Исследование топочных процессов и разработка котлов для низкотемпературного сжигания горючих отходов и местных топлив тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

ПУЗЫРЕВ Евгений Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ И РАЗРАБОТКА КОТЛОВ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СЖИГАНИЯ ГОРЮЧИХ ОТХОДОВ И МЕСТНЫХ топлив

Специальность: 01.04.14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Барнаул 2003

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете имени И.И. Ползунова

Научный консультант доктор технических, профессор

Сеначин Павел Кондратьевич

Официальные оппоненты: доктор технических, профессор

Мацнев Вячеслав Владимирович

доктор технических, профессор Кувшинов Геннадий Георгиевич

доктор технических, профессор Волков Валерий Иванович

Ведущая организация: Институт теплофизики СО РАН имени С.С. Кутателадзе, г. Новосибирск

Защита состоится 28 ноября 2003 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.03 при Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу:

656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АлтГГУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью Вашего учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « ¿.^ » сентября 2003 г.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Повсеместно в России проблемы энергетики и экологии стали жизненно важными. Энергетический кризис стимулирует развитие промышленной и малой энергетики на основе дешевых местных топлив и горючих отходов, горы которых быстро растут и представляют серьёзную угрозу нашего времени. Использование дешевых углей, торфа, а также утилизация отходов обогащения угля, переработки зерна, древесины и др., зачастую имеющих «отрицательную» стоимость, позволят решить экономические вопросы жилищно-коммунальных и промышленных предприятий, снизить себестоимость энергии. Кроме того, огневое обезвреживание горючих отходов - это наиболее дешевый, простой и эффективный способ кардинального решения проблемы защиты окружающей среды от загрязнения.

Сжигание низкосортных топлив и отходов сдерживается из-за сложности организации устойчивого топочного процесса. Более того, в коммунальной энергетике с большим количеством низкоэффективных слоевых котлов накапливаются горы недожженного шлака, которьш фактически является горючим отходом.

Переориентация топливного баланса на использование местных топлив и горючих отходов сегодня важна для многих предприятий России и требует разработки высокоэффективных технологий организации топочных процессов, пригодных для создания нового и модернизации существующего котельно-топочного оборудования.

Актуальной теме, разработке высокоэффективных топочных процессов и, прежде всего, низкотемпературных, традиционно уделялось и уделяется большое внимание как зарубежными, так и отечественными учеными, исследовательскими лабораториями и институтами. Её важность отражена принятием ряда программ РФ по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники.

Цель данной работы заключается в разработке научных основ организации высокоэффективных технологий сжигания низкосортных топлив и отходов на базе исследования низкотемпературных топочных процессов, пригодных для создания нового и модернизации существующего котельно-топочного оборудования. В связи с этим решались задачи:

- определение и анализ характеристик топлив, горючих отходов, топливного баланса предприятий, имеющейся котельно-топочной техники, тенденций её развития и перспективности разработки низкотемпературных топочных процессов, адаптированных к топливам ухудшенного качества и отходам и пригодных для создания нового и модернизации имеющегося котельно-топочного оборудования;

- разработка схем термоконтактной сушки и переработки топлив и методик их расчета с теоретическим и экспериментальным изучение" "руЦ6ГГРа ГУ["УЦ'

1РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ |

библиотек* I

разработка технологических схем и оптимизация вихревых топочных устройств (ВНТ), пригодных для встраивания в топочный объём котлов, путем их аэродинамического и численного моделирования;

- внедрение, промышленное исследование и анализ проблем использования ВНТ в энергетике при сжигании лузги (в том числе, возможность формирования мощных отложений из возгонов золы, преимущественно соединений калия, выделяющихся в зонах локального перегрева), древесных и других измельченных отходов при их огневом обезвреживании;

- разработка теоретических основ и методики инженерного расчета и экспериментальное изучение топочных процессов в низкотемпературном форсированном кипящем слое (НТКС) и в надслоевом объеме с обоснованием технологических схем путем огневого моделирования;

- разработки схем и конструкций элементов НТКС с их обоснованием:

о встроенных уловителей циркулирующих частиц, •

О; аэромеханических клапанов питателей циркулирующих частиц,

о воздухораспределительных колпачков и решеток, '

о технологии раьтопки котлов;

- внедрения, анализа проблем и обобщения практического опыта использования НТКС в энергетике с рассмотрением особенностей реконструкций имеющихся и создания новых кбтлдв НТКС различных типов.

Научная новизна ра'боты заключается в создании и обосновании концепту-"ального комплексного подхода к вовлечению местных топлив и горючих отходов в топливный баланс предприятий, в том числе с получением из них унифицированной массы, на базе низкотемпературных топочных процессов, основанных на вихревых ВНТ и кипящего слоя НТКС технологиях.

Комплексный подход оптимально объединяет три технологии: термоконтактную сушку топлив, низкотемпературное сжигание в вихревых топках и низкотемпературный форсированный кипящий слой. При этом для всего разнообразия топлив и отходов получаем универсальную схему: влияние влаги исключается разомкнутой схемой термоконтакгной сушки, а низкотемпературные технологии, особенно кипящий слой, не чувствительны к зольности.

При комплексном подходе влияние качества топлива нивелируется и топки, на его основе, становятся универсальными, могут применяться для всех отходов и топлив, от высокореакционных сухих легких парусных частиц лузги, до переувлажненных, липких, типа илов и до низкореакционных углей. Для легких частиц предпочтительно вихревое сжигание, для углей и тяжелых отходов - кипящий слой.

Комплексный подход включает следующие обладающие новизной научные положения, защищаемые в диссертации:

■ Разомкнутые взрывобезопасные схемы термоконтактной сушки и переработки топлив повышенной эффективности, использующие теплоту конденсации паров влаги топлива и обеспечивающие подготовку унифицированной сжигаемой массы за счет теплоты потоков циркулирующих частиц.

■ Методики расчета изотермических и проточных схем термоконтактных сушилок с кипящим слоем, разработанные на основе экспериментальных зависимостей, теоретических моделей и закономерности протекания этих процессов в кипящем слое (термическое дробление, режим термически тонкого тела и др.).

■ Оптимизированные моделированием, включая численное, конструкции вихревых топок (с рекомендациями по проектированию для более чем 20 конкретных котлов), пригодные для встраивания в топочные объёмы котлов, обеспечивающие удержание легких частиц и увеличение в десятки раз критической загруженности;

■ Опыт промышленного применения ВНТ, как пример новой удачной разработки. Только для сжигания лузги используется более 20 котлов, освоено производство новых котлов. Топки обеспечивают глубокое выжигание горючих, они также эффективны для сжигания сырых древесных отходов (на примере новых котлов КВ-1,86), для утилизации сухих опилок и пыли шлифования (реконструкция котла ДКВр-10). ВНТ применены для стабилизации пылеугольного сжигания (реконструкция котлов ЭЧМ-60), для использования водоугольного топлива (реконструкции котлов ДКВр-6,5-13, Е-1/9, ДКВр-10-13):

■ Наличие существенных превращений золы в топочном процессе (из-за не соблюдения низкотемпературного режима) сопровождающихся формированием в топке и котельных пучках мощных отложений из возгонов золы, преимущественно соединений калия и карбонатов, выделяющихся в зонах локального перегрева, а также разработанных режимных мероприятий и методов удаления золы, гарантирующих стабильную работу всех введенных котлов с топками ВНТ.

■ Теоретические модели НТКС (гидродинамики, коалесценции, выгорания и уноса частиц полифракционного топлива), методику расчета распределения концентраций угля, кислорода и других параметров для кипящего слоя, механизмы формирования механического недожога и технологические схемы организации топочного процесса НТКС, обоснованные огневым моделированием.

■ Выявленные путем численного и опытного моделирования особенности аэродинамической обстановки над НТКС и разработанную на этой основе схему организации аэродинамики в надслоевом объёме подачей вторичного дутья, усиливающей индуцированное частицами вихревое течение.

■ Опыт промышленного применения топок НТКС и их элементов, разработанных и обоснованных моделированием, включая численное, и освоенных в производстве, установленных более чем в 35 новых и реконструированных котлах с мощностью до 42т/ч, спроектированных по разработанной методике инженерного расчета НТКС.

Практическая ценность. На основе комплексного, концептуального подхода, исследованы и научно обоснованы низкотемпературные технологии сжигания, адаптированные к местным топливам ухудшенного качества и горючим отходам и пригодные для модернизации котельно-топочной техники. Разработаны способы и подходы конструирования и модернизации топочных устройств и котлов различных конструкций, включая энергетические, с переводом их на НТКС и ВНТ сжигание. Разработанные топочные процессы бьии реализованы в различных вариантах исполнения, преимущественно при реконструкциях, на более чем 60 объектах.

В настоящее время ВНТ топки применены для сжигания лузги, древесных отходов, угля и водоугольного топлива в 34 котлах различных типов мощностью до 25 т/ч, установленных в 24 действующих котельных. Их использование расширяется и считается одним из основных направлений деятельности ЗАО ПО «Бийсэнерго-маш», ОАО БиКЗ, НИЦ ПО БЭМ и ряда других фирм.

НТКС топки являются наиболее эффективной разработкой НИЦ ПО БЭМ. Они нашли применение и используются для сжигания низкосортных углей и древесных отходов в более чем в 35 новых и реконструированных котлах мощностью до 42т/ч, в том числе энергетических.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: IV Международной конференции по тепломассобмену, Минск, 1974 г., V Международной конференции по тепломассобмену, Минск, 1976 г., Всесоюзном совещании секции ГКНТ на тему «Надежность поверхностей нагрева», г. Барнаул, 1983 г., V Всесоюзной конференции «Горение органического топлива», г. Новосибирск, 1984г, научно-технической конференции «Сжигание и газификация твердых топлив в кипящем слое», г.Свердловск, 1986 г, Всесоюзной конференции «Теплообмен в парогенераторах», г. Новосибирск, 1988 г., Всесоюзной научно-технической конференции «Техника псевдоожижения (кипящего слоя) и перспективы ее развития», г. Луга, 1988 г., на региональном семинаре «Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, сжигающих отходы и мусор», г. Новосибирск, 1997 г, на международной научно-практической конференции и школе-семинаре ЮНЕСКО «Химия угля на рубеже тысячелетий», г. Клязьма, - 2000, 4я Международной выставке-конгрессе «Энергосбережение-2001» — Томск, 2001, международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к

развитию угольной промышленности». - Кемерово, 2000 г и 2001 г., международной научно-практической конференции «Проблемы качества в XXI веке» - Барнаул, 2001 г., традиционной ежегодной научно-практической конференции «Теплоисточники в коммунальной энергетике: Проблемы эксплуатацйи и применение новых технологий при реконструкции». - Иркутск, 2002 и 2003 г., на международной конференции «Технологии эффективного и экологически чистого сжигания угля для модернизации российских электростанций» - Новосибирск, 2003 г.

Личный вклад автора заключается в разработке теоретических моделей и методик расчета топочных процессов, постановке научных задач, в разработке методик и проведении экспериментов, разработке технологических схем и эскизных проектов новых котлов и реконструкции котельных установок, авторском надзоре и участии в пусконаладочных испытаниях установок, руководстве сотрудниками, выполнявшими работы по данной теме.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 47 статей и 41 изобретение.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и списка литературы. Объём диссертационной работы: 233 страницы основного текста, 202 рисунков, 21 таблица и списка литературы из 150 наименований. Общий объём диссертации 315 страниц.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована цель диссертационной работы, включая решаемые задачи, обладающие новизной научные положения и практические результаты, защищаемые в диссертации.

В первой главе приведен аналитический обзор состояния топливного баланса отечественных предприятий. С использованием треугольника Таннера проанализированы свойства различных отходов и местных топлив, проанализировано влияние влаги на свойства топлив и возможность их унификации при использовании разомкнутых схем подготовки топлива.

Рассмотрено состояние и характеристики котельно-топочного оборудования. Широко применяемые слоевые котлы не пригодны для сжигания низкосортных топлив и отходов, даже на качественных углях они дают большой выход горючих в шлаке. С другой стороны, котлы можно модернизировать заменой топочных устройств.

Показана эффективность низкотемпературных, вихревых и кипящего слоя, технологий. Низкотемпературный кипящий слой, позволяет сжигать топлива с зольность до 60-70% и имеет хорошие экологические показатели. Топки кипящего слоя широко

исследовались в НПО ЦКТИ (Н.С. Рассудов, В.В. Мацнев и др.), Уральском ПИ (А.П. Баскаков, Б.В. Берг и др.), Казахском НИИ Энергетики, ВТИ и других институтах.

Высокую эффективность так же имеют низкотемпературные вихревые топки, разработанные в ЛПИ под руководством профессора В.В. Померанцева. Топочные процессы и циклонные камеры сгорания разрабатывались, изучались и моделировались Г.Ф. Кнорре, Б.П. Устименко, А.Н. Штымом Н.В. Головановым и др. Этот класс топок пригоден для удержания и сжигания в топке легко уносимых частиц.

Для совершенствования топочных процессов и модернизации топочных устройств выбраны именно низкотемпературные технологии так как:

1. Осуществляются при низких скоростях горения и поэтому обязательно содержат высокоэффективные механизмы стабилизации топочного процесса (имеются циркулирующие потоки горящих частиц и продуктов сгорания), например, низкотемпературный кипящий слой позволяет сжигать топлива с зольность до 60-70%.

2. Низкие температуры, но оптимальные по конкурирующим процессам формирования вредных веществ, позволяют минимизировать общую эмиссию загрязнений;

3. Наличие в топке потоков горячих циркулирующих частиц дает возможность соз-• дания разомкнутых схем термоконтакгной топливоподготовки, позволяющих готовить универсальную (сухую) массу из различных тоцдив и отходов без балластирования выделяющихся паров потоками неконденсирующихся газов.

Для вовлечения низкосортных топлив и отходов в топливный баланс предприятий необходима разработка научных основ организации высокоэффективных технологий сжигания топлив. В работе предложен комплексный, концептуальный подход, оптимально объединяющий три технологии: термоконтактную сушку топлив, низкотемпературное сжигание в вихревых топках и низкотемпературный форсированный кипящий слой. При этом получается универсальная схема, таблица 1.1: влияние влаги исключается разомкнутой схемой термоконтактной сушки, а низкотемпературные технологии, особенно кипящий слой, не чувствительны к зольности. Влияние качества топлива нивелируется и топки, разработанные на его основе, становятся универсальными, могут применяться ко всем отходам и топливам, от высокореакционных сухих легких парусных частиц лузги, до переувлажненных, липких, типа илов и до низкореакционных углей». Для легких частиц предпочтительно вихревое сжигание, для углей и тяжелых отходов - кипящий слой.

Составляющие концепции Таблица 1.1

№ Составляющие концепции Эффект

1 Термоконтактная сушка Устранение влияния влаги, экономичность и эффективность сжигания сухой массы

2 Низкотемпературные вихревые топки Возможность сжигания легких парусных частиц и различных, в том числе влажных, отходов. Высокая эффективность обезвреживания продуктов сгорания и дожигания уноса.

3 Низкотемпературный форсированный кипящий слой Высокие экологические показатели. Возможность сжигания углей и различных отходов с высокой зольностью.

Комплексный подход Возможно применение ко всем отходам и топливам «от высокореакционных сухих легких парусных частиц лузги ... до переувлажненных, липких, типа илов и... до низкореакционных углей» с обезвреживанием продуктов сгорания и дожиганием уноса.

Во второй главе предложены и обоснованы теоретически и экспериментально принципиально новые технологические схемы термоконтактной сушки и переработки топлив, возможность применения которых предопределяется наличием больших масс и потоков горячих частиц слоя. Эти схемы имеют ряд преимуществ:

- Здесь нет газовоздушных греющих потоков, тепло переносится потоками частиц, схема заполнена насыщенными парами влаги топлива, пожаро- и взрывобезопас-ность существенно повышаются.

- Пары влаги топлива не балластируются газами, поэтому их конденсация идет интенсивно, при высокой температуре (373-333 К) и легко обеспечивается полезное использование тепла, например, для подогрева сетевой воды. Утилизация тепла конденсации повышает экономичность применения топлива, что соответствует использованию его сухой массы, и влага не снижает температуру горения.

- По не конденсирующимся газам схемы замкнуты, газы и пыль возвращаются в топку и не загрязняют окружающую среду. Тракты дымовых газов и дымососы не перегружаются парами влаги, и мощность котла может быть повышена.

По соотношениям СЛ. Корницкого для сухой массы различных твердых топлив, объёмы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания на единицу теплоты сгорания

примерно равны, поэтому при сжигании сухой массы не меняется распределение теп-ловосприятий от дымовых газов между поверхностями нагрева котла, т.е. при использовании предлагаемой концепции котлы становятся действительно универсальными.

На рис.2.1 изображена одна из схем. Она содержит топку 1 НТКС, питатель частиц 2, линию 3 возврата смеси частиц и топлива, питатель 5 угля, сушилку 4, конденсатор паров б и тракг 7 удаления неконденсирующихся газов. Термоконтактная сушилка 4 выполнена с механическим перемешиванием материала, а конденсатор 6 паров влаги топлива в виде охлаждаемого скруббера. Процесс сушки сырого топлива в сушилке 4 идет благодаря контакту и за счет тепла материала слоя.

На рис.2.2 приведена обобщающая схема термоконтактной сушки, пригодная для котельного агрегата с любым способом сжигания благодаря использованию про- I

межуточного теплоносителя. При работе горячий твердый теплоноситель из секции подогревателя 8 и топливо из бункера 1 сырого угля ссыпаются в смесительную сушилку 2. Здесь топливо высушивается при прямом контакте и механическом перемешивании с твердым теплоносителем. Пары воды по трубопроводу 3 отводятся в конденсатор 11. Неконденсирующиеся газы и вынесенная из смесительной сушилки 2 пыль отсасываются и сбрасываются в котел. Для вентиляции размольного устройства 4 и транспорта угольной пыли по пылепроводу 5 в горелки 6 и для снижения взрывоопасное™ используются дымовые газы, подаваемые по газоходам 22.

