Плазменно-термическая подготовка твердых топлив к сжиганию на основе модульной двухступенчатой установки тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

ШИШУЛЬКИН Станислав Юрьевич

ПЛАЗМЕННО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ТВЕРДЫХ ТОП ЛИВ К СЖИГАНИЮ НА ОСНОВЕ МОДУЛЬНОЙ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ УСТАНОВКИ

Специальность 01.04.14 «Теплофизика и теоретическая теплотехника»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

- 1 ОКТ 2009

Улан-Удэ - 2009

003478763

Работа выполнена в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Буянтуев Сергей Лубсаиович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Урбах Эрих Кондратъевич

кандидат физико-математических наук, доцент Дамдинов Баир Батуевач

Ведущая организация: Томский государственный архитектурно-

строительный университет (ТГАСУ), г. Томск

Защита состоится 23 октября 2009 года в 12 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.03 в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ВосточноСибирского государственного технологического университета.

Автореферат разослан 22 сентября 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного

совета, доктор технических наук Бадмаев Б.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Особое место в энергетике занимают отопительные котлы малой и средней мощности, работающие в основном на твердом органическом топливе - угле, использующие слоевое или факельно-слоевое сжигание. При этом необходимо отметить, что в силу ряда причин (технических, технологических) коэффициент полезного действия (КПД) данных котлов находится в среднем на уровне 60%, при заявленном значении не менее 80%.

Качество добываемого угля с каждым годом становится все хуже. В перспективе основным топливом будут низкосортные забалластированные золой и влагой угли открытой добычи с теплотой сгорания 1900-3800 ккал/кг. Принимая во внимание огромные масштабы потребления таких углей в энергетике, нельзя ожидать их обогащения, учитывая довольно высокую стоимость обогащения угля. Более того, в результате обогащения можно снизить лишь зольность и влажность углей, тогда как увеличить выход летучих в низкореакционных топливах путем обогащения в принципе невозможно. Это означает, что нельзя повысить и реакционную способность таких углей. При низком содержании летучих веществ угольные частицы обладают малой пористостью, что препятствует диффузии кислорода внутрь частиц и приводит к значительным затруднениям при организации их воспламенения и сжигания. Из-за низкого выхода летучих происходит запаздывание воспламенения угля, что требует увеличения объема топочной камеры для завершения процесса горения и проведения самого сжигания при пониженных тепловых нагрузках топочного объема. Последние факторы являются причиной значительного мехнедожога. Все эти факторы значительно снижают эффективность использования топлива и экономичность котлоагрегата.

Существует множество технологий и способов стабилизации горения угля в пылеугольных котлах (подсветка пылеугольного факела, безмазутная растопка котлоагрегата и др.) и не так много создано технологий по повышению качества использования углей в котлах со слоевым сжиганием топлива. Еще одной проблемой являются вопросы повышения экологической эффективности котельного оборудования. При этом сложная экономическая ситуация и отсутствие свободных финансовых ресурсов у генерирующих компаний вызывают необходимость изыскивать малозатратные методы модернизации и повышения эффективности работы теплогенерирующего оборудования.

Изложенное выше определяет актуальность проведения исследований и разработки плазменных технологий подготовки углей к сжиганию в котлах, оборудованных топками, для слоевого сжигания топлива, которые позволят улучшить технико-экономические и экологические характеристики отопительных котельных. Эта проблема особенно актуальна для регионов с

высокими экологическими требованиями, к которым относится, например, зона озера Байкал - памятника мирового наследия.

Цель работы: исследование процессов плазменно-термической обработки углей на модульной двухступенчатой опытно-промышленной установке для получения высокореакционного топлива с последующим его использованием в отопительных котлах.

Для достижения намеченной цели в работе были поставлены следующие задачи:

- произвести анализ состояния отопительных котлов, расположенных на территории города Улан-Удэ и Республики Бурятии, с выбором наиболее распространенных типов котлов для последующей привязки к ним системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию, а также исследовать возможности применения плазменно-энергетических технологий для повышения реакционной способности углей и экологических показателей отопительных котлов, расположенных на территории Республики Бурятия, Читинской области и Монгольской народной республики;

- произвести расчеты процессов плазменно-термической подготовки углей в модульной двухступенчатой плазменной установке;

- выбрать на основании расчетов оптимальные геометрические размеры установки;

- исследовать процессы плазменно-термической подготовки Тугнуйского (Республика Бурятия), Баганурского (Монголия) и Урейского (Читинская обл.) углей, протекающие при работе модульной плазменной двухступенчатой установки в одноступенчатом и двухступенчатом режимах;

- установить влияние соотношения угля, воздуха и водяного пара на состав получаемого синтез-газа при плазменно-термической подготовке углей в модульной двухступенчатой установке и определить оптимальные соотношения вводимых реагентов;

- изучить изменение структуры углей после плазменно-термической обработки, и установить, как эти изменения влияют на процесс сжигания углей в топке котла.

- разработать технологию и систему плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию на базе модульной плазменной двухступенчатой установки для отопительных котлов малой и средней мощности с технико-экономическим обоснованием ее применения.

Научная новизна

- на основе исследований теплофизических процессов плазменно-термической подготовки Тугнуйского, Баганурского и Урейского углей к сжиганию, протекающих в двухступенчатом плазменном реакторе совмещенного типа, получены критериальные соотношения реагентов,

4

позволяющих наиболее эффективно производить плазменно-термическую

:'■:'■ _ , _ ;.,; 1 I; пЛ с кого . я,

.'С \4.ill ИМЛОТ , - .. р.1 ;ПЛО пористую Структуру, уТЛИ 1х1г;1нурск-ого месторождения имеют слабо развитую пористую структуру;

- разработаны научно-технические основы для применения технологии и системы плазменжмермической подготовки твердых тогшпв к

'I : , , ,; "V.-...- |. ,• •. | ,• ;; ,-,">-\<. г 11 у

топками для слоевого и факельно-слоевого сжигания топлива.

Практическая ценность работы

¡.Модульная плазменная двухступенчатая установка, используемая в качестве дополнительной приставки к котлу, и технология плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию позволят производить процесс плазменно-термической подготовки низкосортных углей и расширить диапазон сжигаемых в котлах малой и средней мощности углей.

2. Использование системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию позволит: сократить потребление угля за счет снижения мехнедожега топлива, снизить выбросы вредных веществ, повысить КПД котлоагрегата, использовать на одном и том же котле угли с большим диапазоном влажности и выходом летучих.

3. Модульный принцип компоновки системы плазменно-термической подготовки твердого топлива к сжиганию дает возможность, в случае необходимости, увеличить производительность установки при низкой металлоемкости и энергозатратах.

4. Полученные результаты (таблицы и графики) могут быть использованы в качестве справочного материала при исследованиях, расчете и проектировании установок для плазменно-термической подготовки углей к сжиганию, а также в качестве учебного материала для соответствующих специальностей вузов.

Выносимые на защиту положения

1. Плазменно-термическая подготовка углей к сжиганию в модульной установке при работе в одно- и двухступенчатом режимах, позволяющая повысить полноту сжигания и расширить диапазон сжигаемых углей в отопительных котлах.

2. Технология плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию в котлах малой мощности и установка для ее осуществления, позволяющая повысить КПД котла.

3. Оптимальные значения вводимых реагентов при плазменно-термической подготовке, полученные расчетно-теоретическими и экспериментальными исследованиями, способствующие увеличению пористости угля и как следствие повышению его реакционной способности: для Тугнуйского и Урейского углей соотношение уголь:воздух:пар - 10:4:1, для Баганурского - 15:6:2. .

4. Модульный принцип построения малогабаритной плазменной двухступенчатой установки, позволяющий увеличивать производительность установоки в зависимости от мощности котлов при низких материальных и энергетических затратах.

Достоверность полученных результатов определяется с помощью методов диагностики, обеспечивающих возможность получения результатов измерений с погрешностью не более 10%; статистической обработкой результатов экспериментальных измерений, которая осуществлялась в относительных единицах для повышения достоверности полученных данных; сравнением расчетных и опытных данных. Расчеты состава плазменно-подготовленного угля и получаемого синтез-газа проводились с использованием современной широко апробированной компьютерной программы «ТЕРРА». Геометрические размеры и параметры установки плазменной подготовки твердых топлив к сжиганию, а также кинетика воздушно-угольного потока в установке были определены с помощью компьютерной программы «Плазмауголь-3». Все выполненные в рамках диссертационной работы расчеты и теоретические обоснования подтверждаются экспериментальными исследованиями.

Личный вклад автора заключается в участии при разработке конструкции и создании двухступенчатой установки плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию, непосредственном проведении экспериментов, расчетов и обработке результатов, формулировке выводов по работе.

Апробация работы. Основные методологические положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 15-й международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов» (Щелкино, АР Крым, 4-8 июня 2007 г.); 10-й международной конференции «Газоразрядная плазма и технологии ее применения» (Томск, 17-20 сентября 2007 г.); Межрегиональной выставке научных достижений (Улан-Удэ, 2006 г.); выставке «Стройиндустрия. ЖКХ. Энергосбережение» (Улан-Удэ, 10-13 апреля 2007 г.); Всероссийской научно-практической конференции, семинар вузов Сибири и Дальнего Востока «Повышение эффективности производства и использования энергии в

6

условиях Сибири» (Иркутск, 2008); Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Челябинск, 5-7 мая 2008 г.); Международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию Республики Бурятия «Приоритеты Байкальского региона в азиатской геополитике России» (Улан-Удэ, 2008 г.); 1-й международной научно-практической конференции «Ресурсосбережение и возобновляемые источники энергии: экономика, экология, практика применения» (Улан-Удэ, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Наноматериалы и технологии. Физика конденсированного состояния. Физика и техника низкотемпературной плазмы» (Улан-Удэ, 4-7 сентября 2008 г.); Четвертой международной школе-семинаре молодых ученых и специалистов (Москва, 2008 г.), Ежегодной научно-практической конференции молодых ученых и преподавателей ВСГТУ (Улан-Удэ, 2006-2009 гг.); Ежегодной научной конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов БГУ (Улан-Удэ, 2006-2009 гг.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них две статьи в реферируемых изданиях, одно положительное решение на выдачу патента РФ. Список основных из них приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 185 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, а также содержит 30 таблиц, 46 рисунков и библиографию из 138 наименований.

