Исследование способов снижения влияния тепловых электрических станций на окружающую среду при сжигании суспензионных топлив из отходов углеобогащения и биомассы

ОБОЗНАЧЕНИЯ………………………………………………………………………………………… 4
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………….. 7
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ АНТРОПОГЕННОМ
ВОЗДЕЙСТВИИ ТЭС НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ………………………………. 24
1.1. Традиционные топлива ТЭС. Антропогенные продукты, образующиеся
при их сжигании ………………………………………………………………………………………. 24
1.2 Анализ современных методов снижения антропогенных выбросов,
образующихся при сжигании угля на ТЭС ……………………………………………….. 30
1.3. Перспективы применения суспензий ВУТ и ОВУТ …………………………….. 36
1.4. Перспективные добавки к топливам …………………………………………………… 38
Выводы по первой главе …………………………………………………………………………… 42
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ….. 44
2.1. Современные методики исследования процессов сжигания топлив и
выбор наиболее целесообразной для регистрации в лабораторных условиях
концентраций антропогенных выбросов, образующихся при горении
перспективных суспензионных топлив …………………………………………………….. 44
2.2. Экспериментальный стенд и методика регистрации концентраций
антропогенных выбросов, образующихся при горении суспензионных топлив
………………………………………………………………………………………………………………… 50
2.3. Характеристики компонентов суспензионных топлив ………………………… 57
2.4. Методика приготовления топливных суспензий …………………………………. 64
2.5. Оценка стабильности топливных суспензий ……………………………………….. 67
2.6. Методика расчета относительного показателя эффективности топлива . 70
Выводы по второй главе …………………………………………………………………………… 73
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
СОСТАВА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ГОРЕНИИ
КОМПОЗИЦИОННЫХ ТОПЛИВ …………………………………………………………….. 75
3.1. Сравнение газовых антропогенных выбросов при сжигании углей, ВУТ и
ОВУТ ………………………………………………………………………………………………………. 75
3.2. Влияние концентрации компонентов………………………………………………….. 85
3.3. Влияние технологии приготовления суспензий ………………………………….. 90
3.4. Влияние твердых древесных компонентов …………………………………………. 93
3.5. Влияние твердых растительных отходов…………………………………………… 102
3.6. Влияние биожидкостей…………………………………………………………………….. 106
3.7. Влияние маслосодержащих отходов переработки растительного сырья и
масел ……………………………………………………………………………………………………… 113
3.8. Совместное сжигание индустриальных отходов в составе
органоводоугольных топливных композиций …………………………………………. 118
3.10. Относительные показатели эффективности органоводоугольных топлив
в сравнении с углем и мазутом ……………………………………………………………….. 134
3.11. Расчеты газовых антропогенных выбросов при сжигании одиночной
капли и аэрозольного потока суспензионного топлива ……………………………. 152
3.12. Рекомендации по использованию результатов исследований ………….. 163
Выводы по третьей главе ………………………………………………………………………… 168
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………… 171
ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………………………………………….. 174
ОБОЗНАЧЕНИЯ
d
A – зольность в сухом состоянии, %;
Ar – предэкспоненциальный множитель;
Arelative – относительный показатель эффективности топлива;
A – эмпирический корректирующий коэффициент;
B – эмпирический корректирующий коэффициент;
C1ɛ, C2ɛ, C3ɛ – константы k-ɛ модели;
Ci – стоимость компонентов, $/кг;
|Ci|wall – молярные концентрации поверхностно-адсорбированных частиц на
стенке, моль/м³;
Cdaf – содержание углерода на сухое беззольное состояние, %;
DNOx&SOx – показатель, характеризующий получение количества энергии в
расчете на стоимость топливной суспензии и концентрацию основных
