Основні закономірності горіння та газифікації високозольного вугілля в різних модифікаціях киплячого шару

При зменшенні температури КЗЗ в тракті рециркуляції ЦКШ-установок для АШ і ДП спостерігалося погіршення умов конверсії. У випадку досягнення Т_КЗЗ< 923 К для АШ та Т_КЗЗ< 803 К для ДП це характеризувалося збільшенням частки вуглецю в донній та леткій золі. При Т_КЗЗ< 823 К для АШ та Т_КЗЗ< 703 К для ДП стійких режимів спалювання даних палив в ЦКШ знайдено не було. Це пояснюється дезактивацією реакційної поверхні КЗЗ при його охолодженні. Для підтвердження даного висновку на установці РСК-І-Д при Т_с= 973 К і Р_п= 0.108 МПа знято криві конверсії коксів АШ та ДП і їх КЗЗ, які взяті з тракту рециркуляції установки Ф-0.05-ЦКШ при Т_КЗЗ=903 К (АШ) та Т_КЗЗ= 733К (ДП) з О₂. Результати цих досліджень представлено на мал.14. Видно, що на початку конверсії W_т КЗЗ в 1.8-2.5 рази нижча, ніж коксів. Це підтверджує наявність дезактивації реагуючої поверхні КЗЗ даних палив при їх охолодженні. Дані матеріали враховано при адаптації технології “Лургі” до АШ і ДП. Впливу зміни Т_КЗЗ на ефективність горіння ГСШ, Л-В(Г), ОБ не знайдено.

Роботи по адаптації відомих ЦКШ технологій до ВВ України виконано на технологічних установках НТЦВЕ і демонстраційних установках потужністю 1.8-2.5 МВт_т фірм “Лургі” (Німеччина), “Бритіш коал” (Великобританія), “Бабкок Вілкокс”.

Результати досліджень, які отримано на установках НТЦВЕ, підтверджено на демонстраційних установках вищеназваних фірм і використано: Старобешівською, Луганською ТЕС, Департаментом енергетики США, ФЕТЦ, фірмою “Лургі-Лентьес-Бабкок” при підготовці техніко-економічних обгрунтувань та рекомендацій по реконструкції вищеназваних станцій; ХЦКБ, фірмами “Рафако” (Миронівська ТЕС) і “Лургі-Лентьєс” (Старобешівська ТЕС) при створенні технічних та робочих проектів ЦКШ-котлоагрегатів продуктивністю 160-670 тон пари на годину. Ці котлоагрегати планується застосувати для спалювання АШ, ДП та відходів їх збагачення. При розробці проектів використано рекомендації автора по збільшенню температури горіння, долі первинного повітря в дутті, висоти топок та діаметру циклонів котлів.

На основі проведених досліджень визначено основні закономірності та особливості спалювання ВВ в різних модифікаціях КШ, які наведено у висновках.

У п'ятому розділі описано експериментальні дані по частковій газифікації ВВ в ФШ, ЦАФШ та НКШ, його повітряної газифікації в НКШ і ЦКШ, проаналізовано результати досліджень, відмічено основні закономірності процесу газифікації в КШ.

Ці дослідження виконано на установках Ф-0.05, Ф-0.05-ЦКШ і КФШ-0.2.

Експерименти з часткової газифікації ВВ показали, що: при його взаємодії з продуктами спалювання природного газу та їх сумішшю з повітрям до Х_вугл 0.3 відбувається розробка пористої структури твердих часток; у випадку [О₂] 2.0 % та Т_г 1173 К леткі практично не горять у реакційній зоні, при цьому спостерігається квазістаціонарний характер конверсії КЗЗ; двоступенева термічна переробка АШ, ДП, Л-В(Г) та ДД (газифікація-спалювання) в НКШ, ФШ та ЦАФШ є для даних палив більш ефективним методом утилізації, ніж безпосереднє спалювання; часткова газифікація високозольного Л-В(Г) покращує умови наступного горіння його вуглистого сланцю за рахунок переважної конверсії на стадії газифікації смоли та напівкоксу газового вугілля. Ці матеріали використано при розробці технологічних схем процесів двоступеневої термічної переробки вугілля в КШТ та ЦКШТ, а також методів реконструкції діючих котлоагрегатів з використанням технологій КШ.

Дослідження режимів повітряної газифікації ВВ в КШ проводилися для визначення можливості застосування синтез-газу в народному господарстві, а також при підготовці вихідних даних для розробки процесів газифікації ВВ в КШТ та ЦКШТ. Для забезпечення необхідного часу перебування паливних часток в реакторі експерименти здійснювалися в НКШ та ЦКШ.