Исследования производились в рамках комплексной программы по созданию плазменных технологий переработки угля с целью получения синтез-газа, активированного угля и синтетического жидкого топлива и включены в инновационные программу «Разработки и проекты Республики Бурятия на 2006, 2007, 2008 гг. Плазменно-термическая подготовка угля для сжигания в котлах системы ЖКХ».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, отмечена научная новизна полученных результатов и их практическая ценность, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена рассмотрению вопросов использования угля на энергообъектах и типах его сжигания, анализу традиционных и плазменных технологий газификации угля, произведен обзор и анализ состояния отопительных котельных Республики Бурятия.

Анализ позволил сделать следующие выводы.

1. Необходим поиск и внедрение экологически чистых технологий, позволяющих с высокой эффективностью использовать низкосортные

7

энергетические угли, доля которых в топливно-энергетическом балансе страны неизменно растет.

2. Предварительная плазменно-термическая подготовка угля на энергогенерирующих предприятиях позволит получать высокореакционное топливо (ситез-газ и термически подготовленный уголь), использование которого дает возможность увеличить общую эффективность производства.

3.Применение плазменных систем улучшает технико-экономические и экологические показатели энергогенерирующих объектов, позволяет исключить сжигание дополнительного топлива.

4. Учитывая накопленный опыт, возможно развитие и совершенствование плазменных систем топливоиспользования.

Общий анализ литературы, касающийся вопросов эксплуатации устройств, которые используют энергию низкотемпературной плазмы, показал их техническую и экономическую эффективность, возможность резкого сокращения вредных выбросов по сравнению с традиционными технологиями. Все это позволяет сделать вывод о перспективности и целесообразности развития данного направления.

На основании проведенного анализа отопительных котельных, расположенных на территории Республики Бурятия, были выявлены наиболее распространенные марки котлов малой мощности. Итого на 780 котельных Республики Бурятия установлено 1702 котла разных марок, из них: котлов марки «Братск» - 514, «Универсал» -414, «КВ» -278, «Самовар» - 107, «Жарок» - 78, других - 331. Анализ котельных показал, что наиболее распространены котлы марки «Братск» и «Универсал». Данные котлы относятся к котлам универсального типа, то есть в них может сжигаться как твердое, так и газообразное топливо.

Исходя из сделанных выводов, определен круг задач, решение которых и составляет содержание настоящей диссертационной работы.

Во второй главе представлены результаты расчетов процесса плазменно-термической подготовки Тугнуйского и Баганурского углей с применением программы автоматизированных расчетов «ТЕРРА» и «Плазмауголь-3». Данные серии расчетов использовались для предварительного определения режимов плазменно-термической подготовки углей и состава синтез-газа, образующегося в ходе такой подготовки, а также для выбора геометрических размеров самой установки и ее последующей привязки к отопительному котлу.

В первой серии расчетов (табл. 1) производился расчет плазменно-термической подготовки Тугнуйского угля с расходом угля 50 кг/ч, воздуха - от 5 до 25 кг, без добавления пара.

Во второй серии расчетов принято, что расход угля и пара постоянны и составляют 50 и 5 кг/ч соответственно, а расход воздуха меняется в интервале от 5 до 25 кг/ч. Расчет производился для процессов газификации

протекающих при давлении 0,1 МПа при температуре 1200 К. Результаты расчетов представлены в таблице 2.

Таблица 1

Состав синтез-газа при использовании в качестве окислительного агента __воздуха_

Содержание Расход воздуха, кг/ч

компонентов, об. % 5 10 15 20 25

н2 60,719 52,428 46,135 41,194 37,211

СО 26,166 27,216 28,017 28,647 29,157

n2 11,498 18,985 24,654 29,095 32,67

Q, ккал/нм3 2355,633 2173,5 2035,4 1927 1839,6

Таблица 2 Состав синтез-газа при использовании в качестве окислительного агента воздуха и пара (5 кг/ч)

Содержание Расход воздуха, кг/ч

компонентов, об. % 5 10 15 20 25

н2 57,342 51,596 46,9 42,99 39,683

СО 32,993 33,076 33,146 33,206 33,259

n2 8,098 13,943 18,709 22,67 26,016

Q, ккал/нм3 2474,6 2328,9 2209,9 2110,9 2027,2

Из полученных данных видно, что с увеличением расхода воздуха (в обоих случаях) в синтез-газе увеличивается содержание азота и снижается количество водорода и оксида углерода. При добавлении пара в синтез-газе увеличиваются содержание горючих компонентов и его теплотворная способность.

Таблица 3

Состав синтез-газа при использовании в качестве окислительного агента

воздуха и пара

Содержание компонентов, об. % Расход пара, кг/ч

5 10 15 20 25 30

н2 41,896 42,487 42,99 43,424 43,803 44,136

СО 30,431 31,929 33,206 34,306 35,265 36,108

n2 26,584 24,471 22,67 21,117 19,762 18,571

Q, ккал/нм3 1998,9 2059,4 2110,9 2155,3 2194,0 2228,0

В третьей серии производился расчет плазменно-термической подготовки Тугнуйского угля при расходе угля равному 150 кг/ч, расход воздуха задавался в пределах 30-120 кг/ч, расход пара - 0-30 кг/ч. В таблице 3 представлены

результаты расчетов процесса плазменно-термической подготовки Тугнуйского угля, при которой в реакционную зону вводится 150 кг угля, воздуха - 60 кг, пара - от 5 до 30 кг.

Из таблицы 3 видно, что с увеличением количества водяного пара содержание горючих компонентов (СО+Н2) возрастает. Их максимальная концентрация, равная 81,2 %, достигается при расходе пара 30 кг/ч, что связано с уменьшением концентрации в рабочей смеси вводимого азота воздуха и увеличения содержания водорода за счет протекания реакции разложения водяного пара. Концентрация азота снижается на 8 %. Также наблюдается рост теплотворной способности синтез-газа с 1998,9 до 2228,0 ккал/нм3.

Для выявления влияния водяного пара на процесс плазменно-термической подготовки Тугнуйского угля были проведены расчеты воздушной и паровой газификации.

На основании расчетов выяснено, что концентрация горючих компонентов при воздушной плазменно-термической подготовке Тугнуйского угля (СО+Н2+СН4) увеличивается с ростом температуры процесса. При температуре 1200К она составляет 52,28% газовой фазы и затем мало изменяется. Азот представлен молекулярным азотом, концентрация которого при 1200К составляет 47,2%. Процесс плазменно-термической подготовки идет в основном до температуры 1150-1200К. Из чего следует, что плазменно-термическая подготовка Тугнуйского угля при использовании в качестве окислительного агента воздуха дает на выходе синтез-газ с процентным содержанием горючих компонентов более 50% и большим содержанием азота (47%).

В отличие от воздушной при паровой плазменно-термической подготовке угля мы наблюдаем значительный рост в общем объеме горючих компонентов (СО и Н2), суммарный выход которых уже при температуре 800К равен 52,52%, достигая 98,46% при 1200К и затем мало изменяется, с низким содержанием балласта - азота (N2), концентрация которого при Т=800К составляет менее 0,7%, Снижение балластов в первую очередь обуславливается снижением содержания азота воздуха.

Таким образом, из проведенных расчетов видно, что при паровой плазменно-термической подготовке Тугнуйского угля получается наиболее высококалорийный синтез-газ с наименьшим содержанием балластов. Необходимо отметить то, что процесс выхода летучих веществ лишь инициируется в плазменной установке и продолжается уже в топке отопительного котла с непосредственным горением этих компонентов при смешении с вторичным воздухом.

Следующим этапом расчетов процессов плазменно-термической подготовки угля является математическое моделирование процесса движения, нагрева и кинетики термохимических превращений угольных частиц с помощью программы «Плазмауголь-3».

Из рисунка 1 видно, что процесс плазменно-термической подготовки топлива начинается при х>0,09 м, так как в этой области начинается образование С02 и уменьшение концентрации кислорода. Концентрация С02 возрастает до 7,11% (х=0,3 м). Концентрация метана (СН4) не превышает 1,7%. При х=0,3 м концентрация всех горючих компонентов достигла максимума (44,94%), что свидетельствует о завершении процесса плазменно-термической подготовки на ступени 1, из чего длина первой ступени принята 0,3 м.

Образовавшийся на ступени 1 горючий газ (СО+Н2+СН4+С6Н6) будет выгорать на второй ступени (рис. 2) в первичном воздухе аэросмеси, нагревая угольную пыль вместе с образуемой газовой фазой.

Рисунок 1. Состав газовой фазы продуктов плазменно-термической подготовки Тугнуйского угля на 1-й ступени

Рисунок 2. Состав газовой фазы продуктов плазменно-термической подготовки Тугнуйского угля на 2-й ступени

Суммарная концентрация горючих газов (СО+Н2+СН4+С6Н6) на ступени 2 составила около 34,9% (х=1,5 м.) и затем изменялась незначительно. Исходя из этого, протяженность ступени 2 выбрана равной 1,2 м. Таким образом, можно констатировать, что в двухступенчатой установке общей высотой Ь0=1,5 м (сумма двух ступеней) и внутренним диаметром <30=0,15 м уголь с расходом Суг=150 кг/ч успевает пройти плазменно-термическую подготовку к сжиганию, инициируемую на первой ступени плазмотроном мощностью 20 кВт. Исходя из того, что в данной установке будут производиться исследования по плазменно-термической подготовке других углей более худшего качества, было решено создать установку высотой 2,0 м (ступень 1 - 0,5 м, ступень 2-1,5 м). При монтировании данной установки непосредственно в котельной по своим габаритам она легко умещается в данном помещении и не создает неудобств персоналу при обслуживании как котла, так и самой установки.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований процессов плазменно-термической подготовки Тугнуйского, Баганурского и Урейского углей.