Греющие дымовые газы подаются в подогреватель 8 из котла 7. Одновременно при контакте дымовых газов и смоченного в оросителе 13 раствором серопоглотителя теплоносителя в подогревателе 8 происходит поглощение окислов серы. Кроме того, в секциях 15 и 16 подогревателя 8 может подогреваться воздух. Твердый теплоноситель непрерывно циркулирует и переносит тепло по контуру сушилка 2, устройство 12 разделения сухого угля и теплоносителя, транспортер 9 и подогреватель 8.

В технологической схеме, рис.2.3, сырое топливо из бункера 8 шнеком 4 перемещается по кожуху 5 в камеру 1 сгорания, где через окна 7 в кожух 5 попадают раскаленные частицы из кипящего слоя 3. Они смешиваются с углем, и при этом происходит его нагрев и газификация. Газообразные продукты по патрубку 10 отводятся в коллектор 11, а обработанное топливо совместно, с частицами слоя через окна 9 вводятся в кипящий слой 3. Т.к. оно имеет повышенную температуру, вводится под слой, то повышается эффективность его сгорания и уменьшается недожог. Регулируемая загрузка частиц слоя в шнек позволяет контролировать и осуществлять различную глубину термоконтактной переработки от сушки до пиролиза

Рис 2.1 Схема термоконтакгной сушилки с механическим перемешиванием, а.с. СССР №1179017

ботки топлива, а.с. СССР № 1096449

Рис.2.2 Схема термоконтактной сушилки с промежуточным теплоносителем, а.с. СССР № 1273680

700

400 3^38 -X И

Гуу» МО, с

1

В 50 120 180 Т,е

Рис.2.4 Термограмма сушки угля.

кш / \

л / \

¡\ 1 n / \

1 1 \ \ 1 \ \ \ 1

" — \1

2 5 3 7,5 10 12,5

Рис.2.5 Дифференциальная функция распределения частиц угля: сплошная линия- исходный уголь 10-15 мм, пунктир -угль после термоконтактной сушки

1200 1100 1000 900

Рис.2.6 Влияние температуры НТКС на характерное время процессов: 1 - сушка, 2 - выход летучих, 3 - воспламенение кокса; точки - эксперимент, пунктир -теория, сплошные - степенные законы

Интенсивное механическое перемешивание дает возможность использовать в качестве топлива пастообразные массы, шламы и др. Продукты газификации могут быть использованы как сырье для получения синтезгаза.

Для обоснования технологических схем процессы изучались экспериментально. В первых сериях опытов исследовались поточные схемы сушки, т.е. схемы с одновременной транспортировкой материала. Они эквивалентны периодическому процессу сушки в кипящем слое, т.е. при смешивании порций угля и нагретой насадки.

По уравнению теплового баланса, в зависимости от массы и температуры Экс(0) насадки, находилась требуемая масса исходной пробы угля, обеспечивающая выход процесса на конечную температуру смеси Зк или конечную расчетную влажность подсушенного угля - в случае недостатка тепла для полной сушки.

Сушка проводилась при перемешивании частиц выделяющимися парами влаги и в заключительной стадии путем встряхивания колбы до прекращения выхода пара. Самописцем регистрировалась температура процесса, а также время сушки тк по прекращению поступления пара в сосуд с водой через пароотводную трубку. На рис.2.4 показана типичная термограмма процесса сушки с выделением конечной температуры смеси 9К. Экспериментальные и рассчитанные температуры & в опытах отличались мало. При определении конечной влажности подсушенного угля во всех опытах, исключая опыты на мелких частицах со средним размером 0,63мм, отмечалось присутствие конечной влажности и в случае избытка тепла.

Время сушки т„ несколько увеличивается при подаче крупных частиц угля и при недостатке тепла для полной сушки угля, > 0, что можно объяснить снижением температурного напора между влажной зоной угля и греющими частицами, а также плохим перемешиванием массы в заключительной стадии процесса. По опытам можно принять, что основная масса пара выделяется за 90-120 секунд процесса.

Бурый уголь подвергается термическому дроблению. В процессе сушки около 70% крупного угля (исходный размер 10... 15 мм, средний - 12,5 мм) самопроизвольно рассыпается на кусочки с размером 0,4...4 мм, рис.2.5. Оставшиеся крупные куски, если это не порода, легко раздавливаются, их прочность ниже прочности исходного угля. Термическое дробление действует селективно: дробится только уголь и в основном кусочки крупнее 4-8 мм, мелкий уголь и порода не дробятся.

Следует отметить, что предлагаемый интенсивный процесс термоконтактной сушки, 5к>373К, принципиально отличается от применяемой в котлах сушки газами. Сушка определяется не градиентом парциального давления паров, а протекает в жестком режиме. При этом температура частиц превышает температуру насыщения Г,,

и

пары влаги фильтруются через трещины и поры в угле под давлением, их расход определяется проникающим в частицу потоком тепла.

Во второй серии опытов изучались первичные процессы превращения топлив в условиях НТКС. Кипящий слой заполнялся разогретыми частицами золы и шамота размером 0,6-1,6 мм, массой 2,5-4 кг. Скорость псевдоожижения 1,5-2,5 м/с. Температура слоя 1%с устанавливалась в диапазоне 820... 1250 К. Использовались отсеянные на стандартном наборе сит навески узких фракций каменных и бурых углей с различной влажностью Ж и выходом летучих Размер узких фракций частиц угля: 4=0,4-0,63; 0,63-1,0; 1,0-1,6; 1,6-2,5; 2,5-5,0; 5,0-7,0; 7,0-10 и 10-15 мм.

Возможность визуального определения характерных времен была заложена в основу методики опытов. С началом бурного выхода летучих вокруг частицы топлива вспыхивает пламя, данный момент отождествлялся с завершением периода прогрева и сушки г»,, т.е. завершается процесс называемый бертинированием. Период бурного выхода летучих, т.е. промежуток времени между появлением и погасанием факела вокруг частицы отождествлялся с характерным временем выхода леггучих -г,.

Результаты измерений статистически обработаны и представлены в виде графиков и степенных корреляционных зависимостей, рис.2.6 Обработка показала, что прогрев частиц происходит преимущественно в режиме термически тонкого тела. При этом условии теоретическая формула для расчёта времени сушки имеет вид:

=17 Г[ 1000/( 3а-3 73 )12+0,7сУ1 00( 9ксЧх) 1п[( 9Л 9кс-Ц], где с„- теплоемкость органической части топлива, кДж/кг К; г, =540К для бурых и 590К для каменных углей -характерная температура бертинирования.

Время горения летучих г, предложено рассчитывать по соотношениям: г/4 =(1,75+0,010")[ЮОО/(,9К-273)]0-5, для бурых углей; г/4=( 1,70+0,0156 1000/(5,-273)]2, для каменных углей. Здесь время г в секундах, размеры частиц Зт в мм, рабочая влажность IV в %

Дополнительно процессы термоконтактной сушки исследовались на крупномасштабном стенде в экспериментальной котельной НИЦ ПО «БЭМ» при сушке Березовского бурого угля, ^=25...30%, разогретым до 700-900К заполнителем кипящего слоя, который поступал из топки НТКС работающего котла №2.

Опыты показали необходимость применения в сушилке механического (типа шнека) смесителя. Эти конструктивные особенности были учтены при разработке термоконтактной сушилки для проекта реконструкции котла БКЗ 75-39Ф на НТКС (котел №5 Иркутской ТЭЦ 7, г. Братск Иркутской обл.). Применение термоконтакг-ной сушилки увеличивает паропроизводительность реконструированного котла до

100 т/час (133%) без замены дымососа. Конденсация паров влаги угля (6 т/час) позволяет дополнительно получить 3,8 МВт тепловой мощности.

Проведенные опыты были положены в основу теоретических моделей, номограмм (рис.2.7 и др.) и методик расчета изотермических и проточных схем термоконтактных сушилок кипящего слоя. Для зерновой характеристикой угля, подчиняющейся закону Розина-Раммлера, Щу)= ехр [-т(у)"], с показателем полифракционности п на основе теории получены решения для средней влажности топлива:

ЦТ,

ср

= ™Щ(<а/4у)4у = ТГг

Я(3С)~ х(т)^п Г(——~,тхп )

¿Кср/с1т = 1/тт ^^ = -}Угтп/гт1ехр[- (ту)п\уп~2с1у =

О юо

и для скорости сушки в изотермическом слое: аШсрОс) сЬ

= т\Л/<Ат*(ттАтГ*Е,[т(т/ттГ\прип=1/к

где неполная гамма-функция, Еф] - интегральная показательная функция к

порядка.

Для проточной схемы динамика сушки определяется траекторией процесса в координатах х - т, т.е. зависимостью размера просохших частиц х= 8С /8та от времени и описывается интегральным уравнением, рис.2.7:

баКС[9КС(0)-15]г _ 0,0П"р0д^г

[Экс(0)-Г,]сЬ

— = 1-

тт I вкс (0)ехр[а(ЦгСр )] - Г/с„ 1[вкс-Г/сп]

0,01

Рис.2.7 Динамика процесса сушки: зависимость размера высохших частиц -х=8С1^о от времени г для полифракций угля; ¿М максимальный размер частиц угля

6 ю

4 6 80

В третьей главе рассмотрены и оценены расчетами представленные в патентах автора № 2105239, №2126113, №2126932, №2132016, №2132512, №2158877 и

№ 2166150 конкретные технологические схемы и конструкции вихревых топок, предложенных для реализации выдвинутой концепции:

- для сухих растительных отходов - с газификацией, с рециркуляцией дымовых газов, рис.3.1, радиальные (в том числе с рециркуляцией частиц, рис.3.2), многокамерные, рис.3.3 и комбинированные;

- для влажных топлив с организацией слоевых топочных процессов на наклонном колоснике и организацией двухстороннего воспламенения;

- для стабилизации факельного и слоевого горения с тангенциальной подачей дутья и формированием вихря в топке или в зоне её газовыпускного окна.

Так на рис.3.1 показана топка по патенту РФ № 2126932, которая не охлаждается и может подстраиваться простой кладкой обмуровки под котлами. Низкотемпературный топочный процесс здесь обеспечивается подачей избыточного дутья и/или рециркуляцией дымовых газов. Это простая схема, с низкими капитальными затратами, но здесь требуются повышенные эксплуатационные затраты на подачу дутья.

Вихревая камера сгорания, ограничена вертикальными стенками 2 с тангенциальными соплами 3, 4 дутья, дном 7, а сверху пережимом 8 с газовыпускным окном 9. Наклон дна 7 под углом 10 - 50° обеспечивает скатывание частиц, золы и топлива на дожигательную решетку или к отверстию б, вывода золы, а подача дутья снизу через сопло 4 позволяет создать устойчивое вихревое движение частиц.

На рис.3.2 показано вертикальное поперечное сечение топки радиального типа по патенту РФ № 2132512. Благодаря большому отношению радиальных размеров А к глубине, топка имеет повышенную сепарацию частиц и большую площадь ~А2 боковых экранов. Здесь вихревая камера 1 сгорания образована экранами и обмуровкой 3, имеет газовыпускное окно 4 и тангенциальные сопла 5 дутья, расположенные внизу. Расположение дутья в зоне выпадения частиц из потока повышает эффективность удержания частиц и устойчивость вращения двухфазного потока без «захлебывания».

Вихревая камера 1 сгорания может быть подключена к контуру циркуляции частиц, состоящего из сепаратора 9 частиц (показан простейший вариант - с осади-тельной камерой 9), бункера 10, питателя II частиц и поверхности нагрева 12. Вихревая топка является частью котла, оснащается бункером 13 с питателем 14 топлива, вентилятором 15 с воздуховодами 16 и другими элементами.

Контроль теплосъема экранами 2 и поверхностью 12 нагрева осуществляется изменением производительности питателя II, он растет с увеличением расхода циркулирующих частиц. В совокупности с размещением в контуре циркуляции термоконтактной сушилки данная схема позволяет, согласно предложенной концепции,

создать универсальный котел, с независимым от режима горения воздействием на теплообмен, не чувствительный к качеству и типу топлива.

Многокамерные топки по патенту РФ № 2105239, рис.3.3, позволяют создать ВНТ большой мощности с применением стандартных камер, снижают габариты, упрощают распределения дутья и топлива, а также управление топочным процессом.

Закрутка обеспечивается тангенциальной подачей дутья сразу в несколько соседних камер 1 через общие патрубки 5. При этом поток распределяется между камерами I благодаря установке делителя 3 потока. За счет сообщения камер 1 между собой, можно использовать простейшую систему раздачи и через одно сопло 5 подать дутье и топливо из бункера 6 сразу в две или четыре вихревые камеры /.

Течения и процессы, во всем их многообразии, протекающие в циклонных камерах и вихревых потоках изучались и изучаются практически во всех ведущих научных, исследовательских и учебных институтах. Они подробно изучались в институте теплофизики СО РАН (М.А. Гольдштик, C.B. Алексеенко, Э.П. Волчков, C.B. Терехов В.И., Сериков Л.В. и др.). Изучению вихревых течений и разработке топочных процессов -на их основе большое внимание уделяли Г.Ф. Кнорре, Б.П. Устименко, А.Н. Штым и др. Эти работы послужили основой для настоящих исследований.

Из-за сложности аэродинамики и отсутствия методик расчета для обоснования и оптимизации конкретных предложенных вихревых топок, тем не менее, потребовалось создание специальных стендовых установок. На стендах в экспериментальной котельной НИЦ ПО «БЭМ» были испытаны и оптимизированы модели восьмигранной, рис.3.5, шестигранной, рис.3.4 и З.б, с наклонным колосником, рис.3.7, двухкамерной с наклонным подом, рис.3.8, радиальных, рис.3.9 и других предложенных конструкций вихревых топок.

По измеренным полям скоростей и визуальным наблюдениям аэродинамика вихревых камер характеризуется сложной структурой течения. Наряду с вращательным движением и радиальным потоком присутствует мощная осевая циркуляция, собирающая частицы во вращающийся двухфазный поток и потенциально обеспечивающая изотермичность топок. Было показано, что за счет дутья можно формировать и устанавливать вращающиеся структуры с частицами в разных сечеииях камер.

Моделирование показало, что за счет оптимизации геометрии камеры и подачи дутья возможно удержание легких парусных частиц не только в циклонах классической формы, но и в конструкциях вихревых камер, пригодных для встраивания в топочный обьём котлов. Это было обеспечено в многоугольных призматических, сообщающихся призматических, неправильноугольных радиальных, с вертикальными и горизонтальными осями вихрей, с наклонным дном и др. вихревых камерах, причем без сложного в конструировании и изготовлении отбойного конуса.

n

Рис.3.1 Схема для измельченного топлива, патент РФ № 2126932

Рис 3.2 Схема радиального типа, патент РФ № 2132512

Рис.3.3 Схема многокамерной топки. патент РФ №2105239 рис 3 4 Модель шестИгранной двухкамерной ВТ

Рис.3.5 Удержание вращающихся частиц Рнс 3 б Аэродинамическая обстановка

с подачей дутья в горелку с удержанием частиц за уступом

При критической загруженности частицами, меняется аэродинамика: поток неустойчив и расслаивается, вихрь исчезает, частицы не удерживаются в топке. В котельной практике это наиболее опасные режимы крупномасштабных пульсаций и хлопков с пожароопасным выбросом потоков пламени и искр, задымлением помещения и остановом котла по срабатыванию защит. Моделирование подтвердило, что при выполнении выявленного принципа «выделения нижней точки и подачи дутья в нижнюю точку» (путем секционирования, применением радиальных топок и др.), критическая загруженность, граница «захлебывания» и устойчивое вращение частиц может быть увеличены в десятки раз, по сравнению равномерным распределением дутья.

На моделях для конкретных объектов изучены поля скоростей, формирование потоков выноса частиц, определены: оптимальные геометрии камер, распределение дутья, форма и положение сопел, геометрия газовыпускного окна, коэффициенты сопротивления и др. характеристики топок. Заполнение частицами снижает коэффициент аэродинамического сопротивления вихревой камеры, рис.3.10. Предложенное в патенте РФ № 2132512, рис.3.2, регулирование, с независимым от режима горения воздействием на теплообмен, эффективно и легко обеспечивается, рис.3.11.

Постановка задач и численные расчеты вихревых течений показали, что оптимизация топочного процесса (выбор геометрии топки, схемы подачи дутья и др.) с высокой эффективностью может проводиться так же путем численного моделирования. Выявлено, что данный круг задач не может быть корректно выполнен в двухмерной постановке. Трехмерная постановка необходима из-за наличия выраженных струйных течений и более интенсивного радиального переноса в зоне их действия. На рис.3.12 показаны расчетные траектории движения газа (слева) и частиц (справа) в первоначальном профиле вихревой топки котла Е-16-21-350 ГМДВ. Топка выполнена по схеме подобной вихревой топке НТВ ЛПИ и расчеты показали, что в объёме топки формируется устойчивое вихревое течение. Вихрь входит в корень факела (ввод частиц и дутья внизу) и будет стабилизировать воспламенение частиц.

С другой стороны частицы лузги, рис.3.12, практически не удерживаются в объёме топки, их поток движется вдоль задней стенки транзитом. Это допустимо в топках энергетических котлов, с большим временем пребывания, где и нашла широкое практическое применение схема НТВ ЛПИ. Однако, для малых котлов время пребывания мало, недожог и вынос из-за слабого удержания частиц лузги будет чрезмерно высоким.

Таким образом, численное моделирование и анализ результатов, проведенные совместно с Алтуховым Ю.А. и Лейкамом А.Э., еще на начальных стадиях разработок, показали недостатки схемы НТВ ЛПИ.