На мал.15 представлено матеріали по залежності теплоти згорання синтез-газу (), хімічного ККД (_хім), ступеня конверсії вуглецю в донній (Х_д) та леткій золі від витрат вугілля (G_В) і навантаження перерізу реактора (G_S) у випадку газифікації ГСШ в ЦКШ на установці Ф-0.05-ЦКШ. Видно, що максимальні значення Х_л, та _хім досягнуто при G_S=2900-3200 кг/(м²год), а Х_д зменшується з його збільшенням. Для підвищення ефективності повітряної газифікації наступні дослідження виконано на пілотній установці КФШ-0.2, яка має більшу висоту та пристрій для допалення КЗЗ в донній золі. В цих експериментах додатково: в реактор подавався вапняк при Са/S= 2.5, проводилося спалювання синтез-газу при коефіцієнті надлишку повітря =1.1, визначалися ступінь зв'язування оксидів сірки та викиди NO_x. Результати досліджень при оптимальних умовах конверсії ВВ в ЦКШ представлено в табл.5.

Таблиця 5-Технологічні показники процесу повітряної газифікації ВВ в ЦКШ (=0-3 мм, G_В=280-400 кг/год, G_S=2300-3150 кг/(м²год), Са/S=2.5, U_r=4.4-6.9 м/с)

Аналіз цих матеріалів показує, що повітряну газифікацію в НКШ та ЦКШ доцільно використовувати при конверсії високозольного кам'яного та бурого вугілля. Максимальні значення теплоти згорання синтез-газу =5.3-5.6 МДж/нм³ для ГСШ, ДД та Л-В(Г) і =4.6-4.7 МДж/нм³ - для ОБ, отримано при Х_д = 0.88-0.92, Х_л=0.73-0.79, _хім=54- 61%, температурах газифікації Т_г=1203-1233 К (ГСШ, Л-В(Г), ДД) і Т_г=1183-1203 К (ОБ) та виході сухого газу в перерахунку на горючі в вугіллі - 2.9-3.3 нм³/кг. При додаванні вапняку в КШ забезпечувалося зв'язування оксидів сірки більше, ніж на 85 %, а викиди NO_x після камери спалювання синтез-газу не перевищували 110 мг/нм³. Зміна G_S від 2200 до 3600 кг/(м²год) не впливала на технологічні показники газифікації ГСШ в ЦКШ, а при його зменшенні вони погіршувалися. Знайдені величини близькі до максимальних при повітряній газифікації ВВ. Збільшення _хім та Х може бути досягнуто за рахунок підвищення тиску в реакторі та зростання його висоти. Використання повітряної газифікації в НКШ і ЦКШ для утилізації АШ та ДП не ефективно в зв'язку з низькими значеннями _хім, Х_л та . Основні закономірності газифікації ВВ в КШ також відмічено у висновках.

Результати досліджень з газифікації ВВ в ЦКШ і НКШ використано НТЦВЕ при розробці ТЗ для демонстраційної установки ЦКШ-1.0 і НДІТЕ при створенні робочого проекту демонстраційної установки для газифікації в комбінованому КШТ.

У шостому розділі описано технологічні схеми демонстраційної установки ЦКШ-1.0 в режимах двоступеневої термічної переробки (піроліз-газифікація, піроліз-спалювання) твердого палива в ЦКШТ, його спалювання та газифікації в КШТ і ЦКШТ. Представлено: роботи по математичному моделюванню процесів конверсії вугілля в ЦКШ та ЦКШТ; інженерні методи розрахунку висоти топки та діаметру циклонів ЦКШ-котлоагрегатів та ЦКШТ-реакторів; розробки методів реконструкції діючих парогенераторів з використанням технологій КШ; рекомендації по застосуванню технологій КШ для термічної переробки ВВ різного ступеня метаморфізму, економічні аспекти впровадження нових вугільних технологій в енергетику, дані по використанню результатів досліджень та розробок здобувача.

Демонстраційна установка ЦКШ-1.0 створюється на території НТЦВЕ згідно Наказу Міністра енергетики та електрифікації України №234 від 13 грудня 1995 року. ТЗ на розробку конструкції установки виконано під керівництвом автора, а робочий проект - ДКБ “Південне” та Інститутом “Енергопроект” (м.Київ). Теплова потужність установки ЦКШ-1.0 - 10 МВт_т, а продуктивність по паливу - до 2 тон вугілля на годину. Пуск установки заплановано на 2000 рік. На ній планується відпрацювати технології двоступеневої термічної переробки, спалювання та газифікації ВВ в КШТ та ЦКШТ, після чого використати одержані результати при розробці робочих проектів енергетичних ПГУ на твердому паливі потужністю до 100 МВт_е.

Особливістю демонстраційної установки ЦКШ-1.0 є можливість організації двоступеневої термічної переробки вугілля (піроліз-газифікація, піроліз-спалювання), а також його роздільної подачі; дрібної фракції в тракт рециркуляції КЗЗ, а грубої - в реактор. Конструкція гратки КШ реактора захищена а.с. СРСР № 1638455.