Для исследований процессов плазменно-термической подготовки углей с применением в качестве генератора низкотемпературной плазмы электродугового реактора совмещенного типа, создана экспериментальная установка - плазменная приставка 3 (рис. 3), состоящая из системы энергоснабжения, электродугового реактора совмещенного типа, электромагнитной катушки постоянного тока, камеры ввода второй ступени, парогенератора, систем подачи угля и воздуха, пульта управления, муфеля, камеры разделения, системы вывода газа и шлакосборника. Камера электродугового реактора имеет внутренний диаметр 0,15 м и высоту 0,5 м, на дне установлена графитовая диафрагма с внутренним диаметром 0,05 м. Камера ввода второй ступени, муфеля и камеры разделения также имеют высоту 0,5 м, с внутренним диаметром 0,15 м.

Рисунок 3. Вариант 2А применения системы плазменно-термической подготовки угля к сжиганию

Для оценки качества плазменно-термической подготовки угля к сжиганию в котле были произведены эксперименты с определением состава получаемого синтез-газа и изменению структуры частиц угля.

Во время эксперимента синтез-газ отбирался в верхней части скруббера и подвергался химическому анализу по ГОСТ 7018-75 на лабораторном газоанализаторе ГХЛ-1, принцип действия которого основан на избирательном поглощении или сжигании определяемого компонента. Твердая часть поступала в шлакосборник, откуда и забиралась для анализа.

В процессе экспериментов фиксировались материальные и тепловые потоки во всех узлах установки. В частности, регистрировались расходы угля, воздуха, пара, электрическая мощность реактора, давление и расходы охлаждающей воды, температурные режимы в реакторе, камерах и муфеле.

На первом этапе экспериментов проводилось исследование исходного угля, а именно ситовый анализ, определение содержания влаги в углях, зольности углей, выхода летучих веществ, исследование пористой структуры исходных углей. Результаты данных исследований применялись для сравнения и определения изменений, происходящих в углях, которые прошли плазменно-термическую подготовку.

На втором этапе производилось исследование влияние воздуха и водяного пара на качество получаемого вследствие плазменно-термической подготовки угля, синтез-газа. Для первой серии экспериментов в качестве сырья был использован уголь Тугнуйского месторождения со следующими характеристиками: влажность \УР=14,0%, зольность Ар=19,4%, выход летучих веществ У=45,0%.

В первой серии экспериментов была поставлена задача о выяснения влияния атмосферного воздуха на состав и качество получаемого при плазменно-термической подготовке угля в одноступенчатом режиме синтез-газа. Воздух и уголь подавались вместе в плазменный реактор. В каждом последующем опыте изменяли количество поданного воздуха в реактор от 5 до 25 кг/ч при постоянном расходе угля, равном 50 кг/ч. Результаты экспериментов показаны в таблице 4.

Таблица 4

Состав синтез-газа при использовании в качестве окислительного агента

воздуха

Содержание компонентов, об. % Расход воздуха, кг/ч

5 10 15 20 25

н2 50,5 48,5 43,3 40,9 37,1

СО 33,1 33,7 35,5 36,2 37,7

N2 11,8 13 16,8 20,2 21,3

С02 1,3 1,5 1,8 1,1 1,9

о2 1,6 1,7 1,5 1 1,5

С>, ккал/нм*3 2467,26 2425,42 2298,51 2212,74 2149,45

Во второй серии экспериментов в плазменный реактор дополнительно подавался водяной пар в количестве 5 кг/ч, фиксированные расходы угля и пара выбраны в связи с необходимостью обеспечения условий устойчивой работы электродугового реактора и оптимальных технико-экономических показателей. Состав полученного синтез-газа приведен в таблице 5.

Можно отметить, что при добавлении водяного пара в реактор при расходах воздуха до 15 кг/ч суммарное количество водорода и оксида углерода возрастает в среднем на 3%, а содержание азота снижается. С увеличением расхода подводимого воздуха объемная доля азота воздуха возрастает, что сопровождается соответствующим понижением теплотворной

способности синтез-газа, подача водяного пара позвояет увеличить содержание горючих веществ и как следствие поднять энергетическую ценность получаемого синтез-газа в среднем на 85,3 ккал/нм3 (рис. 4).

Таблица 5

Состав синтез-газа при использовании в качестве окислительного агента __воздуха и пара_

Содержание компонентов, об. % Расход воздуха, кг/ч

5 10 15 20 25

н2 50,6 47,2 44,8 40,8 35,5

СО 36,9 35,4 35,6 33,6 34,8

N2 9 11,7 13,2 19 22,6

С02 1,1 1,9 2,4 2 2,7

02 0,8 1,6 1,6 2,3 2

0, ккал/нм3 2569,47 2490,08 2451,45 2281,49 2187,56

Рисунок 4. Зависимость калорийности полученного из Тугнуйского угля синтез-газа от расхода воздуха (экспериментальные и расчетные данные)

Из анализа рисунка 4 видно, что расчетные значения теплотворной способности газа (см. табл. 1, 2, 4, 5) имеют меньшие значения, нежели экспериментальные данные. Это можно объяснить тем, что теплотворная способность была рассчитана по теплотворной способности водорода и оксида углерода без учета теплоты сгорания предельных и непредельных углеводородов.

В результате экспериментов подтверждена возможность получения в совмещенном плазменном реакторе энергетического газа, установлено

влияние соотношений угля, воздуха и водяного пара на показатели плазменно-термической подготовки угля в одноступенчатом режиме работы установки. При расходе воздуха 10 кг для подготовки 50 кг Тугнуйского угля необходимо 5 кг пара.

В следующей серии экспериментов изучалось влияние на состав синтез-газа количества водяного пара и воздуха подаваемого в плазменную установку, которая работает в двухступенчатом режиме. В данной серии экспериментов изменялось количество подаваемого воздуха в пределах от 30 до 120 кг/ч, при постоянном расходе угля 150 кг/ч. Полученные данные позволяют судить о влиянии соотношения воздуха и угля на состав синтез-газа (табл. 6).

Таблица 6

Состав синтез-газа при использовании в качестве окислительного агента

воздуха

Содержание компоненто в, об. % Расход воздуха, кг/ч

30 45 60 75 90 105 120

н2 52,6 42,2 38 35,2 30 34 27,4

СО 26,3 31,3 32,5 31,3 33,2 26,4 30,5

n2 14,2 19 21,9 26,3 29 31,2 34,1

С02 3,7 4 4,4 4,4 4,3 4,8 4,5

о2 1,7 1,6 1,6 1,3 1,7 2 1,9

Q, ккал/нм3 2290,2 2213,4 2113,6 1994,0 1948,3 1825,1 1779,7

Из таблицы 6 видно, что, как и в первой серии опытов, основное содержание полученного синтез-газа составляют водород и оксид углерода, общее процентное содержание которых колеблется в пределах от 58 до 79 %. С увеличением расхода воздуха также отмечено увеличение процентного содержания азота и снижение теплотворной способности синтез-газа с 2300 до 1780 ккал/нм3.

На рисунке 5 представлен график зависимости теплотворной способности полученного синтез-газа от расхода воздуха (расчетные и экспериментальные данные), из которого видно, что с увеличением расхода воздуха теплотворная способность синтез-газа снижается как по расчетным, так и по экспериментальным данным.

Полученные данные позволяют выбрать приемлемое соотношение угля и воздуха. Наиболее предпочтительно соотношение 10:3 и 10:4, так как при данных условиях получен синтез-газ с относительно низким содержанием балласта и высокой теплотворной способностью. Получение синтез-газа с калорийностью менее 2000 ккал/нм3 является экономически менее целесообразным, а в случаях выбора соотношения меньше чем 10:4 наблюдается снижение степени газификации угля и как следствие

уменьшение объема получаемого синтез-газа. Таким образом, для дальнейших экспериментов выбрано соотношение 10:4, что соответствует соотношению уголь:воздух - 150 кг:60 кг.

—»—эксперимент -расчет!

Рисунок 5. Зависимость калорийности полученного из Тугнуйского угля синтез-газа от расхода воздуха (экспериментальные и расчетные данные)

При проведении второй серии экспериментов было изучено влияние водяного пара на состав получаемого синтез-газа. Количество угля и воздуха и их распределение по ступеням принято по результатам ранее проведенных исследований. Таким образом, в плазменный реактор (первую ступень), где горит электродуговая плазма, подавался уголь и воздух в количестве 50 и 15 кг/ч соответственно, во вторую ступень уголь и воздух - в количестве 100 и 45 кг/ч. Доля пара варьировалась в пределах от 5 до 30 кг/ч. Необходимо отметить, что в плазменный реактор подавалось всего лишь 5 кг/ч пара, а остальная часть поступала во вторую ступень.

