Математическое моделирование процессов термохимической подготовки пылеугольного топлива с использованием электродуговых плазмотронов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

Мессерле Алексей Владимирович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО

ТОПЛИВА

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ПЛАЗМОТРОНОВ

Специальность 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2006 г.

Работа выполнена в Отраслевом Центре плазменно-энергетических технологий РАО ЕЭС России при АО «Гусиноозерская ГРЭС»

Научный руководитель: Д.т.н., проф. Трусов Б.Г.

Официальные оппоненты: д. ф.-м.н., проф. Быков В.И.

к.ф.-м.н., с.н.с. Филимонова Е.А.

Ведущая организация: Новосибирский государственный

технический университет.

Защита состоится «15» марта 2006 года в часов на заседании

диссертационного совета Д 212.141.08 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу: 105005, г.Москва, Лефортовская наб., д.1, корп. «Энергомашиностроение».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации, просим высылать по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э.Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д212.141.08.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана. Автореферат разослан « »_2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Колосов Е.Б.

37 13

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. В последние десятилетия значительное внимание в мире уделяется повышению эффективности и экологической безопасности котельных агрегатов пылеугольных тепловых электрических станций (ТЭС), вырабатывающих более 40% электрической и тепловой энергии. При этом наблюдается общемировая тенденция снижения качества энергетических углей, что приводит к увеличению использования непроектных топлив, т.е. углей с теплотехническими характеристиками, отличающимися от проектных. В связи с этим ухудшаются как технико-экономические, так и экологические показатели работы котлоагрегатов. По этой причине большую актуальность приобретает создание и применение новых технологий эффективного сжигания твердых топлив, независимо от их качества.

Одной из таких перспективных технологий, внедренной на ряде угольных электростанций России и зарубежных стран, является термохимическая подготовка топлива (ТХПТ) к сжиганию с использованием генератора низкотемпературной плазмы (плазмотрона). Эта технология позволяет полностью устранить использование мазута, традиционно применяемого для растопки котлоагрегата и для стабилизации горения пылеугольного факела. Однако проведение натурных испытаний плазменных пылеугольных горелочных устройств характеризуется чрезвычайно высокой стоимостью и трудозатратами, несмотря на их внешнюю простоту. Диссертация посвящена решению актуальной проблемы создания методов численного моделирования процессов плазменной термохимической подготовки топлив для выбора оптимальных параметров , конструктивных особенностей и режимов работы горелочных устройств.

Цель работы:

- разработка физической и математической моделей процессов, протекающих при ТХПТ в горелке (проточном цилиндрическом канале) с плазменным источником;

создание на основе модели программного комплекса для численного моделирования параметров процесса;

проведение параметрического анализа режимов ТХПТ и сравнение результатов моделирования с опытными данными;

разработка технологических рекомендаций для проектирования горелочных устройств.

Научная новизна работы:

- разработана методика численного моделирования процессов воспламенения и ТХПТ к сжиганию при наличии инициирующего плазменного источника, впервые позволившая объяснить факт возможности растопки котлоагрегата с помощью плазмотронов, мощность которых составляет 0,5-3% от тепловой мощности последне^орд^ национальная )

БИБЛИОТЕКА 1 1 С. Петер/) 08

II ни I СКА I

- в математическую модель, описывающую физико-химические процессы в канале термоподготовки, впервые введены эмпирические характеристики факела плазменного источника и особенности его взаимодействия с потоком аэросмеси;

- в результате проведенных численных исследований выявлен ряд закономерностей, характерных для плазмохимического процесса ТХПТ: обнаружено явление резкого затухания пылеугольного факела на выходе из горелочного устройства при снижении мощности плазмотрона ниже некоторого значения; выявлено незначительное влияние повышения мощности плазмотрона на температуру и концентрации реагентов при устойчиво горящем факеле;

Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительным согласованием результатов расчетов и экспериментальных данных, полученных на испытательных стендах и ТЭС и базируется на научно обоснованном выборе исходных предпосылок, использованных при построении математической модели и оценке принятых при записи системы уравнений допущений. Эмпирические константы, замыкающие систему уравнений математической модели, взяты по результатам стендовых и натурных исследований плазменной технологии воспламенения пылеугольного факела.

Практическая значимость работы:

создана программа численного моделирования процессов ТХПТ к сжиганию в прямоточном канале, оснащенном плазмотроном. Она может быть использована как для численного исследования процессов в конкретных условиях, так и при проектировании новых горелочных устройств с внутренним тепловым источником (плазмотрон, СВЧ источник);

проведены серийные расчеты воспламенения различных типов энергетических углей в прямоточном канале с варьированием параметров процесса (мощности и числа плазмотронов, расхода угольной пыли, коэффициента избытка первичного воздуха, влажности и др., а также геометрических параметров канала ТХПТ);

согласование результатов моделирования с экспериментальными данными (с погрешностью не более 15%), позволяет рекомендовать созданную компьютерную программу для использования при проектировании плазменно-угольных горелок на ТЭС.

Апробация работы.

Результаты исследований по теме диссертации обсуждались на Ш Международной научно-технической конференции «Плазменно-энергетические процессы и технологию) (Улан-Удэ, 2000г.), первом Международном симпозиуме «Горение и плазмохимия» (Алма-Ата, 2001г.), научной конференции «Новые технологии», посвященной 300-легаю инженерной науки в России (Улан-Удэ, 2001 г.), I Всероссийской конференции «Прикладные аспекты химии высоких энергий» (Москва, 2001г.), III Международном симпо-2

зиуме по теоретической и прикладной плазмохимии (Плес, 2002г.), научно-методических семинарах МГТУ им. Н.Э.Баумана (Москва), Отраслевого Центра плазменно-энергетических технологий РАО ЕЭС России (Гусиноозерск), Института проблем горения (Алма-Ата) и Новосибирского государственного технического университета (Новосибирск), проведенных в 1998-2005 гг.

Личный вклад автора заключается в разработке физической и математической моделей, составлении и отладке программы расчетов «Плазма-муфель», выполнении численных параметрических исследований и анализе полученных результатов, участии в экспериментах на огневом стенде ОЦ ПЭТ РАО ЕЭС России и Кураховской ТЭС (Украина).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах. При этом в совместных публикациях диссертанту полностью принадлежит материал, описывающий создание комплекса программ, проведение расчетов, получение и обработку результатов численного исследования. Участие диссертанта в вопросах, связанных с обобщением результатов и с выработкой технологических рекомендаций, составляет 50%.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, списка литературы из 125 наименований и акта об использовании результатов работы. Содержание работы изложено на 117 страницах текста, включая 48 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, представлено современное состояние проблемы, сформулированы цели исследования, научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения диссертации.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы повышения эффективности использования низкосортных углей в теплоэнергетике и дано определение процесса термохимической подготовки топлив к сжиганию.

Рассмотрена проблема, возникающая из-за увеличения потребления мазута на пылеугольных ТЭС вследствие сжигания на них непроектных типов угля. Приведены сведения о мировом топливном балансе за последние годы, из которых следует, что потребление угля в мире неуклонно возрастает. Одновременно при этом снижается качество энергетических углей, что приводит к увеличению потребления второго топлива (как правило, природного газа или мазута) на пылеугольных теплоэлектростанциях. Существующие технологии сжигания твердых топлив не в полной мере удовлетворяют возрастающим эколого-экономическим требованиям к эксплуатации ТЭС.

Описаны особенности процесса ТХГТТ к сжиганию. Его основу составляет нагрев электродуговой плазмой небольшой части пылеугольного потока до

3

температуры выделения летучих и частичной газификации коксового остатка. Тем самым из меньшей части аэросмеси, прошедшей зону электродугового разряда, получают независимо от качества исходного угля высокореакционное двухкомпонентное топливо (горючий газ + коксовый остаток), способное воспламенять основной поток аэросмеси при смешении с ним и стабилизировать процесс горения факела. Приведен обзор существующих методов ТХПТ, как традиционных - с использованием второго высокореакционного топлива (природный газ или мазут), так и новых (с помощью СВЧ - установок). Проанализированы их достоинства и недостатки. Подробно описана технология ТХПТ с использованием плазмотронов. Сформулированы принципы ее осуществления. Процессы термохимической подготовки твердых топлив, как правило, носят алло-автотермический характер, что означает активацию с помощью внешнего источника небольшого количества топлива. В дальнейшем активированное топливо уже само инициирует процессы горения оставшейся части угля. При этом процесс становится автотермическим. В главе приведены общие закономерности осуществления алло-автотермических процессов.