В режимі піроліз-газифікація в установку входять системи: подачі палива, вапняку і твердого інерту; подачі та підігріву повітря; одержання синтез-газу (піролізер, тракт повернення КЗЗ, реактор, допалювач КЗЗ ФШ в донній золі, циклон першого ступеня, змішувач піролізного та генераторного газу); очистки продуктів газифікації (циклон другого ступеня); виводу золи та КЗЗ; спалювання синтез-газу під тиском; дросілювання та охолодження газоподібних продуктів. Подача твердого палива планується в піролізер, де за рахунок контакту з золою буде відбуватися його термоконтактний піроліз. Після цього КЗЗ направлятиметися в реактор КШ, куди також подаватиметися повітря. На виході із газогенератора газоподібні продукти будуть очищатися від пилу, змішуватися з піролізним газом, проходити другу ступінь очистки від твердих часток, спалюватися в камері згорання синтез-газу, направлятися на дросілювання та охолодження і виводитися з установки. КЗЗ із нижньої частини газогенератора планується виводити в допалювач ФШ, а отриману золу збирати в окремий бункер. Зв'язування сполук сірки буде здійснюватися в КШ за рахунок подачі в реактор вапняку. Функції газової турбіни, на першому етапі досліджень, виконуватимуть системи дросілювання та охолодження газу.

У випадку роботи установки в режимі повітряної газифікації вугілля в КШТ та ЦКШТ із вищеописаної схеми планується виключити піролізер, а подачу вугілля здійснити в тракт рециркуляції КЗЗ та в відновлювальну зону КШ.

Аналогічну схему запропоновано і для спалювання вугілля в КШТ та ЦКШТ.

При роботі установки ЦКШ-1.0 в режимі піроліз-спалювання (мал.16) в верхній частині реактора і на тракті рециркуляції КЗЗ додатково будуть розміщені водяні холодильники, а камера спалювання синтез-газу переміщена в тракт піролізного газу. Крім того планується подача вторинного повітря в реактор.

Розрахункові значення технологічних характеристик режимів конверсії ВВ в ЦКШТ стосовно демонстраційної установки ЦКШ-1.0 приведено в табл. 6. Тут, поряд з матеріалами по режиму конверсії, типу вугілля, його зольності, тиску і температури в реакторі, швидкості пилогазового потоку, витраті вугілля представлено інформацію по Х, , викидам NO_x, і потужності установки (N).

Таблиця 6 - Розрахункові значення технологічних характеристик режимів конверсії ВВ в ЦКШТ на демонстраційній установці ЦКШ-1.0 (= 0-3 мм)

Аналіз результатів розрахунків показує, що у випадку конверсії ГСШ в режимі піроліз-газифікація по відношенню до його газифікації в ЦКШТ може бути досягнуто збільшення потужності установки ЦКШ-1.0 в 1.15-1.25 рази при Р= 0.81 МПа і в 1.03-1.05 рази при Р= 2.5 МПа. Останнє пояснюється зниженням ефективності піролізу в закритих системах з ростом тиску і обгрунтовує перспективність процесу піроліз-газифікація для утилізації кам'яного та бурого вугілля при Р 0.81 МПа. При Р> 1.2 МПа для даних палив доцільно застосовувати газифікацію в КШТ і ЦКШТ.

В режимі піроліз-спалювання по відношенню до спалювання в ВВ ЦКШТ при Р=1.2МПа досягається збільшення потужності установки в 1.06 рази для АШ і в 1.17 рази -для ГСШ. Це пояснюється різною ефективністю їх піролізу і дозволяє рекомендувати дану схему для утилізації кам'яного та бурого вугілля. Що стосується спалювання в ЦКШТ, то воно доцільно для всього ВВ і, в першу чергу, для АШ та ДП.

Роботи по математичному моделюванню проводилися для створення методів розрахунку процесів горіння та газифікації вугілля в ЦКШ і ЦКШТ та моделювання конверсії одиночних коксових часток. У першому випадку використовувався зонний метод розрахунку, де окремо розглядались: киплячий шар, надшаровий простір, циклон, піролізер і тракт рециркуляції. Головну увагу було приділено надшаровому простору реактора, для якого математичну модель побудовано на рівні механіки суцільних середовищ. Вона представляє собою систему одномірних диференційних рівнянь переносу маси, імпульсу і енергії. У другому випадку метод розрахунку враховує ефективну дифузію, теплопровідність, гетерогенні хімічні реакції взаємодії коксів з СО₂ та О₂ в рамках квазігомогеної моделі порового простору. Автор приймав участь у складанні систем рівнянь, обговоренні та аналізі результатів розрахунків, які використано при підготовці ТЗ демонстраційної установки ЦКШ-1.0.

При спалюванні низькореакційних палив в ЦКШ не завжди забезпечується не-обхідний час перебування паливних часток в топці і потрібна ступінь рециркуляції КЗЗ, що приводить до зменшення Х_л. Для усунення даного недоліку автором розроблено інженерні методи розрахунку висоти топки і діаметру циклонів котлів ЦКШ.

Методику розрахунку висоти топки побудовано на основі припущення, що частки, ефективність уловлювання яких в циклоні складає 50%, повинні згорати за один прохід. При цьому за допомогою методики визначення часу вигорання з урахуванням U_r та Т_с знаходиться шлях, на якому частки можуть вигоріти до Х= 0.9 (Н_р). Величина Н_р приймається за мінімальну висоту топки. Вищеописаний метод використано ХЦКБ і ПЕТЦ при розрахунку розмірів топок ЦКШ-парогенераторів.

