CC BY
287
Теплоэнергетика
УДК 621.311
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СЖИГАНИЯ ВОДОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ
К.В. Осинцев
Рассматривается возможность использования водоугольной суспензии в энергетике. Приведены результаты анализа данных по использованию различных технологий производства и сжигания этого топлива. Предлагается использование многофункциональных горелок в качестве основных перспективных технологий для сжигания. Эти горелки доказали свою высокую надежность как энергетического оборудования, могут работать в широком диапазоне по зольности, влажности и выходу летучих горючих веществ.
Ключевые слова: горелка, водоугольная суспензия.
Введение
Водоугольная суспензия (ВУС) - смесь угольной пыли и воды с добавками поверхностноактивных веществ или без таковых, обладающая текучими свойствами, способная к перемещению с помощью насосов по трубопроводам, распылению в топках на капли и горению с образованием факела, что делает ее похожей на мазут, дизельное топливо и другие топливные жидкости [1-5].
Постановка задачи исследования
Область применения ВУС в энергетике - ТЭС и котельные, размещенные в районах, где по различным причинам отсутствует возможность строительства подъездных железных дорог, систем конвейерной доставки сухого угля, нет площадок для приема и хранения твердого топлива. Кроме того, это могут быть ТЭС, принимающие кусковой уголь в потоке воды по трубопроводу с отделением крупных фракций и подачей их в традиционную систему пылеприготовления, а отстоявшийся шламовый остаток (разновидность ВУС) в форсунки котлов на факельную утилизацию. Возможна и факельная
утилизация ВУС из отходов нефтемаслопродуктов с включением твердых угольных частиц на энергокотлах ТЭС и промпредприятий.
Анализ данных российских и зарубежных
исследований
В зарубежных проектах по промышленному использованию ВУС ориентируются на водоугольные суспензии, приготавливаемые из высококачественных малозольных, в частности, битуминозных углей с теплотой сгорания Qрн > 35 000 кДж/кг, содержанием минеральных включений на сухую массу Ас < 2 %, выходом летучих на горючую массу V > 40 % (рис. 1, а, б). Суспензия их этих углей, имея высокое значение теплоты сгорания Qрн > 24 000 кДж/кг при рабочей влажности Wр < 30 % и максимальном размере твердых частиц ~ 200 мкм, может экономно транспортироваться с мест добычи угля и приготовления до потребителя, долго храниться, не расслаиваться [1-5]. Разработчики проектов указывают на преимущества использования ВУС на пылеугольных ТЭС, связанные с упрощением технологии приема, хра-
Рис. 1. Сравнение характеристик пыли и ВУС различных углей: а - теплота сгорания; б - суммарный балласт минеральных включений и влаги
нения, подачи топлива на котлы, отмечают улучшение экологического состояния района размещения пылеугольных ТЭС после перевода их на ВУС за счет снижения выхода в атмосферу мелкодисперсной золы и канцерогенных оксидов азота (рис. 2). Производство и поставку высокореакционных ВУС связывают с минимизацией суммарных затрат на гидродобычу, приготовление, гидротранспорт и стоимости твердого топлива. Многие важные для конструкторов факельных топок вопросы организации суспензионного сжигания, в том числе специфики воспламенения и поведения твердых топливных частиц, в реальных промышленных установках практически не раскрываются.
Несмотря на активно проводимые исследования по горению ВУС, начатые в 50-х годах прошлого столетия, в том числе в СССР, в отсутствии промышленного опыта серьезно затруднялось ведение прогнозов по организации экзотермических
процессов на котлах при использовании исходного топлива с иными теплотой сгорания, зольностью, размерами частиц. Опытно-промышленное сжигание ВУС было крайне необходимо, и в 80-х годах прошлого столетия в рамках крупной межотраслевой правительственной программы оно было проведено в СССР на котлах ПК-40 Беловской ГРЭС и ТП-35 Мин-Кушской ТЭЦ. При этом использовали ВУС с существенно ухудшенными (относительно ВУС битуминозного угля) теплофизическими свойствами и размерами частиц до 350 мкм (см. рис. 1, а, б) [6, 7].
