Математическое моделирование процессов термохимической подготовки углей к сжиганию на тепловых электрических станциях с использованием плазменных источников тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

"'У

ПИЧУГИНА ТАТЬЯНА АНДРЕЕВНА

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ УГЛЕЙ К СЖИГАНИЮ НА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАЗМЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Специальность 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Улан-Удэ -2004

Работа выполнена в Отраслевом Центре плазменно-энергетических технологий РАО «ЕЭС России»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор В.Е. Мессерле

доктор физико-математических наук, профессор Г.-Н.Б. Дандарон

кандидат технических наук, доцент Батуев Б.Б.

Бурятский государственный университет, (г. Улан-Удэ)

Защита диссертации состоится « 19 » марта 2004 г. в К) часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.03 в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40А, ВСГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВосточноСибирского государственного технологического университета.

Автореферат разослан « 18 » февраля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Х.Ц. Заятуев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Большинство долгосрочных прогнозов то-пливоиспользования подтверждают, что уголь останется наиболее значительным источником энергии до 2050 г. При традиционном совместном сжигании угля и мазута на тепловых электрических станциях (ТЭС) ухудшаются эколого-экономические показатели котлов, возрастает скорость высокотемпературной коррозии экранных поверхностей, снижается надежность эксплуатации котельного оборудования; увеличивается выход оксидов азота и серы; появляются выбросы пятиокиси ванадия. С увеличением поставок на ТЭС непроектных углей снижается устойчивость горения факела и растет потребность в дефицитных жидких и газообразных топливах для его подсветки. Поэтому замещение мазута и природного газа низкосортными энергетическими углями является весьма актуальной проблемой теплоэнергетики. Эколого-экономический эффект от такого замещения связан с значительно меньшей стоимостью угля, снижением объемов сжигания высокосернистого топочного мазута и освоением новых экологически чистых плазменно-энергетических технологий топливоиспользования (ПЭТ), базирующихся на предварительной термохимической подготовке топлив (ТХПТ) к сжиганию.

Устройства с плазменным источником характеризуются высокой концентрацией энергии и химически активных центров, многократно ускоряющих процессы воспламенения факела и термохимических превращений угля и окислителя, в результате чего достигается более полное и быстрое выгорание пылеугольного факела.

Однако развитие и распространение плазменных технологий сдерживается из-за отсутствия адекватных сложным плазменным процессам математических моделей как термодинамических, так и кинетических, которые позволили бы проводить сравнительный количественный анализ эффективности различных технологий до постановки трудоемких и дорогостоящих экспериментов. В этой связи математическое моделирование процессов ТХПТ с использованием плазмотронов является весьма актуальной научно-технической задачей в области ПЭТ.

Цель и задачи работы. В связи с вышеизложенным основными целями диссертации являлись: термодинамическое моделирование процессов термохимической подготовки различных энергетических углей к сжиганию на ТЭС; математическое моделирование процессов термохимической подготовки топлива в горелочных устройствах с плазменным источником с учетом движения, нагрева и кинетики термохимических превращений полидисперсных угольных частиц в газах-окислителях для получения количественных закономерностей процесса ТХПТ. Исполь-

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА | С.П»«**грг ¡¿л } 03

зование результатов численного исследования процессов ТХПТ для проектирования систем плазменного воспламенения (СПВ) и разработки исходных данных для проведения промышленных испытаний плазмен-но-угольных горелок на ТЭС.

Для достижения этих целей в диссертации поставлены следующие основные задачи:

• Критический анализ существующих математических моделей взаимодействия теплового, в том числе плазменного, источника, с аэросмесью (воздух + угольные частицы).

• Подбор и определение отсутствующих и необходимых для математического моделирования процесса ТХПТ коэффициентов переноса (вязкости, теплопроводности, диффузии) и теплоемкости многокомпонентных реагирующих газовых смесей в широком интервале температур с помощью модифицированной программы АСТРА-4.

• Разработка методики определения исходного состава рабочего тела (уголь + окислитель) и удельных энергозатрат на процесс ТХПТ.

• Составление системы уравнений математической модели, включая начальные условия.

• Участие в разработке алгоритма решения нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений и освоение компьютерной программы кинетических расчетов «Плазма-уголь-3».

• Проведение численных исследований ТХПТ с использованием программ АСТРА-4 и «Плазма-уголь-3» в прямоточной плазменно-угольной горелке.

• Обобщение результатов расчетов и получение новых зависимостей удельных энергозатрат и состава продуктов ТХПТ от концентрации пыли в аэросмеси (ц), влажности зольности (Ас).

• Выдача исходных данных (мощность плазмотрона, геометрические размеры устройства, состав и скорость продуктов ТХПТ, температура процесса) для проектирования эффективной двухступенчатой вихревой плазменно-угольной горелки с целью создания систем плазменного воспламенения и проведения промышленных испытаний ТХПТ на ТЭС «Вояны» (Словакия).

Научная новизна заключается в получении ранее неизвестных расчетных зависимостей удельных энергозатрат от основных рабочих параметров топливной смеси расширении диапазона используемых для ТХПТ энергетических углей, составлении уравнений математической модели с учетом плазменного источника, исследовании поведения азот- и серосодержащих соединений твердых топлив при ТХПТ по длине прямоточной плазменно-угольной горелки и в выдаче исход-

менно-угольной горелки при создании СПВ на ТЭС.

Практическая значимость. Полученные результаты были использованы для обучения студентов и аспирантов ВС1ТУ по специализации 100509 «Нетрадиционные технологии на ТЭС»; для математического моделирования процессов термохимической подготовки низкосортных углей к сжиганию на ТЭС с использованием плазменных источников, проектирования плазменных систем ТХПТ и проведения промышленных испытаний СПВ на котле «TAVTCI» ТЭС «Вояны» (Словакия). Выносимые на защиту результаты:

• Исходные данные для математического моделирования кинетики термохимических превращений твердых топлив (определение начального состава рабочего тела (уголь + окислитель)), удельные энергозатраты на процесс ТХПТ, значения теплофизических констант, рассчитанные по программе АСТРА-4.

• Система уравнений математической модели «Плазма-уголь-3»

• Алгоритм решения нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений.

• Численные исследования ТХПТ различных энергетических углей с использованием программ АСТРА-4 и «Плазма-уголь-3».

Расчетные зависимости удельных энергозатрат и состава продуктов ТХПТ от основных теплотехнических параметров процесса в широком диапазоне их изменения.

• Рабочие параметры и конфигурация двухступенчатой вихревой плаз-менно-угольной горелки для системы плазменного воспламенения углей на ТЭС «Вояны» (Словакия).

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных и широко апробированных компьютерных программ «АСТРА-4» и «Плазма-уголь-3», контролируемой погрешностью численных расчетов и сравнением расчетных и опытных данных.

Личный вклад автора заключается в разработке алгоритма решения нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, проведении численных исследований процесса ТХПТ с использованием программ АСТРА-4 и «Плазма-уголь-3», получении новых зависимостей удельных энергозатрат, состава продуктов ТХПТ от основных рабочих параметров топливной смеси и определении исходных данных для проектирования новой эффективной плазменно-угольной горелки для ТХПТ на ТЭС.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих Международных и Республиканских научных конференциях и симпозиумах: Ш-я Международная научно-техническая конференция по плазменно-энергетическим процессам и технологиям (г. Улан-Удэ, 2000); научно-практическая конференция преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГТУ, посвященная 75-

летию первого ректора ВСГТУ Фролова Д.Ш. (г. Улан-Удэ, 2000), 1-й Международный симпозиум «Горение и плазмохимия» (г. Алма-Ата, 2001) и на объединенных научно-методических семинарах кафедры ТЭС ВСГТУ и ОЦ ПЭТ РАО «ЕЭС России» (Улан-Удэ, Гусиноозерск - 19992003 гг.).

Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 10 работ, в том числе Методическое пособие по курсу «Плазменно-энергетические технологии».

Структура и объем диссертации. Диссертация, обьемом состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и 3-х приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 представлено современное состояние в области использования плазменных технологий термохимической подготовки топлива и методов расчета этих процессов. В процессе промышленных испытаний плазменной технологии ТХПТ в условиях ТЭС были опробованы все типы энергетических углей (бурые, каменные и антрациты) с теплотой сгорания 3000-6000 ккал/кг и выходом летучих 4-50 %.