Таблица 7

Состав синтез-газа при использовании в качестве окислительного агента

воздуха и пара

Содержание компонентов, об. % Расход пара, кг/ч

5 10 15 20 25 30

н2 39,6 41,5 43,7 41,6 35,8 32,1

СО 29,5 29,8 29,1 30,2 29,4 27,9

n2 22 19,6 18,5 20 24,8 28,7

С02 4,9 5 4,8 4,2 4,2 4

о2 1,2 1,4 1,2 1,5 3,1 5,1

Q, ккал/нм3 2168,73 2220,67 2251,18 2215,85 2056,8 1873,1

1800 ------

1700 ----1———

5 10 15 20 25 ЗОвл, кг/ч

—о—эксперимент -расчет|

Рисунок 6. Зависимость калорийности полученного из Тугнуйского угля синтез-газа от расхода пара (экспериментальные и расчетные данные)

Из анализа рисунка 6 можно увидеть, что расчетные и экспериментальные значения теплотворной способности синтез-газа заметно отличаются друг от друга. Особенно заметно падение теплотворной способности синтез-газа после подачи пара более 15 кг/ч, при этом расчетная кривая неизменно растет. Как выяснилось в ходе эксперимента, дальнейшее увеличение расхода пара приводит к снижению теплотворной способности синтез-газа, что связано с общим падением температуры в зоне реакции до температур порядка 700 К. Таким образом, можно заключить, что оптимальным соотношением реагентов уголь:воздух:пар, позволяющим получить синтез-газ с наибольшим содержанием горючих элементов, является соотношение 10:4:1.

Если же говорить об отличии экспериментальных и расчетных данных, представленных на рисунках 5 и 6, между собой, то можно отметить, что разница этих величин объясняется отсутствием в составе расчетных параметров газа предельных и непредельных углеводородов. В целом при сопоставлении экспериментальных и расчетных данных установлено их соответствие.

Следующим этапом работы является исследование плазменно-термической подготовки Баганурского угля со следующими характеристиками: влажность \УР=36,4%, зольность Ар=9,3%, выход летучих веществ Уг=41,0%. Для этого было проведена серия экспериментов по выяснению влияния атмосферного воздуха и водяного пара на состав и качество получаемого при плазменно-термической подготовке угля синтез-газа. В каждом последующем опыте изменяли количество поданного пара от 5 до 30 кг/ч, при постоянном расходе угля и воздуха 150 кг/ч и 60 кг/ч соответственно. Результаты экспериментов представлены в таблице 8.

Из анализа таблицы 8 можно заключить следующее, что концентрация водорода находиться в пределах 32,86-44,62%, оксида углерода - 18,1421,7%. Если рассматривать данный уголь не со стороны газификации на 100% с получением высококалорийного синтез-газа, а в рамках плазменно-термической подготовки, можно сказать, что объем образовавшихся горючих компонентов достаточен для стабильного горения Баганурского угля в топке котла.

Таблица 8

Условия проведения и результаты экспериментов_

№ п/п Исходные данные Результаты экспериментов

ОуГля» кг/ч 0Воз., кг/ч С*пара> кг/ч со2, % о2, % СО, % н2, % (3, ккал/нм3

1 150 60 - 10,48 1,9 18,14 32,86 1394,9

2 150 60 5 9,53 1,95 19,59 39,24 1603,2

3 150 60 10 6,3 5,9 19,8 42,46 1692,6

4 150 60 15 8,2 6,1 20,75 44,25 1767,4

5 150 60 20 7,64 15,92 21,7 44,62 1805,7

6 150 60 25 6,72 10,31 19,34 44,15 1722,3

7 150 60 30 11,31 5,85 18,52 39,29 1572,2

При расходе пара 20 кг/ч наблюдается снижение теплотворной способности синтез-газа, на основании чего можно говорить, что дальнейшее увеличение расхода пара приведет к уменьшению теплотворной способности синтез-газа. Исходя из анализа результатов экспериментов можно задать соотношение расходов реагентов уголь:воздух:пар - 15:6:2.

Следующим этапом работы является исследование плазменно-термической подготовки Урейского угля (табл. 9), со следующими характеристиками: влажность \УР=10,0%, зольность Ар=13,0%, выход летучих веществ Уг=43,0%.

Таблица 9

Условия проведения и результаты экспериментов__

№ п/п Исходные данные Результаты экспериментов

^угля, кг/ч ^воз., кг/ч С^пара» кг/ч со2, % о2, % СО, % н2, % <3, ккал/нм3

1 150 60 5 4,8 1,25 30,55 38,2 1916,0

2 150 60 10 0,65 0,55 32,5 40,5 2056,0

3 150 60 15 0,4 9,0 22,0 21,45 2103,0

4 150 60 20 1,0 3,0 32,0 23,5 2137,0

5 150 60 25 2,1 1,4 32,7 42,3 2212,0

6 150 60 30 4,2 0,3 33,3 44,5 2254,5

Так как характеристики Урейского угля схожи с характеристиками Тугнуйского угля, было решено произвести эксперименты с расходами вводимых реагентов, ранее установленных расчетным и экспериментальным методами для Тугнуйского угля.

Из данных о теплотворной способности полученного синтез-газа можно сказать о том, что по качеству получаемого синтез-газа Урейский уголь схож с Тугнуйским углем. Как и в случае с Тугнуйским углем, большинство результатов по теплотворной способности полученного синтез-газа лежит в пределах от 2100 до 2300 ккал/нм3. Таким образом, проведенные эксперименты показали высокую способность Урейских углей к газифицированию. Полученный газ имеет значительное содержание горючих компонентов (до 78,85 %) и как следствие высокую калорийность. В результате экспериментов получено, что оптимальные соотношения вводимых реагентов для плазменно-термической подготовки Урейского угля схожи с соотношением, принятым для Тугнуйского угля, и составят 10:4:1 (уголь:воздух:пар).

Следующим этапом стало исследование структуры углей до и после плазменно-термической подготовки. Микроструктурный анализ проводился на металлографическом микроскопе NEOPHOT-21 (Германия) с применением программного комплекса «PhotoZoom Professional v2.1.10». Все приведенные снимки сделаны при увеличении изображения в 1000 раз, цена одного деления соответствует 1,25 мкм.

На рисунках 7 и 8 представлены изображения структуры частиц Тугнуйского угля до и после плазменно-термической подготовки. При сравнении этих рисунков видно наличие микропор, однако на рисунке 7 в большей своей части они закрыты. На рисунке 8 показан микрошлиф угольной частицы вблизи поверхности, из которого видно, что вблизи поверхности уголь имеет очень хорошо развитую пористую структуру со средним размером пор около 2,5 мкм. Поры направлены как вдоль поверхности, так и внутрь частицы. Таким образом, Тугнуйский уголь имеет хорошо развитую пористую структуру, с микропорами, которые сообщаются между собой и соединяются в поры большого размера, проходящие через всю угольную частицу, что способствует наиболее полному и быстрому выходу летучих.

На рисунках 9-10 представлены микрошлифы частиц Баганурского угля до и после прохождения через низкотемпературный плазменный реактор при увеличении в 1000 раз. На рисунке 10 видно множество микропор. Однако при достаточно большом количестве таких микропор большинство из них ориентированы параллельно поверхности частицы, и почти нет микропор, проходящих через весь объем частицы, что в свою очередь затрудняет выход горючих компонентов и диффузии кислорода и как следствие полноту выгорания угля при его сжигании в топке отопительного котла.

Рисунок 7. Строение частицы Тугнуйского угля до обработки низкотемпературной плазмой

Рисунок 8. Строение частицы Тугнуйского угля после обработки низкотемпературной плазмой

Рисунок 9. Строение частицы Баганурского угля до обработки низкотемпературной плазмой

Рисунок 10. Строение частицы Баганурского угля после обработки низкотемпературной плазмой

Рисунок 11. Строение частицы Урейского угля до обработки низкотемпературной плазмой

Рисунок 12. Строение частицы Урейского угля после обработки низкотемпературной плазмой

На рисунках 11-12 представлены микрошлифы исходных и обработанных низкотемпературной плазмой частиц угля Урейского месторождения при увеличении в 1000 раз.

Анализируя рисунки 11 и 12, можно сделать вывод о том, что структура Урейского угля схожа со структурой Тугнуйского угля, с тем лишь отличием, что у Урейского угля данная структура менее развита. В Урейском угле поры в среднем имеют размер более 5 мкм. В основном поры ориентированы параллельно друг другу и направлены к поверхности частицы, что способствует более полному и быстрому процессу плазменно-термической подготовки угля к сжиганию.

Таким образом, наиболее развитую пористую структуру имеют угли Тугнуйского месторождения, за ними с чуть менее развитой пористой структурой идут Урейские угли, а угли Баганурского месторождения имеют неэффективно ориентированную, с точки зрения их сжигания в отопительных котлах, пористую структуру. Однако для котельных, работающих на последнем типе угля, установка системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию позволит повысить реакционную способность сжигаемого угля путем его нагрева и изменения его структуры.

На основании требований ГОСТов во многих типах углей содержание мелочи не должно превышать 50%. При сжигании в котле угля с повышенным содержанием мелочи увеличиваются потери с мехнедожегом. На практике мелочь стараются отделить от основного потока топлива и в дальнейшем в выработке тепла данный уголь не участвует. С помощью плазменно-термической подготовки мелочь частично газифицируется и нагревается до температуры самовоспламенения. При подаче мелочи в топку котла она моментально воспламеняется и успевает выгореть в топке котла полностью. Кроме того, в результате ситового анализа углей до и после плазменно-термической обработки был выявлен эффект спекания мелких частиц с образованием более крупных. В итоге доля крупных частиц в общем потоке топлива увеличивается, что в свою очередь снижает потери с уносом и провалом несгоревших частиц в золоотвал.

В четвертой главе рассмотрены эколого-экономические аспекты плазменно-термических технологий и приведено экономическое обоснование внедрения системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию на отопительной котельной, оборудованной котлом «Братск-1».

Проведенный экономический анализ позволяет утверждать, что установка и эксплуатация системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию являются экономически целесообразными и обоснованными, со сроком окупаемости не более трех лет.

