Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время для выработки тепловой и электрической энергии на российских тепловых электростанциях (ТЭС) и теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) в качестве топлива применяются: природный газ – 51,7 %, нефтепродукты – 34,7 % и уголь – 13,6 %. Согласно имеющимся тенденциям доля угольного топлива в ближайшие пять лет увеличится вдвое.
Анализ причин возникновения пожаров и взрывов на объектах энергетического комплекса России, показал, что одной из причин такого рода чрезвычайных ситуаций является самовозгорание отложений угольной пыли, образующейся, в том числе и в процессе транспортировки.
Основным видом каменноугольного топлива на многих ТЭС/ТЭЦ, согласно статистическим данным, являются каменный уголь марок СС (самоспекающийся) и Ж (жирный), подвергаемый диспергированию до требуемых размеров (300550 мкм). Однако до настоящего времени физико-химические взрывопожароопасные характеристики каменноугольной пыли углей данных марок практически не были изучены, в частности, не определены физико-химические параметры процесса самовозгорания, учитывающие технологические особенности производства.
В сложившейся ситуации возникает проблема обеспечения пожаровзрывобезопасности, как технологического процесса хранения и транспортировки каменноугольного топлива, так и в целом самого объекта, заключающаяся в предотвращении пожаров/взрывов по причине самовозгорания угольной пыли в системах транспортировки. Анализ имеющихся литературных данных свидетельствует, что в настоящее время отсутствует единый научный подход к решению названной проблемы. Этим определяется актуальность темы диссертационного исследования.
Цель исследования – разработка методики определения физико-химических параметров самовозгорания угольной пыли, учитывающей особенности процесса транспортировки топлива на объектах энергетики.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
– выявить причины пожаров и/или взрывов каменноугольного топлива на объектах энергетики и определить производственные факторы, влияющие на их возникновение и доказать их взаимосвязь;
– разработать лабораторную установку для исследования физико-химических параметров процесса самовозгорания каменного угля с учетом марки топлива и условий его нахождения в системах транспортировки;
– выполнить теоретические и экспериментальные исследования по определению физико-химических параметров процесса самовозгорания, с учетом особенностей ведения технологического процесса топливоподготовки (транспортировки и топливоподачи);
– установить зависимость между временем до самовозгорания (периодом индукции) и технологическими условиями (температурой рабочих зон и формой скоплений) обращения топлива в системах транспортировки на объектах энергетики;
– выполнить термогравиметрические исследования образцов каменноугольного топлива (пыли) с целью выявления кинетики и термодинамики окислительно-восстановительных процессов самовозгорания;
– разработать рекомендации, направленные на предотвращение и/или снижение пожаров/взрывов по причине самовозгорания угля на объектах энергетики в системах транспортировки.
Объект исследования – системы транспортировки топлива теплоэнергетических предприятий.
Предмет исследования – физико-химические параметры и условия самовозгорания пыли каменного угля марок СС и Ж.
Методы исследования: стандартные методы определения склонности веществ и материалов к тепловому самовозгоранию, метод термогравиметрического анализа (дериватография) для исследования процессов кинетики и термодинамики, методы математического моделирования и обработки результатов эксперимента (применялись прикладные программные комплексы MATLAB и STATISTICA).
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в:
– методике определения физико-химических параметров процесса самовозгорания угольной пыли, позволяющей за счет специальной пробоподготовки за меньшее время получать больший объем экспериментальных данных;
– результатах теоретического и экспериментального исследования физико-химических параметров процесса самовозгорания каменноугольных пылей марок СС и Ж, в соответствии с которыми возможно осуществить прогнозирование условий самовозгорания материала;
– выявлении зависимости между временем до самовозгорания (периодом индукции) и условиями технологического процесса (температурой рабочих зон и формой скоплений).
Практическая значимость работы заключается в применении разработанных рекомендаций по предотвращению возникновения пожаров из-за процесса самовозгорания при хранении и транспортировке угольной пыли и угля марок СС и Ж на объектах энергетического комплекса России.
Определенная общность результатов работы позволяет сделать вывод о том, что методика определения физико-химических параметров процесса самовозгорания имеет научно-прикладное значение для других предметных областей, принятие решений в которых позволит предотвратить самовозгорание веществ и материалов, а также позволит повысить пожарную безопасность технологических процессов.
Достоверность изложенных в диссертации положений и выводов подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований, использованием современных и апробированных математических методов, согласованностью полученных результатов с известными данными других исследований, достаточной апробацией научных результатов.
Основные положения, выносимые на защиту:
– методика определения физико-химических параметров самовозгорания угольной пыли при ее транспортировке по системам топливоподачи на объектах энергетики;
– результаты теоретического и экспериментального исследования по определению физико-химических параметров процесса самовозгорания угольной пыли марок СС и Ж;
– результаты термогравиметрического исследования по определению кинетики и термодинамики окислительно-восстановительных процессов самовозгорания угольной пыли марок СС и Ж, позволившие разработать ряд практических рекомендаций направленных на снижение пожарной опасности процесса транспортировки каменноугольного топлива (пыли).
Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были доложены на следующих конференциях:
– ХIII Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности» (Санкт-Петербург, 2010 г.);
– II Всероссийской научно-технической конференции и ХII школы молодых ученых «Безопасность критичных инфраструктур и территорий» (Екатеринбург, 2008 г.);
– VI Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму» (Санкт-Петербург, 2010 г.);
– II Международной научно-практической конференции «Техносферная и экологическая безопасность на транспорте» (Санкт-Петербург, 2010 г.);
– II Международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург, 2009 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Реализация результатов исследования. Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, в научно-исследовательскую деятельность и учебный процесс Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) и используются в производственной деятельности ООО «ТЕХНО-ВиД» при проектировании комплексных систем противопожарной защиты объектов энергетического комплекса.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, состоящего из 106 литературных источников и четырех приложений. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 16 таблиц и 42 рисунка.
Похожие диссертации на Методика определения физико-химических параметров самовозгорания угольной пыли в системах транспортировки топлива на объектах энергетики
