Geum.ru

Концепция комплексного подхода решения вопросов энергосбережения, повышения энергетической и экологической безопасности объектов тепловой энергетики на основе использования инновационных технологий. Удк; 661. 12: 62. 133

Вид материалаДокументы
Подобный материал:




КОНЦЕПЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА РЕШЕНИЯ ВОПРОСОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ, ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.


УДК; 661.12: 62.133


Н.Н.Худокормов, Б.М.Кривоногов

ЗАО «Ресурсосберегающие и экологические системы»


Актуальность проблемы комплексного подхода при производстве тепловой энергии для совместного решения вопросов экономии энергоресурсов и повышения экологической безопасности работы котлов малой и средней мощности в начале 21 века серьезно обострилась.

С одной стороны – нестабильная и увеличивающая цена на топливо увеличивает себестоимость производства тепловой энергии и вызывает необходимость его экономии.

Другая сторона вопроса при производстве тепловой энергии - это загрязнение окружающей среды продуктами сгорания топлива. Данная сторона проблемы усложняется тем, что, как правило, данные объекты находятся в густонаселённых районах и букет выбросов (окислы азота, окислы серы, канцерогенные вещества, продукты неполного сгорания), которые содержатся в дымовых газах, являются экологически опасными для окружающей среды и здоровья человека. Анализ загрязнённости города Курска и области и заболеваемости населения злокачественными опухолями за период 1988 - 1999 г.г. показал эту зависимость. При этом смертность от онкозаболеваний лёгких стоит значительно выше в районах, где концентрация окислов азота так же выше, по сравнению с другими районами (1).

На сегодня вполне возможно обеспечить каждого человека средствами очистки питьевой воды, когда как для вдыхаемого атмосферного воздуха в массовом порядке данное решение практически не осуществимо.

Экономический анализ технических решений снижения выбросов показывает, что на сегодняшний момент времени существующие технические решения является затратными и практически не осуществимы.

С другой стороны, любое техническое решение должно повышать надёжность работы оборудования.

Исходя из экономических соображений, на сегодня предпочтительнее использовать комплексный подход для одновременного решения вопросов экономии топлива, снижения выхода вредных веществ и повышения надёжности работы оборудования.

Литературный анализ работ различных авторов в области природопользования, защиты окружающей среды и повышения надёжности работы оборудования позволил сформулировать основные критерии рационального комплексного природопользования:
  1. Минимальное воздействие на окружающую среду;
  2. Максимальный выход продукции;
  3. Минимальное использование исходных продуктов
  4. Минимальная аварийность;
  5. Максимальная надёжность.

В работах (2) сформулированы концепции повышения экологической безопасности объектов тепловой энергетики применительно для города Курска и Курской области и основные принципы, которые необходимо использовать при создании новых технологий сжигания газа и мазута с целью повышения экологической безопасности данных объектов.

Использование указанных выше положений позволило сформулировать пути комплексного подхода для решения вопросов энергосбережения и повышения экологической безопасности котельных с котлами малой и средней мощности, которые можно сформулировать в виде:
  • новые горелочные устройства (акустические) для сжигания жидкого топлива
  • совершенствование подготовки жидкого или газообразного видов топлива к сжиганию (Установки «Экспресс-азот» и «Экспресс»).
  • Утилизационные устройства для утилизации тепла отхо­дящих дымовых газов.
  • Система оборудования для повторного использования промстоков котельной.
  • Система очистки дымовых газов от загрязнителей (S0х, NOх , сажа, пыль и другие) мокрым способом с преобразованием их в нейтральные формы и дальнейшее использование полученных продуктов.

Используя экономическую оптимизацию и указанные выше технологии для каждого объекта тепловой энергетики можно выработать правильные подходы при разработке мероприятий по экономии топлива и снижения выхода вредных веществ при сжигании различных топлив в котлах малой и средней мощности.

Применительно к Курскому краю, где состояние атмосферного воздуха в городе и области характеризуется следующими загрязняющими веществами, выбрасываемые в атмосферу: оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, диоксид серы. Только в 1999 году было выброшено в атмосферу 116,9 тыс.т загрязняющих веществ. По количеству выбросов оксиды азота находятся на втором месте после оксида углерода.

По результатам наблюдений, г.Курск не входит в список городов с самым высоким уровнем загрязнения воздуха, но в соответствии с существующими методами оценки уровень загрязнения города считается высоким, что обусловлено, в основном, повышенным содержанием в основном диоксида азота и формальдегида. В некоторых районах города концентрация диоксида азота превышает 4,9 ПДК. (3, 4).

В области в качестве основного топлива используется мазут, в городе используется только природный газ. Лишь одна маломощная котельная с двумя котлами типа ДКВр 6,5/13, которая располагается на окраине города.

По данным правительства Курской области только на отопление необходимо потребление мазута 36 тыс. тонн в год.