Проанализированы известные математические модели, описывающие процессы взаимодействия пылеугольного топлива с внутренним тепловым источником. Опубликованные расчетные методы включают совместное решение уравнений гидродинамики двухфазного потока с уравнениями тепло-массопереноса и уравнениями, описывающими кинетику химических превращений частиц угля и продуктов их сгорания. Ранние работы Смута и Пратта (Ы).8тоо1, О.У.РгаП), а также Лесински, Бароннет и Мейло (ГЬеБтвЫ, 1.М.Вагоппе1, Е.МеШл) были посвящены моделированию процессов пиролиза, газификации и сжигания угольных частиц в широком температурном интервале. В предложенных ими моделях не учитывалась полифракционность угольной пыли и считалось, что частицы и воздух попадают в зону реактора уже нагретыми до температуры начала реакций между ними, т.е. не рассматривался собственно процесс горения. В модели Калиненко, Жукова, Левицкого, Полака рассматривалась кинетика всех термохимических превращений в процессе движения и теплообмена угольных частиц. Считалось, что мощность электрической дуги равномерно распределена по объему реактора и было принято, что газ входит в зону плазменного реактора нагретым до температуры порядка 4000 К при низкой начальной температуре угольных частиц. Эти допущения не применимы для расчета используемых на ТЭС горелочных устройств, в которые поступает не разогретый, а холодный первичный воздух (400-500К).

В модели Устименко было учтено воздействие на поток теплового плазменного источника и введено понятие ступеней расчета (дискретных этапов подмешивания свежих порций пылеугольной смеси). Границы условных ступеней выбирались, исходя из достижения в конце ступени максимальной 4

суммарной концентрации горючих компонентов в газовой фазе (СО+Нг+СКЦ+ОНб), образующихся в результате химических превращений топлива. Таким образом, в одномерной модели делалась попытка учесть пространственную неоднородность потока. Основным недостатком метода ступенчатого теплоподвода к реакционной смеси является осуществляемый априори выбор длин ступеней и количества пылеугольной смеси, первоначально попадающей в зону реакций. Модель Карпенко, принципиально не отличается от предыдущей за исключением того, что гомогенные превращения рассчитывались в приближении локального термодинамического равновесия.

Во второй главе рассмотрена физическая модель процесса термоподготовки пылеугольной смеси, приведено термодинамическое обоснование эффективности процесса ТХПТ энергетических углей к сжиганию. Схема простейшей горелки, оснащенной плазмотроном, приведена на рисунке.

Двухфазный поток (полидисперсные угольные частицы + воздух-окислитель) со скоростью, определяемой расходом угольной пыли, коэффициентом избытка воздуха, геометрическими характеристиками горелки движется в цилиндрическом канале совместно с потоком плазмы из плазмотрона. Считается, что взвесь частиц угля, состоящая из некоторого числа размерных фракций равномерно распределена по объему в ламинарном потоке. Взаимодействие струи низкотемпературной воздушной плазмы (Т=3000-6000 К) с пылеугольной смесью приводит к возникновению тепловой и газодинамической неоднородности потока, разделению фракций угольных частиц по скоростям и температуре, а также инициирует сложные физические и химические процессы: нагрев частиц пыли и выделение содержащихся в них летучих веществ, горение летучих угля в воздухе и плазменном потоке. Считается, что теплообмен между газовой фазой и угольными частицами происходит конвективным путем из-за разности температур фракций угольной пыли и газовой фазы. Теплообмен между частицами пыли и стенками канала в результате излучения не учитывается. Для аппроксимации явлений крупномасштабного перемешивания газовых потоков, происходящих в реальном горелочном устройстве вследствие больших градиентов температуры, в описание модели введено понятие подмешивания

9

Рис.1. 1 - плазмотрон, 2 -катод, 3 - анод, 4 - зона реакций, 5 - огнеупорный материал (керамика, бетон), 6 - внешняя стенка канала, 7 -стенка котлоагрегата, 8 -топка котлоагрегата, 9- подача плазмо-образующего газа, 10 -подача аэросмеси (взвеси частиц угля в воздухе)

\

ч у"

При прохождении потока через область факела происходит перемешивание части холодной аэросмеси с плазмой, температура воздуха в канале становится выше температуры частиц пыли, что приводит к их нагреву и инициирует химические превращения угля. Идея подмешивания в том, что оно моделирует явления перемешивания потоков разного состава и температуры внутри горелки по радиусу канала в рамках одномерной модели. Эмпирический пространственный закон распространения зоны реакций задается, исходя из экспериментальных данных, полученных на стендах. Моделирование эффекта подмешивания приводит к необходимости учета разделения угольных частиц на фракции не только по размеру, но и по температуре (температура частиц в центральных областях канала выше, чем на периферии). При проведении расчетов рассматривается 5 размерных фракций угольных частиц, количество температурных фракций определяется заданным законом подмешивания и шагом расчетной сетки. Схема подмешивания, приводящая к разделению угольных частиц на температурные фракции, показана на рисунке.

Все пространство внутри цилиндрического канала на длине подмешивания разбивается на цилиндры с постоянным шагом и с увеличивающимся по заданному закону диаметром. При увеличении диаметра зоны реакций происходит захват холодных порций аэросмеси. Считается, что на каждом шаге температура газа внутри кольца выравнивается за счет перемешивания газа, а температура частиц в силу их большой тепловой инерционности не успевает. Поэтому в кольце (5) в радиальной зоне (7) температуры частиц любой размерной фракции в случае протекающих реакций горения будут выше, чем температура той же фракции в зоне (6), позже "захваченной" расширяющейся зоной реакций и позже начавшей реагировать.

Приведено термодинамическое обоснование эффективности процесса ТХПТ энергетических углей к сжиганию.

Более 20 лет назад Ф.Блэкборн (Blackburn P.R.), анализируя энергозатраты на воспламенение угля плазменно-воздушной струей, экспериментально установил, что плазменная технология позволяет осуществлять устойчивое горение на энергоблоке 200 МВТ (ТЭС «Мариэтта» США) с затратами тепловой мощности почти в 6 раз меньшими , чем в случае использования мазутной 6

Рис.2. 1 - зона подмешивания 2 - подача пылеугольной смеси и подмешивание новых порций к расширяющейся зоне

к расширяющейся реакций, 3 - первое (шаг) разбиения, 4

к расширяющейся зоне

реакций, 3 - первое кольцо (шаг) разбиения, 4 - закон подмешивания, 5 - последний участок подмешивания, 6 -диаметр последнего кольца, 7 -диаметр начального кольца.

горелки. Этот же эффект был экспериментально подтвержден при сравнении энергетической эффективности воспламенения пылеугольной аэросмеси плазменной струей, газовым факелом и термоэлектрическим нагревателем (Жуков, Карпенко, Буянтуев, Цыдыпов). При этом удельные энергозатраты в плазменном процессе оказались в 2,5 раза меньшими , чем при нагреве пылеугольного потока газовым факелом. Проведенные термодинамические расчеты дали объяснение этому факту и показали, что с помощью процесса ТХПТ, проходящего при дефиците кислорода, из угля в канале термоподготовки получается высокореакционное двухкомпонентное топливо: горючий газ (Ыг+СО+Нг )+ коксовый остаток , которое самовоспламеняется при попадании в топку котла при контакте с содержащимся там воздухом. Продукты сгорания мазутного факела, в противоположность этому, инициируют растопку только за счет собственного теплосодержания.

Дается описание исходных данных и принятых допущений, необходимых для замыкания математической модели. Моделирование процессов термообработки пылеугольных топлив ведется в работе с учетом предположений об одномерности и стационарности процесса, безградиентном характере нахрева угольных частиц, сферической форме частиц угольной пыли, отсутствии взаимодействия частиц между собой, наличии только конвективного теплообмена между частицами пыли и газовой фазой. Эти предположения позволили ограничиться решением системы ОДУ первого порядка, что значительно упростило алгоритм моделирования и существенно ускорило время выполнения расчетов.

Система уравнений математической модели включает в себя дифференциальные уравнения сохранения импульса и энергии по длине реакционного канала постоянного сечения и уравнения, описывающие процесс вьщеления летучих веществ угля.

- уравнение сохранения импульса для газовой части потока аэросмеси

^ (1) сЬс м 2

1, К/ , ЛГ/ - индекс размерных фракций частиц, их радиус и число частиц фракции I в единице массы , Р,- сила аэродинамического сопротивления частицы угольной пыли, р, и - плотность и скорость газовой фазы потока, Сы - коэффициент сопротивления;

- уравнение сохранения импульса для угольных частиц фракции 1

т,и—~ = ТП[ и щ- масса и скорость частицы (2)

ск

-уравнение сохранения энергии для газовой части потока ИТ * <3п I р «5^-=-ЕЙ +0. +(2Р, (3)

ах У=1 ах ¡=1

пп I]- концентрация и энтальпия у-й компоненты газовой фазы; Ql-

теплообмен между газом и частицами (коэффициент теплоотдачи а определяется с помощью критериального уравнения теплообмена, справедливого для обтекания сферы ламинарным потоком; -вклад энергии от дуги плазмотрона, ()г- тепловой эффект реакций выделения летучих из угля;

- уравнение сохранения энергии для угольных частиц фракции /

ах

(I = 1,2...Ь),

(4)

(2С - вклад от горения углерода частицы, р, - плотность частиц угля фракции /

Начальными условиями являются значения температуры и скорости воздуха и частиц угольной пыли на входе в канал.