Рис3.7 Картина аэродинамического удержания вихревого слоя опилок при подаче дутья под колосник

Рис3.9 Картина удержания лузги в модели радиальной топки

Рис.3.8 Картина аэродинамической обстановки в вихревой дубль-топке с вертикальной осью вращения

РисЗ.10 Влияние отношения диаметров выходного отверстия и вихревой камеры йЮ и массы слоя Мо на коэффициент аэродинамического сопротивления

Рис.3.11 Моделирование циркуляции частиц через вынесенный теплообменник и регулирование заполнения ВНТ

Рис.3.12 Расчетные траектории: движения газа (слева) и выноса частиц в первоначальной схеме вихревой топки котла Е-16-21-3 50 ГМДВ

При организации ВНТ в малых котлах необходимо увеличить их удерживающую способность. Это было обеспечено конструктивно, за счет оптимизации аэродинамики, пережима и более выраженного циклонного эффекта.

Полученные при моделировании данные являлись основой по выбору профиля и геометрии топок и составления рекомендаций на проектирование вихревых топочных устройств котлов (более 20 конкретных объектов), включая выполнение эскизных проектов ВНТ и технологических схем котельных установок с оптимальными вариантами выполнения сопел подачи дутья, конструкции газовыпускного окна и т.д.

В четвертой главе исследовано промышленное применение ВНТ. Создание вихревых топочных устройств явилось примером новой удачной разработки. На сегодня ВНТ топки применены для сжигания лузги, древесных отходов, угля и водо-угольного топлива в 34 котлах различных типов, мощностью до 25 т/ч, установленных в 24 котельных. Их использование расширяется и считается одним из основных направлений деятельности ЗАО ПО «Бийсэнергомаш», ОАО БиКЗ, НИЦ ПО БЭМ и других фирм. ОАО БиКЗ освоено производство новых котлов Е-16-21-350 ГМДВ, КЕ-10-14 ОГВ, КВ-1,86 ВД и УСШ-1-1,4 ГМДВ. Выполняются и другие проекты.

Блок котла Е-16-21-350 ГМДВ, рис.4.1, установлен над вихревой топкой и соединен с ней вертикальным газоходом, в котором расположен пароперегреватель (перегрев пара, до 350°С). Вихревая топка шестигранная с горизонтальной осью, образована двумя цельносварными экранами. Выход вихревой топки образован фестоном, а со стороны глухого торца топки, выполненного обмуровкой, установлена горелка ГМ-7 и лаз. Профиль топки имеет уступ, рис.3.4, и изучался на модели, рис.3.6.

При реконструкции наиболее эффективны топки радиального типа. Они использованы в котлах: КЕ-25-14-250, КЕ-10-14, КЕ-6,5-14, ДКВр-10-13, ДКВр-4-13, ДКВр-2,5-13, рис.4.2, и др. Эти котлы могут поставляться заводом или, что сейчас особенно важно для заказчиков, выполняться реконструкцией имеющихся котлов КЕ и ДКВр по рабочим проектам ЗАО ПО «Бийскэнергомаш» и НИЦ ПО «БЭМ». Они выполнены по расчетам и эскизным проектам автора в соответствии с патентами РФ № 2132512 и №2001122639 рис.3.3 и моделированием, рис.3.9.

Радиальные топки применены в котлах ДКВр-4-13 в котельных ООО «Курень» - с. Кочубеевское, фирмы «Паритет» - г.Урюпинск и маслозавода п. Перелешинский. По проекту, первоначально примененному в котельной Бутурлиновского маслозавода, они установлены так же в трех котлах КЕ-6,5-14. Радиальная топка применена в котле КЕ-10-14 котельной ОАО «Сибкорн», г.Омск, а сдвоенная радиальная топка в котлах КЕ-25-14-250 маслозаводов п.Валуйки и г. Миллерово. Радиальная топка была вписана в профиль котла ДКВр-2,5-13 котельной Балашовского горчичного завода, г. Балашов и использовалась при реконструкции котлов малой мощности Е-1/9

1У

Контур тас«*оИ ' топка

Рис.4.2 Вид котлов КЕ-10, КЕ-6,5, КЕ-4 и КЕ-2,5 с вихревыми топками радиального типа 28 г

Рис.4.1 Вид котла Е-16-2,1-350 с фронта: 24 вихревая топка внизу, блок котла сверху

Рис.4.3 Отложения на трубах первого котельного пучка

Экр ВТ КД КП1 1-2 2-3 КПЗ ЭКО

Рис 4.4 Содержание калия Л" и карбонатов СОз2* в пробах отложений в зависимости от их расположения и температуры в топке котла КЕ-10-14 ОГВ

Наиболее простыми являются выполняемые кладкой неохлаждаемые вихревые топки. Над ними могут быть установлены любые котлы, включая газомазутаые. Эта схема, рис.3.1, использована в котлах КЕ-10-14 ОГВ, ОАО «Чишминское». Котлы КЕ-4-14 ОСВ, Барнаульского маслобойного завода (2 шт.) имеют похожие топочные процессы, но из-за использования твердого резервного топлива, угля, последние оснащены механизированными топками с шурующей планкой.

Благодаря тщательному моделированию, удержание частиц лузги до их глубокого выгорания обеспечивалось во всех предложенных вариантах вихревых топок. Значительные проблемы возникли при пуске первого (головной образец) котла Е-16-21-350 ГМДВ Урюпинского МЭЗ. Из-за плохой настройки аэродинамики в топ-

ке имели место пульсации давления, заваливание сопел скоплениями золы и несго-ревшей лузги, которые, из-за её масляничности, под действием высоких температур, смачивались смолистыми выделениями, слипались и коксовались на трубах экранов.

После пусконаладочных работ и ряда изменений были настроены приемлемые режимы. Котлы Е-16-21-350 ГМДВ надежно эксплуатируются и на них имеются заказы. Переход на использование лузги дет значительную экономию (устраняется круглосуточная работа 4-6 автомобилей на вывозе лузги, на 70 - 90% снижается потребление газа, экологические штрафы за пожары на свалке и др.) и за год окупил вложение средств в строительство котельной и установку оборудования и котла Е-16-24-380 ГМДВ.

В лузге и растительных отходах зола образуется преимущественно из оболочек растительных клеток. Она мягкая, хрупкая и мелкая. По совместным анализам с НПО «Алтай» до 96% золы подсолнечной лузги мельче 20 мкм и теоретически она не должна задерживаться в котле. Но из рис.4.3 видно, что на трубах зола может формировать мощные отложения, которые резко ухудшают теплообмен и перекрывают сечение для прохода дымовых газов.

В их структуре, непосредственно на трубах, есть тонкий рыхлый, непрочный слой первичных отложений. Этот тип отложений имеется на всех трубах. В зоне высоких температур, со стороны набегания потока, над ним формируется слой плотных отложений. При обрушении эти корообразные отложения заполняют и перекрывают газоходы. Именно они создают проблемы в эксплуатации и препятствуют внедрению утилизирующих котлов. Формирующиеся в зоне более низких температур, например в экономайзере, рыхлые отложения, выносятся естественным образом и стабилизируются по толщине.

В ходе топочного процесса наблюдается интенсивное слипание и укрупнение частиц золы. Из более глубоких анализов найдено, что высокотемпературная обработка золы влияет в наибольшей степени на содержание калия К и карбонатов СОв отложениях. По аномально высокой концентрации К и СО?*, рис.4.4, на экранах, в том числе и в тупиковых зонах, видно, что образование отложений золы имеет конденсационный механизм формировании из возгонов. Перенос калия и карбонатов из раскаленных частиц золы и отложений в холодные зоны возрастает при включении газовой горелки, когда температура в зоне факела увеличивается до 1370-1570 К.

Формирование плотных жестких отложений происходит только в высокотемпературных зонах (на первых рядах труб сразу за топкой) при сепарации липких частиц из потока, рис.4.4. При ухудшении охлаждения топки, процесс обретает лавинообразный характер. Очистка этих отложений генератором ударных волн при работе котла малоэффективна, они содержат стекловидные расплавленные включения и при

прохождении ударных волн ещё более уплотняются, в то время как отложения в экономайзере этим способом удаляются очень эффективно.

Режимные мероприятия, прежде всего разработанные низкотемпературные топочные процессы, и методы удаления золы на сегодня обеспечили и гарантируют стабильную работу всех введенных котлов с топками ВНТ.

ОАО БиКЗ традиционно большое внимание уделяет разработке котлов, утилизирующих древесные отходы и торф. Для стабилизации горения, выжигания кокса в слое и из легких парусных частиц в патентах РФ №2126113 и 2166150 предложено: за счет ВНТ с тангенциальной подачей дутья распространить топочный процесс в над-слоевой объем, а подачей горячих продуктов сгорания под наклонную колосниковую решетку обеспечить двухстороннее воспламенение слоя.

На основе ВНТ с двухсторонним воспламенением слоя, в ЗАО ПО «Бийскэнер-гомаш» и ОАО БиКЗ освоено производство котлов КВ-1,86ВД (поставлено 8шт.), работающих на древесных отходах, разработаны проекты котлов Е-6,5-1,4 ОГВ и Е-10-1,4 ОГВ с механизированной слоевой топкой ТШП-2,0.

Первые котлы КВ-1,86 ВД установлены в котельной Абазинского лесокомбината, г. Абаза. Они работают с отопительного сезона 1996/1997 г. Их эксплуатация позволила существенно поднять рентабельность лесокомбината. Исключение затрат на оплату отопления от ТЭЦ, на вывоз отходов и содержание отвала за один сезон компенсировало строительство котельной, снизилась пожарная опасность.

Рис.4.5 Вид на завихритель и Рис.4.б Реконструкция котла ЭЧМ 60,

газовыпускное окно монтаж V образных гооелок

Для сжигания сухих опилок и пыли шлифования вихревые топки высокоэффективны. Реконструкция котла ДКВр-10, «Энергия РК», г. Бердск, показала, что глубокое выгорание легких частиц обеспечиваются, в том числе и благодаря оригинальной системе подачи острого дутья, рис.4.5, по заявке на патент РФ

№ 2002109886/06, приоритет от 15.04. 2002. Годовой экономический эффект составил 2320 тыс. руб.

Реконструкция котлов ЭЧМ-60 с применением технология ВНТ и У-образных горелок, рис.4.6, по патенту РФ 2132016 в районной котельной г. Междуреченска с отопительного сезона 1998/99 г. обеспечила работу котлов без подсветки мазутом, существенно снизила себестоимость тепла и стабилизировала ситуацию с теплоснабжением города. Котлы имеют устойчивый, высокоэффективный топочный процесс и используют местный Ольжерасский СС уголь. Реальная мощность котельной возросла ориентировочно в 1,5-1,8 раз, до 200 МВт, годовая экономия мазута до5-7 тыс.т.

Применение ВНТ позволяет эффективно использовать и такую перспективную технологию как водоугольное топливо (ВУТ), обеспечивающую экологическую чистоту, высокую культуру и экономичность. В котле ДКВР 6,5/13 (Спецгормолзавод -г. Мыски Кемеровской области) мазут был заменен ВУТ. Средняя характеристика ВУТ: доля твердой фазы 55,6%, зольность угля 18%, средний диаметр частиц 19,3мкм, эффективная вязкость 1000 МПахс и низшая теплота сгорания 12,9 МДж/кг.

По расчетам, стоимость тепла при сжигании ВУТ, по сравнению с мазутом, снизилась в 3 раза и составила 38 руб./ГДж (в ценах 1999 - 2000 гг.), притом, что расстояние доставки ВУТ автотранспортом с головных сооружений опытно-промышленного углепровода «Белово—Новосибирск» составляло 200 км.

После реконструкции эффективность сжигания мазута так же повысилась. Низкое содержание серы в угле шахты «Инская» обеспечило уменьшение в02 в уходящих дымовых газах с 81-84 до 5-10 ррт. При сжигании ВУТ, рис. 1.2, зола светло-песочного цвета, в то время как в слоевых котлах на угле недожог достигает 50%, следовательно, применение ВУТ эффективно также и при замене угля.

Особенно перспективно для угледобывающих регионов развиваемое ГУП НПЦ «Экотехника» направление приготовления ВУТ из бросовых шламов. Сейчас реконструированы для сжигания ВУТ котел Е-1/9 предприятия «Коммунэнерго», г.Кемерово и по патенту РФ №2158877 котел КЕ-10-14 шахта Тырганская, г. Прокопьевск (здесь ВУТ готовится из шлама непосредственно на шахте).

Реализация схем ВНТ для сжигания ВУТ требует организации надежного воспламенения, устойчивого и эффективного горения. Поэтому проектирование вихревых топок включало тщательное моделирование и оптимизацию, в том числе численными методами. Для тонкого распыла ВУТ разработаны специальные горелки.

Вихревые топки перспективны для сжигания сухих опилок и пыли шлифования. Глубокое выжигание горючих обеспечивается, в том числе, благодаря оригинальной системе подачи острого дутья, рис.4.5. Годовой экономический эффект составил 2320 тыс. руб.

В пятой главе рассмотрены теоретические модели и технологические схемы организации НТКС, дано их обоснование огневым моделированием.

Гидродинамическая обстановка в кипящем слое сложна и изменчива. При рассмотрении и анализе процессов здесь наибольшее распространение получила физическая модель Дэвидсона-Харрисона. Расчеты процессой переноса и характеристик кипящего слоя выполняются формально на основе эффективного среднего размера пузыря. Соответственно здесь не учитывается механика процессов и требуется её развитие с построением более глубоких теоретических моделей.

На основе теории возвратной струи, рис.5.1, разработана модель, которая описала причину формирования потоков частиц в кипящем слое. Она позволяет рассчитать форму пузырей, рис.5.2, с характерной кильватерной зоной по уравнению:

где: с!в = ^6(Уш+У„)/ж - диаметр пузыря, /^-УЛУ^УЛ ■ доля шлейфа, У„, Уш -объёмы газа и шлейфа частиц, йи, /г„ =£/„-/;„, высоты шлейфа и газовой полости, с13/с1в = -эквивалентный диаметр, в= ж-агссо.<;(- угол шлейфа.

Экспериментальные данные Вахрушева И.А. и Владимирова А.И. хорошо согласуются с данной теорией, рис.5.2. Пузыри крупнее 6 см можно считать предельными (4ю?*б см), т.е. с постоянной долей шлейфа /ш=/шго. Более мелкие пузыри изменяют форму по мере роста из сферической в грибовидную.

струя, 2 - сброс частиц из шлейфа Модель объясняет дополнительный приток газа в пузырь и его линейный рост, а так же пульсации скорости всплывающих пузырей, характеризующиеся числом

Рис.5.1. Геометрия и схема обтекания всплывающего пузыря: 1- возвратная

Рис.5.2. Изменение геометрии растущих пузырей

Струхаля: 8Н~с1/(11т)-0,25-0,540. При прохождении пузырем 2-4 диаметров шлейф обновляется. Использование постоянных характеристик (например, часто полагают долю объёма шлейфа равной/„=0,25) неправомерно. Модель так же позволяет рассчитывать коэффициенты эффективной теплопроводности и диффузии.

Согласно предлагаемой теории скорость частиц на входе в шлейф в два раза выше скорости всплытия пузыря, что объясняет отмеченное в опытах двукратное повышение скорости частиц в выбросах шлейфа при выходе пузырей .

Кроме того, на основе подробных экспериментальных данных Вахрушева И.А., Владимирова А.И. и Крымова Н.Ю. построена модель парной коалесценции, позволяющая детально рассчитать этот механизм роста пузырей, объяснить увеличение в 1,5... 1,8 раз газообмена пузырей и ряд других экспериментальных фактов.

Эти теоретические модели дополняют и расширяют модель Дэвидсона-Харрисона для расчета кипящего слоя.

На основании модели уноса построены теоретические соотношения для расчета долей кокса, сгорающего и уносимого из НТКС. Например, для зерновой характеристики, описываемой законом Розина-Раммлера, с показателем полифракционности п, доля кокса, сгорающего в НТКС выражается неполной гамма-функцией Г (а, г):

г \ п / _ N г \

Ксл- ехр 5т01 6т01 Г п-3 т01

6тО , 6 . К тО ) п 0| 1

Выведенные соотношения позволяют рассчитать в зависимости от теплового напряжения зеркала горения НТКС (скорости газов н> и максимального размера Зто1=ы/50(р)11 уносимых частиц) доли кокса: отвеиваемую при забросе топлива, сгорающего в слое до уносимого размера и долю образующегося при этом недожога. Эта модель расширяет соответствующую методику В.В.Померанцева для расчета выгорания полифракции угля в слое и факеле на выгорание его в кипящем слое.

В более сложной модели, на основе обобщения решений уравнений теплопроводности и диффузии разработан метод расчета распределения концентраций угля, кислорода, уноса, тепловыделения и др. в НТКС, с учетом фракционного состава и возраста частиц топлива, тепловых и др. эффектов. Например, в одномерной задаче, если частицы топлива 4, вводимые непрерывно в слой при х=0 с постоянной скоростью Л^ через гтл/ секунд приобретают размер 61 и признак т, которые (8,1П) сохраняют в течение Лтт, секунд, то их стационарное концентрационное поле С„ ,/х) определяется суперпозицией по элементарным актам С (х. т) за все время Ат„,:

х ...+Лх .

т/у гп} , ,

С ..(*) = Г N ,С*..(х,х-х )ск =

т» а ] 1]

ту

Гх .. + Ах ¡еИс

V ту

2Ы х ..+Ах .1 V ^ ту т,1)

■ ¡г~й

V ту

1еф

2

V ту

N .Ах . ] т,1

пхх

г 2 ~ соз-

Ь 00 г

1---- У -—

йАх . „2Х2 т,1 " ж

< п2*Ч

Ах ,.

,2 тЦ

Для иллюстрации методики на рис.5.3 и 5.4 показаны рассчитанные распределения параметров секции топки с кипящим слоем. Топливо вводится около стенки х=0 и перемешивается по всей длине слоя 0^с<Ь=1м. Температура слоя 19К=800°С, коэффициент избытка воздуха а= 1,2, высота слоя 0,5 м, масса слоя 500 кг/мг, расход топлива В-0,2 кг/м2с, расход воздуха 1,2 нм'/м3с. Фракционный состав угля: 5¡=2 мм - 20%, <%= 1 мм - 30%, ¿И),5 мм - 50%.

