Моделирование процессов образования нитратных газов при сжигании угля в топках ТЭС

Кондрашова Л.А.; Николайчук Д.Н.

УЛК 62-784.2

Л.А. Конлрашова, А.Н. Николайчук

МОЛЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ НИТРАТНЫХ ГАЗОВ ПРИ СЖИГАНИИ УГЛЯ В ТОПКАХ ТЭС

Уголь, с великим трудом и огромными энергозатратами добываемый из недр земли и сжигаемый в топках котлоагрегатов, превращается опять же в электрическую энергию, сопутствующее тепло, а также -в зольно-шлаковые отвалы и миллионы кубических метров вредных газовых выбросов в атмосферу.

Какие существуют способы оценки углепользо-вания в условиях ТЭС?

Полезная отдача оценивается количеством «единиц условного топлива», которое нужно сжечь чтобы получить 1 кВт-ч электричества; твердые отходы определяются зольностью угля; валовые выбросы вредных веществ рассчитываются по эмпирическим формулам [1], активный контроль газовых выбросов осуществляется с помощью специальных приборов [2]. Известно, что из всего спектра газовых выбросов ТЭС (СО, С02, Б02, N0 и др.) наиболее токсичные нитратные выбросы, или выбросы оксида азота (в основном N0, часть которого доокисляется в атмосфере до диоксида N0^, подвержены регулированию технологическими методами. Для этого применяют системы автоматического регулирования (САР) общего воздуха, и соотношения «расход воздуха - топливо», способные поддерживать оптимальный режим сжигания угля [3].

Принцип оптимальности заключается в обеспечении минимального коэффициента избытка воздуха за пароперегревателем а = 1,2, при котором содержание кислорода О2 в дымовых газах на выходе из котла составляет 3,5%, а содержание оксида азота примерно равно 340 мг/м3 (приземная концентрация при этом не превышает предельно-допустимую норму 0,6 мг/м3 для N0 и 0,085 мг/м3 для N0^. Работа САР строится по принципу измерения расходов воздуха и топлива, с последующим поддержанием кислорода в дымовых выбросах на заданном уровне. Системы как минимум двухкаскадные, выбор стабилизирующих и корректирующих регуляторов для них, введение в структуру ВК и совершенствование алгоритмов управления невозможны без знания аналитических зависимостей между параметрами, характеризующими процесс сжигания топлива и образования нитратных газов.

Авторами сделана попытка получить такие зависимости, используя метод математического моделирования. В качестве входных параметров для объекта регулирования - котлоагрегата, приняты: расход воздуха - х] м3/ч; расход топлива - х2 т/ч. В качестве выходных параметров берутся: концентрация оксидов азота - у1 мг/м ; концентрация кислорода - у2

%. Основным возмущающим фактором является расход питательной воды - х3т/ч.

В общем виде линейная стохастическая связь между параметрами объекта описывается уравнением регрессии у=Ь0+Ь]Х] +Ь2х2+Ь3х3, (1)

где Ь0 ,Ь] ,Ь2 ,Ь3 - коэффициенты регрессии.

Для оценки линейной связи между двумя величинами х и у используют коэффициент пар-

ной корреляции

N

X (У- - ту ) • (X - тх )

т = ^_____________________ (2)

ху (N -1) • 5, • ^

где N - число наблюдений; ту, тх - средние значения (математические ожидания) величин х и у;

среднеквадратичное от-

=, (N -1)-1 £ (у, - ту )2 -

клонение величины y

Sjj =Д (N -1)-1 £(x, - mxj )2 -

среднеквадратичное от-

клонение величины Ху Коэффициент парной корреляции изменяется в пределах -\<тху<\.

В случае нелинейной зависимости между параметрами объекта полиномиальное уравнение регрессии имеет вид

У = Ъо +^ьіхі + ТЪ« ,^«^ +±Ъ,х2, (3)

«,І= і-1

Нелинейные члены в уравнение регрессии вводят по результатам оценки тесноты нелинейной связи между входными (х) и выходной (у) величинами, которая оценивается корреляционным отношением п

^2/

(4)

п =

f xy

Здесь S2/ - дисперсия линии регрессии относи-

тельно математического ожидания выходной вели-

чины;

S

2

дисперсия выходной величины относи-

тельно математического ожидания выходной величины.