Основной энергетический вклад в процесс разогрева газовой части

аэросмеси дают реакции горения летучих -I,. Эта величина

(-1 ск

определяется путем пошагового расчета равновесного состава продуктов горения и добавляемой массы летучих угля.

Правомерность использования термодинамически равновесного приближения оправдывается высокими скоростями протекания процессов превращений в газе по сравнению с реакциями на поверхности частиц. Принцип локального термодинамического равновесия для описания реакций горения в газовой фазе достаточно широко используется в практике математического моделирования. Это допущение позволяет использовать для расчета химических взаимодействий и связанных с ними тепловых эффектов, а также концентраций компонентов газовой фазы универсальные термодинамические методы, использующие принцип максимума энтропии, что позволило отказаться от рассмотрения одновременно протекающих сотен химических реакций и резко сократить время вычислений.

Рассмотрены особенности численного решения приведенной системы уравнений. Поскольку одномерная модель не позволяет учесть эффект радиальной неоднородности потока, была принята полуэмпирическая модель добавления новых порций аэросмеси к первоначальной зоне реакций, создающейся при смешении плазменной струи с аэросмесью. Закон смешения на основе экспериментов представляется в виде зависимости диаметра зоны от длины участка подмешивания.

---1-

3, 1

1

ч 1.4

!

Х.'л

Рис.4, х - продольная координата. Участок перемешивания (2) разбивается на шаги, каждому из которых соответствует цилиндрическая зона с шириной Ах и радиусом Я, изменяющемся в диапазоне (1) по

логарифмическому (3) линейному (4) или другому закону; (5)-начальный диаметр зоны

подмешивания (диаметр факела плазмотрона).

На каждом шаге необходимо определить характеристики газовой фазы (состав, температуру, скорость движения внутри канала) и характеристики частиц пыли (температуру, скорость, состав). Для расчета выполняется следующая последовательность действий:

A) Задается начальная среднемассовая температура факела плазмотрона. Диаметр начальной зоны подмешивания принимается равньм задаваемому из эмпирических соображений диаметру факела плазмотрона. В первый цилиндр попадает часть струи из сопла плазмотрона, масса которой равна:

т Ах

ДМШ = —ш— , - она передает потоку некоторое количество энергии,

6Г = Штмш —,0<Лх< Ьт ; б,™ = 0, Ах > Ьщ,; /-номер шага (5)

и,

При этом температура воздуха в этом цилиндре усредняется, т.е. считается, что происходит полное мгновенное перемешивание. Тот же процесс применяется к цилиндрам, находящимся на расстоянии, не превышающем длины факела плазмотрона (Ьпл), также задаваемой, исходя из эмпирических данных.

Б) Расчет количества выделившихся летучих из частиц угля производится путем решения уравнений Аррениуса первого порядка. Общая масса выделившихся летучих по реакции г из частиц каждой из размерных фракций I на каждом шаге I определяется суммированием.

B) Изменение температуры газа рассчитывается по формуле.

Г -Г

м _

J

\

гадала - г„Чу)+ог,+йп+е/

Дх \/Р1-ли,-\ср1}ф - площадь поверхности одной частицы фракции I;

(6)

Расчет величины (2,мт, характеризующей энергетический вклад от горения выделившихся летучих, производится в предположении о мгновенном установлении равновесия между всеми компонентами газовой фазы.

Г) Изменение температуры частиц угля размерной фракции I на шаге /:

Л* {/риысР1АМ

Д) Изменение скорости газа на шаге ( 1

^Ч (7)

ости газа на шаге ¡: ' „г Т

Е) Изменение скорости частиц фракции /:

Ж) Расчет количества выделившегося летучего компонента г из частицы

размерной фракции I на шаге i:

д «ЫЙ J

Atu j. i

К, - константа скорости реакции выделения летучего компонента г •

Таким образом, после прохождения процедуры расчета по пунктам А-Ж на выходе будут получены все нужные характеристики газовой фазы (состав, энтальпия, теплоемкость при постоянном давлении, температура и скорость) U

а также скорости и температуры частиц угля. Эти данные являются начальными для расчета следующего шага. В соответствии с заданным законом расширения зоны реакций происходит "добавление" очередной порции холодной аэросмеси. После этого шаги А-Ж повторяются. Расчет ведется до тех пор, пока не будет выполнен по всей длине канала.

Шаг разбиения длины канала при решении системы уравнений (6)-(10) выбирался исходя из требуемой точности вычислений. Критерием являлась температура газовой фазы на выходе из канала. Шаг разбиения Ах последовательно уменьшался на 10% до тех пор, пока максимальное изменение температуры на всей длине канала не становилось менее 1%. Для оценки: при начальной скорости аэросмеси (на входе в канал) равной 20 м/с достаточная длина шага, обеспечивающая необходимую точность, составила 0.015 м.

Компьютерная программа «Плазма-уголь», реализующая описанный алгоритм, была составлена на языке С++ применительно к среде операционной системы Windows. Программа проверена на тестовых примерах и показала свою работоспособность в условиях проведения 1

серийных расчетов. Каждый расчет на ПЭВМ с процессором Intel Pentium 3 (CPU 1Ггц) занимает около 90 секунд, что позволяет проводить с помощью составленной программы серийные расчеты для параметрических анализов. Расчеты по программе дали возможность не только выяснить сущность процессов, приводящих к воспламенению угольных частиц под действием потока воздушной плазмы, но также определить геометрические параметры горелочного устройства для работы с конкретными типами углей. Результаты расчетов выдаются в виде таблиц значений температур газовой фазы и каждой из размерных фракций угольных частиц (осредненные по площади сечения канала), а также состава газовой фазы и скоростей газа и частиц.

В третьей главе приводятся результаты расчетов процессов воспламенения различных типов углей (начиная с низкореакционных - антрациты, заканчивая высокореакционными, что необходимо для того, чтобы 10

уоедиться в достоверности получаемых результатов для широкого диапазона типов углей) и производится их сравнение с экспериментальными данными. В качестве примера на рис.5 приведено рассчитанное изменение состава газовой фазы продуктов термохимической подготовки угля, а на рис.6 -изменение среднемассовой температуры газа и размерных фракций угольной пыли. На приведенных графиках ось абсцисс направлена по длине канала

Рис.5. Объемные концентрации: 1 -Н20,2 - С02, 3 - О2, 4 - N2, 5 - СО, 6 -Н2 (параметры численного эксперимента: Тугнуйский каменный уголь (выход летучих - 45%, влажность 5%, зольность 20 %), расход угля- 2000 кг/час, диаметр канала - 0 36 м, мощность плазмотрона- 70 кВт.)

100

10

й ' 5 ^ 6 --1 i 1 1

к Ча \ \ / V —"" 1 1 !

0.6

U0

1Л

2Л

г& Хм

х,м

Рис.6. Температура: 1 - среднемас-совая газовой фазы, фракций угольной пыли (мкм)* №2 - 5 , №3 -15 , №4 - 30, №5 - 70 , №6 - 50. (параметры численного эксперимента: Донецкий антрацит (выход летучих-8%, влажность 5%, зольность 20 %), расход угля 1800 кг/час, диаметр канала - 0.4 м, Мощность плазмотрона-300 кВт).

На основе разработанного метода моделирования и созданной компьютерной программы проведено исследование влияния мощности плазмотрона, концентрации пыли в аэросмеси и влажности топлива на температуру и состав продуктов термохимической подготовки топлива.

А) Влияние мощности плазмотрона на термохимическую подготовку низкореакционного донецкого антрацита (выход летучих-8%, влажность 5%, зольность 20 %, расход угля 1500 кг/час, диаметр канала 0.4 м).

Рис. 7. Зависимость температуры факела от мощности плазмотрона. В результате моделирования найден диапазон мощности плазмотрона, достаточный для поддержания устойчивого режима горения аэросмеси на выходе из канала.

100

200

зоо

400

Р.кВт

Б) Зависимость показателей термохимической подготовки угля от концентрации пыли в аэросмеси. Численный эксперимент проведен для следующих условий: тугнуйский высокореакционный уголь (выход летучих 45%, влажность 5%, зольность 20%), расход 2000 кг/час, диаметр канала 0.36 м, мощность плазмотрона 70 кВт.