Основные выводы и результаты работы

1. Произведен анализ состояния отопительных котлов, расположенных на территории города Улан-Удэ и Республики Бурятии, в результате которого выбраны котлы малой мощности марки «Братск» и «Универсал» и произведена оценка возможности их оборудования системой плазменно-термической подготовки угля к сжиганию, установлена возможность применения плазменно-энергетических технологий для повышения реакционной способности сжигаемых в них углей и экологических показателей данных котлов.

2. На основании теоретических исследований определены геометрические размеры модульной двухступенчатой установки по плазменно-термической подготовке угля к сжиганию. Высота плазменного реактора 0,5 м, высота второй ступени с муфельной зоной - 1,5 м и внутренним диаметром 1-й и 2-й ступени - 0,15 м. Расчетные параметры проверены натурными экспериментами и определены оптимальные режимы работы при обработке до 150 кг/ч угля с энергозатратами 0,4-0,5 кВт*ч/кг подготавливаемого угля

3. Исследованы процессы плазменно-термической подготовки Тугнуйского, Баганурского и Урейского углей, протекающие при работе установки в двухступенчатом режиме. В результате плазменно-термической обработки получен синтез-газ с калорийностью 2000-2300 ккал/нм3 для Тугнуйского и Урейского углей, 1400-1800 ккал/нм3 - для Баганурского угля.

4. Установлено влияние соотношения реагентов и определены оптимальные соотношения расходов угля, воздуха и водяного пара на состав получаемого синтез-газа. Для работы модульной плазменной двухступенчатой установки подготовки углей к сжиганию оптимальные соотношения вводимых реагентов составляют для Тугнуйского и Урейского углей - 10:4:1 (уголь:воздух:пар), для Баганурского - 15:6:2.

5. Выявлено качественное изменение структуры углей после обработки плазмой. Хорошей пористой структурой отличаются Тугнуйский и Урейский угли, Баганурский уголь имеет слабо развитую по сравнению с Тугнуйским, пористую структуру. Изменения, произошедшие в структуре углей по сравнению с необработанными углями, создают условия для наилучшей диффузии кислорода внутрь частиц, более полному и быстрому выходу на поверхность частицы горючих компонентов и как следствие более быстрому воспламенению и стабильному горению плазменно-подготовленного угля.

6. Разработаны технология и система плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию на основе модульной плазменной двухступенчатой установки в виде приставки к отопительным котлам малой и средней мощности, что дает возможность повысить КПД и экологические показатели котлов.

Основные результаты работы отражены в следующих

публикациях:

1. Буянтуев С.Л., Шишулькин С.Ю. Система плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию в котлах малой и средней производительности как один из способов сохранения экологии Байкальского региона // Изв. вузов. Физика. - 2007. - № 9. Приложение. - С.292-297.

2. Буянтуев С.Л., Шишулькин С.Ю. Улучшение технических и экологических показателей отопительных котельных с помощью системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию. // Вестник Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). - 2008. Т. 13. № 3 -(приложение).

3. Положительное решение на выдачу патента РФ от 18.02.2009 г. (заявка № 2008 129 633/06 от 17.07.2008 г.).

4. Буянтуев С.Л., Шишулькин С.Ю. Разработка системы плазменно-термической подготовки топлив к сжиганию для улучшения технико-экономических и экологических показателей котлов малой и средней мощности // Сб. науч. трудов 15-й международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов». 4-8 июня 2007 г., г. Щелкино, АР Крым. - Харьков, 2007. Т.1.-С. 236-241.

5. Буянтуев С.Л., Шишулькин С.Ю. Система плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию в котлах средней производительности // Наноматериалы и технологии. Физика конденсированного состояния. Физика и техника низкотемпературной плазмы: сб. трудов Всероссийской научно-практической конференции. 47 сентября 2008. - Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2008. - С. 189-190.

6. Буянтуев С.Л., Шишулькин С.Ю. Плазменно-термический метод подготовки твердых топлив к сжиганию в котлах системы ЖКХ как один из способов сохранения экологии Байкальского региона // Энергосбережение - теория и практика: труды Четвертой международной школы-семинара молодых ученых и специалистов. - М.: Издат. дом МЭИ, 2008. - С. 102-105.

Подписано в печать 18.09.2009 г. Формат 60x841/16. Усл. печ. л. 1,39 Тираж 100 экз. Заказ №232

Издательство ВСГТУ

670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в.

ВВЕДЕНИЕ.:.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УГЛЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ И ЕГО ПЕРЕРАБОТКЕ.

1.1. Использование угля в энергетике.

1.1.1. Слоевое сжигание.

1.1.2. Факельно-слоевое сжигание.

1.1.3. Факельное сжигание в пылеугольных котлах.

1.1.4. Сжигание в кипящем слое.

1.1.5. Сжигание в ЦКС.

1.2. Общая характеристика процесса газификации.

1.2.1. Кинетика процесса.

1.2.2. Основные свойства твердых горючих ископаемых, влияющие на их газификацию.

1.2.2.1. Спекаемость топлива.

1.2.2.2. Шлакообразующая способность топлива.

1.2.2.3. Гранулометрический состав топлива.

1.2.2.4. Реакционная способность топлива.

1.3. Методы газификации.

1.3.1. Метод «Lurgi».

1.3.2. Метод «Winkler».

1.3.3. Метод «Koppers-Totzek».

1.3.4. Газификация с применением промежуточных теплоносителей.

1.3.4.1. Газификация с внутренним обогревом при помощи циркулирующего газообразного теплоносителя.

1.3.4.2. Плазменная газификация.

1.3.4.3. Газификация с применением жидких теплоносителей.

1.3.5. Метод «Bi-Gas».

1.3.6. Метод «Byntnane».

1.3.7. Метод «Hygas».

1.3.8. Подземная газификация.

1.4. Актуальность, преимущества и место плазменно-энергетических технологий в энергетике.

1.4.1. Сущность плазменно-энергетических технологий и характеристики твердых топлив, используемых при их осуществлении.

1.4.2. Применение плазменно-энергетических технологий на отопительных котельных Байкальского региона.

1.5. Постановка задач исследований.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЛАЗМЕННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ УГЛЕЙ.

2.1. Расчет процесса плазменно-термической подготовки угля с применением программы «ТЕРРА».

2.1.1. Определение исходного химического состава термодинамической системы.

2.1.2. Определение удельных энергозатрат необходимых для воздушной плазменно-термической подготовки Тугнуйского угля.

2.1.2.1. Воздушная плазменно-термическая подготовка угля.

2.1.2.2. Паровая плазменно-термической подготовки угля.

2.1.3. Расчетное определение оптимальных режимов плазменно-термической подготовки Тугнуйского угля.

2.1.4. Расчет процесса плазменно-термической подготовки Баганурского угля с применением программы «ТЕРРА».

2.2. Математическое моделирование процесса движения, нагрева и кинетики термохимических превращений угольных частиц с помощью программы «Плазмауголь-3».

Выводы:.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЛАЗМЕННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ УГЛЕЙ.

3.1. Объект и методы исследования.

3.2. Плазменно-термическая подготовка угля к сжиганию и установка для ее осуществления.

3.2.1. Экспериментальная установка для проведения исследований.

3.2.2. Измерения основных параметров системы плазменно-термической подготовки углей к сжиганию.

3.2.2.1. Измерение расхода угля.

3.2.2.2. Измерение давления и расхода пара и/или воздуха.

3.2.2.3. Измерение расхода и давления охлаждающей воды.

3.2.2.4. Измерение температуры.

3.3. Методы физико-химического анализа подготавливаемых углей.

3.3.1. Ситовый анализ.

3.3.2. Определение содержания влаги в углях.

3.3.3. Определение зольности углей.

3.3.4. Определение выхода летучих веществ.

3.3.5. Исследовании пористой структуры исходных углей.

3.4. Комплексные исследования по получению синтез-газа.

3.4.1. Исследование влияния воздуха и перегретого водяного пара на качество получаемого синтез-газа из Тугнуйского угля.

3.4.2. Исследование влияния воздуха и перегретого водяного пара на качество получаемого синтез-газа из Баганурского угля.

3.4.3. Исследование влияния воздуха и перегретого водяного пара на качество получаемого синтез-газа из Урейского угля.

3.4.4. Исследование влияния на конечный продукт мощности электрической дуги в плазменном реакторе.

3.5. Исследования структуры термически подготовленных углей.

Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

4.1. Особенности воздействия энергетики на окружающую природную среду.

4.2. Основные факторы воздействия энергетики на территории Республики Бурятия.

4.3. Варианты использования системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию.

4.4. Расчет экономической целесообразности сжигания синтез-газа на отопительных котельных.

Выводы.

Актуальность темы диссертации. Особое место в энергетике занимают отопительные котлы малой и средней мощности, работающие в основном на твердом органическом топливе - угле, использующие слоевое или факельно-слоевое сжигание. При этом необходимо отметить, что в силу ряда причин (технических, технологических) коэффициент полезного действия (КПД) данных котлов находится в среднем на уровне 60%, при заявленном значении не менее 80%.

Качество добываемого угля с каждым годом становится все хуже. В перспективе основным топливом будут низкосортные забалластированные золой и влагой угли открытой добычи с теплотой сгорания 1900-3800 ккал/кг. Принимая во внимание огромные масштабы потребления таких углей в энергетике, нельзя ожидать их обогащения, учитывая довольно высокую стоимость обогащения угля. Более того, в результате обогащения можно снизить лишь зольность и влажность углей, тогда как увеличить выход летучих в низкореакционных топливах путем обогащения в принципе невозможно. Это означает, что нельзя повысить и реакционную способность таких углей. При низком содержании летучих веществ угольные частицы обладают малой пористостью, что препятствует диффузии кислорода внутрь частиц и приводит к значительным затруднениям при организации их воспламенения и сжигания. Из-за низкого выхода летучих происходит запаздывание воспламенения угля, что требует увеличения объема топочной камеры для завершения процесса горения и проведения самого сжигания при пониженных тепловых нагрузках топочного объема. Последние факторы являются причиной значительного мехнедожога. Все эти факторы значительно снижают эффективность использования топлива и экономичность котлоагрегата.