Подробное описание котлов и установок по приготовлению, подаче и распыливанию ВУС, как и результаты сравнительного сжигания пыли и суспензии ранее были приведены в открытой печати [6-15]. Проведенные испытания показали, что при распыливании ВУС в топке образовывался полидисперсный капельный факел. Капли при на-
битуми кузнецкий Г/ нозный/- ПК-40
а)
Д[я2+я4]бит %
6,04,53,01,5-
кавакский вид битум и кузнецкий Г/
бурый/ТП-35 угля/ нозный/- ПК-40 котел
кавакский ВИД бурый/ТП-35 Угля/
б)
Д[Я2+Я4]КУЗН %
6,04,53,0-
■о
Х| 1.5-
Д|Л2+Я4]КаВ %
битуми кузнецкий Г/ нозный/- ПК-40
ВУС из кавакский угля/
бурый/ТП-35 котел
Рис. 2. Характеристики продуктов сгорания пыли и ВУС различных углей: а - относительное изменение
концентрации выводимой в атмосферу летучей золы: С =С ит/СпЫТль, С =Скузн/С
п а— г^кав /лк< • С = С /Сп
где Сп
Су , С - текущие значения концентрации летучей золы при сжигании ВУС и пыли соответственно битуминозного, кузнецкого и кавакского углей, мг/нм3; С^^, СПЫшЬ, СПЫВль - значения концентрации летучей золы при сжигании пыли соответственно битуминозного, кузнецкого, кавакского углей, мг/нм3; б - относительное
^кузн
ЩТ= мог /моХУЗЫл
изменение концентрации выводимых в атмосферу оксидов азота: 1М^хит= М05ит^0биптыль,
1ЧОХав=МОХав/МОХапвыль, где N0^, МО£узн, N0^ - текущие значения концентрации оксидов азота при сжигании ВУС и
- значения
пыли соответственно битуминозного, кузнецкого и кавакского углей, мг/нм3; МОбиптыль, N0^1^, ^£апвы_ концентрации оксидов азота при сжигании пыли соответственно битуминозного, кузнецкого, кавакского углей, мг/нм3; в - изменение суммарных тепловых потерь с уходящими газами ^) и механическим недожогом топлива (44):
. г -|бит / чбит / чбит г пкузн / чкузн / чкузн ,г пкав / чкав / чкав
Д[Ч2+ Ч4] = (Ч2+Ч4)вус“ (%+ Ч4)пыль, Л[^2+ Ч4] = (^2+ Оцус - (^2+ 44)^^ Л^2+ 44] = (Ч2+ ОцусТ (%+ Опыль ^
переходе с пылеугольного на суспензионное сжигание соответственно битуминозного, кузнецкого и кавакского углей, %
хождении в высокотемпературной топочной среде прогревались, из них испарялась влага, выходили летучие вещества; прогревшиеся летучие вещества и твердотопливный коксовый остаток начинали реагировать с кислородом подаваемого через горелки воздуха (воспламенялись) с тепловыделением и повышением температуры. Последующее окисление (горение) капельного коксового остатка сопровождалось спеканием его отдельных частиц в золококсовые конгломераты. Переход от пылеугольного к суспензионному сжиганию сопровождался увеличением (растягиванием) длины участка воспламенения и снижением его температурного уровня. Это характерно для горения с пассивированием окислительного процесса на участке воспламенения инертным балластом: газами рециркуляции, паром, водой, избыточным количеством минеральных включений, а также их совокупностью [6-10, 16-25].