Рис.8. Зависимость объемной доли суммарного выхода СО и Н2 (горючих газов) от концентрации пыли в аэросмеси. V -объемная концентрация СО+Нг-.ц-концентрация пыли в воздухе

" 0.3 0.4 0,5 0.6 0.7 Ц, (КГ/КГ)

В) Зависимость показателей термохимической подготовки от влажности угля (донецкий антрацит, расход 2000 кг/час, диаметр канала 0.4 м, мощность плазмотрона 300 кВт).

Рис.9. Зависимость суммарного выхода горючих газов от влажности. W - влажность угля, V -объемная концентрация СО+Н2.

Расчеты показали, что при (.

влажности угля более 25% для принятых условий моделирования, количество образующихся горючих газов СО и Нг резко уменьшается. Это указывает на возможность затухания процесса горения.

Г) Зависимость показателей термохимической подготовки от скорости потока пылеугольной смеси на входе в канал. Изменение скорости потока достигалось за счет варьирования диаметра канала при прочих равных условиях.

Диаметр канала (м) 0,2 0,21 0,25 0,3 0,4

Скорость потока на входе (м/с) 44,23 40,01 28,31 19,65 11,05

Вычисления проводились для следующих условий: тугнуйский высокореакционный уголь (выход летучих 45%, влажность 5%, зольность 20%), расход 2000 кг/час, концентрация угольной пыли в аэросмеси 0.4 кг/кг, мощность плазмотрона 80 кВт.

»I

25 20 15 10 5 О

Рис.10. Зависимость суммарной концентрации горючих газов (СО + Нг) от диаметра канала.

0.30.0.92 0.34 0.36 0.3« ОМ 0.U

Выполнено сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными. Системы плазменного воспламенения были смонтированы на следующих промышленных котлоагрегатах.

1. Россия (Гусиноозерская ГРЭС) - котлы БКЗ - 640 и ТЛЕ - 215 (энергоблоки № 2,3,5,6).

2. Словакия (ТЭС Вояны) - котел «TAVICI» (энергоблок №2)

3. Китай (Шаогуанская ТЭС) - котел F -100/W (энергоблок №3)

4. Украина (Кураховская ГРЭС) - котел ТП - 109 (энергоблок №4)

В ряде проведенных испытаний и штатной работы плазменных систем были получены результаты, достаточно хорошо согласующиеся с расчетными. Экспериментальные данные по ТХПТ антрацита были получены на станциях 2-4, по тугнуйскому каменному углю - на станции 1. Так, расхождение расчетных и экспериментальных значений температуры факела нигде не превышает 12%, скорости потока на выходе из канала 8%, а концентраций продуктов ТХПТ: для СО 5%, Н2 10 % и для С0212 %. Сравнение данных приводится в работе в виде таблиц вида:

Сравнение экспериментальных (ТЭС Вояны) и расчетных результатов

для термохимической подготовки антрацита

Характеристики процесса Эксперимент Расчет

№ Расход угля, (т/час) И, кг\кг N, кВт т, С° Объемная доля, (%> Т Объемная доля, (%)

СО н2 СО! СО н2 С02

1 2.0 0.4 200 390 — — ... 402 — — 2.1

2 2.0 0.4 300 1430 31.2 9,0 2,1 1410 30.1 8.2 —

3 2.0 0.4 400 1522 33.4 9,9 1,2 1491 33.7 8,4 —

В таблице: ц-концентрация угольной пыли , N - мощность плазмотрона , Т-температура.

Учитывая сложность рассмотренных плазменных двухфазных процессов ТХПТ в многокомпонентных гетерогенных системах , такое расхождение между расчетом и экспериментом следует признать удовлетворительным, а саму математическую модель адекватно отражающей основные закономерности плазменной ТХПТ.

На основании проведенных расчетов сформулированы технологические рекомендации для проектирования плазменно-угольных горелок

Проведение численных исследований плазменных процессов безмазутного воспламенения пылеугольного топлива с использованием разработанной математической модели позволяет "априори" определить неочевидные особенности процессов ТХПТ и основные параметры плазменно-угольных горелок и уже на этой основе предложить технологические рекомендации для их проектирования. Программная реализация разработанной математической модели позволяет рассчитать поля температур и скоростей газа и частиц, концентраций реагентов внутри канала и его длину, необходимую для завершения в нем процессов ТХПТ.

Выводы

1. Разработан метод численного исследования процессов плазменного воспламенения и ТХПТ к сжиганию, основанный на использовании математической модели, учитывающей мультифракционность и характер взаимодействия пылеугольной аэросмеси с внутренним плазменным источником, впервые позволившей объяснить факт возможности растопки котлоагрегата с помощью плазмотрона, мощность которого составляет 0,53% от тепловой мощности котлоагрегата.

2. Решение системы нелинейных дифференциальных уравнений математической модели, описывающих движение, нагрев и термохимические превращения топлива и окислителя, реализовано в виде компьютерной программы "Плазма-муфель", позволяющей для конкретного набора исходных данных рассчитывать основные параметры плазменно-угольных горелок при их проектировании.

3. Проведенный комплекс численных экспериментов для процессов плазменного воспламенения основных энергетических углей (бурых, каменных и антрацитов) в прямоточных плазменно-угольных горелках при варьировании рядом управляющих параметров (электрическая мощность и число плазмотронов, концентрация пыли в аэросмеси и влажность топлива) выявил ряд основных закономерностей и особенностей процесса ТХПТ.

4. Обнаружены и теоретически объяснены следующие явления: слабая зависимость параметров устойчиво горящего пылеугольного факела от мощности плазмотрона в горелке; резкое затухание факела при уменьшении мощности плазмотрона ниже минимально допустимой критической 14

величины; незначительное влияние на температуру и концентрацию продуктов ТХПТ повышения мощности плазмотрона больше некоторой предельной величины; получила объяснение высокая энергетическая эффективность плазменных методов термохимической подготовки по сравнению с традиционными.

5. Проведено сравнение опытных и расчетных данных для температур, скоростей и концентраций основных компонентов в процессе плазменного воспламенения энергетических углей на ряде ТЭС России, Украины, Словакии и Китая. Полученные расхождения эксперимента и расчета не превышают 15%, что свидетельствует об удовлетворительном согласии математической модели и ее программной реализации с реальными процессами плазменного воспламенения углей.

6. Созданные программные средства использовались для проектирования промышленных плазменно-угольных горелок в Отраслевом Центре плазменно-энергетических технологий РАО ЕЭС России в 2000-2003 г.г.

J Список публикаций по теме диссертации

1. Математическое моделирование плазмохимической переработки углей /Е.И. Карпенко, А.Б. Устименко, Б.Г. Трусов, A.B. Мессерле //Прикладные аспекты химии высоких энергий: Материалы 1-ой Всероссийской конференции. М., 2001. -С.99-100.

2. Математическое моделирование плазменной термохимической подготовки твердых топлив к сжиганию в энергетических котлах /Е.И. Карпенко, B.C. Перегудов, A.B. Мессерле и др. //Горение и плазмохимия: Труды I Международного симпозиума. -Алматы, 2001 .-С. 107-110.

3. Плазменное воспламенение высокозольных углей в котле блока 210 МВт /B.C. Перегудов, М.М. Полячек, С.Н. Левченко и др. //Материалы III Международной научно-технической конференции. -Улан-Удэ,2000. - С.79-84.

4. Применение плазменной технологии безмазутной растопки котлов и подсветки пылеугольного факела на энергоблоке 210 МВт Кураховской ТЭС /B.C. Перегудов, М.М. Полячек, С.Н. Левченко и др. //Сборник научных трудов ВСГТУ,- (Выпуск 8, Т.З). - (Улан-Удэ).- 2000. -С.223-228.

5. Камера термохимической подготовки топлива для системы плазменного воспламенения пылеугольного факела в энергетических котлах /Е.И.Карпенко, B.C. Перегудов, A.B. Яковенко и др. //Сборник научных трудов ВСГТУ.- Улан-Удэ,2001. - С.161-167. (Юбилейная конференция,посвященная 300-летию инженерной науки в России.)

15

6. Камера термохимической подготовки как основной элемент системы плазменного воспламенения углей на ТЭС /Е.И. Карпенко, B.C. Перегудов, A.B. Яковенко, A.B. Мессерле //Теплоэнергетика. Физико-технические и экологические проблемы, новые технологии, технико-экономическая эффективность: Сборник научных трудов /Под ред. В.Е. Накорякова (Новосибирск).-2001.-Вып.5-С.158-163.

7. Карпенко Ю.Е., Мессерле A.B. Математическое моделирование процессов термохимической подготовки пылеуголышх топлив к сжиганию в горелочных устройствах с плазменным источником //Материалы 3 международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии-Иваново, 2002.-С. 183-186.

8. Мессерле A.B. Математическое моделирование процессов термохимической подготовки пылеугольных топлив к сжиганию в горелочных устройствах с плазменным источником //Химия Высоких Энергий .-2003 .-№ 1 .-С. 3 5

9. Исследование СВЧ-плазменной технологии сжигания низкосортных углей /В.И. Казанцев, Д.М. Ваврив, П.М. Канило и др. //Теплоэнергетика. - 2002. - №12. - С.39-44.