Наиболее полные сведения о термохимических процессах превращения углей могут быть получены с помощью расчетно-теоретических методов, определяющих оптимальные параметры процессов и конфигурацию устройств для их осуществления. Современные методы термодинамического анализа сложных гетерогенных систем основаны как на законе действующих масс, так и на принципе максимума энтропии, и действительны в широком диапазоне давлений, и температур. Однако, существующие методы термодинамических расчетов не содержат данных для расчета минеральной массы углей, а показатели реальных плазменных процессов топливоподготовки определяются не только термодинамическим равновесием, но и условиями тепло-массообмена и кинетикой термохимических превращений в системе уголь + окислитель, оперирующих конечными временами пребывания реагентов. Большинство кинетических моделей описывают автотермические режимы газификации твердых топлив, когда реагенты нагревают либо за счет сжигания части топлива, либо за счет рециркуляции продуктов сгорания в зону реакции газификации. Гораздо меньше работ посвящено математическому моделирование процессов ТХПТ к сжиганию с использованием плазменных источников. В этой связи особую актуальность приобретает математическое моделирование процессов «ТХПТ к сжиганию, сочетаемое с термодинамическим анализом многокомпонентных гетерогенных систем, позволяющим до проведения опыта получить предельные значения параметров исследуемого процесса и другие исходные данные для моделирования процесса.

В главе 2 представлены результаты термодинамического моделирования процессов ТХПТ широкого диапазона энергетических углей (бурых, каменных и антрацитов) к сжиганию с учетом превращений органической и минеральной масс угля с использованием универсальной модифицированной программы расчета многокомпонентных гетерогенных систем АСТРА-4, базирующейся на принципе максимума энтропии для изолированных термодинамических систем, находящихся в состоянии равновесия. Удельные затраты на процесс ТХПТ состоят из затрат энергии на нагрев угля и окислителя до заданной температуры и на осуществление химических превращений, приводящих к установлению термодинамического равновесия в системе.

Был проведен термодинамический расчет процесса ТХПТ различных энергетических углей (Россия, Казахстан, Югославия). Зольность исследованных углей изменялась от 7 до 48%, выход летучих от 8 до 61%, а теплота сгорания от 17,1 до 28,4 МДж/кг. Концентрация пыли в аэросмеси для всех анализируемых углей составляла р.- 0,4 юг/кг. Удельные энергозатраты на процесс ТХПТ, выход горючих газов и степень

газификации угля оценивались при оптимальной температуре Т=1200 К, обеспечивающей максимальный выход горючих газов (Табл. 1). Из таблицы видно, что концентрация горючих компонентов при этой температуре достигает максимальных значений 50,61 % для бурых углей, 45,34 % для каменных и 39,1 % антрацитов.

На примере тугнуйского каменного угля рассмотрено влияние основных параметров топливной смеси на выход горючих газов и удельные энергозатраты. Из рис. 1 видно, что выход горючих газов при температуре 1200 К увеличивается с ростом концентрации пыли, что связано с общим увеличением выхода летучих веществ из возросшего количества самого угля.

С увеличением влажности угля выход горючих газов увеличивается, что связано с тем, что весь свободный углерод связывается с водяным паром. При увеличении влажности угля более 10 % содержание углерода в органической массе угля уменьшается и выход горючих газов также уменьшается. С увеличением зольности от 5 до 50% выход горючих газов уменьшается, так как происходит уменьшение доли органической массы угля.

Из рис. 2 видно, что удельные энергозатраты при оптимальной температуре 1200 К возрастают с увеличением концентрации пыли от 0,1 до 10 кг/кг, а затем остаются неизменными. С увеличением концентра-

ции пыли от 10 до 50 кг/кг выход горючих газов (СО + Н2 + СН4) достигает максимальной постоянной величины, а удельные энергозатраты приближаются к постоянному значению - 0,38 кВтч/кг угля. Удельные энергозатраты при этом приходятся фактически на нагрев одного и того же количества угля, так как с увеличением концентрации пыли, абсолютное количество воздуха изменяется мало. С увеличением зольности удельные энергозатраты несколько уменьшаются, что связано со

Таблица 1

Удельные энергозатраты на процесс ТХПТ, выход горючих газов и степень газификации угля для различных энергетических углей.._

№ п/п

Тип угля

Руд, (кВтч/кг)

Т= 800. ..1200 К

Выход горючих газов

(СО+Н2+СН4), %

Степень газификации угля, (Xе), %

Т=1200 К

Азейский бурый

0,1

48,93

94,82

Березовский бурый *

0,1

50,61

92,57 100'

Владивостокский бурый_

0,15

27,36

Гусиноозерский бурый_

0,1

48,7

98,8

Донецкий АШ

0,29

39,1

73,62

Караганди некий промпродукт

0,15

45,73

89,09

Кузнецкий тощий

0,24

42,83

73,31

Нерюнгринский каменный

0,2

45,34

83,07

Партизанский пром-продукт

0,15

43,87

96,67

10

Переяславский бурый

0,1

50,06

87,06

И

Черемховский

ОД

47,75

92,38

12

Экибастузский слабо-спекающийся

0,2

33,37

100

13

Югославский лигнит

0,1

45,47

100

100 - соответствует полному переходу углерода в газовую фазу,

снижением тепловых эффектов эндотермических реакций органической массы угля, например реакции углерода с водяным паром и др. Из рис. 2 видно также, что с увеличением влажности угля от 1 до 5% удельные энергозатраты возрастают, что также связано с осуществлением эндотермической реакции углерода с водяным паром, а затем в интервале 5-25% остаются на постоянном уровне (0,3 кВтч/кг). Из анализа этих зависимостей видно, что концентрация пыли в аэросмеси, влажность и зольность угля оказывают неочевидное и сложное влияние на выход горючих газов и величину удельных энергозатрат. Для оценки совместного влияния этих параметров был проведен термодинамический анализ ТХПТ тугнуйского каменного угля со следующими усредненными теплотехническими характеристиками: влажность Шр=10%, зольность Ас==25%, концентрация пыл /кг. Состав газовой и конденсированной фаз продуктов ТХПТ, полученных в результате термодинамического анализа такого угля показан на рис. 3 и 4.

Из рисунков видно, что процесс ТХПТ целесообразно осуществлять в интервале температур 1100-1200 К, так как при этих температурах концентрация горючих газов (СО, Н2 и СН4) достигает максималь-

СКоб.%

Рис. 3 Состав газовой фазы продуктов ТХПТ Тугнуйского каменного угля .

Cj,Macc%

60т

800 900 10» UCO 13C0 1X0 ИСО ¡300 Ш) 1ТО 1800

Рис. 4 Состав конденсированной фазы продуктов ТХПТ тугнуйского каменного угля.

ной величины 46,73%. В дальнейшем, с увеличением температуры процесса концентрация горючих газов не увеличивается, а удельные энергозатраты на процесс возрастают.

Результаты термодинамических расчетов показали, что ТХПТ позволяет получить высокоэффективное двухкомпонентное топливо (горючий газ + коксовый остаток) из всех типов энергетических углей, включая низкосортные.

Глава 3 посвящена математическому моделированию процессов ТХПТ с учетом движения, нагрева и кинетики термохимических превращений полидисперсных угольных частиц. Теплофизические константы, необходимые для моделирования, рассчитаны получены с помощью программы АСТРА-4.

Математическая модель движения, нагрева и газификации полидисперсных угольных частиц в потоке окислителя, взаимодействующего с электрической дугой описывает двухфазный химически реагирующий поток, распространяющийся в канале с внутренним источником тепла (электрическая дуга). Частицы и газ поступают в канал реактора с равными температурами, между частицами, газом и тепловым источником

имеет место тепломассообмен, радиационный обмен, обмен теплом и импульсом между потоком и стенкой канала; химические превращения топлива: выделение летучих продуктов из угольных частиц, превращения летучих в газовой фазе, реакции газификации коксового остатка, а также образование оксидов серы и азота. При разработке математической модели приняты допущения: квазиодномерность и стационарность процесса; изотермичность частиц угля; скорости газового потока и частиц угля могут быть различными; для газов справедлив закон идеального состояния; смесь газа и частиц на входе в реактор однородна; взаимодействие частиц между собой и влияние частиц на силу сопротивления потоку мало; зола является инертным компонентом.

С учетом принятых допущений система обыкновенных дифференциальных уравнений имеет следующий вид:

Уравнение концентрации газообразных компонентов

¿с,- = и С, сЬс и„ и„ ск

С, ¿Г . —----, 1=1,.. ..п.

Б ±с

(О

•Л/

g "Я

Уравнение концен грации твердых компонентов

с1С,1 _ /,/ С,[ <1Ц ¡¡I С,/ (¡Б сЬ II ¡1 и ¡1 ¿х Б сЬс

¡ = п+ 1,..., Ы, 1= 1.....Ь

Уравнение движения частиц

————————————— ———

8

¡1

(1х

и а

я*

<Ь

Ср1'Рз1'из1 14

Уравнение температуры частиц

(2)

1-1.....ь.