Затягивание воспламенительного процесса приводило к затягиванию выгорания угольных частиц суспензионного топлива, повышению температуры продуктов сгорания на выходе из топки и за котлом, совокупному увеличению потерь теп-
лоты с уходящими газами и мехнедожогом топлива (см. рис. 2). Из представленного в качестве примера рис. 3 видно, что в период испытаний котла ТП-35 основная масса пылевидного топлива, в частности кавакского угля, выгорает на горизонтальном участке факела перед горелками от их выходного сечения l = 0 до отметки 1ф, где степень выгорания а = 0,9. Здесь же развивается максимальный уровень температуры факела Тф; на вертикальном участке факел охлаждается до фиксируемого на выходе из топки опытного значения Т = Тпт = 1230 К (параметр Т/Тпт = 1,0; а = 0,95). При подаче в топку распыленной суспензии из того же кавакского угля характер горения резко изменяется: участок воспламенения 1ф увеличивается в 3-4 раза, а максимальная температура Тф снижается на 200-300 К. Пассивирование воспламенения вызывает затягивание процесса горения и летучих, и коксового остатка. В выходном окне топки температура факела становится выше (Т/Тт > 1,0), а степень выгорания уменьшается до а < 0,82. Заметим, что вышерассмотренный процесс горения в топке котла ТП-35 распыленных капель ВУС из кавакского угля с высоким содер-
Рис. 3. Характер изменения Пезразмерных температуры (Т/Тпт) и степени выгорания топлива (а) в пылеугольном и суспензионном факелах кавакского Пурого угля на котле ТП-35: 1 - топка; 2 - зона активного горения для пыли и ВУС в опытах; 3 - горелки для сжигания пыли и ВУС в опытах; 4, 5 - расчетные зона активного горения и горелки для мелкодисперсной ВУС; 6-9 - интегральные кривые; 10, 12 - К < 90 мкм; 11, 13 - К > 90 мкм; 6, 8 - сжигание пыли с максимальным размером частиц 350 мкм, 7, 9 - сжигание ВУС с максимальным размером частиц 350 мкм
жанием влаги ^р ~ 50 %) при низких тепловых напряжениях сечения зоны активного горения ~ 1,2 МВт/м2) и лучистой поверхности ~ ~ 0,6 МВт/м2) мог осуществляться только при подсветке, в частности, дизельным топливом в количестве 7-12 % по тепловыделению [9, 10].
Горение ВУС из кузнецкого угля с влагосо-держанием Wp ~ 40 % на котле ПК-40, имеющим повышенное теплонапряжение зоны активного горения (ф ~ 3,0 МВт/м2; qлг ~ 1,05 МВт/м2), протекало без подсветки высокореакционным топливом [6, 7]. Прогоревшие более тяжелые и крупные в сравнении с отдельными пылевыми частицами золококсовые конгломераты с большой эффективностью улавливались в обычных золоуловителях перед дымососами и дымовыми трубами, обуславливая снижение до 5-8 раз концентрации мелкодисперсной летучей золы в отводимых в атмосферу продуктах сгорания (см. рис. 2). В присутствии водного балласта пассивировались окислительные процессы, в том числе образование оксидов азота (см. рис. 2).
По результатам испытаний котлов ПК-40 и ТП-35 на ВУС был принят проект котла ТПЕ-214 Новосибирской ТЭЦ-5, предусматривающий помимо его основной работы на пыли возможность отработки суспензионного сжигания. Ориентируясь на ВУС с максимальным размером частиц
< 350 мкм, в проект котла заложили тепловой небаланс по Д^2 + q4) для суспензионного и пылеугольного факелов, где q2 и q4 - потери теплоты с уходящими газами и механическим недожогом топлива, %. Начавшееся расслоение ВУС в трубопроводах и хранилищах на неопределенное время «заморозило» идею использования нетрадиционного жидкого топлива на энергокотлах страны, этим завершилась по существу и сама правительственная программа.
Появляющиеся в последнее время сообщения о сверхустойчивых ВУС нового поколения с пере-измельченными до 3- 40 мкм частицами топлива и хорошими транспортабельными характеристиками, получаемые в сверхэкономичных измельчи-тельных установках нового поколения, производительностью до 80 т/ч и энергозатратностью 10-20 кВтч/(т угля) подталкивают разработчиков к очередному витку исследований и внедрений [4,
5, 26-28]. В связи с этим появился смысл и в продолжении анализа результатов проведенного промышленного факельного сжигания ВУС на котлах.
При изучении зольного остатка было обнаружено, что основной вклад в отклонения интегральных значений степени выгорания вносят наиболее крупные фракции с R > 90 мкм (см. рис. 3) [6, 7]. Это относится и к пылевому, и к суспензионному факелам. Конгломератные частицы суспензионного факела с R < 90 мкм достигают выходного окна топки со степенью выгорания до а = 0,90-0,95, а частицы с R < 40 мкм сгорают уже практически полностью. Степень выгорания частиц с R < 40 мкм в конце горизонтального участка суспензионного
факела составляла а ~ 0,90, соответствовала проектной величине для частиц среднеинтегрального размера пылеугольного факела. Летучие вещества, присутствующие в исходном угле, частично растворяются в суспензионной воде, частично сохраняются в пылевой составляющей, и так же, как в пылеугольном факеле, сгорают в первую очередь вместе с коксовой мелочью [9, 10, 16, 19, 22]. Понятно, что с увеличением доли мелочи увеличивается тепловыделение вблизи горелок, уменьшается параметр 1ф и повышается значение максимальной температуры Тф.