10. Мессерле A.B. Численное исследование процессов плазмохимической подготовки пылеугольных топлив к сжиганию //Горение и плазмохимия.-2003.-№1 .-С.42-49.

Подписано к печати Заказ № 52. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз.

Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана

löoGb

Ъ713

» - 37 1 9

i

f

?

Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы повышения эффективности использования низкосортных углей в ' теплоэнергетике и методов математического моделирования процессов термохимической подготовки топлив (ТХПТ) к сжиганию

1.1 Проблема увеличения потребления второго вида топлива на пылеугольных ТЭС

1.2 Суть термохимической подготовки топлив к сжиганию

1.3 Алло-автотермический характер преобразования топлив

1.4 Известные математические модели процессов взаимодействия пылеугольного топлива с внутренним тепловым источником

Глава 2. Физическое и математическое моделирование процессов ТХПТ

2.1. Физическая модель процесса

2.2. Термодинамическое обоснование эффективности процесса термохимической подготовки энергетических углей к сжиганию

2.3. Принятые допущения и параметры математической модели термохимической подготовки топлив. 2.4 Математическая модель термохимической подготовки топлива 49 2.5. Алгоритм численного решения уравнений математической модели. 51 2.6 Программа, реализующая математическую модель, и ее особенности

Глава 3. Результаты моделирования и их сравнение с экспериментальными данными по плазменному воспламенению пылеугольного топлива

3.1 Исследование влияния мощности плазмотрона, концентрации пыли в аэросмеси , скорости потока и влажности топлива 68 на температуру и состав продуктов ТХПТ

3.2 Сравнение результатов расчетов с опытными данными

3.3 Технологические рекомендации для проектирования плазменноугольных горелок

Выводы

В последние десятилетия значительное внимание в мире уделяется повышению эффективности и экологической безопасности котельных агрегатов пылеугольных тепловых электрических станций (ТЭС), вырабатывающих более 40% электрической и тепловой энергии. Общемировая тенденция снижения качества энергетических углей приводит к увеличению доли использования непроектных топлив, т.е. углей с отличными от проектных характеристиками. При этом ухудшаются как экономические, так и экологические показатели работы котл о агрегата. В соответствии с этим большую актуальность приобретает разработка новых технологий эффективного сжигания твердых топлив, независимо от их качества [1-3]. Одной из таких перспективных технологий, уже внедренной на ряде угольных станций России и зарубежных стран, является термохимическая подготовка топлива к сжиганию с использованием генератора низкотемпературной плазмы (плазмотрона). Эта технология позволяет полностью устранить использование мазута, традиционно используемого как для стабилизации горения пылеугольного факела, так и для растопки котл о агрегата. В нашей стране внедрением плазменной технологии на угольных станциях занимается ряд организаций: Отраслевой Центр плазменно-энергетических технологий (ОЦ ПЭТ) РАО «ЕЭС России» (Гусиноозерск, Е.И. Карпенко); Институт теплофизики СО РАН (Новосибирск, А.П.Бурдуков); Институт теоретической и прикладной механики СО РАН (Новосибирск, И.М.Засыпкин); Новосибирский государственный технический университет (Новосибирск, Г.В. Ноздренко, Ю.А.Овчинников); Всероссийский теплотехнический институт (Москва, С.И.Сучков, А.Г.Тумановский); Красноярский политехнический институт (Красноярск, Н.А.Сеулин, Ю.В.Видин); Всероссийский заочный политехнический институт (Москва, М.Х.Ибрагимов, Е.М.Марченко); Дальневосточный государственный университет (Владивосток, И.А.Штым); Сибирский энергетический научно-технический центр (СибЭНТЦ) (Новосибирск, С.Г.Потапов).

Несмотря на принципиально решенные вопросы практической реализации этой технологии на отдельных ТЭС, ее распространение в масштабах страны встречает трудности из-за большого разнообразия конструкций котлоагрегатов. Это требует индивидуального подхода к выбору параметров устройств термоподготовки топлив. Однако экспериментальное изучение реальных топочных процессов и проведение испытаний растопочного оборудования характеризуется чрезвычайно высокой стоимостью, несмотря на внешнюю простоту самого горелочного устройства. Самая простая схема оснащения прямоточной горелки плазмотроном приведена на рисунке 1.1 [1].

Рис. 1.1. Схема системы плазменного воспламенения угольной пыли

1 - плазмотрон, 2 - катод, 3 - анод, 4 - зона реакций, 5 - огнеупорный материал (керамика, жаропрочный бетон), 6 - внешняя стенка канала, 7 -стенка котлоагрегата, 8 - топка котлоагрегата, 9 - подача плазмообразующего газа, 10 - подача аэросмеси (взвеси частиц угля в воздухе)

В связи с вышесказанным, актуальной становится задача создания такой математической модели, которая позволила бы осуществить серийные расчеты параметров процессов термоподготовки топлива [2], необходимые для проектирования горелочного устройства, использующего электродуговой плазмотрон. На основе математической модели должен быть создан комплекс компьютерных программ, достаточно точных и одновременно универсальных для проведения вычислительных экспериментов по моделированию всей совокупности процессов, происходящих в горелке [3-5]. Математический аппарат, позволяющий с достаточной для практических потребностей точностью проводить определение конкретных параметров горелочного устройства, оснащаемого плазмотроном, до сих пор не создан. Это обусловлено высокой сложностью и разнообразием взаимосвязанных разномасштабных (по времени) процессов переноса вещества, импульса и энергии при сжигании природного топлива, и практически все существующие горелочные устройства были спроектированы после длительной экспериментальной отработки [6-13].

Целями работы в соответствии с указанной проблематикой, явились: разработка физической и математической моделей распространения реагирующей пылеугольной смеси в прямоточной горелке с плазменным источником , учитывающей особенности взаимодействия угольно-воздушной смеси со струей плазмы; создание на этой основе нового программного комплекса для численного моделирования такого процесса.; проведение детальных численных исследований с вариацией параметров и сравнение их результатов с опытными данными; разработка технологических рекомендаций для проектирования систем плазменного воспламенения.

В силу большой сложности этих задач для упрощения (необходимого для уменьшения времени вычислений) в модели был предпринят переход от трехмерного описания распространения реагирующей смеси внутри горелки к одномерному с помощью введения ряда эмпирических зависимостей, позволяющих в первую очередь учитывать перемешивание гетерогенных потоков разной температуры, состава и запыленности.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В настоящее время разработаны различные технологии - в том числе и плазменные, повышающие эффективность топливоиспользования. Использование электродуговой плазмы для термохимической подготовки углей во многих случаях более эффективно, чем традиционные методы (термохимическая подготовка угля с помощью резисторных нагревателей, СВЧ-поля , сжигание в "кипящем" слое и др.) Устройства с плазменным источником обладают высоким термическим КПД, характеризуются значительной концентрацией энергии. При плазмохимической переработке углей значительную роль могут играть реакции с участием ионов и радикалов. Кинетика химических процессов, протекающих при плазмохимических превращениях сложных органических веществ, мало изучена. Также практически не изучено взаимное влияние физических и химических процессов.

Между тем, понимание этих явлений необходимо для развития новых технологий, особенно тех, которые находятся на стадии реализации или используются в промышленности. В этой связи особую актуальность приобретает математическое моделирование процессов термохимической подготовки топлив к сжиганию, сочетаемое с термодинамическим анализом многокомпонентных гетерогенных систем, позволяющим до опыта получить предельные значения параметров исследуемого процесса и другие исходные данные для кинетической модели процесса [16-22,27].

Цель диссертации состоит в разработке физической и математической моделей распространения реагирующей пылеугольной смеси в прямоточной горелке с внутренним плазменным источником, учитывающей особенности взаимодействия угольно-воздушной смеси со струей плазмы; создании методики расчета процессов термохимической подготовки пылеугольных топливных смесей с использованием математической модели нагрева, кинетики превращений и движения смеси; проведении параметрических численных анализов и сравнение их с опытными данными; разработке технологических рекомендаций для проектирования горелочных устройств.

Научная и практическая ценность работы: разработанный в работе метод расчета может быть использован для быстрого и достаточно надежного расчета процессов движения и нагрева угольных частиц; для исследований кинетических закономерностей процессов термохимической подготовки топлив к сжиганию, с целью определения оптимальных параметров процесса; для проектирования горелочных устройств, использующих плазмотроны, а также задач, связанных с охраной окружающей среды. С помощью программы, реализующей созданную математическую модель, был осуществлен расчет ряда горелочных устройств, разработанных и испытывавшихся в Отраслевом центре плазменно-энергетических технологий РАО ЕЭС России и внедренных на Кураховской ТЭС (Украина) и ТЭС «Вояны» (Словакия).