Рис.5.3 Распределение топлива в слое, Рис.5.4 Распределение тепловыделения и кг/м2, пофракционное М/ и суммарное относительная концентрация кислорода £Ми уноса Вуп, кгх 103/м2 над слоем 02, %

Кривые пофракционного М и суммарного 1М содержания топлива в слое совместно с распределением уноса Вун, как функция расстояния от сечения подачи топлива х даны на рис.5.3. Тепловыделение в каждой фракции Qr.,(x) рассчитывалось с учетом догорания фракции ; до уносимого размера 6уИ, а общее тепловыделение и остаточная концентрация кислорода в дымовых газах О2 % находились суммированием по всем фракциям, рис.5.4. Видна существенная неравномерность распределений, особенно для третьей, наиболее мелкой фракции.

Наибольшие неравномерности сосредоточены около ввода топлива, х=0, они снижаются при уменьшении размера ячейки I, т.е. при увеличении числа вводов топлива. Неравномерности и требуемое число вводов угля так же снижаются при увеличении коэффициента диффузии (увеличение скорости псевдоожижения) и укрупнении частиц вводимого топлива, что характерно для предлагаемой технологии НТКС с форсированным режимом. Эта модель развивает схему профессора А.П. Баскакова для расчета одномерного распределения концентрации с направленным движением.

Разработанные модели выгорания и опыты показали, что основным недостатком НТКС является повышенный унос несгоревшего топлива, достигающий 20-30%. Соответственно большое внимание было уделено опытному изучению выгорания различных топлив, образованию их недожога и организации топочного процесса в НТКС. Опыты включали исследования формирования уноса в динамике и стационарных условиях работы топок на стендовых установках АлтГТУ и НИЦ ПО БЭМ.

При обработав опытов были введены дифференциальные функции распределения уноса и горючих (кокса) в уносе ЛВун и ЛВУ'[

,„ масса фракции

¿В =----и

разница размеров сит х время отбора уноса

¿¡В' масса фракции х содержание горючих во фракции

* разница размеров сит х время отбора уноса которые в пробах уноса определялись рассеиванием на стандартных наборах

сит.

На рис.5.5 приведена типичная картина изменения во времени интегральных характеристик: общего расхода уноса Вун, содержания горючих в объеме кипящего слоя Га,, содержания горючих в уносе Гу„, и расхода уноса горючих Вт"=ГунВу„/\00 при сгорании 300 г Кузнецкого Г угля размером частиц ¿>„=1,6-2,5 мм. На рис.5.6 приведена дифференциальная функция распределения горючих в уносе ЛВ)Я' при сгорании навески частиц £„,=2,5-5 мм Березовского бурого угля.

Опыты в стационарных условиях горения полифракций и узких фракций проводились на Кузнецких Г, Т п СС, Березовском и Ирша-бородинском Б2, Экибастуз-ском С С, Черногорском Д и Нерюнгринском СС углях в интервале размеров частиц от 0,4 до 15 мм. Интегральная характеристика - общий механический недожог зависит от размера частиц: резко увеличивается при приближении к уносимому размеру подаваемого угля и уменьшается при подаче топлива крупнее 1,6 мм.

Анализ опытов и дифференциальных функций распределения горючих в уносе показали наличие различных механизмов формирования уноса:

а) Первоначально, рис5.6 - кривая I, из мелкого исходного угля, выплавлений витрена и осколков термического дробления образуется преимущественно крупно-

фракционный унос. Петрографический состав углей наибольшее влияние оказывает на начальной стадии. Склонные к спеканию каменные угли дают значительную долю крупнофракционного уноса п виде полых сфер, которые формируются из витрена. Бурые угли такого типа уноса почти не имеют, их крупнофракционный унос формируется преимущественно термическим дроблением. Крупнофракционный унос увеличивается с ростом скорости псевдоожижения, при подаче переизмельченный углей или углей с большим содержанием втрена и может достигать 30%.

б) Во второй стадии унос становится мелкофракционным, кривая 2, он образуется при истирании горящих коксовых частиц. Это неизбежный унос, плотность потока его зависит от типа топлива, меняясь в пределах (0,4~400)10"4 кг/м2хс. При подаче крупного угля (более 1,6 мм) превалирует именно мелкофракционный унос. Наименьший недожог дает бурый уголь, имеющий высокую реакционную способность.

Полученные данные обобщены в диссертации и представлены в виде таблиц.

На основании выполненных теоретических исследований, анализа поведения теплив и механизмов формирования уноса разработаны технологические схемы НТКС. При этом наибольшее внимание уделено организации улавливания и возврату уноса, заполнению топки циркулирующими частицами и подавлению механического недожога.

Были разработаны, а.с. СССР №1442803 и №1772523, технологические схемы с инерционной сепарацией, использующие вписываемые в профиль котлов НТКС инерционные уловители, рис.5.7, в виде золоулавливающего пучка б (по патентам РФ № 1513307 и №2071008) с У-образными ребрами и более эффективный уловитель 7, лабиринтного типа (по а.с. СССР №1674910, №2031691), установленный за радиационно-конвективными поверхностями 4. Схема может использоваться со встроенными или внешними батарейными циклонами с пересекающимися потоками (а.с. СССР №1766468 и 1814917). Две ступени улавливания и два потока частиц по-

Рис.5.5 Динамика характерис- Рис.5.6 Изменение Вку„ по мере тик уноса кипящего слоя выгорания порции угля

зволяют независимо регулировать топочный процесс и перегрев пара и таким образом расширить диапазон регулирования нагрузки котла, а также его экономичность.

Рйс.5.7 Топка НТКС с двумя

ступенями инерционной сепара- Рис.5.8 Схема НТКС со встроенными ции. а.с. СССР №1772523 циклонами «Торнадо», а.с. СССР №2006745

В технологических схемах по а.с. СССР №2006745 н №1359565, рис.5.8, топка 1 с кипящим слоем 2 содержит камеру 3 сгорания и, по крайней мере, одну камеру дожигания, которые выполнены в виде циклонов 4 «торнадо». Циклоны имеют завих-ритель 5 и тангенциальные сопла 6 дутья, установленные с наклоном вниз.

При работе топки из кипящего слоя 2 топочные газы и выносимые частицы проходят завихритель 5. Здесь поток топочных газов закручивается с образованием центрального вихря и отводится из циклона 4 через выход 7 на охлаждение. Центробежной силой частицы, вынесенные из камеры 3 сгорания, отбрасываются к стенке циклона 4 и затем по тракту 8 возвращаются в топку. Вторичный воздух, необходимый для организации сепарации и дожигания уноса, подается по каналу Р.

На специальных стендах в экспериментальной котельной НИЦ ПО «Бийскэнер-гомаш» было проведено огневое моделирование. В стендах сжигались Ирша-бородинский Б2 и Кузнецкий СС1 угли. Для организации циркуляции использовались инерционный, гравитационный (с тремя уровнями расширения-1,5; 3 и 6 раз) и циклонный - типа «Торнадо» уловители горячих частиц. Замерялись расходы и параметры потока циркулирующих частиц, были получены зерновые характеристики и пофракционное содержание горючих в пробах слоя, циркулирующих частицах и уносах на нескольких (5-9) режимах работы. Исследование показало практическую возможность организации НТКС по предложенным технологическим схемам.

При этом схема со встроенными циклонами близка к идеальной. По сравнению со схемой без организованной сепарации частиц она обеспечивает снижение механи-

ческого недожога в 8-12 раз. Для угля 1СС недожог снижается до 3-6%, а на буром угле до 0,8-1,5% при объёмном теплонапряжении стенда 1-3 МВт/м3, т.е. на порядок большем, чем типично в топках камерных котлов.

В шестой главе рассмотрены принципы организации и элементы НТКС. Нормативные материалы по организации сжигания касаются типовых схем слоевого и пылеугольного топочного процесса, топки НТКС в них не рассматриваются. Для обоснования НТКС потребовалось создать специальные стенды, камеры сгорания, разработать методики и провести необходимые исследования.

Путем моделирования, в том числе численного, была подробно изучена аэродинамика в топочном объёме над НТКС. Были выявлены особенности и качественные отличия аэродинамической обстановки над слоем от типовых топок, изученных C.B. Алексеенко: при заполнении топки циркулирующими частицами, эффект Коанда выражен слабо, формируются симметричные течения.

Рециркуляция существенно улучшает условия перемешивания в кипящем слое, мелочь задерживается в слое на значительное время. В топке НТКС частицы интенсивно взаимодействуют, мелкие, легко уносимые газом, передают кинетическую энергию крупным и увлекают их.

На основе численных расчетов и анализа внутритопочной аэродинамики, рис.6.1, 6.2, выполненных совместно с Бубенчиковым A.M. и Старченко A.B. и моделирования на специальных стендах разработана схема, рис.6.3, организации аэродинамики в надслоевом объёме НТКС. Циркулирующие частицы, индуцируют вихревые течения особенно над наклонными стенками, рис.6.1.

На этой основе разработана, отличающаяся от традиционных схем по Ю.В. Иванову, схема подачи вторичного дутья с организацией вихревой аэродинамики в надслоевом объёме. Воздухораспределительная решетка 1 с кипящим слоем 2 подключена трактом 3 к вентилятору 4. В надслоевом объёме 5 на участках 6 набегания потока установлены сопла 7 вторичного дутья. Сопла 7 ориентированы тангенциально к условному телу вращения 8 и направлены в сторону застойных зон 9, в корень восходящего из кипящего слоя потока. Движение газов и частиц в восходящем потоке и после их сепарации совпадают, и в топке при минимуме вторичного дутья будет поддерживаться вихревое течение, а также топочные процессы и равномерное горение в объёме топки над слоем.

Разработаны, обоснованные моделированием, включая численное, оптимизированы и освоены в производстве конструкции: различных модификаций встроенных уловителей, рис.6.4-6.6, и клапанов циркулирующих частиц, воздухораспределительных колпачков, рис.6.7, и решеток.

с 1 2 3 4 5 6 7

а)

б)

а)

б)

Рис.6.1 Расчетные поля векторов скорости: а) газа и частиц 50мкм, б) частиц 1400мкм

Рис.6 2 Расчетные поля: а) концентрации частиц 500 мкм и б) температуры; + -скопление частиц

75 50'

25

0

V

зуп

унос слоевого котла

И', м/с

Рис 6.4 Влияние типа уноса и скорости потока на общую эффективность улавливания пучка

Рис.6 3 Организация подачи вторичного дутья и вихревого потока в топке НТКС

Рис.6.5 Блок ЛЗУ производства ПО «Сибэнергомаш» и ОАО БиКЗ

Рис.6 4 Расчетные траектории частиц размером 20 мкм при »г=5 м/с в канале с четырьмя улавливающими секциями

В экспериментальной котельной НИЦ ПО БЭМ на котле ДКВр-4-13 с топкой НТКС проведены специальные исследования по организации растопки. Использовались растопочная камера и специальная растопочная горелка конструкции НПО ЦКТИ. Растопочная камера помещалась под решеткой или над ней на высоте 600 мм, а растопочная горелка над слоем на высоте 750 и 1500 мм от решетки. В ходе экспериментов было показано, что технология нижней растопки котлов наиболее быстрая и высокоэкономичная и она была тщательно отработана.

Особенно обширной была программа разработки, моделирования и исследования встроенных уловителей частиц. На основе уравнения баланса импульсов была поставлена и решена задача динамики тела переменной массы для потока частиц. Так, при равномерном улавливании частиц по высоте, скорость течения их потока снижается в т/5 =2,24 раз по отношению к скорости свободного падения.

Было показано, что при проектировании золоулавливающих пучков из-за дробления частиц необходимо ограничивать скорости. Для улавливания уноса НТКС оптимальной является скорость 5-5.5 м/с, рис.6.4. Здесь наиболее эффективны первые два ряда. Коэффициент его аэродинамического сопротивления |=11,1 Золоулавли-вающие пучки эффективны для крупных (больше 0,15 мм) частиц.

Производство лабиринтных золоуловителей (ЛЗУ), рис.6.5, было освоено ОАО БиКЗ и ПО «Сибэнергомаш». Перед организацией заводского производства ЛЗУ была развернута программа их исследования и оптимизации в котельно-топочной лаборатории НИЦ ПО БЭМ: создан крупномасштабный стенд, изготовлена плоская модель, с использованием к-е модели турбулентности проведены численные расчеты, рис.6.4. Коэффициент сопротивления ЛЗУ составил ¿=30, эффективность улавливания золы от 60 до90%, она растет с увеличением запыленности.

В качестве встроенных уловителей были разработаны батарейные циклоны с возвратно-поточными и прямоточными элементами (при компоновке в восходящем потоке), содержащие сообщающиеся циклоны с согласованно вращающимися вихрями, рис.6.6. Они менее металлоемки и более эффективны чем ЛЗУ. Прямоточный циклон с двумя элементами выполненный в корпусе сечением 300x600мм и высотой 600мм исследовался на стенде ПО «Сибэнергомаш». При разделении вихрей перегородкой, эффективность улавливания частиц снижается, т.е. взаимодействие вихрей за счет коагуляции частиц и других эффектов сказывается положительно.

Для профилирования и разработки оптимальных конструкций колпачков, рис.6.7, был создан специальный стенд по определению их аэродинамических характеристик. Для снижения потерь в соплах использован диффузорный эффект, который

конструктивно обеспечивается при отношении длины отверстий к их поперечному размеру 1/3= 3-4. По опытам осредненный коэффициент аэродинамического сопротивления заводских литых колпачков направленного дутья 4=3,44, колпачков с восемью отверстиями^=2,69 и для прорезных колпачков ¿=2,57.

На основе нормативного метода разработана методика НИЦ ПО БЭМ для проведения инженерного расчета котлов с топками НТКС. Сравнение расчетных и экспериментальных значений температуры за топкой в реконструированных на НТКС котлов ДКВр-10-13 ПС и ВКС-240 показало приемлемое соответствие.

В седьмой главе исследовано промышленное применение НТКС. Топки НТКС, включая технологические схемы и их элементы, являющиеся наиболее эффективной разработкой НИЦ ПО БЭМ. Они установленные более чем в 35 новых и реконструированных котлах с паропроизводительностью от 4 до 42т/ч. При участии автора по проектам НИЦ ПО «БЭМ», ОАО БиКЗ и ЗОА ПО «Бийскэнергомаш» организовано промышленное производство нового котельно-топочного оборудования на ОАО БиКЗ и ОАО «Сибэнергомаш».

Далее описаны основные технические и конструктивные решения и технические показатели некоторых из 30 объектов, где сегодня на основе предложенного подхода проведено внедрение НТКС с использованием новых или реконструированных топок и котлов кипящего слоя.

Одной из первых была проведена, рис.7.1, реконструкция слоевого парового котла КЕ-25-24 в котельной Хорского гидролизного завода, г. Хор. Реконструированный котел КЕ-25-24 ПС работает на местном буром Б1 угле Райчихинского месторождения. Топка котла имеет две секции с гравитационной и осадительной сепарацией

Рис.6.7 Литые колпачки производства ОАО БиКЗ

циркулирующих частиц. Кроме того, возврат уноса производится и из котельного пучка, который выполнен по пролетной схеме.

Реконструкция водогрейного котла КВ-ТС-20-150 ПС установленного в

I- I

■ =»> г

I

Рис.7.1 Котел КЕ-25-24 ПС Рис.7.2 Котел КВ-ТС-20-150 ПС

котельной МЖКХ г. Лесосибирск, Красноярского края с производительностью по теплу 23 МВт (20 Гкал/ч) осуществлялась заменой слоевой механической топки топкой НТКС с использованием

организации вихревого движения подачей вторичного дутья по схеме рис.6.3. Для уменьшения избытков воздуха и потерь тепла с уходящими газами над воздухораспределительной решеткой введены соединенные между собой перепускными трубами дополнительные экраны: два боковых и наклонный задний. Гидравлическая схема этих экранов позволяет организовать на котле определение тепловосприятий дополнительных экранов.

В качестве топлива используется местный Березовский уголь Б2 и шлак слоевых котлов котельных МЖКХ, к.п.д. котла 81%. Повышение к.п.д. и особенно использование шлака слоевых котлов экономически высокоэффективно, существенно снизило загрязнение, стабилизировало ситуацию теплоснабжения г. Лесосибирска. Сейчас выполняются проекты перевода на НТКС других котлов МЖКХ. Годовой экономический эффект от реконструкции котла КВ-ТС-20-150 ПС составил 3025 тыс. руб., преимущественно за счет сжигания шлака.

На сжигание бурых углей по схеме НТКС так же были реконструированы котлы: в котельной Лесосибирского канифольно-экстракционного завода (КЭЗ) ДКВр-16-13-250 ПС (1шт.) и ДКВр-10-13 ПС (2шт.); КЕ-10-14ПС (2шт.), в котельной АО «Стройзаказчик», г. Чита, (рис.7.4) и в котельной МЖКХ, пос. Чегдомын.

Стабильность топочного процесса в НТКС, необходимость производства энергии и обезвреживания горючих, и в том числе древесных, отходов была заложена в основу развиваемой концепции. Из-за высокой влажности для сжигания древесных отходов в НИЦ ПО «Бийскэнергомаш» применяются топки с неохлаждаемым слоем.

В ООО «Ванино-Тайрику» установлено два новых водогрейных котла КЕ-4-П5ПС. Котлы выполнены в высокой компоновке. Новые котлы Е-10-14Ф (рис.7.3) установлены в котельной ОАО «Терн< йдое, ЯМИМИШММР^орского

ц^яйлятшшняф мыицтш I

оэ яо м* ^

края- 2urr. Проект утилизационной котельной завода клееной древесины г. Томска на два водогрейных котла КЕВ-6,5-115 ПС имеет похожую компоновку. Новый котел КЕ- 10-14 ПС для древесных отходов и фрезерного торфа поставлен заводом фирме «Grein», Латвия.