(3)

У-'

(4)

А

сЬс

Уравнение сохранения импульса ( I ^

Ы!

'2„

■Б

(1Р

= (5)

ах

Уравнение сохранения энергии

<к

\

(

/

£ + -тг) (6)

М

М £

}=п+1

1=1

Уравнение идеального газа

п

(7)

1=1

.Уравнения для времени пребывания газовой фазы и угольных фракций в канале реактора

Лт8 _ I _ /

(8)

<к и„ ' &с и51

8

Мощность электрической дуги выражается через мощность теплового потока в стенку плазменного реактора. Тепловой вклад от дуги определяется как разность между электрической мощностью и тепловыми потерями в стенку реактора. При формировании начальных условий в системе уравнений (1-8) задаются значения начальных скоростей и температур газа и частиц, давление на входе в реактор, температура стенки при X = О, массовые расходы газа и твердой фазы Минеральная часть угля задается в виде золы с соответствующими теплофизически-ми свойствами, а органическая масса угля - углеродом и летучими, включающими серу и азот. Программа, реализующая алгоритм расчета является модификацией программы К-81, предназначенной для решения методом Гира жестких систем уравнений химической кинетики, к которым присоединялись дифференциальные уравнения для скоростей, температур и времени пребывания газа и частиц Для реализации вычислительного алгоритма была использована методика ступенчатого расчета, предполагающая разбиение плазменно-угольной горелки (муфеля с плазмотроном) на условные ступени. Первая ступень включает зону теплового источника (электрическая дуга), в которой плазмой с определенной тепловой мощностью нагревается часть аэросмеси до температуры воспламенения, при которой начинается процесс интенсивного окисления угольных частиц. Количество аэросмеси подбирает-

ся таким образом, чтобы мощности теплового источника было достаточно для инициирования этого процесса.

Кинетический расчет березовского бурого, нерюнгринского каменного углей и донецкого АШ был проведен при одинаковых начальных условиях для простейшей конструкции прямоточной плазменно-угольной горелки (рис. 5). Начальная температура аэросмеси 343 К. Расход угля на 1 ступени - 100 кг/ч, воздуха - 250 кг/ч. Диаметр муфеля 0,26 м. Мощность плазмотрона 100 кВт. Концентрация пыли в аэросмеси, подаваемой в прямоточную пылеугольную горелку — ц=0,4 кг/кг.

Р) плазмотрон

поток аэросмеси

I ступень Л ступень Ш ступень

400 1000 П00

Термохимически подготовленное топливо

Рис. 5. Расчетная схема для прямоточной плазменно-угольной горелки.

При таком количестве первичного воздуха, соответствующим 3040% от теоретически необходимою количества воздуха для полного сгорания топлива, угольная пыль не может полностью выгореть. Минеральная часть угля задается в виде золы с соответствующими теплофи-зическими свойствами, а органическая масса угля - углеродом и летучими, включающими серу и азот. Топливный азот вместе с летучими выходит в газовую фазу, где, из-за низкого значения коэффициента избытка воздуха переходит в газовую фазу преимуществен-

но в виде молекулярного азота Результаты кинетического расчета представлены в Табл. 2, а изменение концентрации оксидов азота и серы представлено на рис. 6 и 7. Из рис. 6 видно, что концентрация оксидов азота N0, в продуктах ТХПТ для различных энергетических углей не превышает 1-5 мг/нм3. Из рис. 7 видно, что содержание оксидов серы по длине муфеля не превышает 1 мг/нм3.

Результаты кинетического расчета для основных типов энергетиче-

ских углей по длине прямоточной плазменно-угольной горелки.

Табл. 2

Результаты кинетического счета для основных типов энергетических

Наименование угля Степень газификации угля Xе. % Температура газа т8,к Температура угольных частиц т„к Выход горючих 1азов Vr, %

Березовский бурый 50 2141 1971 36,0

Нерюнгринский каменный 40 1955 1840 28,0

Донецкий АШ 37 1187 1180 19,6

Рис 6 Изменение концентрации оксидов азота N0, в газовой фазе прод> ктов ТХПТ I - березовский бурый (№=1,3 %), 2 - нсрюнгринский каменный (№=0,77 %), 3 -донецкий АШ (№=0,56 %), по длине прямоточной плазменно-угольной I орелки

Из Табл. 2 видно, что нерюнгринский каменный и донецкий АШ не достигли стадии завершения ТХПТв прямоточной плазменно-угольной горелке, и опытных данных по плазменному воспламенению энергетических углей показало, что максимальное расхождение опыта и расчета не превышает 15— 20%, что свидетельствует об их удовлетворительном согласии.

В этой связи в дальнейшем были проведены исследования для разработки исходных данных и проектирования новой двухступенчатой вихревой плазменно-угольной горелки для растопки парового котла «ТAVICI» на ТЭС «Вояны» (Словакия), производительностью 355 т/ч, работающего на донецком АШ. Для растопки котла и стабилизации горения факела, особенно при пониженной нагрузке, сжигается газ или мазут. Для завершения процесса ТХПТ, сокращения расхода газа и мазута и улучшения экологи-

ческих показателей было принято решение установить на котел две муфе-лированные вихревые плазменно-угольные горелки (или муфели).

150

0 0,6 1,2

Рис. 7. Изменение концентрации оксидов серы БО, продуктов ТХП'Г 1 - березовский бурый (8С=0,56 %), 2 - нерюнгрипский каменный (8С=0,17 %), 3 - донецкий ЛШ (8С=1,82 %), по длине плазменно-угольной горелки.

Для определения исходных данных проекта был проведен кинетический расчет параметров процесса ТХПТ Донецкого АШ в потоке окислителя (воздуха) с плазмотроном. Для низкореакционных углей с выходом летучих У<30 % поток аэросмеси разделяют на две части: основной и стабилизирующий. Доля угля на стабилизирующий поток в зависимости от его качества составляет 20-50% от всего расхода угля. Расход угля — 500 кг/ч, воздуха - 1502 кг/ч. Начальная температура аэросмеси 323 К. Диаметр 1 ступени муфеля 0,22 метра, 2 ступени - 0,4 м. Концентрация пыли в аэросмеси 0,33 кг/кг. Необходимая мощность плазмотрона 320 кВт.

Расчетные характеристики (состав газовой фазы, температуры процесса ТХПТ, скорости и времени пребывания угольных частиц в зависимости от длины муфеля) прямоточной плазменно-угольной горелки и двухступенчатой вихревой плазменно-угольной горелки показаны в таблице 3.

На рис. 8 приведены геометрические размеры и схема компоновки рассчитанной с помощью кинетической модели плазменно-угольной вихревой горелки с камерой ТХПТ и плазмотроном. Результаты расчета позволяют выбрать оптимальные размеры камеры ТХПТ и камеры смешения стабилизирующего и основного потоков аэросмеси. Подвод пылеугольной аэросмеси в камеру ТХПТ осуществляется через отдельный патрубок, присоединенный к основному пылепроводу (на последнем устанавливается шибер). С целью величения времени пребывания частиц угля в камере ТХПТ, получения на выходе из камеры расширяющегося потока и улучшения смешения стабилизирующего плазменного факела с основным по-

током аэросмеси (или потоком вторичного воздуха) на входе в камеру устанавливается закручивающее устройство (улитка).

уголь + воздух

Рис. 8. Расчетная схема плазмено-угольной вихревой горелки для ТЭС "Вояны" ___Таблица 3

Горелка Прямоточная плазмен-но-уго чьная Двухступенчатая вихревая плазмеино-угольная

Выход горючих газов, V, % 19,6 31,34

Степень газификации углерода Xе, % 20,22 61,12

Температура газа Т& К 1187 1427

Температура угольных частиц Тэ, К 1180 1341

Скорость угольных частиц Уя, м/с 86 44,76

Время пребывания угольных частиц т, с 0,0149 0,0241

Расчет параметров плазменно-угольной горелки был использован для разработки проекта системы плазменного воспламенения донецкого АШ на котле «ТAVICI» (ст. №3) ТЭС «Вояны», которая прошла успешные промышленные испытания в 2000-2001 гг.