Можно произвести перерасчет параметров участков воспламенения 1ф и Тф для стационарного гипотетического капельно-суспензионного факела с частицами уменьшенных размеров 3 мкм, 20 мкм, 40 мкм в условиях уже исследованных топочных камер котлов ТП-35, ПК-40 и проектного котла ТПЕ-214, приняв в расчете повышенные тепловые напряжения зоны активного горения котла ПК-40, и получить приближенные значения максимальной температуры факела ВУС, использовав разработанную для подобного случая методику прогнозного расчета [9, 10, 16, 19, 22]. Из приводимой таблицы результатов расчета видно, что транспортная влага, входящая в состав ВУС, продолжает выступать в качестве инертного балласта, по-прежнему пассивирует процесс воспламенения со снижением уровня температуры Тф. Однако при увеличении доли тепловыделения мелкими частицами, которых в каплях и конгломератах становится больше и количественно, и по массе, не только смещается отметка 1ф с максимальной температурой факела Тф к срезу горелок, но и снижается величина отклонения последней относительно исходного значения, характерного для проектного полидисперсного пылеугольного факела, до ДТф = 100-150 К. Значения параметра 1ф, характеризующего местоположение Тф для суспензионных факелов с максимальными размерами частиц 3 мкм, 20 мкм, 40 мкм и исходного пылеугольного факела, различаются между собой несущественно. На вертикальном участке топки в отсутствие дожигания происходит более активное охлаждение факела с конгломератами из мелких частиц. На интенсивность охлаждения влияет оптическая плотность факела и степень загрязнения (коэффициент эффективности ¥э) экранов [6, 7]. При фиксированном значении параметра ¥э капельно-конгломератный факел более прозрачен, за счет чего более активно охлаждаются не только его пристенные, но и внутренние слои. Температурный уровень в выходном окне топки согласно выполненным тепловым расчетам по стандартным методикам [24, 25] для рас-пыливаемых суспензий с максимальными размерами частиц < 40 мкм уже соотносится с уровнем температуры для обычного пылеугольного факела, а для суспензий, имеющих частицы с размерами
< 20 мкм и < 3 мкм, относительно этого уровня даже уменьшается (см. таблицу). В конвективной
2014, том 14, № 1
Расчетные характеристики факела и продуктов сгорания
<о
№ п/п Параметр Кузнецкий уголь марок Г и Д Кавакский уголь
Котел ТПЕ-214 (Он) Котел ПК-40 (Бн) Котел ТП-35 (0,5 Бн)
пыль ВУС пыль ВУС пыль ВУС
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6
1 Низшая теплота сгорания топлива на рабочую массу, (3РН, кДж/кг/ ккал/кг 23000/ 5490 15000/3580 23000/ 5490 15000/3580 20000/ 4770 10500/2506 13125/3130
2 Зольность на сухую массу, Ас, % 12 12 12
3 Влажность на рабочую массу, Д¥р, % 10 40 10 40 18 50 40
4 Максимальный размер частиц в топливе, ^тах, МКМ 350 350 40 20 3 350 350 40 20 3 350 350 40 20 3 3 3
5 Длина участка воспламенения, 4, м 1,5 4,5 4,0 2,5 1,5 1,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,5 4,5 2,5 1,5 1,0 1,0 0,5
