости электроэнергии

Аналогичное влияние на температуру уходящих дымовых газов оказывает увеличение удельной стоимости теплопередающей поверхности. Увеличение стоимости металла сопровождается увеличением оптимальной температуры уходящих дымовых газов и ответным уменьшением поверхности теплообменника-регенератора теплоты.

 Зависимость оптимальной-43

Рис. 4. Зависимость оптимальной температуры уходящих дымовых газов

от удельной стоимости теплопередающей поверхности

Увеличение стоимости топлива и катализаторной массы не оказывает влияния на оптимальную температуру уходящих дымовых газов.

Минимальное значение функции годовых расчетных затрат (1) для схемы с использованием насыщенного пара (рис. 2) соответствует значению и . В этом варианте схемного решения системы очистки дымовых газов можно отметить независимость оптимальной температуры уходящих дымовых газов от стоимости электроэнергии и катализаторной массы. Однако в этом случае функция расчетных затрат (1) реагирует на увеличение стоимости топлива. При этом оптимальная температура уходящих дымовых газов уменьшается до 130 °С (рис. 5), что увеличивает требуемую поверхность теплообменника-регенератора теплоты. В результате уменьшается расход топлива на выработку дополнительного количества насыщенного пара.

 Зависимость оптимальной-46

Рис. 5. Зависимость оптимальной температуры уходящих дымовых газов

от стоимости топлива

В качестве теплообменника-подогревателя в этом варианте схемы газоочистки используется кожухотрубный теплообменный аппарат, работающий при высоком давлении пара. Стоимость этого аппарата рассчитывалась через удельный показатель. Увеличение стоимости единицы поверхности теплообменника-подогревателя (рис. 6) приводит к увеличению капитальных вложений. В результате имеет место уменьшение оптимальной температуры уходящих дымовых газов до 140 °С с увеличением поверхности теплопередачи теплообменника-регенератора теплоты.

 Зависимость оптимальной-47

Рис. 6. Зависимость оптимальной температуры уходящих дымовых газов

от стоимости единицы поверхности теплообмена

При увеличении стоимости теплопередающей поверхности для теплообменников, работающих при низком давлении (рис. 7), функция расчетных затрат (1) реагирует уменьшением оптимальной температуры уходящих дымовых газов до 140 °С и поверхности теплопередачи теплообменника-регенератора теплоты. С другой стороны, увеличиваются поверхности теплопередачи теплообменника-подогревателя и расход топлива, обеспечивающего выработку дополнительного количества насыщенного пара.

 Зависимость оптимальной-48


Рис. 7. Зависимость оптимальной температуры уходящих дымовых газов

от стоимости единицы массы теплопередающей поверхности

Сопоставление схемных решений вынесенной системы очистки дымовых газов по стоимости электроэнергии и металла представлено на рис. 8 и 9. Увеличение годовых расчетных затрат в 1,18 раз в варианте использования воздуха (рис. 8) по сравнению с вариантом использования насыщенного пара объясняется большей требуемой площадью поверхностей теплопередачи теплообменника-подогревателя и теплообменника-регенератора теплоты, а, следовательно, более высокими капвложениями и эксплуатационными затратами на электроэнергию.

Рис. 8. Зависимость изменяющейся части годовых расчетных затрат

от стоимости электроэнергии:

1 – подогрев уходящих газов насыщенным паром; 2 – подогрев уходящих газов горячим воздухом

 Зависимость изменяющейся части-50

Рис. 9. Зависимость изменяющейся части годовых расчетных затрат

от стоимости металла:

1 – подогрев уходящих газов насыщенным паром; 2 – подогрев уходящих газов горячим воздухом

В схеме с использованием теплоты подогретого воздуха капитальные затраты, зависящие от стоимости металла, определяются величиной дополнительной поверхности воздухоподогревателя, теплообменника-подогревателя и теплообменника-регенератора теплоты. Это вызывает резкое увеличение годовых расчетных затрат (рис. 9) при прогнозном удорожании стоимости металла по сравнению со схемой подогрева дымовых газов насыщенным паром. В этом варианте капитальные затраты зависят только от стоимости металла на теплообменник-регенератор теплоты.