Заключение

1. Термодинамическое моделирование процесса термохимической подготовки различных энергетических углей показало эффективность

использования плазменной технологии для получения высокореакционного двухкомпонентного топлива (горючий газ + коксовый остаток), получаемого независимо от качества исходного топлива. Концентрация горючих компонентов (СО + Н2 + СН4) растет с увеличением температуры процесса, составляя в интервале температур 900 - 1200 К 40-50 % от газовой фазы. Теплота сгорания газовой смеси (СО + Н2 + СН4 + N3) достаточно высока и составляет (8,5-10,5 МДж/кг). Концентрация оксидов азота и серы также находятся в пределах допустимых значений.

2. Удельные энергозатраты на процесс составляют 0,03-0,32 кВтч/кг для интервала температур 1100-1200 К. Минимальная мощность плазмотрона с учетом диссипации энергии плазменного факела при расходе угля 1000 кг/ч составляет 80 кВт, а при расходе 4000 кг/ч - 320 кВт.

3. Матемагическое моделирование процесса ТХПТ в прямоточной пылеугольной горелке с учетом движения, нагрева и кинетики термохимических превращений полидисперсных угольных частиц для различных энергетических углей показало, что ТХПТ низкореакционных топ-лив нерюнгринского каменного угля и Донецкого АШ не может быть завершена в прямоточных плазменно-угольных горелках.

4. Сравнение расчетных характеристик прямоточной и вихревой плазменно-угольных горелок показало большую эффективность последней: возросло время пребывания угольных частиц в камере ТХПТ. Увеличился выход горючих газов и степень газификации углерода. Температура угольных частиц и горючего газа существенно возросла, что обеспечивает горение горючей смеси (уголь + коксовый остаток) при смешении с вторичным воздухом в топке.

5. Проведенная с помощью численных исследований разработка вихревой двухступенчатой плазменно-угольной горелки для котла «ТА"УГС1» на ТЭС «Вояны» (Словакия) и последующая опытная проверка подтвердили адекватность использованных математических моделей для исследования плазменной термохимической подготовки низкореакционных углей к сжиганию на ТЭС.

6. Промышленные испытания разработанной плазменно-угольной го релки подтвердили эффективность вихревой подачи аэросмеси в камерус плазмотроном.

Таким образом, термодинамические и кинетические расчеты с использованием программ АСТРА-4 и «ПЛАЗМА-УГОЛЬ-3» позволили априорно, до постановки дорогостоящих экспериментов определить мощность плазмотрона, состав продуктов ТХПТ, температуру процесса для принятия технического решения с целью создания систем плазменного воспламенения для термохимической подготовки топлив к сжига-

нию на ТЭС.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л., Мессерле В.Е., Пичугина ТА, Карпенко Ю.Е. Удельные энергозатраты при плазменной растопке котлов и газификации углей // Теплоэнергетика: Сб. научных трудов. / Под ред. академика РАН В.Е. Накорякова. - Новосибирск: НГТУ, 1999. С. 54-61.

2. Пичугина Т.А., Молонов Ж.Ч. Термодинамический анализ процесса электротермохимической подготовки бурых, каменных и антрацитовых углей // Плазменно-энергетические процессы и технологии: Материалы III Международной научно-технической конференции. -Улан-Удэ: ВСГТУ, 2000, С. 138-141.

3. Пичугина Т.А., Яковенко А.В. Кинетический расчет процесса электротермохимической подготовки к сжиганию бурых, каменных и антрацитовых углей. Там же, С. 142-146.

4. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Лукьященко В.Г., Пичугина Т.А., Малых А.В., Иванов А.А. Термодинамический анализ и стендовые испытания плазменных процессов плавления базальта и переработки золы энергетических углей. Там же, С. 167-174.

5. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Лукьященко В.Г., Пичугина Т.А. Термодинамический анализ процессов плавления базальта и восстановления железа и титана из золы углей, сжигаемых на Гусиноозер-ской ГРЭС. Сб. научных трудов ВСГТУ // Серия: Техническая наука. Вып. 8.- Т.З.- Улан-Удэ. Изд-во ВСГТУ, 2000. С. 139-149.

6. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Пичугина Т.А. Термодинамический расчет удельных энергозатрат и необходимой мощности плазмотрона для электро-термохимической подготовки -топлива (ЭТХПТ) смеси украинских углей, закаменского, китайского тощего и экибастузских углей // Там же, С. 150-156.

7. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Пичугина Т.А. Кинетический расчет процесса электротермохимической подготовки смеси украинских, китайского тощего и экибастузского углей. Там же, С. 157-164.

8. Голыш В.И., Мессерле В.Е., Тютебаев С.С., Пичугина Т.А. Термодинамический расчет удельных энергозатрат и необходимой мощности плазмотрона для электротермохимической подготовки экибастуз-ского угля // Труды 1-го Международного симпозиума «Горение и плазмохимия».- Алма-Ата.- 2001, С. 107-110.

9. Карпенко Е.И., Пичугина Т.А., Молонов Ж.Ч. Плазменно-энергетические технологии // Методическое пособие.-Улан-Удэ:

ВСГТУ, 2001.-100 с. 10. КарпенкоЕ.И., Перегудов В.Е., В.Е. Мессерле В.Е., Пичугина Т.А. Кинетический расчет получения полукокса-сорбента // Теплоэнергетические системы и агрегаты: Сб. научных трудов / Под ред. Г.В. Ноздренко, Ю.В. Овчинникова. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003 .-С. 179-186.

* - 4 0 4 ^

Усл.п.л. 0,93, уч.-изд.л.0,7. Тираж 100 экз. Заказ № 23. Отпечатано в типографии ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40,в.

© ВСГТУ, 2004 г.

Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы использования 12 плазменных технологий термохимической подготовки топлив (ТХПТ) и методов расчета этих процессов

1.1. Плазменные технологии ТХПТ к сжиганию на ТЭС

1.2. Существующие методы расчета процессов ТХПТ

1.3. Постановка задачи исследований

Глава 2. Термодинамическое моделирование процессов ТХПТ

2.1. Методика термодинамических расчетов с использованием 22 программы АСТРА

2.2. Методы расчета исходных составов топливных смесей и удельных 39 энергозатрат на процесс ТХПТ

2.3. Результаты термодинамического расчета ТХПТ различных 43 энергетических углей

2.4. Численное исследование влияния концентрации пыли, зольности, 54 влажности, удельных энергозатрат на ТХПТ

Глава 3. Математическое моделирование процессов ТХПТ с учетом 59 движения, нагрева и кинетики термохимических превращений полидисперсных угольных частиц

3.1. Исходные данные для математического моделирования, расчет 59 теплофизических коэффициентов для математического моделирования кинетики термохимических превращений углей

3.2. Система уравнений математической модели движения, нагрева и 63 газификации полидисперсных угольных частиц в потоке окислителя, взаимодействующего с электрической дугой

3.3. Алгоритм и методика расчета по программе «ПЛАЗМА-УГОЛЬ-З»

3.4. Результаты кинетических расчетов для различных энергетических 80 углей

3.5. Исходные данные для проектирования плазменно-угольной горелки 87 котла «TAVICI» (ТЭС «Вояны», Словакия)

Выводы по диссертации

Подавляющее большинство долгосрочных прогнозов мирового топливного баланса подтверждают, что уголь останется наиболее значительным из доступных невозобнавляемых источников энергии до 2050 г. [1]. По прогнозам АО «Информэнерго» РАО «ЕЭС России» мировые запасы угля оцениваются в 1 триллион тонн [2]. При увеличении мирового потребления угля примерно на 2 % в год, запасов угля хватит на 228 лет. Для сравнения, природного газа хватит на 65 лет, а нефти на 43 года. При этом цены на уголь, в отличие от цен на нефть и газ, отличаются высокой стабильностью [1]. В 1999-2000 гг. цена на мазут за год на внутреннем рынке России возросла почти в 3 раза [3]. Внедрение современных технологий позволяет увеличить глубину переработки нефти до 85 %. В результате сократится производство топочного мазута, что способствует повышению его стоимости и ухудшению качества. До 23 % общего количества расходуемого на ТЭС России топочного мазута используется на пылеугольных ТЭС в основном для подсветки факела и растопки котлов [4].

Уголь является одним из основных источников электроэнергии. Более 38 % электроэнергии в мире вырабатывается на угле. Только в США установленная мощность пылеугольных ТЭС составляет 250 млн. кВт [5]. В 1998 г. на этих ТЭС сожгли 854 млн. т. угля, а доля угля в производстве электроэнергии достигла 57 %, в то время как в нашей стране - только 26 %. Баланс мирового потребления топлив приведен в таблице 1 по данным [1].