Существует множество технологий, и способов, стабилизации горения угля в пылеугольных котлах (подсветка пылеугольного факела, безмазутная растопка котлоагрегата и др.) и не так много создано технологий по повышению качества использования углей» в котлах со слоевым сжиганием топлива. Еще одной-проблемой являются вопросы повышения экологической эффективности котельного оборудования. При этом сложная экономическая ситуация и отсутствие свободных финансовых ресурсов у генерирующих компаний вызывают необходимость изыскивать- малозатратные методы модернизации и повышения эффективности* работы теплогенерирующего оборудования.

Изложенное выше' определяет актуальность проведения исследований и разработки плазменных технологий подготовки углей к сжиганию в котлах, оборудованных топками, для слоевого сжигания топлива, которые позволят улучшить технико-экономические и экологические характеристики отопительных котельных. Эта проблема особенно актуальна для регионов с высокими экологическими требованиями, к которым относится, например, зона озера Байкал - памятника мирового наследия.

Цель работы: исследование процессов плазменно-термической обработки углей на модульной двухступенчатой опытно-промышленной установке для получения* высокореакционного топлива с последующим его использованием в отопительных котлах.

Для достижения намеченной цели в работе были поставлены следующие задачи: произвести анализ состояния отопительных котлов, расположенных на территории города Улан-Удэ и Республики Бурятии, с выбором наиболее распространенных типов котлов для последующей привязки к ним системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию, а также i 1; исследовать возможности применения плазменно-энергетических технологий для повышения реакционной способности углей и экологических показателей отопительных, котлов, расположенных на территории Республики Бурятия, Читинской области и Монгольской народной республики; произвести расчеты процессов плазменно-термической подготовки углей в модульной двухступенчатой плазменной установке; выбрать на' основании расчетов оптимальные геометрические размеры установки; исследовать процессы плазменно-термической подготовки Тугнуйского (Республика Бурятия), Баганурского (Монголия) и Урейского (Читинская обл.) углей, протекающие при работе модульной плазменной двухступенчатой установки в одноступенчатом и двухступенчатом режимах; установить влияние соотношения угля, воздуха и водяного пара на . состав получаемого синтез-газа при плазменно-термической подготовке углей в модульной двухступенчатой установке и- определить оптимальные соотношения вводимых реагентов; изучить изменение структуры углей после плазменно-термической обработки, и установить, как эти изменения влияют на процесс сжигания углей в топке котла. разработать технологию и систему плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию на базе модульной плазменной двухступенчатой установки для отопительных котлов малой и средней мощности с технико-экономическим обоснованием ее применения.

Научная новизна на основе исследований теплофизических процессов плазменно-термической подготовки Тугнуйского, Баганурского и Урейского • углей к сжиганию, протекающих в двухступенчатом плазменном реакторе совмещенного типа, получены критериальные соотношения реагентов, позволяющих наиболее эффективно производить плазменно-термическую подготовку углей;

- получены новые данные по изменению пористой структуры углей после плазменно-термической обработки при этом выявлено, что наиболее развитую пористую структуру имеют угли Тугнуйского месторождения, Урейские угли имеют менее развитую пористую структуру, угли Баганурского месторождения имеют слабо развитую пористую структуру; разработаны научно-технические основы для применения технологии и системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию для повышения технико-экономических и экологических показателей отопительных котлов малой и средней производительности с , топками для слоевого и факельно-слоевого сжигания топлива.

Практическая ценность работы

1. Модульная плазменная двухступенчатая установка, используемая в качестве дополнительной приставки к котлу, и технология плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию позволят производить процесс плазменно-термической подготовки низкосортных углей и расширить диапазон сжигаемых в котлах малой и средней мощности углей.

2. Использование системы плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию позволит: сократить потребление угля за счет снижения мехнедожега топлива, снизить выбросы вредных веществ, повысить КПД котлоагрегата, использовать на одном и том же котле угли с большим диапазоном влажности и выходом летучих.

3. Модульный принцип компоновки системы плазменно-термической подготовки твердого топлива к сжиганию дает возможность, в случае необходимости, увеличить производительность установки при низкой металлоемкости и энергозатратах.

4. Полученные результаты (таблицы и графики) могут быть использованы в качестве справочного материала при исследованиях, расчете и проектировании установок для плазменно-термической подготовки углей к сжиганию, а также в качестве учебного материала для соответствующих специальностей вузов.

Выносимые на защиту положения

1. Плазменно-термическая подготовка углей к сжиганию в модульной установке при работе в одно- и двухступенчатом режимах, позволяющая повысить полноту сжигания и расширить диапазон сжигаемых углей в отопительных котлах.

2. Технология плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию в котлах малой мощности и установка для ее осуществления, позволяющая повысить КПД котла.

3. Оптимальные значения вводимых реагентов при плазменно-термической подготовке, полученные расчетно-теоретическими и экспериментальными исследованиями, способствующие увеличению пористости угля и как следствие повышению его реакционной способности: для Тугнуйского и Урейского углей соотношение уголь:воздух:пар - 10:4:1, для Баганурского - 15:6:2.

4. Модульный принцип построения малогабаритной плазменной двухступенчатой установки, позволяющий увеличивать производительность установоки в зависимости от мощности котлов при низких материальных и энергетических затратах.

Достоверность полученных результатов определяется с помощью методов диагностики, обеспечивающих возможность получения результатов измерений с погрешностью не более 10%; статистической обработкой результатов экспериментальных измерений, которая осуществлялась в относительных единицах для повышения достоверности полученных данных; сравнением расчетных и опытных данных. Расчеты состава плазменно-подготовленного угля и получаемого синтез-газа проводились с использованием современной широко апробированной компьютерной программы «ТЕРРА». Геометрические размеры и параметры установки плазменной подготовки твердых топлив к сжиганию, а также кинетика воздушно-угольного потока в установке были определены с помощью компьютерной программы «Плазмауголь-3». Все выполненные в рамках диссертационной работы расчеты и теоретические обоснования подтверждаются экспериментальными исследованиями.

Личный вклад автора заключается в участии при разработке конструкции и создании двухступенчатой установки плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию, непосредственном проведении экспериментов, расчетов и обработке результатов, формулировке выводов по работе.

Апробация работы. Основные методологические положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 15-й международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов» (Щелкино, АР Крым, 4-8 июня 2007 г.); 10-й международной конференции «Газоразрядная плазма и технологии ее применения» (Томск, 17-20 сентября 2007 г.); Межрегиональной выставке научных достижений (Улан-Удэ, 2006 г.); выставке «Стройиндустрия. ЖКХ. Энергосбережение» (Улан-Удэ, 10-13 апреля 2007 г.); Всероссийской научно-практической конференции, семинар вузов Сибири и Дальнего Востока «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» (Иркутск, 2008); Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Челябинск, 5-7 мая

2008 г.); Международной научно-практической конференции, посвященной 1

85-летию Республики Бурятия «Приоритеты Байкальского региона в азиатской геополитике России» (Улан-Удэ, 2008 г.); 1-й международной научно-практической конференции «Ресурсосбережение и возобновляемые источники энергии: экономика, экология, практика применения» (Улан-Удэ, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Наноматериалы и технологии. Физика конденсированного состояния. Физика и техника низкотемпературной плазмы» (Улан-Удэ, 4-7 сентября 2008 г.); Четвертой международной школе-семинаре молодых ученых и специалистов (Москва, 2008 г.), Ежегодной научно-практической конференции молодых ученых и преподавателей ВСГТУ (Улан-Удэ, 2006-2009 гг.); Ежегодной научной конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов БГУ (Улан-Удэ, 2006-2009 гг.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них две статьи в реферируемых изданиях, одно положительное решение на выдачу патента РФ. Список основных из них приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 185 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, а также содержит 30 таблиц, 46 рисунков и библиографию из 138 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Произведен анализ состояния отопительных котлов, расположенных на территории города Улан-Удэ и Республики Бурятии, в результате которого выбраны котлы малой мощности марки «Братск» и «Универсал» и произведена оценка возможности их оборудования системой плазменно-термической подготовки угля к сжиганию, установлена возможность применения плазменно-энергетических технологий для повышения реакционной способности сжигаемых в них углей и экологических показателей данных котлов.

2. На основании теоретических исследований определены геометрические размеры модульной двухступенчатой установки по плазменно-термической подготовке угля к сжиганию. Высота плазменного реактора 0,5 м, высота второй ступени с муфельной зоной - 1,5 м и внутренним диаметром 1-й и 2-й ступени — 0,15 м. Расчетные параметры проверены натурными экспериментами и определены оптимальные режимы работы при обработке до 150 кг/ч угля с энергозатратами 0,4-0,5 кВт*ч/кг подготавливаемого угля

3. Исследованы процессы плазменно-термической подготовки Тугнуйского, Баганурского и Урейского углей, протекающие при работе установки в двухступенчатом режиме. В результате плазменно-термической обработки получен синтез-газ с калорийностью 2000-2300" ккал/нм для о

Тугнуйского и Урейского углей, 1400-1800 ккал/нм - для Баганурского угля.

4. Установлено влияние соотношения реагентов и определены оптимальные соотношения расходов угля, воздуха и водяного пара на состав получаемого синтез-газа. Для работы модульной плазменной двухступенчатой установки подготовки углей к сжиганию оптимальные соотношения вводимых реагентов составляют для Тугнуйского и Урейского углей - 10:4:1 (уголь:воздух:пар), для Баганурского - 15:6:2.