выбросов NOx и SOx, (МДж/($∙ппм))2;
Er – энергия активации, Дж/моль;
Di,m – массовый коэффициент диффузии для i-компоненты в смеси;
DT,i – тепловой коэффициент диффузии;
Drelative – показатель эффективности использования композиционного топлива
относительно угля;
Gk – генерация энергии турбулентности, кг/(м·с3);
Gb – генерация энергии турбулентности плавучестью, кг/(м·с3);
Hdaf – содержание водорода на сухое беззольное состояние, %;
H0 – высота исходного образца и отделившейся водяной связки, мм;
Hc – высота отделившейся водяной связки, мм;
k – кинетическая энергия на единицу массы, Дж/кг;
kf,r – константа скорости реакции, моль/л;
Mabsolute – абсолютное значение массы топлива (ВУТ, ОВУТ, уголь),
необходимое для получения идентичного количества тепловой энергии, кг;
Mrelative – относительное значение массы топлива (ВУТ, ОВУТ, уголь),
необходимое для получения идентичного количества тепловой энергии;
Mabsolute ash – абсолютное значение массы зольного остатка, кг;
Mrelative ash– относительное значение массы зольного остатка;
M  ,i – молекулярная масса реагента, г/моль;

M  , j – молекулярная масса продукта реакции, г/моль;
Ndaf – содержание азота на сухое беззольное состояние, %;
NOx – концентрации оксидов азота, ппм;
NOx relative – относительные концентрации оксидов азота;
Odaf – содержание кислорода на сухое беззольное состояние, %;
Qas,V – высшая теплота сгорания, МДж/кг;
q – тепловой поток через стенку трубы, МВт/м2;
R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль·K;
Rd – начальный радиус капли, мм;
Ri,r – скорость реакции, 1 моль/л·с;
Sabsolute – абсолютное значение стоимости суспензий ВУТ и ОВУТ, угля, $/кг;
Srelative – относительное значение стоимости суспензий ВУТ и ОВУТ, угля;
Std – массовая доля общей серы на сухое состояние, %;
Sk, Sɛ – исходные условия, задаваемые пользователем, кг/(м·с3);
Sct – турбулентное число Шмидта;
SOx – концентрации оксидов серы, ппм;
SOxrelative – относительные концентрации оксидов серы;
Tign – температура зажигания жидкого горючего нефтепродукта, К;
Tf – температура вспышки жидкого горючего нефтепродукта, К;
Tg – температура в камере сгорания, °С;
Ts – температура внешней поверхности трубок водоподогревателей и
экономайзеров, °С;
Tw – температура пароводяной смеси в экранных трубах и в трубах водяного
экономайзера, °С;
ui – скорость, м/с;
Vdaf – выход летучих веществ на сухую беззольную массу топлива, %;
Vg – скорость потока окислителя, м/с;
Wa – влажность, %;
xi,j – координата, м;
Y1 – показатель устойчивости топливной суспензии;
YM – поправка для диссипации энергии при учете сжимаемости газа, кг/(м·с3);
YP – массовая доля продукта реакции;
YR – массовая доля реагента;
βr – показатель температуры;
δa – толщина буферного слоя (летучей золы), мм;
δb – толщина стенки, мм;
ɛ – скорость диссипации турбулентной энергии, м2/с3;
η’i,g,r – показатель (экспонента) скорости для i-го газообразного вещества,
участвующего в реакции в качестве реагента;
η’g,s,r – показатель скорости j-го локализованного компонента участвующего в
реакции в качестве реагента;
λa – коэффициент теплопроводности буферного слоя, Вт/(м·К);
λb – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м·К);
μt – the турбулентная вязкость, Па·с;
ν’R,r – стехиометрический коэффициент реагента;
ν”R,r – стехиометрический коэффициент продукта реакции;
φв – массовая доля воды в составе топливной суспензии, %;
φо – массовая доля опилок в составе топливной суспензии, %;
φм – массовая доля жидкого горючего компонента в составе топливной
суспензии, %;
φу – массовая доля угля в составе топливной суспензии, %;
ρ – плотность, кг/м3;
σk – турбулентные числа Прандтля для k;
σɛ– турбулентные числа Прандтля для ɛ;
τ – время, с.