6 Максимальная температура факела, тф,к/°с 1700/ 1427 1450/ 1177 1490/ 1217 1530/ 1257 1550/ 1277 1850/ 1577 1600/ 1327 1650/ 1377 1680/ 1407 1700/ 1427 1700/ 1427 1400/ 1127 1450/ 1177 1480/ 1207 1500/ 1227 1550/ 1277 1650/ 1377
7 Температура продуктов сгорания в выходном окне топки, Ттм, К/°С 1382/ 1109 1411/ 1138 1380/ 1107 1373/ 1100 1371/ 1099 1350/ 1077 1425/ 1152 1353/ 1080 1343/ 1070 1333/ 1060 1230/ 957 1400/ 1127 1273/ 1000 1243/ 970 1223/ 950 1250/ 977 1220/ 947
8 Температура уходящих газов, Тух, К/°С 403/ 130 415/ 142 415/ 142 413/ 140 413/ 140 403/ 130 421/ 148 421/ 148 418/ 145 416/ 143 413/ 140 439/ 166 433/ 160 426/ 153 423/ 150 423/ 150 418/ 145
9 Степень выгорания топлива на отметке 4 0,90 0,82 0,90 0,95 0,97 0,90 0,80 0,90 0,95 0,99 0,90 0,75 0,85 0,90 0,90 0,90 0,92
10 Степень выгорания топлива в выходном окне топки 0,97 0,90 0,97 0,98 1,00 0,98 0,92 0,98 0,99 1,00 0,97 0,85 0,95 0,97 0,99 0,995 1,0
11 Потери теплоты с уходящими газами, 42, % 5,50 6,65 6,60 6,60 6,60 5,50 7,00 7,00 6,80 6,00 8,30 11,00 9,90 9,30 9,00 9,3 8,8
12 Потери теплоты С мехнедожогом, q4, % 1,5 3,0 1,0 0,5 0 0,5 2,5 1,0 0,5 0 1,5 5,5 2,1 1,5 1,3 0,3 -
13 Повышение потерь теплоты с уходящими газами относительно пылевого сжигания, Дq2, % - 1,15 1,10 1,10 1,10 - 1,50 1,50 1,30 1,20 - 2,70 1,60 1,0 0,7 1,0 0,5
14 Повышение потерь теплоты с мехнедожогом относительно пылевого сжигания, Ац4, % - 1,5 - - - - 2,0 0,5 - - - 4,0 0,6 0 - - -
15 Степень подсветки, gпoдcв? % - - 10 10
16 Подсветочное топливо, вид - - дизтопливо ДИЗ- ТОП- ЛИВО
г
■ё
0)
Л о*
о 3
а
Р а
§
о-
ї
0
Сс
1
> а,
Су)
Осинцев К.В.
части котла происходит перераспределение температурных характеристик продуктов сгорания с увеличением Тух в потоках, забалластированных влагой, и соответствующих потерь с q2 (таблица, рис. 2, рис. 4). Полученное расчетное приращение Д^2 + q4] = 1,0—1,5 %, а также затраты на компрессию распыливаемого воздуха не превышают аналогичных потерь для случая перехода с пыли на ВУС битуминозных углей с максимальным размером частиц < 200 мкм. Обратим внимание, что сравнительные расчеты характеристик факела и продуктов сгорания ВУС кузнецкого угля выполнены для работы котлов в бесподсветочных режимах при Wp ~ 40 %, а кавакского бурого угля -с подсветкой дизтопливом gпOдCB ~ 10 % при рабочей влажности Wp ~ 50 %. Дополнительные расчеты по гипотетическому составу ВУС кавакского угля с Wp < 50 % и размерами частиц < 3 мкм показывают, что бесподсветочный режим достигается при Wp ~ 40 %. Продолжение подсветки при Wp ~ 40 % увеличивает тепловыделение и температуру Тф вблизи горелки практически уже до уровней, характерных пылесжиганию (рис. 4, таблица). Варианты с подсветкой дизтопливом в первом приближении имитируют обогащенную высокореакционными компонентами ВУС с повышенной интегральной теплотой сгорания. Такой продукт хорошо соотносится со смесью отходов нефтепродуктов и отработанных масел с той же угольной крошкой, подлежащей факельной утилизации на котлах [11]. По определению специалистов, разрабатывающих новые нетрадиционные виды топлива, такая смесь относится к композиционным жидким топливам [4, 5, 26-28].