На защиту выносятся: математическая модель, позволяющая осуществлять серийные расчеты процессов термоподготовки и горения угля в цилиндрическом канале; результаты термодинамических исследований процесса термохимической подготовки топлива с помощью разработанной программы, реализующей созданный алгоритм; результаты численных расчетов по математической модели нагрева, движения, теплообмена и кинетики термохимических превращений аэросмеси (угольная пыль + воздух) в цилиндрическом канале с плазменным источником.

Апробация работы

Результаты исследований по теме диссертации обсуждались на III Международной научно-технической конференции «Плазменно-энергетические процессы и технологии» (Улан-Удэ, 2000г.), первом Международном симпозиуме «Горение и плазмохимия» (Алма-Ата, 2001г.), научной конференции «Новые технологии», посвященной 300-летию инженерной науки в России (Улан-Удэ, 2001 г.), I Всероссийской конференции «Прикладные аспекты химии высоких энергий» (Москва, 2001г.), III Международном симпо-зиуме по теоретической и прикладной плазмохимии (Плес, 2002г.), научно-методических семинарах МГТУ им. Н.Э.Баумана (Москва), Отраслевого Центра плазменно-энергетических технологий РАО ЕЭС России (Гусиноозерск), Института проблем горения (Алма-Ата) и Новосибирского государственного технического университета (Новосибирск), проведенных в 1998-2005 гг.

Структура и объем диссертации

Текст диссертации объемом 117 страниц состоит из введения, 3 глав, заключения, приложения, 48 рисунков, списка цитированной литературы из 125 наименований.

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод численного исследования процессов плазменного воспламенения и термохимической подготовки топлив к сжиганию, основанный на использовании математической модели, учитывающей мультифракционность и характер взаимодействия пылеугольной аэросмеси с внутренним плазменным источником, впервые позволивший объяснить факт возможности растопки котлоагрегата с помощью плазменного источника мощностью на порядки меньшей мощности последнего (0.5-3%).

2. Решение системы нелинейных дифференциальных уравнений математической модели, описывающих движение, нагрев и термохимические превращения топлива и окислителя , реализовано в виде компьютерной программы «Плазма -муфель», позволяющей при задании конкретного набора исходных данных рассчитать основные параметры плазменно-угольных горелок при их проектировании.

3. Проведенный комплекс численных исследований ЭТХПТ основных энергетических углей (бурых, каменных и антрацитов) в прямоточных плазменно-угольных горелках при варьировании электрической мощностью, концентрацией пыли в аэросмеси и влажностью угольной пыли, выявил основные закономерности, показатели и особенности процесса, важные при проектировании устройств плазменной термоподготовки топлив.

4. Обнаружены и теоретически объяснены следующие явления:

-слабая зависимость параметров устойчиво горящего пылеугольного факела от мощности плазмотрона в горелке.

-резкое затухание факела при уменьшении мощности плазмотрона ниже минимально допустимой критической величины.

-незначительное влияние на температуру и концентрацию продуктов ТХПТ повышения мощности плазмотрона больше некоторой предельной величины.

-получила объяснение высокая энергетическая эффективность плазменных методов термохимической подготовки по сравнению с классическими.

5. Построены обобщенные зависимости температуры продуктов и суммарного выхода горючих газов при ТХПТ от мощности плазмотрона, концентрации и влажности угольной пыли и скорости движения пылевоздушной смеси внутри канала.

6. Проведено сравнение опытных и расчетных данных для температур, скоростей и концентраций основных компонентов в процессе плазменного воспламенения энергетических углей на ряде ТЭС России, Украины, Словакии и Китая. Полученные расхождения опыта и расчета не превышают 15%, что свидетельствует об удовлетворительном согласии математической модели и ее программной реализации с реальными процессами плазменного воспламенения углей.

7. Созданные программные средства использовались для проектирования промышленных плазменно-угольных горелок в

Отраслевом Центре плазменно-энергетических технологий РАО ЕЭС

России в 2000-2005 гг.

1. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Введение в плазменно-энергетические технологии использования твердых топлив. Новосибирск: Наука, 1997.- 137с.

2. Kalinenko R.A., Levitsky A.A., Polak L.S. Pulverized coal plasma gasification // Plasma Chem. & Plasma Processing. 1993.-Vol. 13, №. 1. P. 141—147.

3. Карпенко Е.И., Трусов Б.Г. Сравнительный анализ энергетической эффективности плазменных и огневых технологий воспламенения // Теплофизика и аэромеханика-1995.-Т.2, №3. -С.289-294.

4. Трусов Б.Г., Синярев Г.Б. Равновесная термодинамика многокомпонентной плазмы // Изв. Сибирского отд. АН СССР. -1984. -№10.-Вып.2.-85 с.

5. Полак JI.C., Гольденберг М.Я., Левицкий A.A. Вычислительные методы в химической кинетике. М.:Наука,1984. - 280 с.

6. Об интенсификации термохимических превращений угля /М.Ф. Жуков, Е.И. Карпенко, С.Л. Буянтуев, Д.Б. Цыдыпов //Энергетик. -1994.-№9.-С. 15-16.

7. Pat.№ 1585943 (B).Pulverised coal heated igniter system. Blackbourn P.R., 1982.-№3.

8. Титов С.П., Бабий В.И., Барабаш B.M. Исследование образования NOx из азота топлива при горении пыли каменных углей // Теплоэнергетика. — 1980.-№ 3. С. 64-67.

9. Pfender Е., Zee Y.C., Chyou Y.P. Particle dynamics and particle heat andmass transfer in thermal plasmas //Plasma Chemistry and plasma processing. 1985.-Vol. 5, № 4. - P. 391-413.

10. Бабий В.И., Куваев Ю.Ф. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела. -М.: Энергоатомиздат, 1986.-208 с.

11. Сакипов З.Б, Трусов Б.Г. Удельные энергозатраты при высокотемпературной газификации низкосортных углей. //Известия СО АН СССР. Серия технических наук-1988. Вып. 5, № 18.-С. 95-98.

12. Карпенко Е.И., Устименко А.Б., Мессерле В.Е. Математическая модель процессов воспламенения, горения и газификации пылеугольного топлива в устройствах с электрической дугой // Теплофизика и аэромеханика. 1995.-№ 2- С. 173-187.

13. Теория топочных процессов /Г.Ф. Кнорре, К.М. Арефьев, А.Г. Блох и др.-М-JI.: Энергия, 1966.-491 с.

14. Экспериментальное исследование процессов плазменной переработки углей /З.Б. Сакипов, Ш.Ш. Ибраев, Т.М. Сейтимов и др. //Вопросы эффективного сжигания энергетических углей-М.: ЭНИН, 1984.-С. 93-107.

15. Плазменная газификация углей с утилизацией минеральной части. /М.И. Вдовенко, Ш.Ш. Ибраев, В.Е. Мессерле и др. -М.: ЭНИН, 1987.-С. 59-71.

16. Левицкий А.А. Математическое моделирование плазмохимических процессов //Плазмохимия. М.: ИНХС АН СССР, 1989,- С. 180-226.

17. Coyal A., Gidaspow D. Modelling of entrained of flow coal hydropyrolysis reactors //Ind. Eng. Chem. Process Des.Dev. 1982.-Vol. 21. -P. 611-632.

18. Smoot L.D., Pratt D.Y. Pulverized coal combustion and gasification. //New York: Plenum press, 1979.-21 Op.

19. Полак JI.C., Калиненко P.A. Физико-химические основы плазмохимической переработки твердых топлив //Плазменная газификация и пиролиз твердых топлив. -М.: ЭНИН, 1987.-С. 21-39.

20. Бухман С.В., Иманкулов Э.Р. Исследование влияния соотношения первичного и вторичного воздуха на зажигание пылеугольного факела //Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. (Алма-Ата).-1974.-Вып. 10.-С. 3-7.

21. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов /Г.Б.Синярев, Н.А. Ватолин, Б.Г. Трусов, Т.К. Моисеев.-М.: Наука, 1982.- 263с.

22. Ватолин Н.А., Трусов Б.Г., Моисеев Г.К. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. — М. :Металлургия, 1994. 352 С.

23. Solomon P.R., Hamblen D.C., Carangelo R.M. Coal thermal decomposition in an entrained now reactor experiments and theory //19-th Symposium International on Combustion: (Proceeding)-Pittsburgh, 1982.-P. 1139-1149.

24. Калиненко P.A., Кузнецов А.П., Левицкий A.A. Активация горения низкосортного угля продуктами его высокотемпературной газификации //Плазменная активация горения углей. Алма-Ата: КазНИИЭ, 1989.-С. 49-62.

25. Suuberg Е.М., Peters W.A., Howard I.B. Product composition and kinetics of lignite pirolysis //Ind. Eng. Chem.Process Des. Dev. 1978. -Vol. 17, № 1.-p. 37-46.

26. Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. М.: Энергоатомиздат, 1987.-С.144.

27. Сакипов З.Б., Трусов Б.Г. Определение стандартной теплоты образования , равновесного состава продуктов и удельных энергозатрат при термической переработке топлив //Химия твердого топлива. 1989.- №6. С.72-76.

28. Полак JI.C., Гольденберг МЛ., Левицкий A.A. Вычислительные методы в химической кинетике. -М.: Наука, 1984. 280 С.

29. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание; В 4 томах под.ред. В.П. Глушко.-М.:Наука,1978.Т.1- 352 с.

30. Плазмохимическая переработка угля /P.A. Калиненко, М.Ф. Жуков, A.A. Левицкий, Л.С. Полак. М.:Наука, 1990. - 200 с.

31. Бритвин О.В. О мерах совершенствования топливной политики в электроэнергетике на перспективный период : доклад на НТС РАО ЕЭС России и научного совета РАН .-М.:ВТИ.- 2000.-б/с.

32. Бритвин О.В., Берсенев А.П. Некоторые основные итоги работы тепловых электростанций АОэнерго в 1999 г. //Электрические станции.- 2000. №6. - С.7-11.

33. Говелевич А.П., Алеминский P.E. Об использовании непроектных углей на тепловых электростанциях //Энергетик, 1997. - №7. — С. 11—12.

34. Информационное письмо департамента электрических станций и департамента стратегии развития и научно- технической политики РАО ЕЭС России //Энерго-пресс. 18.06.99. -№24(238).

35. Вольберг P.E. Современное состояние и перспективы развития энергетики мира //Теплоэнергетика. 1999.- №8. - С.5-13.

36. Бычков A.M. Внедрение чистых угольных технологий в энергетику России //Плазменно-энергетические процессы и технологии: Материалы

37. I Международной научно-технической конференции. — Улан-Удэ, 2000,- С. 14-20.

38. О безмазутной растопке пылеугольных котельных агрегатов ТЭС /A.M. Пронин, A.A. Фелькер, А.И. Новиков и др. //Электрические станции. 2000,- №5. - С.25-30.

39. Шульман А.И. Предварительная термическая подготовка топлива как реальный способ технологического и экологического совершенствования пылеугольных котлов //Электрические станции. — 2000,- №6. -С. 16-19.

40. Проблемы внедрения безмазутной растопки котлов, сжигающих канско-ачинские угли /H.A. Сеулин, В.М. Иванников, Ю.В. Видин и др. //Электрические станции. — 2000.- №6. — С.29-31.

41. Экспериментальное исследование модели устройства для термической подготовки топлива на пылеугольных ТЭС /Ю.В. Ибрагимов, Ю.В. Марченко, Б.Г. Тувальбаев и др. //Изв. вузов. Энергетика. 1987.- №6. -С. 62-65.

42. Электротермохимическая подготовка низкореакционных углей. Математическая модель и эксперимент /P.A. Калиненко, A.A. Левицкий, А.Б. Устименко и др. //Химия высоких энергий. 1990. - Т.24,-№3. -С.272-277.

43. Плазменный розжиг и стабилизация горения факела донецкого АШ /З.Б. Сакипов, Э.Р. Иманкулов, Т.М. Сейтимов и др. //Теплоэнергетика. 1990. -№1. - С.51-53.

44. Носач В.Г., Чмель В.Н., Прохоренко К.К. Интенсификация сжигания низкосортных углей в парогенераторе //Плазменная активация горения. -Алма-Ата: КАЗНИИЭ, 1989.- С. 21-31.

45. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива. -Москва: Изд-во АН СССР. 1958-358с.

46. Сакипов З.Б., Синярев Г.Б., Трусов Б.Г. Термодинамический анализ плазмохимической переработки углей //Химия высоких энергий. — 1985. Т. 19, №2. - С.160-163.

47. Бабий В.И., Вербовецкий Э.Х., Артемьев Ю.П. Горелка с предварительной термоподготовкой угольной пыли // Теплоэнергетика. 2000. - № 10.-С. 33-38.

48. Pat. № 1585943 (В). Pulverised coal heated igniter system /Blackburn P.R.-1982.

49. Лыков A.B. Теория теплопроводности М.:Высшая школа., 1966. -599с.

50. Клеткинс К. Применение технологии трехступенчатого сжигания для подавления NOx на твердотопливных котлах в Европе и СНГ. //Европейская комиссия по энергетике и транспорту: Вступительный доклад. М.: РАО ЕЭС России. - 2000. - С. 4-17.

51. Эколого-экономическая эффективность плазменных технологий переработки твердых топлив /Е.И. Карпенко, Н.М. Журавель, В.Н. Чурашев и др. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. РАН, 2000. - 159с.

52. Leshock Christopher. Prospects of Coal-Fired Thermal Power Plants in USA. //Power Engineering. International. 2000. - V. 8, № 4. - P. 18-22.

53. Blackburn P.R. Ignition of Pulverised Coal with Arc Heated Air //Energy. 1980. - Vol. 8, № 3. - P. 98-99.

54. Сакипов З.Б., Мессерле В.Е., Ибраев Ш.Ш. Электротермохимическая подготовка угля к сжиганию Алматы: Наука, 1993. - 259с.

55. Messerle V.E., Peregudov V.S. Ignition and Stabilisation of Combustion of Pulverised Coal Fuels by Using Thermal Plasma //Investigation and Design of Thermal Plasma Technology (Cambridge Interscience Publishing).-London, 1995. Vol. 2. - P. 323-343.

56. Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела /Под ред. Мессерле В.Е. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. РАН, 1996.-604с.

57. Устименко А.Б. Термохимическое взаимодействие низкотемпературной плазмы с пылеугольным потоком //Тезисы докладов XI Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы (20-23 июля 1989 г.). Новосибирск, Ч. II.-, 1989,-С. 201-202.

58. Карпенко Е.И. , Мессерле В.Е. Плазменно-энергетические технологии топливоиспользования. Новосибирск:Наука. Сиб. предприятие РАН, 1998, Т. 1. Концепция и расчетно-теоретические исследования плазменно-энергетических технологий. 385с.

59. Borodyanski G., Chudnovski В. Activated Combustion and Inhibition of Prompt NOx. //Proc. 9th Annual Symposium, Israel Section of the Combustion Institute, Ber-Sheva. 1994. - P. 53-54.

60. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Плазменно-энергетические технологии использования твердых топлив. Энциклопедиянизкотемпературной плазмы /Под ред. В.Е. Фортова М.: Наука, 2000.Т. 4.-С. 359-370.

61. Ustimenko A., Lockwood F., Karpenko E. Plasma Complex Processing of Power Coals. //Proceeding of the Sixth International Conference on Technologies and Combustion for a Clean Environment «Clean Air».- Porto. (Portugal), 2001.- Vol. III.- P. 1473-1480.

62. Lesinski I., Baronnet I. M., Meillot E. Modelling of plasma entrained-bed coal gasifiers //International Symposium on plasma Cmemistry.-Eindchoven, 1985. -P.261-266.

63. Сакипов З.Б., Иманкулов Э.Р., Ибраев Ш.Ш. Плазменная технология стабилизации горения низкосортных пылевидных топлив //XI Всесоюзная конференция по генераторам низкотемпературной плазмы: Тезисы докладов Новосибирск, 1989-Ч.2.- С. 245-246.

64. Pelmutter D.D. Stability of chemical reactors, Englewood Oliffs, (New Jersey) Prentice Hall Inc.- 1972.- 38lp.

65. Сакипов З.Б. Плазменная термохимическая подготовка твердых топлив к сжиганию // Тезисы докладов 1 Межвузовской научно-технической конференции по воспламенению и сжиганию топлив. Николаев, 1989,- С. 11-13.

66. Калиненко P.A. Сакипов З.Б., Устименко А.Б. Математическое моделирование плазменной газификации низкосортных углей и сравнение расчета с экспериментом. Красноярск: КАТЭК НИИ Уголь, 1991.- С. 119-124.

67. Плазменная технология воспламенения и стабилизации горения низкосортных углей /З.Б. Сакипов, Т.М, Сейтимов, А.Б. Устименко и др. //Тезисы докладов Симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии.-Рига, 1991,- С. 361-363.

68. Dyjakon A., Kordylewski W. Ignition of pulverized coal flame with plasma //Proc. of IXBoiler Conference'2002.-Gliwice, 2002-P. 165.

69. Plasma Technology of Ignition and Stabilisation of Combustion of Infeior Coal /Z.B. Sakipov, Sh. Sh. Ibraev, T.M. Seitimov and others //International Symposium of Theoretical and Applied Aspects of Plasma Chemistry Riga, 1991,- P. 119.