В четвертой главе «Перспективы внедрения технологий газоочистки в отечественную практику» на основе анализа интегральных показателей определены условия, при которых внедрение системы очистки дымовых газов для твердотопливных установок будет экономически целесообразным.

Внедрение природоохранных мероприятий в отечественную практику сдерживается несоизмеримо низкими штрафными санкциями за выбросы загрязняющих веществ по сравнению с затратами на их предупреждение. Размеры платы за выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду, зафиксированные в постановлении Правительства РФ2, даже с учетом ежегодной инфляции не компенсируют ущерб, причиняемый окружающей среде, и не стимулируют предприятия к внедрению природоохранных мероприятий. В результате, как правило, затраты в мероприятия по снижению выбросов существенно превосходят экономическую выгоду предприятия от снижения платы за выбросы.

Экономическая эффективность внедрения системы глубокой очистки дымовых газов может быть определена как разность между затратами на компенсацию ущерба от выбросов загрязняющих атмосферу веществ и затратами на очистные сооружения с учетом издержек на их эксплуатацию. В этом случае положительный эффект от реализации природоохранных мероприятий может быть достигнут при увеличении платы за выбросы вредных компонентов.

С учетом вышеизложенного показатель чистого дисконтированного дохода (или интегральный эффект) можно представить в виде:

, (5)

где - изменение количества оксида азота и диоксида серы в дымовых газах, выбрасываемых в атмосферу, , ; - плата за выбросы в атмосферу загрязняющих веществ по действующим директивным документам, , ; - коэффициент увеличения платы за выбросы вредных ингредиентов; - коэффициент, учитывающий экологические факторы по территориям экономических районов РФ; - коэффициент инфляции; , - эксплуатационные издержки и капитальные затраты в систему газоочистки и источник вредных выбросов соответственно и ; - коэффициент дисконтирования.

При решении поставленной задачи приняты следующие условия:

  1. Норма дисконта Е=0,12.
  2. Горизонт расчета 10 лет.
  3. Основная часть инвестиций в осуществление проекта (около 70 %) вносится в первый год и расходуется на проектирование и закупку оборудования системы очистки дымовых газов; оставшаяся часть - во второй год на строительство зданий и коммуникаций, а также на монтаж и освоение оборудования.

Предполагая сохранение соотношения стоимости электроэнергии и топлива, существующего в 2009 году, и используя эту тенденцию при увеличении тарифов на энергоносители, исследование экономической эффективности системы глубокой очистки дымовых газов для схем с использованием теплоты подогретого воздуха и насыщенного пара из барабана котла осуществляется при следующих сопряженных стоимостных характеристиках:





  1. ; руб./т у.т.
  2. ; руб./т у.т.
  3. ; руб./т у.т.

Результаты расчета чистого дисконтированного дохода (5) показали, что при увеличении платы за выбросы вредных веществ в окружающую среду в 15,6 раз может быть достигнут приемлемый срок окупаемости инвестиций. Так, для схемы с использованием теплоты воздуха срок окупаемости составит 5,4-8,6 лет, в альтернативном варианте реализации (схема 2) он будет несколько меньшим– 4,3-6 лет. Изменение абсолютных значений тарифа оплаты за выбросы оксида азота и диоксида серы для альтернативных схем при различных значениях стоимости энергоносителей представлено на рис. 10 и 11.

 Абсолютное значение платы за-73

Рис. 10. Абсолютное значение платы за выбросы оксида азота

в зависимости от стоимости электроэнергии ():

для схемы с использованием тепла воздуха: 1 – 1200 руб./ т у.т.; 2 – 1400 руб./ т у.т.; 3–1600 руб./ т у.т.; для схемы с использованием насыщенного пара: 4 – 1200 руб./ т у.т.; 5 – 1400 руб./ т у.т.; 6 – 1600 руб./ т у.т.

 Абсолютное значение платы за-75

Рис. 11. Абсолютное значение платы за выбросы диоксида серы

в зависимости от стоимости электроэнергии ():

для схемы с использованием тепла воздуха: 1 – 1200 руб./ т у.т.; 2 – 1400 руб./ т у.т.; 3–1600 руб./ т у.т.; для схемы с использованием насыщенного пара: 4 – 1200 руб./ т у.т.; 5 – 1400 руб./ т у.т.; 6 – 1600 руб./ т у.т.