Реально сжигание мелкодисперсной ВУС в виде
сгущенного шламового отстоя (коагулянта) с топливными частицами < 40 мкм при Wp ~ 40-50 % после гидротранспорта угля фракций до 25 мм отрабатывалось на котле ПК-40 Беловской ГРЭС [12-15]. Распыленный специально разработанными форсунками шлам и угольную пыль с воздухом через индивидуальные горелки, размещенные на боковых стенах, встречными потоками вводили в топку в соотношении 20/80 по тепловыделению [12-15]. Показано, что переизмельчение исходных топливных частиц практически не влияет на характер кап-леобразования при распыливании и формировании зольных конгломератов, а вся угольная мелочь, поступающая в топку с ВУС, выгорает (а ~ 1,0) [6, 7]. Транспортные потоки влаги обуславливают увеличение температуры уходящих газов и соответствующих потерь теплоты Дq2 = 0,20-0,25 %. Имея небольшой проигрыш по Дq2 и дополнительным потерям на компрессию распыливаемого воздуха, «Потребитель» (ТЭС) компенсировал его улучшением экологических показателей котла и снижением стоимости топлива в шламе. «Поставщик» угля снижал суммарные затраты на гидротранспорт и плату за жидкие загрязняющие сбросы [12]. В последующем в связи с переводом котлов Беловской ГРЭС на новую, экологически более чистую технологию сжигания угольной пыли, от экзотермической утилизации шлама отказались.
Предлагаемая автором система
сжигания ВУС
Сегодня имеются не столь сложные, но надежные технологии комбинированного факельного сжигания разнородных топлив в топках. Для ускорения процессов прогрева и испарения влаги и
в)
Рис. 4. Сравнение тепловых характеристик пылеугольного и суспензионного факелов и продуктов сгорания кавакского бурого угля на котле ТП-35 при нагрузке й = 0,5-йн: пыль - йтахя 350 мкм; ВУС-1 - * 50 %, дподсв = 10 %, атах * 350 мкм; ВУС-4 - Wp * 50 %,
дподсв = 10 %, dmax * 3 мкм; ВУС-5 - Мр я 40 %, дподсв = 0 %, dmax я 3 мкм; ВУС-6 - Мр я 40 %,
дподсв = 10 dmax * 3 мкм
Рис. 5. Схемы многофункциональных горелочных устройств и их компоновка в топках: а, б - схема горелки; в, г - тангенциальная и фронтальная схемы компоновки горелок; 1 - воздушное сопло, 2 - многосопловая газовая горелка, 3 - пылеугольное сопло, 4 - форсунки ВУС, 5 - топка в плане
летучих веществ на участке факельного воспламенения в топочной технике используют метод раздельного ввода воздушных и топливных потоков с вовлечением кислорода воздуха в реакции топливного окисления сразу после завершения упомянутых теплозатратных процессов [16-19, 21-23]. Для вариантов с фронтальной и тангенциальной схемами ввода реагентов могут быть рекомендованы многофункциональные горелки (рис. 5).
Выводы
Рассмотренные случаи сравнительного сжигания угольной пыли и ВУС с большим содержанием породы (Ас > 10 %) привязаны к котлам, на которых предусмотрено удаление твердых прогоревших частиц из-под топки и за котлом. Проектирование котлов необходимо связывать с видом основного топлива. Если это угольная пыль, то пылеугольные горелки размещаются в топке в соответствии с существующими нормами [24, 25]. Вспомогательные горелки и форсунки компонуются в габаритах зоны активного пылегорения (см. рис. 5). Если это ВУС, то выбор зоны активного горения, уровня установки и схемы компоновки реагентных потоков следует производить из условия более высоких, чем для угольных топок с твердым шлакоудалением, тепловых напряжений длг. Если возникает необходимость в комбини-
ровании факельного сжигания, то для пыли и рас-пыливаемой ВУС целесообразно выбирать собственные зоны активного горения с собственными показателями qF, qлг, а также уровнем и схемой размещения узлов ввода реагентных потоков (см. рис. 3, а). При проектировании новых котлов, работающих на ВУС как на основном виде топлива, выбор температурного режима и величины поверхностей нагрева, температуры продуктов сгорания, в том числе уходящих газов, осуществляется с учетом дополнительного балластного объема водяного пара с минимизацией потерь теплоты q2 и устранением отклонения по Дq2, появляющегося при испытаниях на существующих пылеугольных котлах. При использовании низкореакционных ВУС имеется возможность введения специальных добавок, повышающих активность горения ВУС в каплях, температурный уровень в зоне активного горения [29].
Литература
1. Сжигание высокообводненного топлива в виде водоугольных суспензий / под ред. Б.В. Канторовича, Г.Н. Делягина. - М.: Наука, 1967. - 194 с.
2. Морозов, А.Г. ВУТ в теплоэнергетике /
А.Г. Морозов, С.И. Мосин, В.И. Мурко // Энергия, экономика, техника, экология. - 2007. - №4. -С. 29-32.