70. Мансуров 3.A., Устименко А.Б., Мироненко A.B. Технология плазмохимической переработки твердых топлив //Прикладные аспекты химии высоких энергий: Материалы 1-й Всероссийской конференции-Москва, 2001,-С.104-105.

71. Математическое моделирование плазмохимической переработки углей /Е.И. Карпенко, А.Б. Устименко, Б.Г. Трусов, A.B. Мессерле //Прикладные аспекты химии высоких энергий: Материалы 1-ой Всероссийской конференции. M., 2001.-С.99-100, С. 107-105.

72. Плазменная экспериментальная установка для получения синтез-газа из энергетических углей /З.А. Мансуров, С.С. Тютебаев, В.Г. Лукьященко и др. //Горение и плазмохимия: Труды I Международного симпозиума. Алматы, 2001.-С.104-106.

73. Карпенко Е.И. Плазменные технологии топливоиспользования как средство повышения реакционной способности энергетических углей впроцессах горения //Горение и плазмохимия: Труды I Международного симпозиума. Алматы, 2001 .-С. 13 8-140.

74. Карпенко Е.И., Устименко А.Б. Плазмохимическая переработка низкосортных твердых топлив //Горение и плазмохимия: Труды I Международного симпозиума. Алматы, 2001 - С. 141-143.

75. Новые материалы и технологии. Экстремальные технологические процессы /М.Ф. Жуков, В.А. Неронов, В.П. Лукашев и др. -Новосибирск: Наука, 1992. -288с.

76. Ibraev Sh.Sh., Frolov V.A., Pukhov A.V. Syngas Production by Plasma Coal Gasification Process //Journal of High Temperature Chemical Processes. (Paris).- 1992.-V. l.-P. 51-55.

77. Zhukov M.V., Peregudov V.S., Solonenko O.P. Thermal Plasma Technology of Rational Coal Combustion with Simultaneous Improvement of Ecological Characteristics //Proceedings of Japanese Symposium on Plasma Chemistry. -Osaka, 1992.-P. 283-290.

78. Мессерле A.B., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование процесса плазменной термоподготовки топлив //Плазменно-энергетические процессы и технологии: Материалы III Международной научно-технической конференции. Улан-Удэ, 2000. - С.99-102.

79. Плазменное воспламенение высокозольных углей в котле блока 210 МВт /B.C. Перегудов, М.М. Полячек, С.Н. Левченко, С.Г. и др. //Материалы III Международной научно-технической конференции. -Улан-Удэ,2000. С.79-84.

80. Электротермохимическая переработка углей. Математическая модель и эксперимент /P.A. Калиненко, A.A. Левицкий, А.Б. Устименко и др. // Химия высоких энергий. 1990. - Т.24,№2.-С. 176-182.

81. Мессерле В.Е., Ибраев Ш.Ш. Проблема эффективного использования низкосортных твердых топлив при минимальном отрицательном воздействии на окружающую среду //Энергетика и топливные ресурсы 1992 - № 2- С. 21-25.

82. Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л., Ибраев Ш.Ш. Плазмоэнергетические процессы и аппараты в решении природоохранных задач .- Улан-Удэ: Бурятский научный центр СО РАН, 1992. 87с.

83. Sakipov Z.B., Ustimenko A.B. Modeling of Thermochemical Interaction of Plasma Oxidizer. Stream with Fine-Dispersed Coal with Accound

84. Generation Sulphur and Nitrogen Oxides //Proceeding of the International Symposium on Electrical Contacts, Theory and Applications (ISESTA'93). -Almaty (Kazakhstan), 1993.-P. 127-135.

85. Dyjakon A., Kordylewski W. The influence of electric field on the ignition of pulverized coal //Proc. of 17th International Symposium on Combustion Processes Poznan, 2001, P. 234.

86. Мессерле B.E. Состояние и перспектива освоения плазменных технологий безмазутного воспламенения углей в энергетике //Труды II Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии (ISTAPS-95).-Иваново, 1995,-С. 192-195.

87. Устименко А.Б., Карпенко Е.И., Сакипова Ш.Е. Математическая модель плазменного воспламенения пылеугольного факела для безмазутной растопки энергетических котлов //Теплофизика и аэромеханика.- 1995. № 3С. 289-294.

88. Карпенко Е.И., Устименко А.Б. Математическая модель процессов воспламенения, горения и газификации пылеугольного топлива в устройствах с электрической дугой //Теплофизика и аэромеханика-1995.- №2.-С. 173-187.

89. Karpenko E.I., Ustimenko A.B. Mathematical Model of the Process of Ignition, Combustion and Gasification of Pulverized Coal Fuel in the Electric Arc Devices //Thermophysics and Aeromechanics. -1995. Vol. 2, № 2 - P. 151-165.

90. Karpenko E.I., Buyantuev S.L. The Present-day State and Outlooks of Using Plasma-energy Technologies in Heat Power Industry //Proceedings of10th Symposium of Yugoslav Society of Thermal Engineers «YUTEM 97».— Belgrad, 1997,-P. 51-53.

91. Лебедев Ю.А., Карпенко Е.И. Введение в плазмохимию использования топлив (курс лекций).-Улан-Удэ: ВСГТУ, 2000.- 220с.

92. Карпенко Е.И., Устименко А.Б. Математическое моделирование процессов воспламенения, горения и газификации пылеугольного потока в плазменных устройствах. Улан-Удэ, 1995.-33 С. (Препринт ВСГТУ)

93. Дьяков А.Ф., Карпенко Е.И. Плазменно-энергетические технологии и их место в теплоэнергетике //Теплоэнергетика 1998. .-№ 6- С. 25-30.

94. Сакипов З.Б., Ибраев Ш.Ш. Плазменная технология воспламенения и стабилизации горения низкосортных углей //Химия высоких энергий.-1992.-Т.26, №3.-С.279-281.

95. Перегудов B.C., Энгелыпт B.C., Жуков М.Ф. Розжиг и стабилизация горения пылеугольных топлив низкотемпературной плазмой //Известия СО РАН. Энергетика-1993.-№ 2.-С. 27-31.

96. D'yakov A.F., Karpenko E.I., Plasma-Energy Technologies and Their Importance in Thermal Engineering //Thermal Engineering. 1998. - № 6. -P.467-472.

97. Исследование и опыт эксплуатации системы безмазутной растопки котла на ГО ГРЭС /Е.И. Карпенко, C.J1. Буянтуев, B.C. Перегудов, С.Б. Дудченко и др. //Энергетика, информатика и плазменные технологии: Труды научной конференции Улан-Удэ, 1997.- С. 92-100.

98. Karpenko E.I., Buyantuev S.L. The Present-day State and Outlooks of Using Plasma-Energy Technologies in Heat Power Industry //Termotehnika. 1998.-№ 4. -P. 407-411.

99. Hertzberg M., Conti R.S. Spark ignition energies for dust-air mixtures: temperature and concentration dependence //Proceedings of 20th Symposium (Int.) on Combustion-Pittsburgh, 1984, P. 1681.

100. Karpenko E.I., Peregudov V.S. Plasma Thermochemical Preparation of Coals for Reduction in Fuel-Oil Consumption at Coal-Fired TPS // Thermal Engineering. 2002. - № 1. - P. 25-29.

101. Плазмохимические технологии перспективный путь решения проблем розжига и подсветки пылеугольного факела /Е.И. Карпенко, B.C. Перегудов, А.П. Бурдуков, В.В. Коновалов //Энергетик. - 2002. - № 3.- С. 11-14.

102. Карпенко Е.И., Перегудов B.C. Плазменная термохимподготовка углей для снижения потребления мазута на угольных ТЭС //Теплоэнергетика. 2002. - № 1. - С. 24-28.

103. Исследование СВЧ-плазменной технологии сжигания^низкосортных углей /В.И. Казанцев, Д.М. Ваврив, П.М. Канило и др. //Теплоэнергетика. 2002. - №12. - С.39-44.

104. Microwave plasma combustion of coal /P.M. Kaniloa, V.I. Kazantsev, N.I. Rasyukc et all //Fuel.-2003.-№82-P.187-193.

105. Simulation of Coal Pyrolysis in Plasma Jet by CPD Model /Yajun Tian, Kechang Xie, Suyu Zhu , H .F.Thomas //Energy & Fuels—2001.- №15-P.1354-1358.

106. Телефоны: 8(30145)42-6-49,42-7-40 факс: 8(30145)42-6-49 E-mail: ocpet@mail.ru1. U » MQSL 2005 Г.1. ЦО1. АКТ

107. Зав. лабораторией плазменной техники, заслуженный деятель науки и техники РБ к.т.н., доцент1. Х.Ц. Заятуев

108. Начальник теплотехнической службы к.т.н., с.н.с.1. В.С. Перегудов1. К.т.н., доцент1. Ж.Ч. Молонов