Методику розрахунку діаметру циклонів ЦКШ-котлоагрегатів побудовано на основі припущення, що у високозапиленому потоці мілкі частки буде захоплено середніми і за рахунок відцентрових сил направлено на периферію циклону. При цьому для досягнення потрібного ступеня очистки пилогазового потоку вважається достатнім, щоб встигла притиснутися до стінки середньомасова частка. Додатковою умовою високої ефективності пилоочистки є необхідність забезпечення внизу циліндричної частини циклона вільної від часток зони, яка розміщена коаксіально вихідному патрубку і складає 1.6-1.8 його внутрішнього діаметра. Величина зони формується суцільним потоком часток, що рухаються по периферії вниз. Діаметр, при якому виконуються вищеперелічені умови, і приймається за розрахунковий для циклону. Дану методику використано фірмами “Рафако” і “Лургі-Лентьєс” при створенні проектів ЦКШ-котлоагрегатів для Миронівської та Старобешівської ТЕС.

При підготовці методів реконструкції котлоагрегатів застосовано ряд розробок пошукача, які захищені авторськими свідоцтвами СРСР. Так, конструкцію установки для спалювання твердого палива (по а.с. № 1638455) може бути використано при заміні топки парогенератора, пристрій для термічної переробки твердого палива (по а.с. № 1590842) - як передтопок перед діючим котлоагрегатом у випадку переводу останнього на утилізацію ВВ, спосіб спалювання низькосортного подрібленого палива (по а.с. № 1467316) - у разі переходу на спалювання грубої фракції в факелі, а дрібної - в ФШ. Останню пропозицію застосовано при підготовці вихідних даних та ТЗ для створення передтопків-запалювачів АШ в ФШ, які буде встановлено перед нижнім ярусом факельних пальників парогенератора ТП-100 Старобешівської ТЕС.

Розрахунок економічної доцільності впровадження енерготехнологій на ТЕС було проведено на основі світових цін. При визначенні собівартості електроенергії враховано витрати на паливо, капітальне будівництво, експлуатацію та обслуговування обладнання. Результати розрахунку показали, що у випадку виконання сучасних екологічних вимог, при використанні методів КШ може бути отримано найнижчу, серед вугільних енерготехнологій, собівартість електроенергії як при новому будівництві ((3.6-4.0)10^-2 умовних одиниць (у.о.) за 1 кВт/год), так і при реконструкції діючих електростанцій ((2.8-3.0)10^-2 у.о. за 1 кВт/год).

Рекомендації щодо застосування технологій КШ для термічної переробки ВВ різного ступеня метаморфізму представлено у висновках (див. пункти 8-10 та 12).

висновки

В дисертаційній роботі на основі результатів кінетичних та технологічних досліджень горіння та газифікації високозольного вугілля в різних модифікаціях киплячого шару знайдено основні закономірності і особливості його конверсії, розроблено технологічні схеми процесів, інженерні методи розрахунку окремих елементів апаратів, рекомендації по використанню вугілля різних ступеня метаморфізму та зольності в котлоагрегатах, що забезпечує розв'язання важливої науково-прикладної проблеми - створення високоефективних та екологічно чистих технологій спалювання та газифікації ВВ для потреб енергетики України.

Визначено кінетичні характеристики взаємодії коксів енергетичного вугілля України, в тому числі високозольного та високосірчистого з СО₂ та О₂ (наближення Арреніуса) в КШ в широкому діапазоні зміни його зольності (= 4.6-71.0%), концентрації газу-реагенту (= 0.02-48.7 кг/м³, = 0.05-7.43 кг/м³), тиску (Р = 0.1-2.51МПа) і температури конверсії (Т_Г = 970-1350 К, Т_С = 650-1000 К), а також довірчі оцінки їх точності. Показано, що із зростанням температури, концентрації СО₂ та О₂, зменшенням зольності та ступеня метаморфізму вугілля відбувається збільшення швидкості конверсії його коксів, до того ж зниження ступеня метаморфізму приводить до зменшення енергії активації, а в ряді випадків (реакція С+О₂) і до зростання константи швидкості. Знайдено температурні межі існування внутрішньокінетичного та внутрішньодифузійного режимів реагування. Показано, що у внутрішньодифузійному режимі відбувається витиснення реакцій С+СО₂ та С+О₂ на поверхню мезо- та макропор і контурну поверхню часток, що приводить до стаціонарного характеру взаємодії в максимумі швидкості конверсії, до того ж знайдено, що при взаємодії коксів ВВ з СО₂ та коксів АШ і ДП з О₂ стаціонарна швидкість реакції спостерігається по відношенню до поточної маси вуглецю, а при конверсії коксів кам'яного та бурого вугілля з О₂ - до його початкової маси. Отримані кінетичні константи використано в розрахунках процесів горіння та газифікації вугілля при проектуванні ЦКШ-котлоагрегатів та демонстраційних установок з реакторами киплячого і циркулюючого киплячого шару під тиском.