Реконструкции котла ДКВр-10-13ПС в котельной г. Дальнегорска, Амурской области и котла КЕ-20-16-320 ОГВ в котельной Пермского фанерного завода (рис.7.4) особенно эффективны, так как древесными отходами замещается мазут. В котле КЕ-20-16-320 ОГВ использована схема, рис.6.3, организации вихревого движения подачей вторичного дутья.

Из реконструкций на НТКС энергетических П-образных котлов перспективен проект (НЦ.047.00.00.ПЗ) котла ТС-42-40-440 Читинской ТЭЦ-2 (рис.7.5), выполненный НИЦ ПО «Бийскэнергомаш». Необходимость реконструкции слоевого котла ТС-35 была вызвана низким к.п.д. и значительными ремонтными затратами при сжигании местного Харанорского бурого угля марки 2БР.

Топка НТКС имеет высокую скорость псевдоожижения (9-10 м/с), как и у топок с циркулирующим кипящим слоем. Под решетку подается только 50-60% воздуха участвующего в горении, остальной воздух подается через сопла вторичного дутья по схеме рис.6.3 с организацией вихревого движения. Недостаток воздуха в слое приводит к частичной газификации топлива и двухстадийному горению с характерным изменением избытка воздуха по высоте топки, рис.7.5.а.

Вторичный воздух, подаваемый через фронтальные и задние сопла, образует мощный вихрь с горизонтальной осью вращения. Выжигание горючих топлива существенно повысилось, причем без применения дорогостоящих сепарационных уст-

Рис.7.3 Котел Е-10-14 Ф, ОАО «Тернейлес», пос. Пластун, Приморский край

топкой НТКС, Пермский фанерный завод, г. Пермь

Рис.7.4 Котел КЕ-20-16-320 ОГВ с

VW г.

ройств и возврата уноса, используемых, например, в котлах ЦКС. Максимально потери с механическим недожогом не превышают 2,5%.

За счет интенсивного перемешивания неравномерности температуры и концентрации топлива по площади слоя отсутствуют. Слой в топке интенсивно охлаждается «стекая» по заднему экрану. Содержание окиси углерода в газах снижено с 4000 ррт. при слоевом сжигании до 100 ррш. (в 40 раз), а оксидов азота соответственно с 450 ррт. до 200 ррш. (в 2,25 раза).

Относительно низкие температуры в топочной камере и в поворотном газоходе способствуют более надежной работе пароперегревателя и ограждающих поверхностей топки, шлакование неэкранированных стен и поверхностей нагрева отсутствует.

Испытания показали, что максимальная паропро-изводительность котла ТС-35 после реконструкции ограничена производительностью дымососа и достигает 12,2 кг/с (44 т/ч). По условию отпуска перегретого пара на турбину минимальная рабочая нагрузка составила 6,1 кг/с (22 т/ч). Расход угля для поддержания минимальных условий работы слоя (без жидкого растопочного топлива) около 0,4 кг/с, что составляет не более 15% номинального расхода топлива. 15% — это реально полученный предел регулирования нагрузки котла. Такой диапазон регулирования не достижим при других способах сжигания углей.

В работе так же рассмотрены конструктивное и технологическое исполнение и особенности других котлов НТКС, как энергетических с паропроизводительностью от 220 до 35 т/ч, так и котлов промышленной энергетики.

Основные результаты работы состоят в следующем: 1. На базе низкотемпературных топочных процессов разработаны научные основы и концептуальный подход к организации высокоэффективных технологий сжигания низкосортных топлив и горючих отходов, в том числе с получением из них унифицированной массы. Подход оптимально объединяет в себе три технологии: термоконтактную переработку (сушку) топлив, низкотемпературное сжигание в вихревых

Рис.4.5 Схема реконструкции котла ТС-42-40-440 на НТКС с организацией вихревого движения в объёме над слоем за счет подачи вторичного дутья. а) График распределения избытка воздуха по высоте топочного объёма.

топках и низкотемпературное сжигание в форсированном кипящем слое, адаптирован к топливам ухудшенного качества и горючим отходам и пригоден для модернизации котлов.

2. Разработаны схемы термоконтаетных сушилок, обоснованные методиками расчета, которые базируются на экспериментальных исследованиях и теоретических моделях процессов сушки.

3. Предложены и обоснованы аэродинамическим моделированием низкотемпературные вихревые топочные устройства различной геометрии, пригодные для встраивания в топочные объёмы котлов, причем без сложного в изготовлении отбойного конуса, а также их технологические схемы.

4. Выявлены условия увеличения в десятки раз критической загруженности частицами топочного объёма, определены коэффициенты сопротивления, поля скоростей, оптимальная геометрия профиля топок, распределения дутья, и др., включая рекомендации по проектированию вихревых топок для конкретных котлов (более 20 объектов) изученных на моделях.

5. По опыту промышленного применения, предложенные низкотемпературные вихревые топки, являются примером эффективной разработки. Только для сжигания лузги поставлено и реконструировано более 20 котлов различных типов мощностью до 25т/ч. Вихревые топки эффективны как для сжигания влажных древесных отходов, так и сухих опилок, пыли шлифования. Они могут использовать водоугольное топливо. Вихревые топки позволили обеспечить стабильную работу без применения подсветки мазутом и увеличить мощность котлов ЭЧМ-60 и районной котельной в 1,5-1,8 раз и стабилизировать теплоснабжение г. Междуреченска. Подтвержденный экономический эффект - 52,3 мил. руб./год.

6. Выявлено, что сжигание растительных о1ходов может быть затруднено. В зонах перегрева зола, преимущественно соединения калия и карбонаты, может претерпевать существенные изменения и формировать из возгонов в топке и на котельных пучках мощные отложения.

7. Разработаны математические модели, описывающие формирование потоков циркуляции в кипящем слое и парной коалесценции, позволяющие дополнить и расширить модели кипящего слоя. Разработаны методики расчета доли кокса, сгорающего в слое и уноса, а также распределения концентрации угля и других параметров, построенные на основе обобщения решений уравнений переноса с учетом возраста частиц, тепловых и других эффектов, позволяющие определять неравномерности и выбирать характеристики устройств ввода топлива и вторичного дутья.

8. Выявлено наличие двух механизмов формирования механического недожога при сгорании различных углей в НТКС. С учетом теоретических и эксперименталь-

ных исследований разработаны технологические схемы организации топочного процесса НТКС, обеспечивающие подавление механического недожога топлива. Схемы обоснованы огневым моделированием.

9. Путем численного и опытного моделирования выявлены особенности аэродинамики в надслоевом объёме НТКС. Установлено качественное отличие аэродинамической обстановки НТКС от аэродинамики пылеугольных и слоевых топок: Частицы интенсивно взаимодействуют! особенно над наклонными стенками, и индуцируют вихревые течения. На этой основе для организации аэродинамики в надслоевом объёме предложена схема с подачей вторичного дутья, усиливающая индуцированное частицами вихревое течение.

10. Разработаны и обоснованы путем моделирования, включая численное, и освоены в производстве конструкции: встроенных уловителей, аэромеханических клапанов, воздухораспределительных колпачков и решеток, технологии растопки котлов, систем слива слоя и других элементов НТКС.

11. Топки НТКС, спроектированные в НИЦ ПО БЭМ с использованием разработанной методики инженерного расчета, установлены в 35 котлах мощностью до 42т/ч. Они позволяют с высокой эффективностью сжигать низкосортные бурые угли, древесные отходы и шлак слоевых котлов. Реконструкции обеспечивают увеличение мощности котлов на 20-50% от номинальной, повышение экономичности и снижение вредных выбросов.

Основные результаты опубликованы в следующих работах

1. Пузырев Е.М. Организация топочного процесса в кипящем слое. // Обзор.— М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990. Сер. 3, Выпуск 12. — 36 с.

•2. Пузырев Е.М. О распределении параметров в топках с кипящим слоем. // Сб. «Теплоэнергетика электрических станций и промышленных установок». — Томск: Изд-во ТПИ, 1981. — с 69-73.

3. Пузырев Е.М., Пронь Г.П. и др. Поведение топливных частиц и формирование уноса в кипящем слое // Сб. «Теплоэнергетика электрических станций и промышленных установок». — Томск: Изд-во ТПИ, 1981. — с.62-68.

4. Пузырев Е.М., Пронь Г.П. и др. Исследование механического недожога и уноса при сжигании топлив в кипящем слое. // Сб. «Вопросы сжигания топлив в парогенераторах». — Барнаул: Изд-во АлтПИ, 1981, —с.70-77.

5. Мурко В.И., Пузырев Е.М. и др. Результаты опытно-промышленных работ по приготовлению и сжиганию водоугольного топлива на шахте Тырганская. // Энергетическая безопасность России / Материалы Международной научно-практической конференции. — Кемерово: Изд-во ННЦ ГП-ИГД им. A.A. Скочинского, 2001. — с.156-158.

6. Сидоров А.М, Пузырев Е.М, Скрябин A.A. Маштаков А.Н. Применение новых технологий при реконструкции энергетических котлов и в котлах Бийского котельного завода.// Труды 4й Международной выставки-конгресса «Энергосбережение-2001»— Томск: Изд-во ТомЦНТИ, 2001. — с. 149-152.

7. Пузырев Е.М., Стропус А.-В.В., Пилягин В.Ф., Кротов О.Г., Бендер Т.И. Топка с циркулирующим слоем. A.c. СССР №1645759.30.04.91. Бюл. Ks 16.

8. Пузырев Е.М., Лихачева Г.Н.Система подготовки и сжигания топлива. A.c. СССР №1291792.23.02.87. Бюл. № 7.

9. Пузырев Е.М. Устройство для сжигания топлива. A.c. СССР№ И 79017. 15.09.85. Бюл. №34.

10. Пузырев Е.М., Лихачева Г.Н. Котельный агрегат. A.c. СССР№ 1273680 30.11.86, Бюл. №44.

И.Сидоров A.M., Пузырев Е.М. Способ сжигания. A.c. СССР РФ №2006746. 30.01.94 Бюл. № 2.

12. Пузырев Е.М. Топка с кипящим слоем. A.c. СССР № 1096449. 07.06.84. Бл. №21.

13. Пузырев Е.М. Устройство для газификации твердого топлива. A.c. СССР №1214988. 28.02.86. Бюл. № 8.

14. Пузырев Е.М., Сидоров A.M. Исследование процессов сушки и выхода летучих из угольных частиц в топке кипящего слоя. // Теплоэнергетика 1988, №3. — с.55-57.

15. Пузырев Е.М. Термоконтактная сушка в кипящем слое// «Техника псевдоожижения (кипящего слоя) и перспективы ее развития»/ Всесоюзная научно-техническая конференция. — Черкассы: Изд-во НИИТЭХИМ,1988. — с.44^»8.

16. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Способ сжигания измельченного топлива и циклонный предтопок котла. Патент РФ.№ 2127399. 10.03.99. Бюл. № 7.

17. Пузырев Е.М., Щуренко В.П., Щербаков Ф.В. Вихревая топка. Патент РФ № 2126932. 27.02.99. Бюл. № 6.

18. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Вихревая камера сгорания. Патент РФ №2132512. 27.06 99. Бюл. № 18.

19. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Циклонная топка. Патент РФ. №2105239. 20.02 98. Бюл. № 5.

20. Фокин Г.М., Шарапов М.А., Пузырев Е.М. и др. Вихревая топка. Заявка на патент РФ №2001122639 (024039). Приоритет от 16 авг. 2001 г.

21. Пузырев Е.М., Щуренко В.П., Шарапов М.А. Устройство для сжигания твердого топлива. Патент РФ№ 2126113. 10.02.99. Бюл. №4.

22. Пузырев Е.М. Топка. Патент РФ Ks 2166150. 20.12.2000, Бюл. №35.

23. Пузырев Е.М., Лихачева Г.Н., Скрябин A.A. Низкотемпературная вихревая топка. Патент РФ. №2132016. 20.06.99. Бюл. № 17.

24. Пузырев Е.М.. Мурко В.И. и др. Вихревая камерная топка. Патент РФ № 2158877. 10.11.2000. Бюл. №31.

25. Пузырев Е.М., Шарапов A.M., Щуренко В.П., Скрябин A.A. Способ подачи вторичного дутья и топочное устройство. Заявка №2002109886/06 (010409). Приоритет от 15.04. 2002.

26. Пузырев Е.М., Кисляк С.М., Алтухов Ю.А. Исследование эффективности улавливания лабиринтного золоуловителя// Сибирский физико-технический журнал. 1991. Вып.5. — с142-144

27. Пузырев Е.М., Стропус A.B., Сидоров A.M., Ильин Ю.М. Реконструкция котлов для сжигания угля в циркулирующем слое. // Теплоэнергетика. 1993 г.. №9. — с. 14-16.

28. Мурко В.И., Пузырев Е.М., Садардинов И.В., Сенчуров В.Н. Водоугольное топливо -реальная альтернатива жидким и газообразным природным горючим ископаемым. // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности. / Материалы международной научно - практической конференции. — Кемерово, 2000. — с.122-123.

29. Мурко В.И., Звягин В.Н., Федяев В.И., Юдин Б.В., Пузырев Е.М. и др. Аспекты приготовления и результаты эффективного применения водоугольного топлива. //Химия угля на рубеже тысячелетий: Сборник трудов международной научно-практической конференции и школы-семинара ЮНЕСКО. — Клязьма, 2000. — с. 105- 111.

30. Пузырев Е.М., Мурко В.И. и др. Результаты опытно-промышленных испытаний работы мазутного котла ДКВр 6,5/13 на водоугольном топливе. // Теплоэнергетика №2,2001. — с. 69-70.

31. Мурко В.И., Пузырев Е.М. и др. Вихревая топка. Свидетельство на полезную модель №2002130976/20, приоритет от 25. 11. 2002.

32. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Организация и обоснование топочного процесса и газоочистки при сжигании ТБО. // Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, сжигающих отходы и мусор. / Сборник научно-технических работ.— Новосибирск: ИТФ 1999. — с.104-113.

33. Фокин Г.М., Сидоров A.M., Пузырев Е.М. Технические характеристики и комплектация мусоросжигательной котельной установки с вихревой камерой дожигания. // Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, сжигающих отходы и мусор. / Сборник научно-технических работ. — Новосибирск: ИТФ, 1999. — с.114-120.

34. Пузырев Е.М., Саломатов В.В., Кузьмин A.B., Горбунов А.Д. Гидродинамические и теплофизические аспекты теории микрослоя. // Доклад. V Международной конференции по тепломассобмену. — Минск, 1974. — с.27-28.

35. Puzurev Е M., Kuzsmin A.V., Salomatov V.V. Theory of formation and evaporation of the microlayer. // Heat transfer, SR, Amer. Soc. Mech. Eng. 1976, v.8, №.4, p.47-5I.

36. Puzurev E.M., Kuzsmin A.V., Salomatov V.V. The shapes of bubbles during boiling. // Heat transfer, SR, Amer. Soc. Mech..Eng. 1980, v.12, №.2, p.l 1-15.

37. Пузырев E.M., Баскаков А.П. и др. Основные характеристики поведения ТБО на свалках и нормативы ФРГ на сжигание ТБО и мусора. // Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, ййигакйдий отходы и мусор. / Сборник. — Новосибирск: ИТФ 1999. — с.214-227. . .

38. Пузырев Е.М., Кузьмин A.B., Саломатов В.В. Некоторые результаты теории микрослоя. // Теплофизика высоких температур №5, 1978. — с. 1086-1092.

39. Пузырев Е.М., Кузьмин A.B., Саломатов В.В. О форме пузырьков при кипении. // Теплообмен и гидродинамика при кипении и конденсации. / Новосибирск: Изд-во ИТФ, 1979. — с.17-21.

40. Саломатов В.В. Пузкрев Е.М., Горбунов А.Д., Кузьмин A.B. //Теория образования и испарения микрослоя. /V Всесоюзная конференция по тепло- и массообмену. — Минск, 1976, т.З.— с.82-86. '•

41. Пузырев Е М. Теоретическая модель взаимодействия плотной и газовой фаз в псевдоожиженном слое. // Процессы переноса в аппаратах энергохимических производств. — Новосибирск: Изд-во ИТФ СО АН СССР, 1985. — с,29-33.

42. Пузырев Е.М. Расчет формы пузырей и перенос частиц в псевдоожиженном слое. // Теоретические основы химической технологии № 6,1985. — с.778-782.

43. Пузырев Е.М. Коалесценция и гидродинамика в псевдоожиженном слое. // Процессы переноса в аппаратах энергохимических производств. — Новосибирск: Изд-во ИТФ СО АН СССР, 1985. — с.ЗЗ—37.

44. Фурсов И.Д., Пузырев Е.М., и др. Исследование процессов тепло- и массопереноса в кипящем слое. // Сб. «Вопросы сжигания топлив в парогенераторах». — Барнаул: Изд-во АлтПИ, 1981. — с.64-69.

45. Пузырев Е М. Теоретическая модель выгорания угля в кипящем слое. // Горение органического топлива. / Материалы V Всесоюзной конференции. Часть 1. — Новосибирск, 1985. — с.190-194.

46. Пузырев Е.М. Анализ процессов в топках с циркулирующем слоем. // Теплообмен в парогенераторах. / Материалы Всесоюзной конференции. — Новосибирск, 1988. — с.130-134.

47. Пузырев Е.М. Анализ процессов в топках с циркулирующим слоем. // Теплообмен в парогенераторах. / Тезисы докладов Всесоюзной конференции. — Новосибирск, 1988. — с.64-65.

48. Пузырев Е.М., Пронь Г.П. и др. Механизм формирования механического недожога при сжигании угля в кипящем слое. // Горение органического топлива. / V Всесоюзной конференции. Часть 2. — Новосибирск,! 985. — с. 157-161.