Таблица 1

Мировой топливный баланс

Годы Миллионы тонн условного топлива

Топливо 1990 2000 2010 2020

Уголь 3142 3610 4199 5645

Нефть 4582 5455 6346 7665

Природный газ 2422 2605 2813 4035

Прочие 1767 1650 1533 1629

Итого 11913 13320 16803 21466

Из таблицы 1 видно, что в 2020 г. потребление угля может вырасти на 56 % по сравнению с 2000 г. По оценкам отечественных и зарубежных экспертов [6] потребление угля на ТЭС будет повышаться более высокими темпами, чем потребление органических топлив в целом. Рост мировых цен на нефть влечет за собой увеличение стоимости мазута на внутреннем рынке России. Увеличение глубины переработки нефти ведет к повышению стоимости топочного мазута и к уменьшению его производства.

РАО «ЕЭС России» предложило снизить поставку газа ОАО «Газпром» на ТЭС РАО «ЕЭС России» на 30 миллиардов м3 в 2002-2003 гг. с заменой его дефицитным мазутом или твердым топливом. Эта замена будет эквивалентна недовыработке 11% электроэнергии, по сравнению с 1999 годом. Покрыть этот дефицит можно только увеличением доли угля в топливном балансе ТЭС [3]. Увеличение поставок твердого топлива на ТЭС приведет к увеличению потребности в мазуте для стабилизации горения факела в работающих на угле котлах и их растопки примерно на 1 млн. т. [3].

При совместном сжигании угля и мазута с различными избытками воздуха (1,1-7-1,5 соответственно) ухудшаются эколого-экономические показатели котлов: на 10-15 % повышается мехнедожог топлива и на 2-5 % снижается КПД-брутто котлов, возрастает скорость высокотемпературной коррозии экранных поверхностей и снижается надежность эксплуатации котельного оборудования; на 30-40 % увеличивается выход оксидов азота и серы; появляются выбросы пятиокиси ванадия [7]. Ситуация обостряется в связи с ухудшением качества поставляемых на ТЭС углей: увеличивается их зольность и влажность, понижается теплота сгорания и выход летучих. Калорийность углей, используемых на пылеугольных ТЭС, ниже проектной на 15-30 % [8]. По этой причине большинство ТЭС работает на непроектном топливе, в связи с чем снижается устойчивость горения факела и растет потребность в жидких и газообразных топливах для его подсветки.

Стратегия развития отечественной энергетики на протяжении последних лет базировалась на увеличении доли газа в топливном балансе. Увеличение доли угля в топливном балансе в свою очередь требует разработки и внедрения энергетически эффективных и экологически чистых технологий его использования. Поэтому интерес исследователей и разработчиков к этой проблеме не ослабевает [9-25].

Газификацию углей в последних работах [2,6,7,10,16-48] рассматривают как один из наиболее перспективных методов повышения эффективности топливоиспользования и существенного снижения вредных выбросов (оксидов азота, серы и летучей золы).

Использование плазменной технологии безмазутного воспламенения углей позволяет снизить количество мазута, используемого для растопки и подсветки котлов, повысить реакционную способность низкосортных углей, а также увеличить технико-экономические показатели пылеугольных электростанций [10, 24-26]. Ужесточение экологических нормативов по выбросам вредных веществ с уходящими газами котельных установок вызывает необходимость снижения доли мазута в топливном балансе пылеугольных ТЭС и дальнейшее совершенствование факельного сжигания пылеугольного топлива. Предельно допустимая концентрация (ПДК) для SO2 и золы установлены 0,5 мг/м3; для N02 - 0,085 мг/нм3 [21]. Эти обстоятельства привели к необходимости поиска новых технологий сжигания низкосортных твердых топлив с целью использования их при создании высокоэффективных экологически чистых ТЭС на твердом топливе [6, 22]. Создание экологически чистой ТЭС позволит решить вопрос широкого вовлечения низкокачественных углей в топливный баланс страны. При этом необходимо существенно снизить вредные выбросы золы (в 4-5) раз, окислов серы и азота в 3-4 раза при соответствующем повышении эффективности энергетического оборудования. Разные конструктивные решения: сжигание в топке с кипящим (стационарным и циркулирующим) слоем; снижение температур в топочных камерах за счет более полного использования ее объема; организация процессов сжигания твердого топлива с переменным коэффициентом избытка воздуха по высоте топочной камеры; впрыск воды в топочную камеру в зону повышенных температур снижают среднемассовую температуру в топочном пространстве и приводят к уменьшению скорости образования токсичных окислов. Однако, предлагаемые решения вступают в противоречие или с экономикой, так как снижение температур в топке уменьшает теплонапряженность топки, и, соответственно, существенно ухудшаются экономические параметры энергетических блоков, или с экологией, как это имеет место в топках со стационарным кипящим слоем, когда из-за значительного механического недожога в окружающую среду выбрасывается мелкодисперсная пыль.

Существующие технологии, повышающие эффективность топливоиспользования: реконструкция горелочных устройств, раздельное и смешанное сжигание угля и подсветочного топлива (мазута ил природного газа), высокий подогрев воздуха и пылевоздушной смеси, уменьшение тонины помола ведут к увеличению расхода электроэнергии на подогрев и на помол угля и не отвечают современным требованиям повышения эффективности топливоиспользования и обеспечения эколого-экономических показателей энергообъектов.

Вытеснение мазута и природного газа из топливного баланса пылеугольных ТЭС путем замещения их низкосортными углями, рошедшими термохимическую подготовку является наиболее актуальной проблемой теплоэнергетики. Наибольший интерес среди технических решений, направленных на повышение эффективности и экономичности процессов газификации и воспламенения угольной пыли, вызывают методы, использующие низкотемпературную плазму. Плазменно-энергетические технологии, базирующиеся на предварительной термохимической подготовке топлив (ТХПТ) к сжиганию, перспективны как в технико-экономическом, так и в экологическом отношении [29-36, 55, 56]. Экономический эффект от перевода мазутных котельных на пылеугольное топливо в значительной степени связан со снижением стоимости топлива. Улучшение экологических показателей произойдет вследствие снижения объемов сжигания высокосернистого мазута и освоения новых экологически чистых энергетических технологий на основе использования низкотемпературной плазмы. Устройства с плазменным источником обладают высоким термическим КПД, характеризуются высокой концентрацией энергии и химически активных центров, многократно ускоряющих процессы термохимических превращений угля и окислителя, в результате чего имеет место более полное и более быстрое выгорание факела.

Однако развитие и распространение плазменных методов в значительной мере сдерживается отсутствием математических моделей, которые позволили бы проводить сравнительный качественный анализ эффективности различных технологий до постановки весьма трудоемких и дорогостоящих экспериментов. До сих пор достаточно точно не описан механизм, обусловливающий повышение реакционной способности топлив после ТХПТ и снижение энергозатрат при использовании плазменных технологий.

В связи с вышеизложенным основными целями диссертационной работы являются:

1. Термодинамическое моделирование процессов термохимической подготовки различных энергетических углей к сжиганию на тепловых электрических станциях (ТЭС) с использованием плазменных источников.

2. Математическое моделирование процессов термохимической подготовки топлива в горелочных устройствах с плазменным источником с учетом движения, нагрева и кинетики термохимических превращений полидисперсных угольных частиц в газах-окислителях для получения количественных закономерностей процесса ТХПТ.

3. Использование результатов численного исследования процессов ТХПТ для проектирования систем плазменного воспламенения (СПВ) и разработки исходных данных для проведения промышленных испытаний плазменно-угольных горелок на ТЭС.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и 3-х приложений.

Выводы

1. Термодинамическое моделирование процесса термохимической подготовки различных энергетических углей показало эффективность использования плазменной технологии для получения высокореакционного двухкомпонентного топлива (горючий газ + коксовый остаток), получаемого независимо от качества исходного топлива. Концентрация горючих компонентов (СО + Н2 + СН4) растет с увеличением температуры процесса, составляя в интервале температур 900— 1200 К 40-50 % от газовой фазы. Теплота сгорания газовой смеси (СО + Н2 + СН4 + N2) достаточно высока и составляет (8,5-10,5 МДж/кг). Концентрация оксидов азота и серы также находятся в пределах допустимых значений.

2. Удельные энергозатраты на процесс составляют 0,03-0,32 кВтч/кг для интервала температур 1100-1200 К. Минимальная мощность плазмотрона с учетом диссипации энергии плазменного факела при расходе угля 1000 кг/ч составляет 80 кВт, а при расходе 4000 кг/ч - 320 кВт.

3. Математическое моделирование процесса ТХПТ в прямоточной пылеугольной горелке с учетом движения, нагрева и кинетики термохимических превращений полидисперсных угольных частиц для различных энергетических углей показало, что ТХПТ низкореакционных топлив нерюнгринского каменного угля и Донецкого АШ не может быть завершена в прямоточных плазменно-угольных горелках.