Парк котлов котельных с котлами малой и средней мощности характеризуется в основном котлами следующих марок: ДКВр, ДЕ, Е, ПТВМ, КВГМ и жаротрубными котлами.

Экспериментальный анализ, направленный на решение указанных выше вопросов и проведенный специалистами ЗАО «РЭС» «ЭНТЭЭЛ» позволил выявить наиболее слабые стороны работы таких котлов, как КВГМ, ДЕ, ДКВр, типа Е, ПТВМ, жаротрубных котлов при сжигании газообразного и жидкого топлива, а также недостатки подготовки топлива к сжиганию, выявить резервы экономии жидкого и газообразного топлива и сортифицировать котлы по количеству выбросов вредных веществ (окислов азота и т.п.) и выявить причины, вызывающие их образование в указанных выше котлах. При этом было установлено, что котлы с наиболее развитой поверхностью нагрева являются более экологически безопасными. Жаротрубные котлы выбрасывают на 15 % меньше выбросов окислов азота при сжигании газообразного топлива по сравнению с котлами других типов аналогичной тепловой мощности. Данное положение не противоречит данным, которые получены другими исследователями (5, 6).

Используя механизм комплексного подхода, авторы добились экономически выгодного решения указанных выше задач. В частности установлено, что решая вопросы надежности при сжигании газообразного топлива, можно также одновременно решать вопросы экономичности и экологичности работы котлов. Так, правильное понимание процессов, происходящих в горелочных устройствах и топках котлов при сжигании газообразного топлива, позволило создать установку «Экспресс-азот», отличающуюся тем, что для улучшения смешения газообразного топлива с воздухом предусмотрен впрыск влаги с наложением акустических колебаний ультразвуковой частоты.

При решении указанного выше вопроса необходимо было решить как влияет влага на эффективность сжигания топлива, а также на надежность работы горелочного устройства, особенно при малых тепловых нагрузках работы котла.

Испытания показали следующее, что наиболее экономично котел работает при впрыске влаги с давлением от 2 до 3 ати и давлением распыливающего агента 3 ати. Максимальное снижение выбросов окислов азота доходит до 70 %, при этом повышение КПД котла составляет в среднем 1,7 % за счет снижения температуры отходящих дымовых газов (7, 8).

Специалистами ЗАО «РЭС» и НП «ЭНТЭЭЛ» были проведены испытания различных типов котлов, которые оборудованы различными схемами снижения выхода окислов азота, а именно: многозонное сжигание по методу ВТИ, горелки двухстадийного сжигания, рециркуляция дымовых газов, сжигание топлива при малых избытках воздуха, ввод влаги в зону горения. Было установлено, что наиболее предпочтительнее использовать ступенчатое сжигание или рециркуляцию продуктов сгорания с одновременным впрыском влаги в зону горения. В этом случае впрыск влаги по методу, который разработан ЗАО «РЭС» позволяет в комбинированном способе (влага + ступенчатое сжигание, влага + рециркуляция дымовых газов) достигнуть снижение выхода окислов азота на 50 и более % без снижения тепло-технических показателей работы котла. Применение вышеуказанных методов (рециркуляция, ступенчатое сжигание) без впрыска влаги снижают теплотехнические показатели работы котла в среднем на 2-3 %.

Принципы, разработанные и заложенные специалистами ЗАО «РЭС» в установку «Экспресс-азот» при сжигании газообразного топлива были внедрены на ряде объектов г. Санкт-Петербурга и Курской области в 1993-1999 г.г.

Анализ работы котельных, в которых основным используемым топливом является мазут, показал, что возможными путями комплексного решения задач повышения надежности, экономичности и экологичности работы котлов является следующее:
  • внедрение в схему мазутного хозяйства специальных смесительных устройств (эмульсаторов), которые устраняют макронеоднородность жидкого топлива;
  • внедрение локальных подогревателей мазута на каждую форсунку;
  • внедрение новых, более эффективных горелочных устройств (акустических форсунок, малых горелочных устройств);
  • создание водотопливных эмульсий в самих форсунках.

Эти вопросы были решены специалистами «РЭС» на ряде промышленных объектах: в частности, применение многокамерных эмульсаторов конструкции «РЭС» позволило стабилизировать работу топливного хозяйства мазутной котельной и избежать срыва горения. Внедрение локальных подогревателей позволило достичь экономии тепловой энергии в стоимостном выражении в несколько десятков тысяч рублей за счет экономии тепловой энергии на подогрев мазута.

Одним из способов повышения надежности, экономичности и экологичности работы котлов, работающих на жидком топливе является улучшение качества распыливания последнего, турбулизация корня факела, улучшение смешения топлива с окислителем, формирование формы факела применительно к данной топочной камере, а также создание условий, при которых сжигание жидкого топлива по теплотехническим и эксплуатационным характеристикам не уступало бы сжиганию газообразного топлива. Наиболее предпочтительным способом реализации этих задач является создание и внедрение акустических форсунок (9).