49. Саломатов В.В., Пузырев Е.М., Раков Ю.Я. Закономерности теплообмена при интенсивном охлаждении пористых элементов// Теплофизика высоких температур. №6, 1977. — с. 1086-1092.

50. Пузырев Е.М., Троицкий О Ю. К теории разрушения теплозащитных аблирующих покрытий. // Физика горения и взрыва. №2, 1979. — с.172-175.

51. Пузырев Е.М. Топка с кипящим слоем инертного материала. A.c. СССР. №1041803, 15.09.83. Бюл.№ 34.

52. Пузырев Е.М., Кротов О.Г., Сидоров A.M. Котельный агрегат с циркулирующим слоем топлива. A.c. СССР №1442803. 07.12.88. Бюл. № 45.

53. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Стропус A.B. Котел с циркулирующим слоем. A.c. СССР. № 1772523. 30.10.92. Бюл. № 40.

54. Пузырев Е.М., Кротов О.Г., Симанов В.И. Топка. A.c. СССР № 1343183. 07.10.87. Бюл. № 37.

55. Пузырев Е.М. Топка с кипящим слоем. A.c. СССР № 1359565. 15.12.87. Б. №46

56. Пузырев Е.М., Соколов ЮВ., Сидоров A.M. Топка. Патент РФ №2006745. 30.01.94. Бюл. № 2.

57. Пузырев Е.М. Топка котла с циркулирующим-слоем. Патент РФ №2039908. 20. 07.95. Бюл. № 20.

58. Пузырев Е.М., Сидоров А.М., Скрябин A.A. и др. Обоснование применения технологии форсированного кипящего слоя. // Теплоэнергетика. Физико-технические и экологические проблемы, новые технологии. / Сб. научных трудов — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002.Вып. 6. — с. 133-146.

59. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Ильин Ю.М., Симонова В.М., Марков Д.В. Реконструкция энергетических котлов на сжигание дробленого угля в циркулирующем слое. // Исследование и конструирование паровых котлов. / Межвузовский научно-технический сборник — Томск,1993. — с.68-71.

60. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Скрябин A.A., Щербаков Ф.В. Способ сжигания в кипящем слое. Заявка №2002109885/06 (010408). Приоритет от 15.04. 2002.

61. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Кротов О.Г. и др. Встроенные уловители в котлах с кипящим слоем. // Теплообмен в парогенераторах. / Тезисы докладов Всесоюзной конференции. — Новосибирск, 1988. — с.68-69.

62. Дорожков A.A., Кротов О.Г., Пузырев Е.М., Усольцев Г.А.. Устройство для дожигания уноса. A.c. СССР № 1578412 05.07.90. Бюл. № 26.

63. Пузырев Е.М., Кротов О.Г., Кисляк С.М., Гаркуша H.H. Инерционный пылеуловитель. A.c. СССР №1745300. 07.07.92. Бюл. № 25.

64. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Золоуловитель. Патент РФ №2186610. 10.08.2002. Бюл. №22.

65. Пузырев Е.М., Лейкам А.Э. Золоуловитель. Патент РФ № 1513307. 07.10.89. Бюл.№ 37.

66. Пузырев Е.М., Кисляк С.М., Ильин Ю.М. Уловитель частиц. Патент РФ №2071008. 27.12.96 Бюл. №36.

67. Пузырев Е.М., Кисляк С.М., Алтухов Ю.А. Повышение эффективности лабиринтного золоуловителя. Теплофизика и аэромеханика., Том 4, № 4,1997. —с.441-445.

68. Пузырев Е.М., Кисляк С.М., Сидоров A.M. Пылеуловитель лабиринтного типа. Патент РФ №2031691.27.03.95. Бюл. № 9.

69. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Кисляк С.М. Пылеуловитель лабиринтного типа. Патент РФ № 1674910. 07.09.91. Бюл. № 33.

70. Пузырев Е.М., Кисляк С.М. Пылеуловитель лабиринтного типа. Патент РФ № 2042395.27.08.95. Бюл. № 24.

71. Puzurev E.M., Kuslyak S.M., Altukhov Yu.A..The Increasing of Efficiency of the Labyrinth Ash Separator. Thermophysics and Aeromechanics, Vol. 4,1997, p.421-425

72. Пузырев E.M., Сидоров A.M., Лемеш В.И. Батарейный циклон. А.с. СССР №1766468. 07.10.92. Бюл. № 37.

73. Пузырев Е.М. Батарейный циклон. А.с. СССР №1814917. 15.05.93. Бюл. № 18.

74. Пузырев Е.М. Топочное устройство с кипящим слоем. А. с. СССР №1185018. 15.10.85. Бюл. №38.

75 Шарапов М.А., Пузырев Е.М., Усольцев Г.А.. Газораспределительная решетка. Патент РФ. №2069812 27.11.96. Бюл. № 33.

76. Пузырев Е.М., Кисляк С.М. Газораспределительная решетка. Патент РФ N»2088847. 27.08.97. Бюл. № 24.

77. Кротов О.Г., Пузырев Е.М. Способ запуска топки кипящего слоя. А с. СССР №1599617,15.10.90г. Бюл.38.

78. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Усольцев Г.А. Механическая топка. Патент РФ №2088850.27.08.97. Бюл. № 24.

79. Усольцев Г.А., Дорожков А.А., Маштаков А.Н., Пузырев Е.М., Сидоров А.М., Фокин Г.М. .Котел с принудительной циркуляцией. Патент РФ. №2157483. 10.10.2000. Бюл. № 28.

Подписано в печать/7/79.2003 г. Формат 60x84 1/16 Печать - ризография. Усл. п. л^Д^ Тираж 100 экз. Заказ 2003 - Уу

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова. 656099, г. Барнаул, лр=т Ленина, 46.

Лицензия на издательскую деятельность ЛР Ыа 020822 от 21. 09. 98 г. Отпечатано в типографии АлтГТУ.

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД №28-35 от 15. 07. «7 г.

2.O0J -Д

№14 6 3 3

СОКРАЩЕНИЯ.

ИНДЕКСЫ.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1 Проблемы и тенденции топливного баланса.

1.2 Горючие отходы и местные топлива.

1.2.1 Автогенное горение.

1.2.2 Сухие растительные отходы.

1.2.3 Древесные отходы.

1.2.4 Местные топлива.

1.2.5 Отходы углеобогащения и котельный шлак.

1.2.6 Бытовые отходы и шламы очистных сооружений.

1.2.7 Водоугольное топливо.

1.2.8 Влияние влаги на свойства топлив.

1.2.9 Унификация свойств топлив и их использование.

1.3 Котельное оборудование и его модернизация.

1.4 Низкотемпературные топочные процессы.

1.4.1 Традиционные топочные процессы.

1.4.2 Топочные процессы с использованием КС и ЦКС.

1.4.3 Циклонные и вихревые топочные процессы.

1.5 Преимущества низкотемпературного сжигания.

1.6 Отечественный опыт применения КС и ЦКС.

1.7 Принципы и обоснование концепции.

1.7.1 Принципы модернизации котельно-топочной техники.

1.7.2 Универсализация топочных процессов.

1.7.3 Усовершенствование низкотемпературных топок.

1.7.4 Термоконтактные процессы.

1.7.5 Комплексный подход к организации топочного процесса.

1.8 Выводы к главе 1.

2 ТЕРМОКОНТАКТНАЯ ТОПЛИВОПОДГОТОВКА.

2.1 Общие положения.

2.2 Схемы подготовки топлива.

2.2.1 Схемы с термоконтактной сушкой.

2.2.2 Гранулирование топлив.

2.2.3 Схемы термоконтактной переработки топлив.

2.3 Исследования термоконтактной обработки топлив.

2.3.1 Исследования поточной схемы.

2.3.2 Стендовые исследования.

2.3.3 Исследования термоконтактной обработки топлив в НТКС.

2.4 Теоретические основы термоконтактной сушки.

2.4.1 Процессы и обобщающие соотношения для КС.

2.4.2 Расчет процесса сушки в изотермическом КС.

2.4.3 Расчет поточных термоконтактных сушилок.

2.5 Выводы к главе 2.

3 РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ВИХРЕВЫХ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ (ВНТ).

3.1 Принципы организации низкотемпературного сжигания.

3.1.1 Организация сжигания растительных отходов.

3.1.2 Организация низкотемпературного топочного процесса в ВНТ.

3.1.3 Применение ВНТ для стабилизации горения.

3.2 Технологические схемы ВНТ.

3.2.1 Схемы для сухих растительных отходов.

3.2.2 Схемы ВНТ с колосниками для влажных топлив.

3.2.3 ВНТ схемы для стабилизации факельного горения.

3.2.4 ВНТ схемы для слоевых топок.

3.3 Моделирование и обоснование применения ВНТ.

3.3.1 Общие положения.

3.3.2 Стендовые установки для моделирования ВНТ.

3.3.3 Моделирование и обоснование конфигурации ВНТ методом визуализации течения.

3.3.4 Исследование аэродинамических характеристик ВНТ.

3.3.5 Исследование секционирования ВНТ.

3.3.6 Моделирование колосниковых ВНТ с вертикальной осью.

3.3.7 Сообщающиеся многокамерные ВНТ.

3.3.8 Топки радиального типа.

3.3.9 Прогноз эффективности ВНТ на основе моделирования.

3.4 Численное моделирование вихревых топок.

3.5 Методика и проведение инженерных расчетов.

3.6 Выводы к главе 3.

4 ПРОМЫШЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВНТ.

4.1 Анализ работы котлов сжигающих лузгу.

4.2 Поведение золы лузги при её сжигании.

4.3 Использование ВНТ для сжигания древесных отходов.

4.4 Использование ВНТ для стабилизации горения.

4.5 Использование ВНТ для сжигания ВУТ.

4.6 Возможность применение ВНТ для других отходов.

4.7 Выводы к главе 4.

5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И РАЗРАБОТКА НТКС.

5.1 Модель кипящего слоя.

5.2 Модель коалесценции.

5.3 Модель выгорания кокса в НТКС.

5.4 Модель распределения параметров и выгорания в НТКС.

5.5 Изучение выгорания углей в НТКС.

5.6 Технологические схемы организации НТКС.

5.7 Огневое моделирование схем организации НТКС.

5.8 Выводы к главе 5.

6 РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ НТКС.

6.1 Исследование аэродинамической обстановки в НТКС.

6.2 Численное моделирование схем НТКС.

6.3 Подача вторичного дутья.

6.4 Разработка и исследование уловителей частиц.

6.4.1 Жалюзийные уловители частиц.

6.4.2 Золоулавающие пучки.

6.4.3 Уловители лабиринтного типа.

6.4.4 Батарейные циклоны.

6.4.5 Движение потоков частиц в отводящих элементах.

6.5 Разработка и исследование систем возврата уноса.

6.6 Организация работы и элементы топок НТКС.

6.6.1 Общие положения.

6.6.2 Исследование решеток направленного дутья.

6.6.3 Разработка конструкции и профилирование колпачков.

6.6.4 Выбор и обоснование схемы растопки.

6.6.5 Воздухораспределительная решетка.

6.6.6 Подача топлива и дутья.

6.7 Разработка методики расчета.

6.7.1 Методика инженерного расчета НТКС.

6.7.2 Сравнение расчетных и экспериментальных данных.

6.8 Выводы к главе 6.

7 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ НТКС.

7.1 Котлы малой и средней мощности.

7.1.1 Котлы НТКС для сжигания бурых местных углей.

7.1.2 Реконструкция котла КЕ-25-24 на НТКС.

7.1.3 Реконструкция котлов Лесосибирского КЭЗ.

7.1.4 Реконструкция котлов КЕ-10-14 и ДКВр-10-13.

7.1.5 Реконструкция котла КВ-ТС-20-150 ПС.

7.2 Сжигание древесных отходов в НТКС.

7.3 Реконструкция котлов П-образного типа.

7.4 Новые котлы НТКС.

7.5 Выводы к главе 7.

Актуальность темы. Повсеместно в России проблемы энергетики и экологии стали жизненно важными. Энергетический кризис стимулирует развитие промышленной и малой энергетики на основе дешевых местных то-плив и горючих отходов, горы которых быстро растут и представляют серьёзную угрозу нашего времени. Использование дешевых углей, торфа, утилизация отходов обогащения угля, переработки зерна, древесины и других отходов, зачастую имеющих «отрицательную» стоимость, позволит значительно снизить себестоимость энергии, решить экономические вопросы жилищно-коммунальных и промышленных предприятий.

Кроме того, огневое обезвреживание горючих отходов — это наиболее дешевый, простой и эффективный способ кардинального решения проблемы защиты окружающей среды от загрязнения.

Сжигание низкосортных топлив сдерживается из-за сложности организации устойчивого топочного процесса. Они, как правило, не горят на колосниковых решетках и в других типовых топках. Более того, в коммунальной энергетике с большим количеством низкоэффективных слоевых котлов накапливаются горы шлака, также являющегося фактически горючим отходом.

Переориентация топливного баланса на использование местных топлив и горючих отходов сегодня важна для многих предприятий России и требует разработки высокоэффективных технологий организации топочных процессов пригодных для создания нового и/или модернизации существующего ко-тельно-топочного оборудования.

Актуальной теме, разработке высокоэффективных топочных процессов и, прежде всего, низкотемпературных, традиционно уделялось и уделяется большое внимание как зарубежными, так и отечественными учеными и институтами. Её важность отражена принятием ряда программ РФ по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники.

Цель данной работы заключается в разработке научных основ организации высокоэффективных технологий сжигания низкосортных топлив и отходов на базе исследования низкотемпературных топочных процессов, пригодных для создания нового и модернизации существующего котельно-топочного оборудования.

В связи с этим решались задачи:

- анализ и рассмотрение характеристик топлив, горючих отходов, топливного баланса предприятий, имеющейся котельно-топочной техники, тенденций её развития и перспективности разработки низкотемпературных топочных процессов, адаптированных к топливам ухудшенного качества и отходам и пригодных для создания нового и модернизации имеющегося ко-тельно-топочного оборудования;

- разработка схем термоконтактной сушки и переработки топлив с теоретическим и экспериментальным изучением процессов сушки и обоснованием методиками расчета термоконтактных сушилок;

- разработка технологических схем и оптимизация вихревых топочных устройств (ВНТ), пригодных для встраивания в топочный объём котлов, путем их аэродинамического и численного моделирования;

- внедрение, промышленное исследование и анализ проблем использования ВНТ в энергетике при сжигании лузги (в том числе, изучение формирования мощных отложений из возгонов золы лузги), древесных и других измельченных отходов при их огневом обезвреживании;

- разработка теоретических основ и опытное изучение процессов переноса массы, выгорания топлив, формирования механического недожога в низкотемпературном форсированном кипящем слое (НТКС), моделирование аэродинамической обстановки надслоевом объеме с разработкой на этой основе технологических схем и их обоснование путем огневого моделирования и методикой инженерного расчета котлов с топками НТКС;

- разработка конструкций элементов НТКС с их обоснованием: о встроенных уловителей циркулирующих частиц, о аэромеханических клапанов питателей циркулирующих частиц, о воздухораспределительных колпачков и решеток, о технологии растопки котлов; внедрение, анализ проблем и обобщение практического опыта использования НТКС в энергетике с рассмотрением особенностей реконструкций имеющихся и создания новых котлов НТКС различных типов.

Научная новизна работы заключается в создании и обосновании концептуального, комплексного подхода к вовлечению местных топлив и горючих отходов в топливный баланс предприятийна базе низкотемпературных топочных процессов, основанных на вихревых ВНТ и кипящего слоя НТКС технологиях, в том числе с получением из них унифицированной массы.

Комплексный подход оптимально объединяет три технологии: термоконтактную сушку топлив, низкотемпературное сжигание в вихревых топках и низкотемпературный форсированный кипящий слой. При этом для всего разнообразия топлив и отходов получаем универсальную схему: влияние влаги исключается разомкнутой схемой термоконтактной сушки, а низкотемпературные технологии, особенно кипящий слой, не чувствительны к зольности. Влияние качества топлива нивелируется и топки, разработанные на его основе, становятся универсальными, могут применяться ко всем отходам и топливам: .от высокореакционных сухих легких парусных частиц лузги . до переувлажненных, липких, типа илов и. до низкореакционных углей. Для легких частиц предпочтительно вихревое сжигание, для углей и тяжелых отходов — кипящий слой.

Комплексный подход включает следующие обладающие новизной научные положения, защищаемые в диссертации: Разомкнутые взрывобезопасные схемы термоконтактной сушки и переработки топлив повышенной эффективности, использующие теплоту конденсации паров влаги топлива и обеспечивающие подготовку унифицированной сжигаемой массы за счет теплоты потоков циркулирующих частиц.

Методики расчета термоконтактных сушилок, разработанные на основе экспериментов, теоретических моделей и закономерностей этих процессов в КС (термическое дробление, режим термически тонкого тела и др.).

Оптимизированные моделированием, включая численное, конструкции вихревых топок (с рекомендациями по проектированию для более чем 20 конкретных котлов), пригодные для встраивания в топочные объёмы котлов, обеспечивающие удержание легких частиц и увеличение в десятки раз критической загруженности частицами;

Наличие существенных превращений золы в топочном процессе (из-за несоблюдения низкотемпературного режима) сопровождающихся формированием в топке и котельных пучках мощных отложений из возгонов золы, преимущественно соединений калия; разработанные режимные мероприятия и методы удаления золы, гарантирующие стабильную работу всех введенных котлов с топками ВНТ.

Теоретические модели НТКС (гидродинамики, коалесценции, выгорания и уноса частиц топлива), методику расчета распределения концентраций' угля, кислорода и других параметров для кипящего слоя, механизмы формирования механического недожога и технологические схемы организации то-1 почного процесса НТКС, обоснованные огневым моделированием.

Выявленные путем численного и опытного моделирования особенности аэродинамической обстановки над НТКС и разработанную на этой основе схему организации аэродинамики в надслоевом объёме подачей вторичного дутья, усиливающей индуцированное частицами вихревое течение.