По программе рассчитаны коэффициенты Ту, корреляционные отношения Пху и выполнена их проверка на значимость по критерию Фишера. В результате все коэффициенты корреляции и корреляционные отношения приняты значимыми, кроме

Ту2*з , где у2 - концентрация О2 в дымовых газах, х3 -

расход питательной воды (в дальнейшем этот коэффициент не учитывается).

Для значимых коэффициентов корреляции проверена гипотеза о линейности регрессии по Г критерию и установлено, что

,=1

i=1

1) между расходом воздуха на горелке Х1, расходом топлива х2 и концентрацией кислорода у2 существует линейная связь

У2=Ь02+Ь21х1+Ь22х2 (5)

2) между расходом воздуха x1, расходом топлива х2 и концентрацией оксидов азота у1 в выбросах связь нелинейна и выражается формулой

У1=Ьо1+Ьц(Х1+ X12)+ bi2 Х2+ bi3 Хз+ bi4 Х4+ bi5 х5,

(6)

где Х4=Х1/ Хэ, х=х/ Хэ.

Коэффициенты уравнений (5) и (6) определяются по формулам

N

b0 = my -Z bjmxj , (7)

j=l

Ь. = ^, (8)

Рассчитанные по массиву данных из N=65 одновременных замеров х1, х2, х3, у], у2, для котла БКЗ-120-140Ф, эти коэффициенты позволили искомые аналитические зависимости (5) и (6) представить в виде

у1 =-6,12-103 +5,78-10-4 (х1 + х? + 3,99х2 + 1,74х3 --1,04-10-1х4 + +1,08-103х5, (9)

у2 = 4,02 + 3,5-10-5х1 - 3,4-10-2х2. (10)

Полученные формулы соответствуют режимам сжигания смешанных углей (Павловский, Бикин-ский, Нерюнгринский и др.); сравнение расчетных величин у1и у2 с опытными данными показывает, что погрешность расчетов не превышает 10%, в том числе и при переходе на однородные угли.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методика определения ва-

ловых и удельных выбросов вредных веществ в атмосферу от котлов тепловых электростанций. - М.:

ВТИ,1991.

2. Кондрашова Л.А. Вредные компоненты дымовых выбросов ТЭС:

современные способы снижения и контроля. Научные чтения «Приморские зори -2000». Экология, безопасность жизнедеятельности, охрана труда и устойчивое развитие Дальневосточных территорий. - Владивосток, 2000.

3. Клюев А.С., Лебедев А.Т., Новиков С.И. Наладка систем автоматизированного регулирования барабанных паровых котлов. - М.:

Энергоатомиздат, 1985.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Кондрашова Л.А., Николайчук Д.Н. - Дальневосточный государственный технический университет.

УАК 622.411.33

А.М. Серый, А.И. Тонких, О.А. Кожеров ГАЗУ МЕТАНУ - КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ

ЩаЛневосточном регионе сложилась обстановка монопольного предложения энергоресурсов с ценами, выгодными производителям и непосильными для потребителей. Полное отсутствие конкуренции в продаже энергоресурсов не способствует становлению рыночных отношений и установлению прослойки предпринимателей, за счет которых и возможно развитие экономики региона.

В качестве конкуренции необходимо использовать альтер-

нативные виды энергоресурсов, например: энергию ветра, моря, солнца или газа - метана. Газо-обильность угольных пластов настолько высока, что можно покрыть за счет газа потребность в энергоресурсах на многие годы. В настоящий момент стоит вопрос о создании конкуренции электричеству, нефтепродуктам, привозному газу пропану.

Во многих городах и поселках городского типа, состоящих на угольных пластах возможна реализация программы отсоса газа

метана из угольных пластов для его отчистки и сжатия с целью транспортировки и использования.

Газ метан можно использовать как топливо в автомобилях, котельных, газогенераторах

электрической энергии, отопления жилья и приготовления пищи. При добыче газа - метана в количестве 10000 м3 в сутки с одной установки себестоимости 0,6 руб./м3 он становится конкурентоспособным. Это особенно важно для развития предпринимательства. Такие достоинства газа - метана как мобильность, безопасность, возможность использования в широком спектре услуг, как единичными пользователями, так и большими организациями дает перспективу роста спроса на него в регионе.

Для развития экономики региона необходима разработка

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Кондрашова Л. А., Николайчук Д. Н.

Текст научной работы на тему «Моделирование процессов образования нитратных газов при сжигании угля в топках ТЭС»