5. Выявлено качественное изменение структуры углей после обработки плазмой. Хорошей пористой структурой отличаются Тугнуйский и Урейский угли, Баганурский уголь имеет слабо развитую по сравнению с Тугнуйским, пористую структуру. Изменения, произошедшие в структуре углей по сравнению с необработанными углями, создают условия для наилучшей диффузии кислорода внутрь частиц, более полному и быстрому выходу на поверхность частицы горючих компонентов и как следствие более быстрому воспламенению и стабильному горению плазменно-подготовленного угля.

6. Разработаны технология и система плазменно-термической подготовки твердых топлив к сжиганию на основе модульной плазменной двухступенчатой установки в виде приставки к отопительным котлам малой и средней мощности, что дает возможность повысить КПД и экологические показатели котлов.

1. Адамов В. А. Сжигания мазута в топках котлов. Л. 1989. стр. 304.

2. Александров Д.И., Лебедев Ю.А. Физико-химические процессы в низкотемпературной плазме. М.: Наука, 1984. с. 68-93.

3. Альтшулер B.C. Новые процессы газификации твердого топлива. -М.: Недра, 1976.-280 с.

4. Андрющенко А.И., Попов А.И. Основы проектирования энерготехнологических установок электростанций. — М.: Высшая школа, 1980-с. 240.

5. Антонов А .Я., Башилов В.А. Драченко А.А. и др. Комплексные вопросы рационального использования топлива в энергетике. Экономия жидкого топлива на пылеугольных ТЭС: Обзорная информация./М., 1984. 36 стр.

6. Ахтырский А. А., Иванов М. Б. Опыт совершенствования управлением топлива при производстве тепловой энергии. М.: ЦБНТИ МЖКХ РСФСР, 1984. с. 9. (Экспресс-информ. Теплоснабжение и электроснабжение, № 4).

7. Бабий В.И., Кунаев Ю.Ф. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела. М.: Энергоатомиздат, 1986. — с. 208.

8. Баскаков А.П., Напцев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. М. 1995, 352 с.

9. Бекаев Л.С., Марчепко О.В., Пинегин С.П. и др. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию — Новосибирск: Наука, 2000.-300 с.

10. Белосельский Б.С., Барышев В.И. Низкосортные энергетические топлива: Особенности подготовки и сжигания. — М.: Энергоатомиздат, 1989. 136 с.

11. Borodyanski G., Chudnovski B. Antechamber — Activated Combustion and Inhibition of Prompt NOx. // Proc. 9th Annual Symposium, Israel Section of the Combustion Institute, Brn-Curion University of Negev, Ber-Sheva. 1994. - P. 53-54.

12. Бузников Е.Ф. и др. Перевод котлов ДКВ и ДКВР на газообразное топливо. М-JL: Энергия, 1964. - 192 с.

13. Буянтуев С.Л., Бадмаев Л.Б. Газификация угля в плазменных реакторах// Вестник БГУ. Серия-9. Физика и техника. Выпуск 4. Улан-Удэ, 2005. стр 21-26.

14. Буянтуев С.Л., Карпенко Е.И., Заятуев Х.Ц. и др. Энергетические характеристики плазматрона. // Энергетика, информатика и плазменные технологии. Улан-Удэ. 1995г. ст. 18-25.

15. Буянтуев С. Л. (д.т.н.), Старинский И.В., Бадмаев Л.Б. (аспиранты). Исследование свойств Тугнуйских углей, прошедших обработку низкотемпературной плазмой. Материалы Пмеждународной научно-практической конференции, Улан-Удэ, 2003 г.

16. Буянтуев С.JI., Цыдыпов Д.Б., Старинский И.В. Исследование термической обработки углей в плазменном реакторе для получения полукокса-сорбента. Вестник БГУ. Улан-Удэ. 2001.

17. Буянтуев С. Л., Цыдыпов Д.Б., Доржиев А.Ц. и др. Двухступенчатый способ термической подготовки пылевидного топлива и установка для его осуществления. Патент РФ №2171431, от 27 июля 2001 г.

18. Ватолин Н.А., Моисеев Г.к., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. М. - Металлургия, 1994. — 352с.

19. Вербовецкий Э.Х. Многозольный антрацит как топливо для мощных котлов с твердым шлакоудалением//Экспресс-информация Информэнерго. Сер. Теплоэнергетика за рубежом. 1984. Вып. 16. с. 10-17.

20. Войчак В.П., Устименко Б.П., Карпов е.Г., Гончаров А.Г. Технико-экономические показатели процесса плазменной газификации экибастузских углей для Экибастузской ГРЭС — 1//Плазменная активация горения углей. Алма-Ата: КазНИИЭОСХ. - 1989. - с.134-144

21. Волков Э.П., Блохин А., Кенеман Ф. Перспективы применения в энергетике углеродных сорбентов, экологическое и технологическое назначение и их производства на угольных ТЭЦ. Вестник электроэнергетики. № 3, 1996 г.

22. Волков Э.П., Перепелкин А.В. Технологические и экологические проблемы сжигания низкосортных топлив. // Теплоэнергетика. — 1989.-№9. -с. 25-28.

23. Горшков А.С. Повышение эффективности использования топлива на электростанциях и в энергосистемах — важнейшая отраслевая инароднохозяйственная задача.// Электрические станции. — 1987. — №5.-с. 6-9.

24. Древесин С.В., Основы теории и расчета высокочастотных плазматронов. Л. Энергоатомиздат, 1991.стт203.

25. Drouet M.G. La technologie plasmas. Potentiel d'application au Canada// Ren. gen. electr. 1986. - №1. p. 51-56.

26. Жуков М.Ф., Основы расчета плазмотронов линейной схемы. Новосибирск. 1979. с. 255.

27. Жуков М.Ф., Калиненко Р.А., Левицкий А.А., и др. Плазмохимическая переработка угля. Москва. Науке. 1990. с. 201.

28. Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C., Буянтуев С.Л. и др. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. // Под ред. проф. В.Е. Мессерле. Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1996. 304 с.

29. Жуков М.Ф., Коротеев А.С., Урюков Б.А., Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск, 1975, стр. 298.

30. Залогин Н.Г., Кропп Л.И. Проблемы защиты воздушного бассейна от загрязнения дымовыми газами электростанций.//Теплоэнергетика, 1972, №10 с.2-5.

31. Ибрагимов М.Х., Драченко А.А., Марченко Е.М и др. Анализ способов стабилизации пылеугольного факела. // Энергетика и электрификация. 1990.№1. стр. 8-10.

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

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

34. Карпенко Е.И., Буянтуев С.Л., Цыдыпов Д.Б. Об интенсификации термохимических превращений угля, "Энергетик", № 9, 1994 г.

35. Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C., Буянтуев С.Л. и др. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. Новосибирск: Наука. - 1995. - 304 с.

36. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Введение в плазменно-энергетические технологии использования твердых топлив. -Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН, 1997. 119 с.

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

38. Карпенко Е.И. Мессерле В.е. Плазменно-энергетические технологии топливоиспользования (Концепция и расчетно-теоретические исследования плазменно-энергетических технологий. Т.1). Новосибирск: Наука, Сибирское предприятие РАН, 1998.-385.

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

40. 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.

41. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Чурашев В.Н. Экологическая и экономическая эффективность плазменных технологий переработки твердых топлив. Новосибирск: Наука. Сибирское Отделение РАН, 2000. - 159 с.

42. Карпенко е.И., Пичугина T.A., Молонов Ж.Ч., Плазменно-энергетические технологии учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. ВСГТУ: Улан-Удэ, 2001. - стр. 49.

43. Касаточкин В.И. Строение и свойства природных углей М.: Недра, 1975.-330 с.

44. Кольчугин Б. А., Богачева T.M. Экологические показатели станций с кислородной газификацией пылеугольного топлива и ПГУ//Энергетик. -1991.-е. 18-20.

45. Костомаров М.А., Передерий М.А., Суринова С.И. Получение адсорбентов из ископаемых углей. ХТТ. №2, 1976 г.

46. Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. — М.: Энергоатомиздат, 1990. 101 с.

47. Краснов М.Л., Макаренко Г.И., Киселев А.И. Вариационное исчисление. — М.: Физматиздат. — 1977. — 127с.

48. Кружилин Г.Н., Плазменная газификация углей. Вестник АН СССР. 1980. - №4. - с. 69-79.

49. Кружилин Г.Н., Худяков Г.Н., Целищев П.А. К вопросу о перспективе плазменной газификации низкосортных топлив//Химия твердого топлива. М.: Наука, 1983. - №2. — с.88-90.

50. Круковский В.К., Колобова Е.А., Любчанская Л.И., Никишков Б.В. Комплексная плазмохимическая переработка твердого углеродсодержащего сырья в среде водяного пара//Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей. М.: ЭНИН. — 1987. - с.81-90.

51. Кубин М. Сжигание твердого топлива в кипящем слое. М. -1991,143 с.

52. Ларионв В.Ф., Кошман В.И., Суровов А.Е. Влияние качества твердого топлива на экономичность работы котлов блоков 200 и 300 МВт. //Энергетика и электрификация. 1986.№4. стр. 2-6.

53. Лебедев В.В., Кондратенко А.П., Круковский В.К. О взаимодействии минеральной и органической массы углей при высокотемпературных и плазменных процессах. — Химия твёрдого топлива, 1977. 86 с.

54. Лушпа А.И. Основы химической термодинамики и кинетики химических реакций. М.: Химия. - 1981. - 65с.

55. Львович М.И. Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли — Л.: Гидрометеоиздат, 1974 с. 312.

56. Мадоян А.А. и др. Эффективное сжигание низкосортных углей в энергетических котлах/А.А. Мадоян, В.Н. Балтян, А.Н. Гречаный.- М.: Энергоатомиздат, 1991.-е. 200.

