Введение к работе
Актуальность работы^ В настоящее время проблема охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов приобрела глобальный масштаб для всего человечества. И особое место в решении этой проблемы занимает вопрос экологически безопасной утилизации отходов производства.
Современное состояние окружающей среды и перспектива дальнейшего увеличения использования низкокачественных углей уже сейчас заставляют шире использовать виды топлив и технологии производства энергии, которые в наибольшей степени отвечают экологическим требованиям. Это относится, прежде всего, к утилизации отходов производства, нетрадиционным и возобновляющимся источникам энергии.
Архангельская область в 1993 году включена в список наиболее загрязненных регионов России. В то же время регион является крупнейшим в Европе производителем лесной продукции, а соответственно обладает и большими запасами некондиционных отходов от лесопромышленного комплекса к микробиологической промышленности (гидролизный, лигнин). С экологической и экономической точек зрения наиболее целесообразно, использовать их в качестве энергетического топлива.
Древесина является самым древним видом топлива, однако проблема эффективного сжигания древесных отходов до сих пор остается актуальной во всем мире. Это связано в основном с тем, что отходы переработки биомассы относятся к трудносжигаемым топливам. Отечественной промышленностью в настоящее время не выпускается достаточно надежных и эффективных топочных устройств для сжигания указанных топлив. Поэтому необходимо проводить работы по дальнейшему совершенствованию организации топочного процесса утилизационных котлоагрегатов.
Данная работа выполнялась в соответствии с межвузовской научно-технической программой «Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики». ,
Цель работы. Улучшение экологической обстановки в регионе за счет более широкого использования в качестве энергетического топлива некондиционных отходов переработки древесины, включая запасы в отвалах и свалках, и повышения экологических и технико-экономических показателей работы утилизационных котлоагрегатов. Для решения этой задачи было необходимо:
-
выполнить анализ существующих методов сжигания биотоплива и определить наиболее экологически перспективные технологии;
-
определить объемы и исследовать теплотехнические характеристики гидролизного лигнина в отвалах и оценить возможность его сжигания;
-
исследовать теплоемкость и аэродинамические характеристики отходов переработкидревесины;
-
создать программно-методический комплекс, позволяющий осуществлять комплексный, подход к оценке эффективности работы энергооборудования с учетом охраны окружающей среды;
-
разработать технические рекомендации и провести реконструкции утилизационных котлоагрегатов.
Научная новизна.
-
Определены теплоемкости древесных отходов, гидролизного лигнина и углей для конкретных предприятий и месторождений, сведения о которых отсутствуют в справочной литературе. Найдены функциональные зависимости, уточняющие влияние на теплоемкость топлив влажности, зольности, содержания горючих.
-
Получены критериальные зависимости Sch-^f(Ki) для частиц различной конфигурации при Ке=4000... 16000, а также формула, позволяющая, определять скорость витания частицы любой, конфигурации.
-
Внесены уточнения в математическую модель, образования оксидов азота в.топках.котлоагрегатов.
-
Показана возможность эффективного сочетания трех методов сжигания топлива: в предтопке с зажатым слоем, в вихре.и в наклонном слое по противоточной схеме.
Практическая цепность работы.
-
Определение объемов и анализ теплотехнических характеристик лигнина в отвалах гидролизных заводов Архангельской области показали возможность и целесообразность его использования в качестве энергетического топлива.
-
Результаты исследования теплоемкости отходов переработки биомассы и углей следует использовать при расчете процессов и аппаратов, связанных с пиролизом, сушкой, выходом летучих, воспламенением и горением топлива.
-
Результаты, полученные при исследовании аэродинамических характеристик топливных частиц следует использовать при проектировании устройств ввода нижнего дутья, установок с низкотемпературным вихрем, с штатным и кипящим слоем, а также при проведении режимно-наладочных работ.
-
Программно-методический комплекс по расчету вредных выбросов и показателей работы теплоэнергетического оборудования используется при проведении и обработке результатов его испытаний.
-
Успешно внедрены рекомендации по совершенствованию работы утилизационных котлоагрегатов, сжигающих древесные отходы и гидролизный лигнин, направленные на уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу и повышение технико-экономических показателей.
Реализация и внедрение результатов исследований.
-
Реконструированы на слое-вихревую схему сжигания топлива утилизационные котлоагрегаты ст.№№3,4 ТЭЦ-1 Архангельского ЦБК.
-
Переведен- на факельно-вихревой способ сжигания лигнина по проекту МГВП «Полнтехэнерго» - АЛТИ котлоагрегат ст.№8 ТЭЦ Архангельского гидролизного завода, котлоагрегат <л.№9 по проекту «Политсхэнерго» при: участии. АГТУ модернизирован, на безмельничную схему сжигания, лигнина в. низкотемпературном вихре.
-
Реконструированы утилизациоїшьіе котлоагрегаты КБ-10-14 и ДКВр-10-13-250, установленные в котельной АО«ЛДК-3».
-
Программно-методический комплекс использовался для об-
работки испытаний котлов на энергопредприятиях Польши (в городах Лодзь, Пулавы, Явожно), а также на отечественных предприятиях (АО «АЦБК», АО «СЦБК», АО «ЛДК-3», Архангельском судоремонтном заводе).
Все данные по внедрению результатов исследований подтверждены соответствующими актами. Автор защищает.
-
Результаты исследования объемов и теплотехнических характеристик лигнина с отвалов Архангельского и Онежского гидролизных заводов.
-
Результаты исследования теплоемкости и аэродинамических характеристик отходов переработки биомассы и углей.
-
Программно-методический комплекс для обработки результатов испытаний теплоэнергетического оборудования, расчета вредных выбросов и оптимизации процесса проведения наладочных опытов.
-
Уточненную методику расчетного определения образования оксидов азота.
-
Результаты реконструкции утилизационных котлов станционной и малой энергетики, оборудованных предтопками скоростного горешія, на.слое-вихревые схемы сжигания древесных отходов и технические предложения, но дальнейшему совершенствованию их работы.
-
Результаты перевода утилизационных котлоагрегатов Е-75-40К на схему вихревого низкотемпературного сжигания лигнина.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на. Первой Российской национальной конференции по теплообмену (г..Моеква, 1995 г.), на семинаре Центра энергетики. ЕС по Северо-Западу России «Управление энергопотреблением и энергетический аудит» (г. Санкт-Петербург, L997 г.), на семинаре по энергосбережению в рамках-выставки «Энерго Север 97» (г. Архангельск, 1997 г.), на научно-технических конференциях АЛТИ и АГХУ в 1988-1997 гг. В полном объёме работа докладывалась в АГТУ на заседании кафедры промышленной теплоэнергетики (1998 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано двенадцать печатных работ.
Структура и объём дясссртадии. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Объём диссертационной работы: 149 страниц машинописного текста, ПО рисунков, 25 таблиц, список литературы, включающий 138 наименований.