Одержано константи елементарних стадій реакції С+СО₂ (наближення Ленгмюра-Хіншельвуда) для умов конверсії коксів ВВ в КШТ при різному парціальному тиску газу-реагенту (= 1.0-37.5 кг/м³), а також довірчі оцінки їх точності. Показано, що зі збільшенням концентрації СО спостерігається зменшення швидкості конверсії коксів з вуглекислим газом, до того ж по мірі зростання температури взаємодії паливних часток з СО₂ вплив даного ефекту на швидкість реагування зменшується. Знайдено, що константи газофазних стадій реакції С+СО₂ не залежать від ступеня метаморфізму твердого палива і є універсальними. Показано, що при концентрації монооксиду вуглецю в продуктах газифікації [CO] > 3.0% для розрахунку процесів конверсії вугілля замість наближення Арреніуса необхідно використовувати наближення Ленгмюра-Хіншельвуда.

Визначено температури самозаймання та час вигорання ВВ в КШТ. Показано, що зі зменшенням ступеня метаморфізму та зольності твердого палива і ростом концентрації кисню в зоні термічної переробки спостерігається їх зменшення. Знайдені значення часу вигорання часток в КШ використано при розрахунках висоти топок ЦКШ-котлоагрегатів та ЦКШТ-реакторів.

Одержано основні технологічні та екологічні характеристики процесів горіння ВВ України в різних модифікаціях КШ. При цьому підтверджено, що в НКШ, ФШ, ЦАФШ і ЦКШ може бути забезпечено ефективне спалювання високозольного вугілля та відходів вуглезбагачення ( 80%) з високими екологічними показниками (SO_x, NO_x < 250 мг/нм³) без використання природного газу або мазуту на їх конверсію. Для процесів горіння в ЦКШ показано, що зі збільшенням ступеня метаморфізму зростають оптимальні температури спалювання вугілля та зв'язування оксидів сірки, доля первинного повітря в дутті, зменшується інтегральна ступінь конверсії ВВ і діапазон регулювання потужності установок.

Показано, що у випадку спалювання низькореакційного вугілля в ЦКШ при зменшенні температури КЗЗ, який повертається в топку, нижче 923 К для АШ та нижче 803 К для ДП, спостерігається погіршення режимів його горіння, що приводить до збільшення витрат вуглецю в донній та леткій золі.

Знайдено, що при спалюванні високосірчистого вугілля в ЦКШ у випадку збільшення частки вапняку, що подається в топку, поряд зі зменшенням викидів SO_x спостерігається збільшення викидів NO_x. При цьому визначено оптимальні відношення Ca/S, які забезпечують їх мінімізацію одночасно (SO_x, NO_x<400 мг/нм³).

Виконано адаптацію існуючих ЦКШ-технологій до ВВ України. Показано, що: технологія “Лургі” є найбільш перспективною для термічної переробки АШ, ДП, ГСШ та ДД при необхідності регулювання потужності ЦКШ-парогенераторів в широких межах, а також для спалювання мокрих відходів вуглезбагачення і високосірчистого вугілля; технологія “Пірофлоу”- краща для роботи ЦКШ-котлоагрегатів на АШ, ДП, ГСШ, ДД і ОБ при стаціонарних навантаженнях; технологію фірми “Бабкок Вілкокс” може бути застосовано для утилізації ВВ при обмеженнях по габаритам і висоті котлоагрегату; використання для спалювання ВВ України інших ЦКШ-технологій або недоцільно (технологія “Мультисолід”), або повинно бути розглянуто після їх більш широкого впровадження.

Визначено, що Л-В(Г) є складним паливом, яке включає в себе вугільну та сланцеву частини, що значно відрізняються між собою реакційною спроможністю коксів. Для його термічної переробки в НКШ та ЦКШ потрібно забезпечення більш високих температур, чим для аналогічного кам'яного вугілля, що приводить до погіршення екологічних характеристик процесів горіння. Запропоновано шляхи підвищення ефективності використання Л-В(Г) за рахунок його спалювання в КШТ, або двоступеневої термічної переробки в ЦАФШ.

Показано, що повітряна газифікація в НКШ та ЦКШ доцільна при конверсії високозольного кам'яного та бурого вугілля України, для яких знайдено оптимальні технологічні та екологічні характеристики процесів газифікації. Відмічено, що її використання для термічної переробки АШ і ДП не ефективне в зв'язку з низькими значеннями теплоти згорання синтез-газу, хімічного ККД і ступеня конверсії вуглецю в леткій золі.

Розроблено технологічні схеми процесів спалювання та газифікації ВВ в КШТ та ЦКШТ для демонстраційної установки ЦКШ-1.0, які відрізняються різною організацією двоступеневої термічної переробки вугілля, а також реалізацією його роздільної подачі: дрібної фракції в тракт рециркуляції, а грубої - в реактор.