57. Мезенцев А. П. Основы расчета мероприятий по экономии тепловой энергии и топлива. — Л.: Энергоатомиздат, 1984. — с. 120.

58. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике: элементы теории, направления развития — М.: Наука, 1983 с. 455.

59. 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.

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

61. 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.

62. Messerle V., Karpenko E., Lockwood F., Ustimenko A. Plasma-Energy Technologies of Solid Fuel Use on Thermal Power Plants. // Ibidem. / Vol. III. Porto. - Portugal, 2001. - P. 1465-1468.

63. Михеева A.C., Раднаев Б.Л. Антропогенная обусловленность качества атмосферного воздуха в Республике Бурятия//География и природные ресурсы, №2, 2002. с. 43-47.

64. Печуро Н.С., Капкин В.Д., Песин О.Ю. Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа. М.: Химия. 1986. - 352 с.

65. Рабинович М. Котельные агрегаты. M.-JL: Матгиз, 1963. - 460 с.

66. Ривкин C.JL Справочник: Термодинамические свойства воздуха и продуктов сгорания топлив. — М.: Энергоатомиздат. 1984.

67. Ривкин C.JL Справочник: Термодинамические свойства газов. -М.: Энергоатомиздат. -1987.

68. Ривкин С.Л., Александров А.А. Справочник: Теплофизические свойства воды и водяного пара. -М.: Энергия. — 1980.

69. Рихтер Л.А. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электростанций. М.: Энергоиздат, 1981 — с. 295.

70. Рихтер Л.А. Тепловые электрические станции и защита атмосферы. -М.: Энергия, 1975. с. 393.

71. Роддатис К.Ф., Полтарацкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности./под ред. Роддатиса К.Ф. — М.: Энергатомиздат, 1989. с. 488.

72. Росляков П.В., Изюмов М.А.Экологически чистые технологии использования угля на ТЭС: Учебное пособие — М.: Издательство МЭИ, 2003.- 124 с.

73. Русанов А.А., Урбах И.И., Анастасиади А.П. Очистка дымовых газов в промышленной энергетики. М.: Энергия, 1969. - с. 456.

74. Рябцев Н.И.Природные и искусственные газы. М.: Строиздат, 1978.-264 с.

75. Сакипов З.Б., Мессерле В.Е., Ибраев Ш.Ш. Электротермохимическая подготовка углей к сжиганию. Алма-Ата: Наука. КазССР, 1993. - 259с.

76. Саламов А.А. Развитие технологии использования угля на электростанциях// Экспресс-информация Информэнерго. Сер. Теплоэнергетика за рубежом. 1984. Вып. 23. с. 1-7.

77. Салов Ю.В., Шелыгин Б.Л., Бахирев В.И. и др. К вопросу повышения эффективности сжигания низкореакционных углей.//Изв. Вузов. Энергетика. 1990. №2. стр. 70-75

78. Сапуров В.А., Рудаков Е.С., Зубова Т.И. и др. Пути переработки углей Украины . Киев. 1988 стр 23-32.

79. Саранчук В.И., Ошовский В.В., Власов Г.А. Физико-химические основы переработки горючих ископаемых. Донецк: ДонГТУ, Схщий выдавничий д1м, 2001. - 304 с.

80. Семенко Н.А., Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. М.-Л. - 1960, 392 с.

81. Сергеев П.В., Электрическая дуга в электродуговых реакторах. Алма-Ата.: Наука. 1978. - с. 140.

82. Синярев Г.Б. Полные термодинамические функции и использование их при расчете равновесных состояний сложных термодинамических систем//Известия ВУЗов/Транспортное и энергетическое машиностроение. 1966 - № 2. — С.99-100.

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

84. Скалкин Ф.В., Канаев А.А., Копп И.З. Энергетика и охрана окружающей среды. Л.: Энергоиздат, 1981.

85. Скляров В.Ф. Главные направления интенсивности производства в энергетике УССР // Энергетика и электрификация. 1986. №1. стр 2-7.

86. Скоков Ю.А. Процессы старения в сплавах. — М.: Машиностроение, 1972. с. 33.

87. Стадников Г.Л. Анализ и исследование углей. — М.: Изд-во АН СССР, 1936.-с. 215.

88. Стадников Г.Л. Химия угля. М.: Изд-во АН СССР, 1932. - с. 287.

89. Степанов С.Г. Тенденции развития и новые инженерные решения в газификации угля//Уголь. 2002. - №11. — с. 53-57.

90. Стырикович М.А. Проблемы сжигания твердого топлива в большой энергетике // Вестник АН СССР. 1984. № 2. с. 22-28.

91. Стырикович М.А., Катковская К.Я., Серов Е.П. Котельные агрегаты. -М.-Л., 1959, 487 с.

92. Сулайманов A.M., Турдиватов С.С., Бекаев Р.Б., Сипягин С.С. Защита от коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева котлов ТЭЦ//Энергетик. 1985. - №5. - с. 32.

93. Теплотехника//Сушкина И.Н. М.: Металлургия. - 1973.

94. Торчинский Я. М. Нормирование расхода газа для отопительных котельных. Л.: Недра, 1991.-е. 163.

95. Тренклер Г.Р. Газогенераторы. Пер. Лазарева Н.Н. - М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1933. —431 с.

96. Трускин Л.И. Использование газа в котлах и технологических установках. М.: Недра, 1973.

97. Тумановский А.Г., Пути решения экологических проблем на тепловые электростанциях России//. Новые технологии и техника в теплоэнергетике. 42, Новосибирск-Гусинозерск. 1995 стр. 4-15.

98. Фенелонов Б.В. Пористый углерод. — Новосибирск. 1995.

99. Хандрос Т.Н., Жолудов Я.С. Каталитическая газификация углей. Ин-т. пробл. моделир. в энергетике АН УССР; №91 Киев. Стр37., Сапуров В.А., Рудаков Е.С., Зубова Т.Н. и др. // Пути переработки углей Украины . Киев. 1988 стр 23-32.

100. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976.

101. Чернеков И.И., Шапиро Г.С. Состояние и перспективы газификации углей. Москва. ЦНИИуголь, вып-4, 1982.

102. Чурашев В.Н., Чернова Г.В., Проблемы оценки эффективности новых технологий переработки угля /Сб. Красноярск, 1996. ст 8895.

103. Шестаков Н.С., Добряков Т.С., Таракановский А.А. и др. Конструкции и опыт эксплуатации газогенераторного оборудования энергоустановок. Москва. НИИЭинфорэнергомаш. 1986. вып.4. стр. 44.

104. Шиллинг Г.-Д., Бонн Б., Краус У. Газификация угля / Пер. с нем. и ред. С.Р.Исламова М: Недра, 1986 - 175 с.

105. Щур И.А. Перевод отопительных котельных на газовое топливо, издательство 3-е, переработанное и дополненное Л: Недра, 1973. - 264 с.

106. Эстерихин Р.И. Перевод промышленных котельных на газообразное топливо. Л.: Энергия, 1967. - 207 с.

107. Горение углерода / А.С. Предводителев, Л.Н. Хитрин, О.А. Цуханова и др. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 949.

108. Инструкция по нормированию расхода котельно-печного топлива на отпуск тепловой энергии котельными системы Министерства жилищно-коммунального хозяйства РСФСР/АКХ им. К.Д. Памфилова, МЖКХ РСФСР. М.: 1984. - с. 36.

109. Нормирование топливно-энергетических ресурсов и регулирование режимов электропотребления: Сб. инструкций/Мин-во угольной промышленности СССР. — М.: Недра, 1983.-с. 224.

110. Опыт сжигания распространенных видов топлива в отопительных котлах на предприятиях коммунальной энергетики: Обзорная информация/А.А. Ахтырский, В.А. Штомпель. М.: ЦБНТИ Минжилкомхоза РСФСР, 1984.-е. 63.

111. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела / М.Ф. Жуков, Е.И. Карпенко, B.C. Перегудов и др. — Новосибирск: Наука, 1995. с. 304.

112. Производственные и отопительные котельные./Е.Ф. Бузников, К.Ф. Роддатис, Э.Я.Берзинып. 2-е изд., перераб. - М.: Энергатомиздат, 1984. - с. 248.

113. Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощности / А.Н. Волков Д.: Недра, 1989. - 160с.

114. СНиП 2.01.01.-82. Строительная климатология и геофизика Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1983 с. 136.

115. Современные проблемы энергетики./Под ред. Д.Г. Жимерина. М.: Энергоатомиздат, 1984.

116. Состояние и перспективы развития топок для сжигания угля // Экспресс-информация Информэнерго. Сер. Теплоэнергетика за рубежом. 1982. Вып. 11 с. 8-13.

117. Старение металлов. БСЭ, 3-е изд. Т. 24, Кн. 1. М.: Сов. энциклопедия, 1976. - с. 425-426.

118. Структурная химия углерода и углей, под ред. Касаткина В.И. -М.: Наука. 1969.

119. Тепловой расчет промышленных парогенераторов/под ред. Частухина В.И. Киев: 1982.

120. Химия и переработка угля./ Под.ред. Липовича В.Л. Москва. Химия, 1988, стр 336.

121. Химические вещества из угля. Пер. с нем./ Под ред. Ю.Фальбе -М: Химия, 1980.-616 с.

122. Электродуговые плазмотроны/ под. Ред. М.Ф. Жукова. Новосибирск. Институт теплофизики СО АН СССР, 1980, ст.84.

123. Электродуговые плазмотроны/ под. Ред. М.Ф. Жукова. Новосибирск. Институт теплофизики СО АН СССР, 1980, ст.84.

124. Энергетическое топливо СССР. Справочник. Москва. Энергия. 1968. стр 676.

125. Энергетика и охрана окружающей среды / Под ред. Залогина Н.Г., Кострикина Ю.М., Кроппа Л.И. М.: Энергия, 1979 - с. 280.