Практическая ценность. На основе комплексного, концептуального подхода, исследованы и научно обоснованы низкотемпературные технологии сжигания, адаптированные к местным топливам ухудшенного качества и горючим отходам и пригодные для модернизации котельно-топочной техники. Разработаны способы модернизации различных топок и котлов, включая энергетические, с переводом их на НТКС и ВНТ сжигание. Топочные процессы были реализованы в различных вариантах исполнения, преимущественно при реконструкциях, на более чем 60 объектах.

По опыту промышленного применения ВНТ топки являютсяпримером высокоэффективной разработки. Только для сжигания лузги поставлено и реконструировано более 20 котлов и освоено производство новых котлов, которые обеспечивают глубокое выжигание горючих. ВНТ эффективны для сжигания сырых древесных отходов (на примере новых котлов КВ-1,86) и для утилизации сухих опилок и пыли шлифования (на примере модернизации котла ДКВр-10, годовой экономический эффект 2,32 мил.руб.). ВНТ применены для стабилизации пылеугольного сжигания (на примере реконструкции котлов ЭЧМ-60, годовой экономический эффект 52,3 мил. руб.), для использования водоугольного топлива (на примерах реконструкции котлов ДКВр-6,5-13, Е-1/9, ДКВр-10-13) и перспективны для сжигания бытовых отходов.

В настоящее время ВНТ топки применены для сжигания лузги, древесных отходов, угля и водоугольного топлива в 34 котлах различных типов мощностью до 25 т/ч, установленных в 24 действующих котельных. Их ис-' пользование расширяется и считается одним из основных направлений деятельности ЗАО ПО «Бийсэнергомаш», ОАО БиКЗ, НИЦ ПО БЭМ и других. » НТКС топки также являются примером эффективной разработкой. Они нашли применение и широко используются по проектам НИЦ ПО БЭМ для сжигания низкосортных углей, древесных отходов и шлака слоевых котлов. Годовой экономический эффект от использования шлака в котле КВТС-20, ПКТС МУП ОСП ЖКХ г. Лесосибирск, составил 3,025 мил.руб. Опыт промышленного применения топок НТКС, разработанных и обоснованных моделированием, включая численное, и освоенных в производстве, включает более 35 новых и реконструированных котлов, с мощностью до 42т/ч, в том числе энергетических. Котлы спроектированы по разработанной методике инженерного расчета НТКС.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: IV Международной конференции по тепломассобмену,

Минск, 1974 г., V Международной конференции по тепломассобмену, Минск, 1976 г., Всесоюзном совещании секции ГКНТ на тему «Надежность поверхностей нагрева», г. Барнаул, 1983 г., V Всесоюзной конференции «Горение органического топлива», г. Новосибирск, 1984г, научно-технической конференции «Сжигание и газификация твердых топлив в кипящем слое», г.Свердловск, 1986 г, Всесоюзной конференции «Теплообмен в парогенераторах», г. Новосибирск, 1988 г., Всесоюзной научно-технической конференции «Техника псевдоожижения (кипящего слоя) и перспективы ее развития», г. Луга, 1988 г., на региональном семинаре «Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, сжигающих отходы и мусор», г. Новосибирск, 1997 г, на международной научно-практической конференции и школе-семинаре ЮНЕСКО «Химия угля на рубеже тысячелетий», г. Клязьма, - 2000, 4й Международной выставке-конгрессе «Энергосбережение-2001» — Томск, 2001, международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности». — Кемерово, 2000 г и 2001 г., международной научно-практической конферен-' ции «Проблемы качества в XXI веке» — Барнаул, 2001 г., традиционной ежегодной научно-практической конференции «Теплоисточники в коммуналь-. ной энергетике: Проблемы эксплуатации и применение новых технологий при реконструкции». — Иркутск, 2002 и 2003 г., на международной конференции «Технологии эффективного и экологически чистого сжигания угля для модернизации российских электростанций» - Новосибирск, 2003 г., на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и энергобезопасности в Сибири» - Барнаул, 2003 г., на 3-м семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике — Барнаул, 2003 г.

Личный вклад автора заключается в разработке теоретических моделей и методик расчета топочных процессов, постановке научных задач, в разработке методик и проведении экспериментов, разработке технологических схем и эскизных проектов новых котлов и реконструкции котельных установок, авторском надзоре и участии в пусконаладочных испытаниях установок, руководстве сотрудниками, выполнявшими работы по данной теме.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 48 статей и 41 изобретение.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и списка литературы. Объём диссертационной работы: 214 страниц основного текста, 202 рисунка, 21 таблицы и список литературы из 151 наименований. Общий объём диссертации 315 страниц.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. На базе низкотемпературных топочных процессов разработаны научные основы и концептуальный подход организации высокоэффективных технологий сжигания низкосортных топлив и горючих отходов, в том числе с получением из них унифицированной массы. Подход оптимально объединяет в себе три технологии: термоконтактную переработку (сушку) топлив, низкотемпературное сжигание в вихревых топках и низкотемпературное сжигание в форсированном кипящем слое, адаптирован к топливам ухудшенного качества и горючим отходам и пригоден для модернизации котелов.

2. Разработаны схемы термоконтактных сушилок, обоснованные методиками расчета, которые базируются на экспериментальных исследованиях и теоретических моделях процессов сушки.

3. Предложены и обоснованы аэродинамическим моделированием низкотемпературные вихревые топочные устройства различной геометрии, пригодные для встраивания в топочные объёмы котлов, причем без сложного в изготовлении отбойного конуса, а также их технологические схемы.

4. Выявлены условия увеличения в десятки раз критической загруженности частицами топочного объёма, определены коэффициенты сопротивления, поля скоростей, оптимальная геометрия профиля топок, распределения дутья, и др., включая рекомендации по проектированию вихревых топок для конкретных котлов (более 20 объектов) изученных на моделях.

5. По опыту промышленного применения, предложенные низкотемпературные вихревые топки, являются примером эффективной разработки. Только для сжигания лузги поставлено и реконструировано более 20 котлов различных типов мощностью до 25т/ч. Вихревые топки эффективны как для сжигания влажных древесных отходов, так и для сжигания сухих опилок и пыли шлифования. Они могут использовать водоугольное топливо. Вихревые топки позволили обеспечить стабильную работу без применения подсветки мазутом и увеличить мощность котлов ЭЧМ-60 и районной котельной в 1,51,8 раз и стабилизировать теплоснабжение г. Междуреченска. Подтвержденный экономический эффект - 52,3 мил. руб/год.

6. Выявлено, что сжигание растительных отходов может быть затруднено. В зонах перегрева зола, преимущественно соединения калия и карбонаты, может претерпевать существенные изменения и формировать из возгонов в топке и на котельных пучках мощные отложения.

7. Разработаны математические модели, описывающие формирование потоков циркуляции в кипящем слое и парной коалесценции, позволяющие дополнить и расширить модели кипящего слоя. Разработаны методики расчета доли кокса, сгорающего в слое и уноса, а также распределения концентрации угля и других параметров, построенные на основе обобщения решений уравнений переноса с учетом возраста частиц, тепловых и других эффектов, позволяющие определять неравномерности и выбирать характеристики устройств ввода топлива и вторичного дутья.

8. Выявлено наличие двух механизмов формирования механического недожога при сгорании различных углей в НТКС. С учетом теоретических и экспериментальных исследований разработаны технологические схемы организации топочного процесса НТКС, обеспечивающие подавление механического недожога топлива. Схемы обоснованы огневым моделированием.

9. Путем численного и опытного моделирования выявлены особенности аэродинамики в надслоевом объёме НТКС. Установлено качественное отличие аэродинамической обстановки НТКС от аэродинамики пылеугольных топок. Частицы интенсивно взаимодействуют, особенно над наклонными стенками, и индуцируют вихревые течения. На этой основе для организации аэродинамики в надслоевом объёме предложена схема с подачей вторичного дутья, усиливающая индуцированное частицами вихревое течение.

10. Разработаны и обоснованы путем моделирования, включая численное, и освоены в производстве конструкции: встроенных уловителей, аэромеханических клапанов, воздухораспределительных колпачков и решеток, технологии растопки котлов, систем слива слоя и других элементов НТКС.

11. Топки НТКС, спроектированые в НИЦ ПО БЭМ с использованием разработанной методики инженерного расчета, установлены в 35 котлах мощностью до 42т/ч. Они позволяют с высокой эффективностью сжигать низкосортные бурые угли, древесные отходы и шлак слоевых котлов. Реконструкции обеспечивают увеличение мощности котлов на 20-50% от номинальной, повышение экономичности и снижение вредных выбросов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Экономика в электроэнергетике и энергосбережение посредством рационального использования электротехнологий. — СП.: Энергоатомиздат, 1998. —368 с.

2. Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов. Опыт и практика. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 208 с.

3. Hornitex mit neuem Energiekonzept. //Bauen Holz. 2001. 103, №3, p.69.

4. Гелетуха Г.Г., Железная T.A. Обзор современных технологий сжигания древесины с целью выработки тепла и электроэнергии. // Экотехноло-гия и ресурсосбережение —1995, № 5, — 3-12 с, № 6, — 3-13 с.

5. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). — М.: Энергия, 1973. —295 с.

6. Беньямовский Д.Н. Термические методы обезвреживания ТБО. — М.: Стройиздат, 1979. — 192 с.

7. Левин Б.И. Использование ТБО в системах энергоснабжения. — М.: Энергоиздат, 1982. — 224 с.

8. Накоряков В.Е., Алексеенко С.В., Басин А.С., Попов А.В., Багрян-цев Г.И. Комплексные районные тепловые станции. Концепция. — Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 1996. — 15 с.

9. Котлер В.Р., Саламов А.А. Использование горючих отходов в качестве топлива. // Котельные установки. Водоподготовка. / Итоги науки и техники — М.: ВИНИТИ, 1983. — 214 с.

10. Белосельский Б.С., Соляков В.К. Энергетическое топлив. — М.: Энергия, 1980,— 168 с.

11. Белосельский Б.С., Барышев В.И. Низкосортные энергетические топлива. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 136 с.

12. Пузырев Е.М. Организация топочного процесса в кипящем слое. // Обзор. — М.: ЦДИИТЭИтяжмаш, 1990. Сер. 3, Выпуск 12. — 36 с.

13. Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. — М.: Энергоатомиздат, 1996. — 352 с.

14. Рябов Г.А., Толчинский Е.Н. и др. Применение котлов ЦКС для замены устаревших пылеугольных котлов. // Теплоэнергетика. 2000. №8. — с.14—19.

15. Накоряков В.Е., Бурдуков А.П., Саломатов В.В. Экологически чистая тепловая электростанция (концептуальный подход). — Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 1990. — 138 с.

16. Саломатов В.В. Парогенератор с циркулирующим кипящим слоем в составе экологически перспективной ТЭЦ. // Теплоэнергетика. Физико-технические проблемы, новые технологии. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. Вып.5. — с 202-225.

17. Сидоров A.M. Разработка и исследование топок и котлов с низкотемпературным кипящим слоем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Барнаул., АлтГТУ, 2002. — 195 с.

18. Кнорре Г.Ф. и др. Теория топочных процессов. — M-JL: Энергия, 1966. —491 с.

19. Штым А.Н. Аэродинамика цикпонно-вихревых камер. Владивосток.: Изд-во ДВГУ, 1985. — 199 с.

20. Отс А.А. Процессы в парогенераторах при сжигании сланцев и кан-ско-ачинских углей. М.: Энергия, 1977. — 312 с.

21. Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б. и др. Основы практической теории горения. — JL: Энергоатомиздат. 1986. — 312 с.

22. Рундыгин Ю.А. Низкотемпературное сжигание сланцев. — Л.: Энергоатомиздат. 1987. — 104 с.

23. Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 104 с.

24. Gustavsson L., Lechner В. Reduction of Emissions from Fluidized Bed Boilers trough Gas Injection. // IEA Technical Meeting. Belgrade. Nov., 1990. — 47 p.

25. Waste to Energy — using fluidized bed technology. // Рекламный проспект фирмы "Kvaemer Enviro Power" (Швеция, США, Англия), 1996. — p.8.

26. Семнадцатое предписание для исполнения Закона ФРГ о защите окружающей среды от вредных воздействий (предписание — 17 BimSchV) от 23 ноября 1990 г.—Бонн, 1990. — 20 с.

27. Пузырев Е.М. О распределении параметров в топках с кипящим слоем. // Сб. «Теплоэнергетика электрических станций и промышленных установок». — Томск: Изд-во ТЛИ, 1981. — с.69-73.

28. Пузырев Е.М., Пронь Г.П. и др. Поведение топливных частиц и формирование уноса в кипящем слое // Сб. «Теплоэнергетика электрических станций и промышленных установок». — Томск: Изд-во ТПИ, 1981. — с.62-68.

29. Пузырев Е.М., Пронь Г.П. и др. Исследование механического недожога и уноса при сжигании топлив в кипящем слое. // Сб. «Вопросы сжигания топлив в парогенераторах». — Барнаул: Изд-во АлтПИ, 1981. — с.70—77.

30. Контакты и контракты. // Мировая энергетика. № 9, 1994. — с.6.

31. Пузырев Е.М., Лейкам А.Э., Щуренко В.П. Разработка топочных устройств и котлов производительностью 2,5-25 т/ч с вихревой топкой для сжигания лузги и растительных отходов. Отчет по НИР. Инв. №12-НИР — Барнаул: НИЦ ПО БЭМ, 1997.

32. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения. — М.: Химия, 1967. — 664 с.

33. Кунии Д., Левеншпиль О. Промышленное псевдоожижение. — М.: Химия, 1976. — 448 с.

34. Бухаркин Е.Н. Тепловой расчет конденсационных гладкотрубных теплоутилизаторов, установленных за котлами. // Промышленная энергетика № 11, 1995. —с.40-45.

35. Коллинз С. Утилизация тепла с очисткой дымовых газов. // Мировая энергетика №4, 1994. — с.15-18.

36. Пузырев Е.М., Стропус А.В., Пилягин В.Ф. и др. Топка с циркулирующим слоем. А.с. СССР №1645759. 30.04.91. Бюл. № 16.

37. Пузырев Е.М., Лихачева Г.Н.Система подготовки и сжигания топлива. А.с. СССР №1291792. 23.02.87. Бюл. № 7.

38. Пузырев Е.М. Устройство для сжигания топлива. А.с. СССР№ 1179017. 15.09.85. Бюл. № 34.

39. Пузырев Е.М., Лихачева Г.Н. Котельный агрегат. А.с. СССР № 1273680 30.11.86, Бюл. № 44.

40. Сидоров A.M., Пузырев Е.М. Способ сжигания. А.с. СССР РФ №2006746. 30.01.94. Бюл. № 2.

41. Пузырев Е.М. Топка с кипящим слоем. А.с. СССР № 1096449. 07.06.84. Бюл. № 21.

42. Пузырев Е.М. Устройство для газификации твердого топлива. А.с. СССР №1214988. 28.02.86. Бюл. № 8.

43. Пузырев Е.М., Кисляк С.М.и др. Исследование топочных процессов и разработка рекомендаций по проектированию котлов с циркулирующим слоем. Отчет НИР по договору 05-91. Инв. №8-НИР — г. Барнаул: ЭНЭКО, 1991. —268 с.

44. Пузырев Е.М., Сидоров A.M. Исследование процессов сушки и выхода летучих из угольных частиц в топке кипящего слоя. // Теплоэнергетика 1988, №3. — с.55-57.

45. Пузырев Е.М., Сидоров A.M. Исследование сушки и выхода летучих из угольных частиц в топке кипящего слоя. // «Сжигание и газификация твердых топлив в кипящем слое». / Тез. докл. научно-технической конференции. — Свердловск: Изд-во УПИ. 1986. — с.25.

46. Пузырев Е.М. Термоконтактная сушка в кипящем слое. // «Техника псевдоожижения (кипящего слоя) и перспективы ее развития». / Всесоюзная научно-техническая конференция. — Черкассы: Изд-во НИИТЭХИМ, 1988. —с.44-48.

47. Справочник по специальным функциям. Под ред. М.А. Абрамовича и И. Стиган. — М.: Наука, 1979. — 832 с.

48. Букин В.Д. и др., Технический проект опытного образца котла Е-10-14-25ДВ с топкой для сжигания лузги. Отчет НПО ЦКТИ. — С-П.: НПО ЦКТИ 1991. —245 с.

49. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Способ сжигания измельченного топлива и циклонный предтопок котла для его осуществления. Патент РФ.№ 2127399. 10.03.99. Бюл. № 7.

50. Пузырев Е.М., Щуренко В.П., Щербаков Ф.В. Вихревая топка. Патент РФ № 2126932. 27.02.99. Бюл. № 6.

51. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Вихревая камера сгорания. Патент РФ №2132512. 27.06.99. Бюл. № 18.

52. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Циклонная топка. Патент РФ. №2105239. 20.02.98. Бюл. № 5.

53. Фокин Г.М., Шарапов М.А., Пузырев Е.М. и др. Вихревая топка. Заявка на патент РФ №2001122639 (024039). Приоритет от 16 авг. 2001 г.

54. Пузырев Е.М., Щуренко В.П., Шарапов М.А. Устройство для сжигания твердого топлива. Патент РФ № 2126113. 10.02.99. Бюл. № 4.

55. Пузырев Е.М. Топка. Патент РФ № 2166150. 20.12.2000, Бюл. №35.

56. Пузырев Е.М., Лихачева Г.Н., Скрябин А.А. Низкотемпературная вихревая топка. Патент РФ. №2132016. 20.06.99. Бюл. № 17.

57. Нечаев Е.В., Лубнин А.Ф. Механические топки для котлов малой и средней мощности. — Л.: Энергия, 1968. — 311 с.

58. Пузырев Е.М., Мурко В.И. и др. Вихревая камерная топка. Патент РФ № 2158877. 10.11.2000. Бюл. №31.