Розроблено рекомендації по використанню методів спалювання та газифікації в різних модифікаціях КШ для термічної переробки ВВ, які визначають пріоритетність тих чи інших технологій для утилізації твердого палива заданих зольності та ступеня метаморфізму. Показано, що: технології спалювання в НКШ доцільно застосовувати при термічній переробці кам'яного і бурого вугілля та сухих відходів їх збагачення в котлоагрегатах малої потужності; методи спалювання в ФШ - в передтопках-запалювачах перед факельними пальниками, або в пристроях для допалювання КЗЗ після горіння вугілля в НКШ, ЦКШ, КШТ та ЦКШТ; технології двоступеневої термічної переробки в ЦАФШ та методи спільного спалювання в факелі та КШ - при утилізації високозольного кам'яного та бурого вугілля в котлоагрегатах середньої потужності за рахунок установки передтопків, або заміни поду топки; технології спалювання в ЦКШ - для термічної переробки ВВ різного ступеню метаморфізму, відходів його мокрого збагачення та високосірчистого вугілля в котлоагрегатах середньої та великої потужності; технології повітряної газифікації в НКШ та ЦКШ для утилізації високозольного кам'яного та бурого вугілля з подальшим використанням отриманого синтез-газу для потреб енергетики, промисловості та комунально-побутового сектору. Технології спалювання та газифікації ВВ під тиском для ПГУ на твердому паливі доцільно відпрацювати на демонстраційних установках, після чого впроваджувати при будівництві нових енергоблоків середньої та великої потужності, причому для газифікації в КШТ та ЦКШТ і спалювання в КШТ використовувати кам'яне та буре вугілля, а для спалювання в ЦКШТ - АШ і ДП.

Розроблено інженерні методи розрахунку висоти топок та діаметру циклонів установок циркулюючого киплячого шару, які використано при створені робочих проектів ЦКШ-котлоаг-регатів та ЦКШТ-реакторів.

Визначено економічну доцільність впровадження методів спалювання та газифікації в КШ як при новому будівництві, так і при реконструкції діючих ТЕС.

Достовірність та обгрунтованість отриманих в дисертації результатів забезпечено коректністю прийнятих припущень, узгодженням розрахунків з експериментальними даними та їх кореляцією з відомими літературними джерелами.

основні публікації по темі дисертації

газифікація вугіль киплячий шар

Майстренко А.Ю. Влияние концентрации СО на скорость взаимодействия коксов каменных углей с СО₂ в кипящем слое под давлением //Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1997. - №2. - С. 9-15.

Майстренко А.Ю. Кинетика взаимодействия коксов энергетических углей с газами-реагентами СО₂ и О₂ в кипящем слое под давлением Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1997. - № 3. - С.3-10.

Майстренко А.Ю. Воздушная газификация каменных и бурых углей в циркулирующем кипящем слое //Экотехнологии и ресурсосбережение.-1997. -№ 4.-С.20-25.

Майстренко А.Ю. Горение низкореакционных углей в циркулирующем кипящем слое //Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1997. - № 6. - С. 3-8.

Майстренко О.Ю. Розробка методів спалювання та газифікації низькоякісного вугілля з урахуванням сучасних екологічних вимог //Энергетика и электрификация. - 1997.- № 5. - С. 1-5.

Майстренко А.Ю. Использование технологий кипящего слоя для реконструкции угольных котлоагрегатов малой мощности //Промышленная теплотехника. - 1997. - Т.19, № 6. - С. 106-109.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Шидловский А.К., Яцкевич С.В. Современное состояние угольных электростанций Украины и перспективы их развития //Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1996. - № 3. - С. 3-8.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Вольчин И.А. Экологические аспекты сжигания высокосернистых углей в циркулирующем кипящем слое //Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1997. - № 5. - С. 40-43.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Чернявский Н.В., Яцкевич С.В. Направления реконструкции пылеугольных ТЭС Украины //Там же. - С. 3-13.

Майстренко А.Ю., Голенко И.Л., Соболев В.С., Хандрос Т.Н. Особенности завершающей стадии горения высокозольных углей //Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1998. - №1. - С. 3-7.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю. Разработка чистых энергосберегающих технологий сжигания и газификации твердых топлив для энергетики //Проблемы энергосбережения. - 1995. - № 4-6. - С. 88-91.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Дудник А.Н., Топал А.И. Разработка методов и установок для сжигания и газификации углей в кипящем слое под давлением //Промышленная теплотехника. - 1998. - Т. 20, № 4. - С. 33-38.

Корчевой Ю.П., Яцкевич С.В., Волковинский В.А., Майстренко А.Ю., Потапов А.А. Перспективы создания парогазовых установок с газификацией низкосортных углей в энергетике Украины //Энергетика и электрификация. - 1992. - № 3. - С.1-8.

Майстренко А.Ю., Чернявский Н.В., Рябов Г.А. Исследование режимов планового и аварийного останова на огневых моделях топки с циркулирующим кипящим слоем //Энергетика и электрификация. - 1993. - № 1. - С. 15-17.

Вольчин И.А., Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Чернявский Н.В. Экспериментальное исследование процесса газификации промпродукта ГСШ на укрупненном лабораторном стенде циркулирующего кипящего слоя //Энергетика и электрификация. - 1993. - № 3. - С. 37-40.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Дудник А.Н., Яцкевич С.В. Проекты парогазовых установок с внутрицикловой газификацией твердого топлива //Энергетика и электрификация. - 1994. - № 6. - С. 34-38.

Майстренко А.Ю., Чернявский Н.В., Дудник А.Н., Кульчицкий И.В., Яцкевич С.В. Оценка условий стабильного горения высокозольного АШ в факельных котлоагрегатах с жидким шлакоудалением //Энергетика и электрификация. - 1995. - № 1. - С. 14-17.