4. Сравнение расчетных характеристик прямоточной и вихревой плазменно-угольных горелок показало большую эффективность последней: возросло время пребывания угольных частиц в камере ТХПТ. Увеличился выход горючих газов и степень газификации углерода. Температура угольных частиц и горючего газа существенно возросла, что обеспечивает горение горючей смеси (уголь + коксовый остаток) при смешении с вторичным воздухом в топке.

5. Проведенная с помощью численных исследований разработка вихревой двухступенчатой плазменно-угольной горелки для котла «TAVICI» на ТЭС

Вояны» (Словакия) и последующая опытная проверка подтвердили адекватность использованных математических моделей для исследования плазменной термохимической подготовки низкореакционных углей к сжиганию на ТЭС.

6. Промышленные испытания разработанной плазменно-угольной горелки подтвердили эффективность вихревой подачи аэросмеси в камеру с плазмотроном.

Таким образом, термодинамические и кинетические расчеты с использованием программ АСТРА-4 и «ПЛАЗМА-УГОЛЬ-З» позволили априорно, до постановки дорогостоящих экспериментов определить мощность плазмотрона, состав продуктов ТХПТ, температуру процесса до принятия технического решения с целью создания систем плазменного воспламенения для термохимической подготовки топлив к сжиганию на ТЭС.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л., Мессерле В.Е., Пичугина Т.А., Карпенко Ю.Е. Удельные энергозатраты при плазменной растопке котлов и газификации углей // Теплоэнергетика: Сб. научных трудов. / Под ред. академика РАН В.Е. Накорякова. -Новосибирск: НГТУ, 1999. С. 54-61.

2. Пичугина Т.А., Молонов Ж.Ч. Термодинамический анализ процесса электротермохимической подготовки бурых, каменных и антрацитовых углей // Плазменно-энергетические процессы и технологии: Материалы III Международной научно-технической конференции.-Улан-Удэ: ВСГТУ, 2000, С. 138-141.

3. Пичугина Т.А., Яковенко А.В. Кинетический расчет процесса электротермохимической подготовки к сжиганию бурых, каменных и антрацитовых углей. Там же, С. 142-146.

4. Карпенко Е.И., Мессерле В.П., Лукьященко В.Г., Пичугина Т.А., Малых А.В., Иванов А.А. Термодинамический анализ и стендовые испытания плазменных процессов плавления базальта и переработки золы энергетических углей. Там же, С. 167-174.

5. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Лукьященко В.Г., Пичугина Т.А. Термодинамический анализ процессов плавления базальта и восстановления железа и титана из золы углей, сжигаемых на Гусиноозерской ГРЭС. Сб. научных трудов ВСГТУ // Серия: Техническая наука. Вып. 8- Т.З.- Улан-Удэ. Изд-во ВСГТУ, 2000. С. 139-149.

6. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Пичугина Т.А. Термодинамический расчет удельных энергозатрат и необходимой мощности плазмотрона для электро-термохимической подготовки -топлива (ЭТХПТ) смеси украинских углей, закаменского, китайского тощего и экибастузских углей // Там же, С. 150-156.

7. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Пичугина Т.А. Кинетический щ расчет процесса электротермохимической подготовки смеси ; ' украинских, китайского тощего и экибастузского углей. Там же, С.

157-164.

8. Голыш В.И., Мессерле В.Е., Тютебаев С.С., Пичугина Т.А. Термодинамический расчет удельных энергозатрат и необходимой мощности плазмотрона для электротермохимической подготовки экибастузского угля // Труды 1-го Международного симпозиума «Горение и плазмохимия»,— Алма-Ата — 2001, С. 107-110.

9. Карпенко Е.И., Пичугина Т.А., Молонов Ж.Ч. Плазменно энергетические технологии // Методическое пособие—Улан-Удэ: ВСГТУ, 2001.-100 с.

10. КарпенкоЕ.И., Перегудов В.Е., В.Е. Мессерле В.Е., Пичугина Т.А. Кинетический расчет получения полукокса-сорбента // Теплоэнергетические системы и агрегаты: Сб. научных трудов / Под ред. Г.В. Ноздренко, Ю.В. Овчинникова. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003 — С.179-186.

1. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Чурашев В.Н. Эколого-экономическая эффективность технологий переработки твердых топлив. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН.-2000.- 159 с.

2. Бритвин О.В. О мерах совершенствования топливной политики в электроэнергетике на перспективный период // Доклад на НТС РАО «ЕЭС России» и научного совета РАН 28.03.2000.

3. Вольфберг Д.Б. Современное состояние и перспективы развития энергетики мира // Теплоэнергетика. 1999. № 8. с. 5-13.

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

5. Бычков A.M. Внедрение чистых угольных технологий в энергетику России // В сб. Плазменно-энергетические процессы и технологии. Материалы III Международной научно-технической конференции. Улан-Удэ, 2000.

6. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Введение в плазменно-энергетические технологии использования твердых топлив. Новосибирск, Наука. Сиб. Предприятие РАН, 1997, 119 с.

7. Говелевич Е.Р., Алеминский Р.Е. Об использовании непроектных углей на тепловых электростанциях // Энергетик. 1997. № 7с. 11-12.

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

9. Шульман В.Л. Предварительная термическая подготовка топлива как реальный способ технологического и экологического совершенствования пылеугольных котлов // Электрические станции. 2000. № 6. с. 16-19.

10. Сеулин Н.А., Иванников В.М., Видин Ю.В. и др. Проблемы внедрения безмазутной растопки котлов, сжигающих каиско-ачинские угли // Электрические станции. 2000. № 6. с. 29-31.

11. Экспериментальное исследование модели устройства термической подготовки топлива на пылеугольных ТЭС / Ибрагимов М.Х., Марченко Е.М., Тувальбаев Б.Г. и др. // Изв. вузов. Энергетика. 1987. № 6. с. 62-65.

12. Плазменная безмазутная растопка котлов н стабилизация горения пылеуголыюго факела/Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C. и др. Новосибирск: Наука, 1995.

13. Плазменное воспламенение высокозольных углей в котле блока 210 МВт / Мессерле В.Е., Перегудов B.C., Полячек М.М. и др. // В сб. Плазменно-энергетические процессы и технологии. Материалы III Международной научно-технической конференции. Улан-Удэ, 2000.

14. Поздренко Г.В., Овчинников Ю.В., Засыпкии И.М. Плазмотермическая газификация твердых топлив. // Докл. Междунар. семинара «Новые технологии и техника в теплоэнергетике».- Новосибирск; Гусиноозерск, 1995- ч.1.-с. 40-45.

15. Шульман B.JI. Предварительная термическая подготовка топлива как реальный способ технологического и экологического совершенствования пылеугольных котлов. // Электрические станции.-2000. № 6. с. 16-19.

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

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

18. Мессерле В.Е., СакиповЗ.Б., Ибраев Ш.Ш. Электротермохимическая подготовка угля к сжиганию. Алматы: Гылым, 1993.-259 с.

19. 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.

20. Соловьев Ю.П. Вспомогательное оборудование паротурбинных электростанций.-М.: Энергоатомиздат, 1983 200 с.

21. Накоряков В.Е., Бурдуков А.П., Саломатов В.В. Экологически чистая тепловая электростанция на твердом топливе (концептуальный подход). Новосибирск, Академия наук СССР, Институт теплофизики СО АН СССР, 1990.

22. Соловьянов А.А. Топливно-энергетический комплекс: химический и экологический аспекты // имический российский журнал,- 1994.-№ 5. с. 3-12.

23. Карпенко Е.И., Месссрле В.Е. Плазменно-эиергетические технологии топливоиспользования. Т. 1. Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1998. - 385 с.

24. Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C. и др. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. / Под ред. Мессерле В.Е. и Перегудова B.C. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1995.-304 с.

25. Карпенко Е.И., Месссрле В.Е. Плазменно-энергетические технологии использования твердых топлив.// Энциклопедия низкотемпературной плазмы. / Под ред. академика РАН Фортова В.Е. Т.4. - М.: Наука.- 2000. - с. 359-370.

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

27. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. и др. Плазмохимические технологии перспективный путь решения проблем розжига и подсветки пылеугольного факела. // Энергетик,- 2002. - № 3,- с. 11-14.

28. F. Lockwood. Plasma gasification of the solid fuels. / Труды научной конференции «Энергетика, информатика и плазменные технологии». ВСГТУ- Улан-Удэ, 1997. с. 187— 2000.