В случае имеющейся на предприятии установки сероочистки обсуждаемая система дополняется только реактором селективного каталитического восстановления оксида азота с теплообменным оборудованием, обеспечивающим его работу. В двух вариантах схемных решений коэффициент, учитывающий повышение тарифа оплаты за выбросы загрязняющих атмосферу веществ, составляет 12,8. В результате в схеме с использованием теплоты нагретого воздуха срок окупаемости составляет 6-8 лет, в другом варианте – 4,1-4,7.

Внедрение технологии глубокой очистки дымовых газов в отечественную практику станет экономически целесообразным только при условии повышения тарифов оплаты за выбросы в атмосферу оксида азота и диоксида серы, так как только в этом случае может быть достигнут приемлемый срок окупаемости инвестиций в сооружение наиболее эффективных вынесенных установок газоочистки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

  1. Для радикального сокращения выбросов в окружающую среду оксидов азота и серы от твердотопливных промышленных энергоустановок предложено использовать вынесенные системы газоочистки, действие которых основано на принципах мокрой известковой сероочистки и селективного каталитического восстановления оксида азота аммиаком. Это позволит обеспечивать степень очистки дымовых газов от указанных ингредиентов 98-99 %.
  2. Для выявления наиболее рациональных схем и рабочих параметров твердотопливных промышленных энергоустановок с вынесенными системами газоочистки разработана методика технико-экономической оптимизации и обоснован критерий для сопоставления различных вариантов технических решений.
  3. На основе соотношений химической кинетики, тепло- и массопереноса и газодинамики разработано и апробировано математическое описание реактора селективного каталитического восстановления оксидов азота аммиаком, как основного элемента системы газоочистки.
  4. Применительно к условиям модернизации действующих агрегатов разработано математическое описание комплекса «промышленный пылеугольный котел - система газоочистки».
  5. Обосновано наиболее рациональное схемное решение, заключающееся в использовании насыщенного пара для обеспечения оптимальной температуры в реакторе СКВ на уровне 250 оС и обеспечивающее снижение расчетных затрат в вынесенную систему газоочистки не менее чем на 18% по сравнению с альтернативным вариантом при одинаковой эффективности.
  6. С учетом особенностей предложенных схемных решений разработана и программно реализована на примере котлоагрегата ПК-14 математическая модель, учитывающая взаимосвязи всех элементов и позволяющая выполнять исследование комплекса «промышленный пылеугольный котел - система газоочистки» методом вычислительного эксперимента.
  7. Определены оптимальные рабочие параметры, состав и конструктивные характеристики оборудования систем очистки дымовых газов при прогнозируемом изменении экономических факторов.
  8. На основе результатов сравнительного многовариантного расчета показателей экономической эффективности предлагаемой и альтернативной систем глубокой очистки дымовых газов показано, что срок окупаемости капитальных вложений (с учетом дисконтирования) для схемы с использованием насыщенного пара составит 4,3-6 лет при условии увеличения нормативов платы за выбросы вредных веществ в окружающую среду в 15,6 раз, в другом варианте реализации, основанном на использовании горячего воздуха, срок окупаемости при тех же условиях составит 5,4-8,6 года.

Основные положения диссертации представлены в следующих публикациях:

в изданиях, рекомендуемых ВАК:

  1. Агеев, М. А. Оптимизация систем глубокой очистки дымовых газов пылеугольных энергетических котлов / В. Ф. Симонов, Н. В. Пономарева, М. А. Агеев // Известия вузов. Проблемы энергетики. –2006. -№ 9-10. – С. 55-62.
  2. Агеев, М. А. Оптимизация реактора каталитического восстановления оксидов азота для систем глубокой очистки дымовых газов котельных агрегатов / В. Ф. Симонов, М. А. Агеев // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2008. - № 1 (31). – Вып. 2. – С. 205-209.

в других изданиях:



Pages:     | 1 || 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.