Майстренко А.Ю., Чернявский Н.В., Дудник А.Н., Росколупа А.И., Соболев В.С. Воздушная газификация каменных углей Донбасса в ЦКС //Энергетика и электрификация. - 1995. - № 2. - С. 1-4.

Вольчин И.А., Майстренко А.Ю., Яцкевич С.В. Сжигание углей в кипящем слое под давлением //Энергетика и электрификация. - 1995. - № 6. - С. 1-5.

Майстренко А.Ю., Чернявский Н.В., Яцкевич С.В., Гуммель П. Опытное сжигание смеси антрацитовых шлама и штыба в ЦКС на лабораторных установках НТЦУЭ //Энергетика и электрификация. - 1996. - № 6. - С. 28-34.

Корчевой Ю.П., Кузьменко Б.В., Майстренко А.Ю., Яцкевич С.В. Вихревой способ сжигания твердого топлива в топках с горизонтальными и вертикальными циклонными предтопками //Энергетика и электрификация. - 1997. - № 2. - С.7-10.

Майстренко А.Ю., Дудник А.Н., Топал А.И. Сравнительный анализ технико-экономических показателей работы ТЭС, использующих чистые угольные энерготехнологии //Энергетика и электрификация. - 1997. - № 6. - С. 1-3.

Дудник О.М., Корчевой Ю.П., Майстренко О.Ю., Оніщенко С.В. Демонстраційна установка двостадійного спалювання та газифікації вітчизняного вугілля в ЦКШТ //Вісник Державного університету “Львівська політехніка”: спеціальний випуск “Проблеми економії енергії”. - Львів. - 1998. - С. 99-102.

Анищенко А.А., Голенко И.Л., Майстренко А.Ю., Огий В.Н., Хандрос Т.Н. Изменение пористой структуры экибастузского слабоспекающегося и подмосковного бурого углей в процессе их термической обработки //ХТТ. - 1991. - № 4. - С. 57-61.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Чернявский Н.В. Динамика паровоздушной газификации высокозольных углей в псевдоожиженном слое //Сибирский физико-технический журнал. - 1991. - № 5. - С. 51-54.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Пацков В.П., Рохман Б.Б., КуличенкоВ.В. Си-стемный анализ процессов термохимической переработки угля в установках с циркулирующим кипящим слоем //Химическая промышленность.-1995.- №1.- С.23-29.

Корчевой Ю.П., Пацков В.П., Майстренко А.Ю., Куличенко В.В. Численное моделирование процессов термохимического превращения одиночных угольных частиц при повышенных давлениях //ИФЖ. - 1996. - Т.69, № 6. - С.1000-1005.

А.с. 1467316 СССР, МКИ F 23 С 11/02. Способ сжигания низкосортного измельченного твердого топлива /Я.С.Жолудов, А.Ю.Майстренко, А.И.Росколупа, Б.Г.Синякевич (СССР). - Опубл. 23.03.89, Бюл. № 11. - 3 с.

А.с. 1638455 СССР МКИ F 23 С 11/02. Установка для сжигания твердого топлива / Ю.П. Корчевой, А.Ю. Майстренко, А.А. Анищенко, Б.П. Афанасьев, И.И. Надыров, Р.Ю. Шакарян (СССР). - Опубл. 30.03.91, Бюл. № 12. - 3 с.

А.с. 1590842 СССР F 23 С 11/00. Устройство для термообработки твердого топлива /А.Ю. Майстренко, И.Л.Голенко (СССР).- Опубл.07.09.90, Бюл. № 33.-3 с.

Корчевой Ю.П., Волковинский В.А., Майстренко А.Ю. Перспективы применения парогазовых установок с внутрицикловой газификацией украинских углей. - К.: 1992. - 52 с. (Препр./Об-во “Знание” Украины).

Майстренко А.Ю., Дудник А.Н., Яцкевич С.В. Технологии газификации углей для парогазовых установок. - К.: 1993. - 68 с. (Препр. /Об-во “Знание” Украины).

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Яцкевич С.В. Технология сжигания угля в циркулирующем кипящем слое.-К.:1994.-64 с.(Препр./Минэнерго-НАН Украины).

Вольчин И.А., Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю.,Топал А.И., Яцкевич С.В. Сжигание твердого топлива в кипящем слое под давлением - К.: 1997. - 85 с. (Препр. /НАН-Минэнерго Украины. НТЦВЕ).

Рохман Б.Б., Редькин В.Б., Майстренко А.Ю. Математическое моделирование горения полифракционного твердого топлива высокой концентрации в надслоевом пространстве установок с циркулирующим кипящим слоем //Проблемы энергосбережения - К.: “Наукова думка”. - 1990.- Вып. 4. - С. 43-48.

Корчевой Ю.П., Редькин В.Б., Майстренко А.Ю., Пацков В.П. Результаты разработки аналитических методов оценки эффективных характеритик выгорания одиночных коксовых частиц в кипящем слое //Тр. всесоюз. симпоз. “Проблемы газификации углей”. - Красноярск: КАТЭКНИИуголь. - 1991. - С. 159-168.