Экспериментальные исследования проведенные специалистами предприятия по применению акустических форсунок на котлах показал что, внедрение акустических форсунок позволило повысить КПД котлов на 0,7-2,3 %, за счет улучшения тоннины распыливания, снижением коэффициента избытка воздуха, улучшением турбулентности факела, более полного выгорания жидкого топлива при меньшем коэффициенте избытка воздуха.

Создание водотопливных эмульсий позволит наряду с экономическими факторами решить вопрос повышения экологичности работы котельной и надежность работы топливоснабжения. Использую многокамерные эмульсаторы (10), указанные выше, специалистами предприятия разработаны и внедрены дав вида схем приготовления и сжигания жидкого топлива в виде водотопливной эмульсии. Первая схема с промежуточным баком рекомендована для котельных с котлами типа Е, «Универсал» и т.п. Вторая схема разработана без промежуточного бака и рекомендована для котельных с котлами типа ДКВр, ДЕ, КВГМ, ПТВМ. В этой схеме применен принцип дискретного перемешивания: -стабилизация работы топливного хозяйства; - приготовление водотопливной эмульсии в горелочном устройстве. Экспериментально установлено, что реализация принципа сжигания жидкого топлива в виде водотопливной эмульсии позволяет:
  • повысить КПД котла на 2-3 %;
  • снизить выход сажистых частиц на 90 %;
  • снизить выход окислов азота на 50 %;
  • ликвидировать полностью промстоки предприятия.

Внедренные утилизаторы теплоты отходящих газов позволяют экономить топливо за счет снижения температуры отходящих дымовых газов. Отличительные особенности утилизаторов, которые разработаны специалистами предприятия, является малая металлоемкость данных теплообменников и возможность утилизировать теплоту отходящих газов от малых котлов типа Е.


Выводы:

1. Разработанные принципы комплексного рационального природопользования позволяют найти механизм решения одновременно вопросов энергосбережения, повышения экологической безопасности и надёжности работы оборудования.

2.Предлагаемые технические решения позволили экономически выгодно осуществит комплексный подход к решению вышеуказанных задач при сжигании газообразного и жидкого видов топлива в котлах.

3. При применении принципа комплексного подхода при сжигании газообразного топлива одновременно со снижением выхода окислов азота до 70%, было повышено КПД котлов на 1,7 %.

4. Применение принципа комплексного подхода при сжигании мазута позволило за счет нового типа горелочного устройства повысить КПД котла на 2,3%, снижение же выхода окислов азота достигнуто 30%.

Применение же водотопливных эмульсий позволило:
  • повысить КПД котла на 2-3 %;
  • снизить выход сажистых частиц на 90 %;
  • снизить выход окислов азота на 50 %;


Список литературы.
  1. Научный отчет ЗАО "РЭС" "Анализ динамики заболеваемости населения города Курска и Курской области за период 1988-1999 г.г." Курск 1999 г.
  2. "Концепции повышения экологической безопасности тепловой энергетики города Курска и Курской области и их практическое доказательство."

Сборник материалов 2-ой международной научно-технической конференции. "МЕДИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ-1999" Курск 1999 г. КГТУ.
  1. Доклад "О состоянии окружающей среды Курской области в 1999 году"

Правительство Курской области. Государственный комитет по охране окружающей среды Курской области. Выпуск 8. Курск 2000 г.
  1. Доклад "О состоянии окружающей среды Курской области в 2000 году"

Правительство Курской области. Государственный комитет по охране окружающей среды Курской области. Выпуск 9. Курск 2001 г.
  1. Б.М. Кривоногов «Повышение эффективности сжигания газа и охрана окружающей среды». Л., Недра, Ленинградское отделение, 1986.
  2. Сигал И.Я. «Защита воздушного бассейна при сжигании топлива».

Л., Недра, 1977. 294 с.
  1. В.И. Шаврин, Н.Н. Худокормов. «Исследование работы горелочного акустического устройства для сжигания отходов нефтепереработки». В сборнике «Повышение эффективности использования газообразного и жидкого топлива в печах и отопительных котлах». Л., ЛИСИ, 1984.
  2. Б.М. Кривоногов, Н.Н.Худокормов, Л.М. Берлинская. «Интенсификация методов обезвреживания жидких и газовых выбросов при сжигании топлива». В сборнике «Экономия энергоресурсов в системах теплогазоснабжения и вентиляции» Л., ЛИСИ, 1987.
  3. Авторское свидетельство СССР № 1408156, кл. F 23 D 11/34.
  4. Авторское свидетельство СССР № 1411015, кл. В 01 F 7/02.