29. Карпенко Е.И., Буянтуев СЛ. Плазменные технологии топливоиспользования и снижение выбросов в окружающую среду.- Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 1992,- 46 с.

30. Borodyanski G., Chudnovski В. Antechamber Activated Combustion and Ignition of Prompt NOx // Proc. 9th Annual Symposium, Israel Section of the Combustion Institute, Ben-Curion University of Negev, Bec-Sheva.-1994.-p.53-54.

31. Karpenko E., Lockvood F., Ustimenko A. Plasma-Energy Tecknologies of Solid Fuel Use on Thermal power plants.// Ibidem./ Vol. Ill.- Porto.- Portugal, 2001 p. 1465-1468.

32. Ustimenko A., Lockvood F., Karpenko E., Messerle V. Plasma Complex Processing of Power Coals.// Ibidem./ Vol. Ill.- Porto Portugal, 2001 - p. 1473-1480.

33. Karpenko E., Messerle V. The Present-Day and Outlook of Using Plasma-Energy Technolodies in Heat-and Power Industry.// Translation on Electrical and Electronic Material, Vol. 2, N 2, June 2001, Seoul, Korea.- p. 1-4.

34. Suuberg E.M., Peters W.A., Howard I.B. Product composition and kinetics of lignite pirolysis // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. — 1978. Vol. 17, N 1. - P. 37-46.

35. 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), 1982.-P. 1139-1149.

36. B.E. Мессерле, А.Б. Устименко, A.H. Руденко. Паровая газификация низкосортных углей. // Рабочие процессы в теплотехнических установках. Межвузовский сборник научных трудов. Алма-Ата. КазПТИ, 1988. С. 26-29.

37. Электротермохимический метод подготовки низкосортных углей к сжиганию.// Тезисы докладов научно-технической конференции по повышению эффективности использования топлива в энергетике, промышленности и на транспорте. Киев, 1989, с. 1315.

38. В.Е. Мессерле, З.Б. Сакипов, Ш.Ш. Ибраев, В.Г. Чернова. Плазменная переработка высокозольных энергетических углей с использованием минеральной части.// Там же, с. 46-51.

39. З.Б. Сакипов, А.Б. Устименко Термохимическая подготовка низкосортных углей при различных избытках окислителя. // Химия высоких энергий. № 1. Т. 24, 1990. С. 80-83.

40. Tuverger D., Ashard L. The upsurge plasmas in industry // Revue energetique (France).-1986.- Vol. 37, N 385.- p.574-592.

41. Cioffi P.Z., Barsin S.A., Tattoli O.P. Plasma arc ignition of pulverized coal III Wrinter Meeting ASME-Washington, 1981,November, 15-20-p. 5-9.

42. Messerle V., Sakipov Z., Ibraev S. Plasma Technology of Ignition and Stabilisation of Combustion of Inferior Coal // International Symposium of Theoretical and Applied Aspects of Plasma Chemistry, Riga, Latvia, 1991, p. 119.

43. Мессерле B.E., Ш.Ш. Ибраев. Проблема эффективного использования низкосортных твердых топлив при минимальном отрицательном воздействии на окружающую среду // Энергетика и топливные ресурсы, № 2, 1992, с. 21-25.

44. Мессерле В.Е. Состояние и перспективы освоения плазменных технологий безмазутного воспламенения углей в энергетике // Материалы 2-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии (ISTAPC-95).- Иваново: ИГХТА, 1995.-с. 393-395.

45. Перегудов B.C., Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л. Плазменный розжиг и стабилизация горения мазутного факела // Тез. докл. Регионального семинара «Новые технологии и научные разработки в энергетике»,-Новосибирск, 1994.-Вып. 1.-е. 11-13.

46. Мессерле В.Е., З.Б. Сакипов, Ш.Ш. Ибраев, Т.М. Сейтимов. Плазменная технология воспламенения и стабилизации горения низкосортных углей // Химия высоких энергий. Т. 26, № 3, 1992, с. 279-281

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

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

49. Синярев Г.Б. Полные термодинамические функции и использование их при расчете равновесных состояний сложных термодинамических систем // Изв. вузов. Транспортное и энергетическое машиностроение 1966, № 2.- с. 99 - 110.

50. Синярев Г.Б., Слынько Л.Е., Трусов Б.Г. Принципы и метод определения параметров равновесного состояния // Труды МВТУ.- 1978. № 268.- с.4-21.

51. Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах.-М.: Металлургия, 1994. 352 с.

52. Smith P.J., Smoot Z.D. One-dimensional Model for Pulverised Coal Combustion and Gasification// Combustion Science and Technology 1980.- Vol. 23 - 17-31.

53. Smoot Z.D., Pratt D.J. Pulverised coal combustion and gasification.- New York: Plenum press, 1979.-210 p.

54. Калиненко P.A., Левицкий A.A., Мирохин Ю.А., Полак Л.С. Математическая модель процессов пиролиза и газификации угля // Кинетика и катализ.- 1987.- Т.28, № 3-с.723-779.

55. Калиненко Р.А., Левицкий А.А., Мирохин Ю.А., Полак Л.С. Кинетическая модель пиролиза и газификации угля // Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей.-М.: ЭНИН им. Г.М. Кржижановского, 1987.-е. 38-59.

56. Калиненко Р.А. Левицкий А.А., Мессерле В.Е. и др. Моделирование процессов термохимических превращений топлив в плазменном реакторе // Тез. докл. 1 Межвуз. научно-техн. конф. «Плазменное воспламенение и сжигание топлив». Николаев. 1989. с. 16-17.

57. Трусов Б.Г., Маланичев А.Г. Применение вариационного принципа для решения задачи химической кинетики // Докл. РАН 1994 - Т. 339, № 6.- с.771-775.

58. Синярев Г.Б. Полные термодинамические функции и использование их при расчете равновесных состояний сложных термодинамических систем // Изв. вузов Транспортное и энергетическое машиностроение. 1966. № 2, с. 99-100.

59. Рождественский И.Б., Олевинский К.К., Шевелев В.Г1. Состав и термодинамические функции гетерогенной регулирующей системы // Исследования по термодинамике. М., 1973. с. 49-55.

60. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин, В.А. Худяков. М., 1971. Т. 1-4. 1987.

61. Сурис A.JI. Алгоритм термодинамического расчета многофазных, многокомпонентных систем // II Всесоюз. симпозиум по плазмохимии. Рига, 1975. Т.2. с. 198.

62. Tuppeny W.H. Effect of changing coal supply an steam generator design // Proc. American Power Conference. 1978. V. 40. P. 367-380.

63. Краснов M.JI., Макаренко Г.И., Киселев А.И. Вариационное исчисление. М., 1977. 127 с.

64. Мессерле В.Е., Сакипов З.Б. Термодинамический метод подготовки к сжиганию твердых топлив с использованием низкотемпературной плазмы // Химия твердого топлива. 1988. № 4. с. 123-127.

65. Мессерле В.Е., Сакипов З.Б., Трусов Б.Г. Удельные энергозатраты при высокотемпературной газификации низкосортных углей // Изв. СО АН СССР, Сер. техн. наук. 1988. № 18. Вып. 5. с. 95-98.

66. Мессерле В.Е., 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.

67. Термодинамические свойства индивидуальных веществ / Под ред. Глушко В.П. М., 1962. Т. 1. 1262 с.

68. Eisermann W., Jonson P., Condger W.L. Estimating thermodynamic properties of coal, char, tar and ash // Fuel processing technology. 1980. V.3. N 1. P. 39-59.

69. Энергетическое топливо СССР: (ископаемые угли, горючие сланцы, торф, мазут и горючий газ). Справочник/ Матвеева И.И., Новицкий Н.В., Вдовчепко B.C. и др.- М.: Энергия, 1979.- 128 с.

70. Карпенко Е.И., Пичугина Т.А., Молонов Ж.Ч. Плазменно-энергетические технологии: Методическое пособие-Улан-Удэ: Изд. ВСГТУ, 2001 100 с.

71. Агроскин А.А., Глейбман В.Б. Теплофизика твердого топлива. М., 1980. 253 с.

72. Агроскин А.А., Глейбман В.Б. Теплофизика горючих ископаемых. Современное состояние вопроса // Химия твердого топлива. 1982. № 4. с. 79-87.

73. Агроскин А.А., Гончаров Е.Н., Ловецкий Л.В. и др. Термические характеристики некоторых углей Востока// Кокс и химия. 1968. № 11. С. 1-6.

74. Теплоемкость минеральных примесей и золы углей // Кокс и химия. 1973. № 2. с.3.4.

75. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания / Под ред. В.П. Глушко // Справочник. М., 1971. Т. 1. 266 с.

76. Левицкий А.А. Математическое моделирование плазмохимических процессов // Плазмохимия-89 М.: ИНХС АН СССР, 1989.- ч. II.-с. 180-226.

77. Плазмохимическая переработка угля / М.Ф. Жуков, Р.А. Калиненко, А.А. Левицкий, Л.С. Полак.-М.: Наука, 1990.-200 с.

78. Агроскин А.А., Глейбман В.Б., Гончаров Е.И., Якунин В.П. Теплоемкость минератьных примесей и золы углей.// Кокс и химия, 1974. № 2. с. 3-4.

79. Киселева З.Л. Перспективы газификации угля. Информ. УкрНИИНТИ- Киев: Наук. Думка, 1981.- 13 с.

80. Черненко И.И., Шафир Г.С. Состояние и перспективы газификации углей: Обзор-М.: ЦНИЭИуголь. 1982-46 с.

81. Ибрагимов М.Х., Марченко Е.М. Тувапьбаев В.Г. Газификация угля лля получения энергетического газа // Сб. тр. / ВЗПИ. Сер. Теплоэнергетические установки (Энерготехиологическое использование топлив).- М. 1983 с. 16-29.

82. Чмель В.Н. Барабышев В.Г., Огий В.Н. и др. Установка для сжигания и газификации низкосортных топлив // Экономия жидкого топлива на тепловых электростанциях: Сб. науч. тр. ВЗПИ.- М., 1987 с. 48-57.

83. Ибрагимов М.Х., Марченко Е.М. Тувальбаев В.Г., Трубицин Н.Б. Сравнение двух способов газификации твердых топлив на ТЭС // Промтеплоэнергетика,- 1989 Т. 11, № 4.-е. 105-108.

84. Reason Z. Get oil and gas out of pulverized coal firing // Power, 1983, May,- p. Ill— 113.

85. Исследование возможности применения системы плазменного воспламенения (СПВ) на ТЭС Казахстана с целыо сокращения расходов жидкого топлива для растопки и подсветки: Отчет КазНИИЭ, № ВНТИЦ 02870002728 1 Руков. темы З.Б. Сакипов.- Алма-Ата, 1985.-94 с.

86. Бушуев В.В. Жуков М.Ф., Лукашов В.П. и др. Плазменный розжиг и стабилизация горения пылеугольных топлив // Теплообмен в парогенераторах. Материалы Всесоюз. конференции.- Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1988 с. 72-80.

87. Иманкулов Э.Р., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. и др. Плазменный розжиг и стабилизация горения низкосортных углей различных месторождений // Плазмохимия-89.-М.: ИНХС АН СССР, 1989.-е. 152-162.

88. Белосельский Б.С., Хмелевская Е.Д. Пирогазификация экономически эффективный и экологически чистый метод подготовки и использования низкосортных топлив на электростанциях // Теплоэнергетика - 1994- № 1.-е. 26-29.

89. Карпенко Е.И., Буянтуев СЛ., Ибраев Ш.Ш., Мессерле В.Е. Плазмоэнергетические процессы и аппараты в решении природоохранных задач.— Улан-Удэ: БНЦ РАН, 1992.-114 с.

90. Головина Е.С., Калиненко Р.А., Левицкий А.А. и др. Исследование процесса газификации кокса методом математического моделирования // Физика горения и взрыва.- 1988.-№ 5.-е. 88-95.

91. Калиненко Р.А., Левицкий А., Мессерле В.Е. и др. Электрохимическая переработка углей. Математическая модель и эксперимент // Химия высоких энергий — 1990 т.24, № 2 - с. 176-182.

92. Калиненко Р.А., Кузнецов А.П., Левицкий А.А. и др. Математическое моделирование процесса сжигания твердых топлив с учетом образования азотсодержащих соединений // Плазмохимия-90.- М.: ИНХС АН СССР, 1990.- с. 17-27.

93. Энгельшт B.C., Десятков Г.А., Сайченко А.Н. и др. Плазменный способ воспламенения пылевидного топлива в энергетических котлах // Основные направления экономии энергоресурсов в республике: Тез. докл. Республ. науч.-техн. конф.- Фрунзе, 1989.-е. 46-47.

94. Kossyi I.A., Silakov V.A., Tarasova N.M. II Proc. 15th Internat. Symp. on Plasma Chemistry, Orleans, France. 2001, V. II, p. 721.

95. Дьяков Ф.Ф., Карпенко Е.И., Мессерле B.E. Плазменно-энергетические технологии и место в теплоэнергетике. // Теплоэнергетика 1998. - № 6 - с. 25.

96. ПО. Химия и переработка угля / Пол ред. B.JL Липовича- М.: Химия, 1988.336 с.

97. Пуртова Е.Е. Исследование процесса высокотемпературной газификации углей с целью получения энергетического газа для системы МГД ЭС: Автореф. Дис. Канд. Хим. Наук. М., 1982.27 с.

98. Титов С.П., Бабий В.А., Барбараш В.М. Исследование образования NOx из азота топлива при горении пыли каменных углей // Теплоэнергетика. 1980. № 3. с. 64-67.

99. Худяков Г.Н., Целищев П.А., Богачева Т.М., Абаев Г.Г. Использование плазменной газификации углей и сланцев в энергетике // Экономия и повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов. М.: Эник, 1982. с. 8493.

100. Целищев П.А. Абаев Г.Г. Состав продуктов и энергетические показатели окисления твердого топлива // Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей. М.: ЭНИН, 1987. с. 7-21.

101. Biba V., Macak J., Klose E., Malecha J. Mathematical model for gasification of coal under pressure // Ind. And Eng. Chem. Process Des. And Develop. 1978. Vol. 17. p. 92-98.

102. Плазмохимическая переработка угля // М.Ф. Жуков, Р.А. Калиненко, А.А. Левицкий. Л.С. Полак.-М.: Наука, 1990.-200 с.

103. Beiers H.-J., Baumann Н., Bittner D., Klein I. Experiments on the mechanism of acetylene formation during the pyrolysis of coal in arc heated hydrogen // Rap. Intern. Symp. on Plasma Chem. Prepr. Eindhoven, 1985. N B-2-2. p. 232-235.

104. Сурис А.Л. Термодинамика высокотемпературных процессов. М.: Металлургия, 1985. С. 464-470.

105. Вилеиский Т.В., Хзмалян Д.Н. Динамика горения пылевидного топлива. М.: Энергия, 1978.246 с.

106. Зельдович Я.Б., Баренблат Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980.478 с.

107. Gibson М.М., Morgan М.А. Mathematical model of combustion of solid particle in a turbulent stream with recirculation // J. Inst. Fuel. 1970. N 12, p. 517-523.

108. Khali 1 E.E., Spolding D.V., Whitelaw J.H. The calculation of local flow properties in two-dimensional furnaces // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 1975. Vol. 18, N 6, p. 775-791.

109. Smith P.J., Fleatcher J.H., Smoot L.D. Model for pulverized coal-fired reactions // Proc. XVII Symp. Combust. Canada, 1980. P. 1285-1292.

110. Lesinski J., Baronnet J.M., Meiilot E., Debbagh-Nour G. Modeling of plasma entrained-bed coal gasifiers // Pap. Intern. Symp. plasma Chem. Prepr. Indhoven, 1985. N P-3-3. P. 61-266.

111. Pfender E., Chen X. Thermochemistry of thermal plasma chemical reactions. P 1. General rules of the predictions of products // Plasma Chem. and Plasma Process. 1987. Vol. 7, N 3. p. 201-226.

112. Калиненко P.А., Левицкий А.А., Мессерле B.E. и др. Электротермохимическая переработка углей. Математическая модель и эксперимент.// Химия высоких энергий-1990.-Т. 24, №2.-с. 176-182.

113. Химия и переработка угля / Под ред. В.Л. Липовича.- М.: Химия, 1988.- 336 с.

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

115. Суров Н.С. Некоторые экспериментальные данные по распределению параметров в свободных дозвуковых струях плазмы, содержащих частицы конденсированной фазы // Генераторы низкотемпературной плазмы. М., 1969. С. 470-473.

116. Полак JI.C., Суров Н.С. Исследование взаимодействия частиц порошка с потоком плазмы в сопле // Физика и химия обработки материалов. 1969. № 2. С. 19-29.

117. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива. М., 1958.598 с.

118. Бабуха Г.Л., Рабинович М.И. Механика и теплообмен потоков полидисперсной газовзвеси. Киев, 1969. 218 с.