Корчевой Ю.П., Пацков В.П., Редькин В.В., Майстренко А.Ю. Расчет выгорания одиночных частиц твердого топлива в кипящем слое с учетом внутрипорового реагирования //Тр. междунар. конф.”Тепло-массообмен-92”, ММФ-92 - Т. 5.- Минск: АНК, ИТМО АН Белоруссии. - 1992. - С. 168-171.

Korchevoy Y.P., Maystrenko А.Yu., Yatskevich S.V., Dunaevckaya N.I. Perspective of Using the Technology of Solid Fuel Combustion in Circulating Fluidized Bed and in-Cycle-Gasification in Ukrainian Power Generation //Proc. of 56-th All-Japan Power Conf. - Vol. 1.- Sapporo (Japan). - 1994. - P. 2-10.

Maystrenko A.Yu., Dudnik А.N. Saubere Kohletechnologie fur den Kraftwerkssektor// Ukrainisch-Deutscher Workshop Energie und Umwelt.- №9. - Kiev (Ukraine).-1995.- 6s.

Belin F., Shang J.Yu., Levin M.M., Yatskevich S.V., Maystrenko A. Yu. Repowering of Ukrainian Power Plants with CFB Boilers //Proc. of ”Power-Gen Americas-95” Сonf. - BW Paper. - BR-1605. - Anaheim (USA). - 1995. - 15 p.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Дудник А.И., Яцкевич С.В. Технологии газификации и сжигания углей в кипящем слое для нужд промышленности и энергетики //Proc. of 3-rd Meeting of Experts on Clean Coal Tecnologies United Nations Economic Commission for Europe. - Szczyrk (Poland). - 1995. - P. 206-213.

Корчевой Ю.П., Левин М.М., Майстренко А.Ю., Яцкевич С.В. Адаптация технологий сжигания в циркулирующем кипящем слое для высокозольных углей Украины //Proc. of Workshop on Development of Clean Small-size Boilers for Industrial, Households and Farming Sectors United Nations Economic Commission for Europe. - Szczyrk (Poland). - 1995. - P. 159-172.

Пацков В.П., Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю. Численное моделирование процесса горения-газификации высокозольного каменного угля в кипящем слое под давлением //Тр. ХІ cимпоз. “Химическая физика процессов горения и взрыва”. - Ч.4. - Т.1. - Черноголовка: АН России. - 1996. - С. 138-140.

Perna M.A., Fuller T.A., Belin F., Maryamchik M., Maystrenko A.Yu., Reuther.J. СFB Evaluation of High-Ash Ukrainian Antracite Coal //Proc. of 13-th Annual International Pittsburgh Coal Conf. “Coal - Energy Environment”. - B&W Paper.- RDTPA 96-46.- Pittsburg (USA). - 1996. - 12 p.

Belin F., Babichev L.A., Maystrenko A.Yu. CFB Boilers for Low-Grande Ukrainian Anthracite //Proc. of 5-th International CFB Conf. - GC.7. - Beijing (China).- 1996.- 6 p.

Корчевой Ю.П., Левин М.М., Майстренко А.Ю., Шидловский А.К., Яцкевич С.В. Проекты реконструкции тепловых электростанций Украины с использованием чистых угольных технологий //Proc. of 4-th Meeting of Experts on Clean Coal Technologies United Nations Economic Commission for Europe. - Serie E. - Geneve (Switzerland). - 1996.- 5 p.

Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Вольчин И.А., Яцкевич С.В. Определение оптимальных режимов сжигания высокосернистых углей в ЦКС с минимизацией выбросов окислов серы и азота в атмосферу //Тр. 1-й американо-украинской конф. “Защита атмосферного воздуха от выбросов ТЭС”. - Киев. - 1996. - С. 224-230.

Майстренко А.Ю., Дудник А.Н., Топал А.И. Опытная установка для сжигания и газификации под давлением //Рroc. of Seminar Commission of the European Committies Directorate General for Energy “Member State Technologies Dedicated to Help the Energy Self Sufficiency Process Optimising the Local Resources Such as Coal” (DGXVII). - № 24. - Kiev (Ukraine). - 1997.- 14 p.

Belin F., Fuller T.A., Maryamchik M., Perna M.A., Maystrenko A.Yu. //CFB Сombustion of High-Ash Ukrainian Antracite - Pilot Testing and Disign Implications Proc. of 14-th International Fluidized Bed Combustion Conf. - Vol. 2. - Vancouver (Canada). - 1997. - P.785-794.

Dudnik A.N., Korchevoy Y.P., Maystrenko A.Yu., Onischenko S.V. Two Stage PCFB Coal Combustion Tecnology in Single Facility of CETC //Proc. of CUSTNET 3-rd International Conf. on Coal Utilisation Science and Technology, S.C. ZECASIN S.A.- Session 2. - Paper 12. - Bucharest (Romania). - 1998. - 5 p.

Dudnik A., Korchevoj Yu., Maystrenko A., Onischenko S. PCFB-FC Project //Proc. of “Power Gen International -98” Conf.- Vol. C.- Paper 3. - Orlando (USA). -1998. -10 p.

Размещено на Allbest.ru