59. Пузырев Е.М., Шарапов A.M., Щуренко В.П., Скрябин А.А. Способ подачи вторичного дутья и топочное устройство. Заявка №2002109886/06 (010409). Приоритет от 15.04. 2002.

60. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. — М.: Мир, 1987. —588 с.

61. Смульский И.И. Аэродинамика и процессы в вихревых камерах. — Новосибирск: ВО Наука, 1992. — 301 с.

62. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. — М.: Наука, 1974.—712 с.

63. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 152 с.

64. Методы расчета турбулентных течений / Под ред. В. Кольмана. — М.: Мир, 1984. —464 с.

65. Пузырев Е.М., Кисляк С.М., Алтухов Ю.А. Исследование эффективности улавливания лабиринтного золоулавливателя. // Сибирский физико-технический журнал. 1991, Вып.5. — с 142-144.

66. Пузырев Е.М., Стропус А.В., Сидоров A.M., Ильин Ю.М. Реконструкция котлов для сжигания угля в циркулирующем слое. // Теплоэнергетика. 1993. №9. — с. 14-16.

67. Бубенчиков A.M., Старченко А.В. Численные модели динамики и горения аэродисперсных смесей в каналах. — Томск: Изд-во Том. Ун-та, 1998. —235 с.

68. Серант Ф.А. Разработка и исследование кольцевой топки, её промышленное внедрение и испытания на котле паропроизводительностью 820т/ч. // Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени д.т.н. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. — 58 с.

69. Отс А.А. Процессы в парогенераторах при сжигании сланцев и кан-ско-ачинских углей. — М.: Энергия, 1977. — 312 с.

70. Пузырев Е.М., Лихачева Г.Н. Вихревые топочные устройства // Проблемы качества в XXI веке: Материалы Международной научно-практической конференции / (тезисы доклада) — Барнаул, 2001. — с. 14.

71. Зайденварг В.Е., Трубецкой К.Н., Мурко В.И., Нехороший И.Х. Производство и использование водоугольного топлива. — М.: Изд-во Академии горных наук, 2001.— 176 с.

72. Пузырев Е.М., Мурко В.И. и др. Результаты опытно-промышленных испытаний работы мазутного котла ДКВр 6,5/13 на водоугольном топливе. // Теплоэнергетика № 2, 2001.— с. 69-70.

73. Мурко В.И., Пузырев Е.М. и др. Вихревая топка. Свидетельство на полезную модель №2002130976/20, приоритет от 25. 11. 2002.

74. Бурдуков А.П., Емельянов А.А., Попов В.И., Тарасенко С.Н. Исследование реодинамики и горения композиционных водоугольных суспензий. // Теплоэнергетика №6, 1997. — с.58-62.

75. Biological and thermal waste treatment expect to grow // Eur. Power News. 1977. v.22, №10. — p.4.

76. Саломатов B.B., Кузьмин A.B., Горбунов А.Д. Гидродинамические и теплофизические аспекты теории микрослоя. // Доклад. V Международной конференции по тепломассобмену Минск, 1974. — с.27-28.

77. Пузырев Е.М., Кузьмин А.В., Саломатов В.В. Theory of formation and evaporation of the microlayer. // Heat transfer, SR, Amer. Soc. Mech. Eng. 1976, v.8, №.4, p.47-51.

78. Puzurev E.M., Kuzsmin A.V., Salomatov V.V. The shapes of bubbles during boiling. // Heat transfer, SR, Amer. Soc. Mech. Eng. 1980, v. 12, №.2, p.l 115.

79. Пузырев E.M., Кузьмин A.B., Саломатов B.B. Некоторые результаты теории микрослоя. // Теплофизика высоких температур №5, 1978. — с. 1086— 1092.

80. Пузырев Е.М., Кузьмин А.В., Саломатов В.В. О форме пузырьков при кипении. // Теплообмен и гидродинамика при кипении и конденсации. — Новосибирск: Изд-во ИТФ, 1979. — с. 17-21.

81. Саломатов В.В. Пузырев Е.М., Горбунов А.Д., Кузьмин А.В. // Теория образования и испарения микрослоя. / V Всесоюзная конференция по тепло- и массообмену. — Минск, 1976, т.З. — с.82-86.

82. Пузырев Е.М., Копытов А. В. Плавление лома в конверторе (тезисы). // Материалы V Всесоюзной конференции по теории конвертерного процесса. — Днепропетровск, 1977.

83. Копытов А. В., Пузырев Е.М. Выгорание примесей при производстве сталей (тезисы). // Материалы V Всесоюзной конференции по теории конвертерного процесса. — Днепропетровск, 1977.

84. Пузырев Е.М. Теоретическая модель взаимодействия плотной и газовой фаз в псевдоожиженном слое. // Процессы переноса в аппаратах энергохимических производств. — Новосибирск: Изд-во ИТФ СО АН СССР, 1985. —с.29-33.

85. Пузырев Е.М. Расчет формы пузырей и перенос частиц в псевдоожиженном слое. // Теоретические основы химической технологии, №6, 1985. —с.778-782.

86. Вахрушев И.А., Владимиров А.И., Тонг Тхи Хой. Поведение пузырей в псевдоожиженном слое. // Теоретические основы химической технологии. 1980, т. 14, № 2. — с.262-270.

87. Роу П.Н. Экспериментальное исследование свойств газовых пузырей. Псевдоожижение. — М.: Химия, 1974. — 728 с.

88. Кувшинов Г.Г., Могильных Ю.И. О продольном переносе в псевдо-ожиженном слое. // Процессы переноса в аппаратах энергохимических производств. — Новосибирск: Изд-во ИТФ СО АН СССР, 1985. — с. 16-23.

89. Пузырев Е.М. Коалесценция и гидродинамика в псевдоожиженном слое. // Процессы переноса в аппаратах энергохимических производств. — Новосибирск: Изд-во ИТФ СО АН СССР, 1985. — с,33-37.

90. Вахрушев И.А., Владимиров А.И., Крымов Н.Ю. Исследование и расчет процессов коалесценции двух газовых пузырей в псевдоожиженном слое. // Теоретические основы химической технологии. 1982, т. 16, № 2. — с.218-227.

91. Фурсов И.Д., Пузырев Е.М., и др. Исследование процессов тепло- и массопереноса в кипящем слое. // Сб. «Вопросы сжигания топлив в парогенераторах» — Барнаул: Изд-во АлтПИ, 1981. — с.64-69.

92. Лыков А.В. Теория теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1967. —600 с.

93. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. — М.: Наука, 1964. —487 с.

94. Пузырев Е.М. Теоретическая модель выгорания угля в кипящем слое. // Горение органического топлива. / Материалы V Всесоюзной конференции. Часть 1. — Новосибирск, 1985. — с.190-194.

95. Пузырев Е.М. Анализ процессов в топках с циркулирующем слоем. // Теплообмен в парогенераторах. / Материалы Всесоюзной конференции. — Новосибирск, 1988.— с. 130-134.

96. Пузырев Е.М., Кротов О.Г. Организация топочного процесса в циркулирующем слое. // Теплообмен в парогенераторах. / Тезисы докладов Всесоюзной конференции. — Новосибирск, 1988. — с.63.

97. Пузырев Е.М. Анализ процессов в топках с циркулирующим слоем. // Теплообмен в парогенераторах. / Тезисы докладов Всесоюзной конференции.— Новосибирск, 1988. — с.64-65.

98. Пузырев Е.М., Пронь Г.П. и др. Механизм формирования механического недожога при сжигании угля в кипящем слое. // Горение органического топлива. / V Всесоюзной конференции. Часть 2. — Новосибирск, 1985. — с.157-161.

99. Пузырев Е.М., Кротов О.Г. Сжигание углей в кипящем слое при воздушной газификации. // Сжигание и газификация твердых топлив в кипящем слое. / Тезисы докладов научно-технической конференции. — Свердловск. 1986. —с.28.

100. Саломатов В.В., Пузырев Е.М., Раков Ю.Я. Закономерности теплообмена при интенсивном охлаждении пористых элементов. // Теплофизика высоких температур. №6, 1977. — с. 1086-1092.

101. Пузырев Е.М., Троицкий О.Ю. К теории разрушения теплозащитных аблирующих покрытий. // Физика горения и взрыва. №2, 1979. — с. 172175.

102. Пузырев Е.М. Топка с кипящим слоем инертного материала. А.с. СССР. №1041803, 15.09.83. Бюл. № 34.

103. Пузырев Е.М., Кротов О.Г., Сидоров A.M. Котельный агрегат с циркулирующим слоем топлива. А.с. СССР №1442803. 07.12.88. Бюл. № 45.

104. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Стропус А.В. Котел с циркулирующим слоем. А.с. СССР. № 1772523. 30.10.92. Бюл. № 40.

105. Пузырев Е.М., Кротов О.Г., Симанов В.И. Топка. А.с. СССР № 1343183. 07.10.87. Бюл. № 37.

106. Пузырев Е.М. Топка с кипящим слоем. А.с. СССР № 1359565. 15.12.87. Бюл. №46.

107. Пузырев Е.М., Соколов Ю.В., Сидоров A.M. Топка. Патент РФ №2006745. 30.01.94. Бюл. № 2.

108. Пузырев Е.М. Топка котла с циркулирующим слоем. Патент РФ №2039908. 20. 07.95. Бюл. № 20.

109. Daradimos е.а. VGB Kraftwerkstehnick, №5, 1987.

110. Алексеенко С.В. Аэродинамические эффекты в энергетике. Препринт 216-90. — Новосибирск: Изд. ИТФ. — 58 с.

111. Барский М.Д. Фракционирование порошков. — М.: Недра, 1980. — 342 с.

112. Satija S., Fan L.S. Terminal velocity of dense particles in the multisolid pneumatic transport bed // Chem. Eng. Sci. 1985, v40, N2., p.259-267.

113. Пузырев E.M., Сидоров A.M., Скрябин А.А., Щербаков Ф.В. Способ сжигания в кипящем слое. Заявка №2002109885/06 (010408). Приоритет от 15.04. 2002.

114. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Кротов О.Г. и др. Встроенные уловители в котлах с кипящим слоем. // Теплообмен в парогенераторах. / Тезисы докладов Всесоюзной конференции. — Новосибирск, 1988. — с.68-69.

115. Дорожков А.А., Кротов О.Г., Пузырев Е.М., Усольцев Г.А. Устройство для дожигания уноса. А.с. СССР № 1578412 05.07.90. Бюл. № 26.

116. Пузырев Е.М., Кротов О.Г., Кисляк С.М., Гаркуша Н.Н. Инерционный пылеуловитель. А.с. СССР №1745300. 07.07.92. Бюл. № 25.

117. Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Золоуловитель. Патент РФ №2186610. 10.08.2002. Бюл. № 22.

118. Пузырев Е.М., Лейкам А.Э. Золоуловитель. Патент РФ № 1513307. 07.10.89. Бюл. №37.

119. Пузырев Е.М., Кисляк С.М., Ильин Ю.М. Уловитель частиц. Патент РФ №2071008. 27.12.96 Бюл. № 36.

120. Пузырев Е.М., Кисляк С.М., Алтухов Ю.А. Повышение эффективности улавливания лабиринтного золоуловителя. Теплофизика и аэромеханика., Том 4, № 4, 1997. — с.441-445.

121. Пузырев Е.М., Кисляк С.М., Сидоров A.M. Пылеуловитель лабиринтного типа. Патент РФ №2031691. 27.03.95. Бюл. № 9.

122. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Кисляк С.М. Пылеуловитель лабиринтного типа. Патент РФ № 1674910. 07.09.91. Бюл. № 33.

123. Пузырев Е.М., Кисляк С.М. Пылеуловитель лабиринтного типа. Патент РФ № 2042395. 27.08.95. Бюл. № 24.

124. Puzurev Е.М., Kuslyak S.M., Altukhov Yu.A.The Increasing of Efficiency of the Labyrinth Ash Separator. Thermophysics and Aeromechanics, Vol. 4, No. 4, 1997, p.421-425.

125. Пузырев E.M., Сидоров A.M., Лемеш В.И. Батарейный циклон. А.с. СССР №1766468. 07.10.92. Бюл. № 37.

126. Пузырев Е.М. Батарейный циклон. А.с. СССР №1814917. 15.05.93. Бюл. № 18.

127. Справочник машиностроителя. Том 1. — М.: Машгиз. 1961. — 592 с.

128. Баскаков А.П. и др. Расчеты аппаратов кипящего слоя. — Л. Химия, 1986. —352 с.

129. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения. — М. Химия, 1967. — 664 с.

130. Пузырев Е.М. Топочное устройство с кипящим слоем. А. с. СССР №1185018. 15.10.85. Бюл. №38.

131. Шарапов М.А., Пузырев Е.М., Усольцев Г.А. Газораспределительная решетка. Патент РФ. №2069812 27.11.96. Бюл. № 33.

132. Пузырев Е.М., Кисляк С.М. Газораспределительная решетка. Патент РФ №2088847. 27.08.97. Бюл. № 24.

133. Кротов О.Г., Пузырев Е.М. Способ запуска топки кипящего слоя. А.с. СССР №1599617, 15.10.90г. Бюл. №38.

134. Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Усольцев Г.А. Механическая топка. Патент РФ №2088850. 27.08.97. Бюл. № 24.

135. Тихонов С.Б., Беломестнов Ю.А. Новая технология сжигания бурых углей в топках с низкотемпературным кипящим слоем с вертикальным вихрем. // Электрические станции. №11, 2001. — с.28-30.

136. Усольцев Г.А., Дорожков А.А., Маштаков А.Н., Пузырев Е.М., Сидоров A.M., Фокин Г.М. .Котел с принудительной циркуляцией. Патент РФ. №2157483. 10.10.2000. Бюл. № 28.

137. Исследование топочных процессов и разработка котлов для низкотемпературного сжигания горючих отходов и местных топлив»

138. Утверждаю Генеральный директор ЗАО <>3$?ергия-РК» А.П. Фесюк « 10» июня 20031. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Е.М. Пузыреваw

139. Исследование топочных процессов и модернизация котлов для низкотемпературного сжигания горючих отходов и местных топлив»

140. Испытания показали, что требуемые для надежного обезвреживания: > уровни температур, равномерность параметров в топке легко выдерживаются, втом числе, благодаря оригинальной системе подачи острого дутья.

141. Годовая экономия средств за счет замены угля древесными отходами и устранения транспортных расходов составила два миллиона триста двадцать Л тысяч рублей (2320000 руб.).

142. Главный инженер ЗАО «Энергия-РК»1. Воронин Г.А.1. Ч*1. Утверждаю:

143. Генеральньцу^ешэр МУП ОСП ЖКХ Г.Лесоа1. Н.Раменский1. А Коб использовании результатов диссертационной работы1. Е.М.Пузырева

144. Разработка и исследование топочных процессов и котлов для низкотемпературного сжигания горючих отходов и местныхтоплив.»

145. С мая 2002г. по сентябрь котел отработал, используя в качестве топлива шлак от работы слоевых котлов той же котельной. При этом нагрузка составляла 50-100% от номинальной.

146. Годовой экономический эффект от реконструкции составил три миллиона двадцать пять тысяч рублей ( 3025000 руб.).

147. Котел КВТС-20 ст.№2 реконструирован в 2002г. и в настоящее время на нем проводятся пуско-наладочные работы.

148. Зам. начальника ПКТС МУП ОСП ЖКХ г.Лесосибирскального директора ОАО эскийГкЭЗ»2002 г.1. В.И.Климанский1. АКТоб использовании рсзулькпов диссертационной работы Е.М.Пузырена

149. Разработка п исследование топочных процессов и котлов для низкотс\тера турного сжигании горючих отходов и местных топлив.»

150. На реконструированных котлах проводилось опытное сжигание древесных отходов и шлака, при этом нагрузка составляла 50-100% от номинальной.1. Главный энергетик ЛКЭЗ1. Решетников В.А.1. АКТ

151. Об использовании результатов диссертационной работы Е.М. Пузырена «Разработка и исследование топочных процессов и котлов дли низкотемпературного сжигания горючих отходов и местных гоплнв»

152. Результаты диссертационном работы Н.М. Пузырева использованы при реконструкции газо-мазутного котла КИ-25-14-350 с переводом его на сжигание древесных отходов в низкотемпературном кипящем слое.

153. Гл инженер ООО «Фа~э~е0Г0'> ЗАО «ПОК>

154. Утверждаю альный директор :кэнергомаш» Г.М. Фокин 20031. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Е.М. Пузырева

155. Разработка и исследование топочных процессов и котлов для низкотемпературного сжигания горючих отходов и местных топлив.»

156. Результаты диссертационной работы Е.М. Пузырева использовались и используются в конструкторском бюро ЗАО ПО «Бийскэнергомаш», на основе этих исследований и при непосредственном участии автора:

157. Выполнен рабочий проект котлов КЕ-4-14 ОСВ с вихревыми топками для сжигания лузги и построена котельная Барнаульского маслобойного завода.

158. Выполнены рабочие проекты и проведена реконструкция котельной с переводом котлов ДКВр-6,5-13 и ДКВр-4-13 на сжигание лузги в котельной Бутурлиновского маслозавода.

159. Выполнен рабочий проект и проведена реконструкция котла КЕ-6,5-14-350 ГМДВ, для котельной ЗАО «Каскад П».

160. Выполнен рабочий проект реконструкции котла КЕ-25-14-250 для котельной Миллеровского маслоэкстракционного завода.

161. Выполнен рабочий проект и проведена реконструкции котла КЕ-25-14-250 для котельной маслоэкстракционного завода в п.Валуйки.

162. Реконструкции котлов с установкой вихревых топочных устройств для сжигания лузги и растительных отходов проведены ЗАО ПО «Бийскэнергомаш» и на ряде других объектов.

163. На сегодня материалы диссертационной работы Е.М. Пузырева используются при проектировании мини ТЭЦ для п. Палана с котлом форсированного кипящего слоя Е-20-24-350ПС в нескольких других проектах.

164. Главный конструктор ЗАО ПО «Бийскэнергомаш»1. Шарапов М.А.