3. Ходаков, Г. С. Водоугольные суспензии в энергетике / Г.С. Ходаков // Теплоэнергетика. -2007. - № 1. - С. 35-45.
4. Технологии сжигания топлив в котельных и на электростанциях / Ф.А. Серант, Л.И. Пугач, Ю.В. Овчинников и др. //Академия энергетики. Серия «Наука и технологии». - 2008. - № 6 (26). - С. 54-65.
5. Приготовление и сжигание водоугольного топлива в различных топочных устройствах / А.И. Цепенюк, С.В. Луценко, Ф.А. Серант, Е.Г. Карпов //Материалы международной конференции по теплоэнергетике и ее устойчивому развитию. г. Углжевик, Республика Сербская, Босния и Герцеговина. - 2010. - С. 61-66.
6. Хидиятов, А.М. Перспективы, основные результаты исследований и проблемы использования водоугольных суспензий с энергетике / А.М. Хидиятов, В.В. Осинцев, Л.И. Дубовцев // Электрические станции. - 1988. - № 9. - С. 2-12.
7. Результаты перевода пылеугольного котла паропроизводительностью 89 кг/с на сжигание водоугольной суспензии /А.М. Хидиятов, В.В. Осинцев, С.В. Гордеев и др. // Теплоэнергетика. - 1987. -№ 1. - С. 5-11.
8. Джундубаев, А.К. Моделирование технологических схем сжигания кавакского бурого угля, доставляемого на ТЭС гидротранспортом /
A.К. Джундубаев, А.М. Хидиятов, В.В. Осинцев // Теплоэнергетика. - 1987. - № 5. - С. 1-8.
9. Джундубаев, А.К. Оценка влияния влагосо-держания на устойчивость воспламенения кавак-ского бурого угля /А.К. Джундубаев, А.М. Хидиятов,
B.В. Осинцев // Теплоэнергетика. - 1988. - № 1. -
C. 8-13.
10. Осинцев, В.В. Анализ тепловой устойчивости факельного сжигания углей Киргизии / В.В. Осинцев, А.К. Джундубаев, А.М. Хидиятов // Известия Академии наук Киргизской ССР. Физикотехнические и математические науки. - 1989. -№ 1. - С. 56-65.
11. Пат. № 2324860 РФ, МПК51, С 1 F23C
1/10, F23G 7/05. Способ утилизации жидких смазочных отходов с твердотопливными включениями / В.В. Осинцев, Г.Ф. Кузнецов, К.В. Осинцев, Е.В. Торопов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет». - № 2006143234/06; заявл.
06.12.06; опубл. 20.05.2008, Бюл. № 14. - 5 с.
12. Выбор технологии сжигания сгущенных шламов в энергетических котлах /А.М. Хидиятов,
В.В. Осинцев, С.П. Костовецкий и др. // Электрические станции. - 1990. - № 6. - С. 12-15.
13. А.с. № 1366785. Способ совместного сжигания угольной пыли и диспергированного топливного коагулянта / А.М. Хидиятов, В.В. Осинцев, Л.И. Дубовцев, др. - опубл. 15.01.88, Б.И. № 2.
14. А.с. № 1523842. Форсунка / В.В. Осинцев,
А.М. Хидиятов, Л.И. Дубовцев, др. - опубл. 23.11.89, Б.И. № 43.
15. А.с. № 1322006. Форсунка / А.М. Хидиятов, В.В. Осинцев, Е.Н. Васильева. - опубл. 07.07.87, Б.И. № 25.
16. Управление тепловой структурой факела в топках котлов БКЗ-210-140Ф с однородной фронтальной компоновкой горелок при сжигании разнородного топлива / К.В. Осинцев, В.В. Осинцев, М.П. Сухарев, Е.В. Торопов // Теплоэнергетика. - 2005. - № 9. - С. 14-23.
17. Улучшение процесса сжигания топлива на котлах БКЗ-210-140Ф / К.В. Осинцев, В.В. Осинцев, М.П. Сухарев, Е.В. Торопов // Электрические станции. - 2006. - № 11. - С. 13-19.
18. Особенности и организация факельного процесса в топке с многофункциональными горелками / В.В. Осинцев, Г.Ф. Кузнецов, В.В. Петров, М.П. Сухарев // Электрические станции. - 2002. -№ 11. - С. 14-19.
19. Осинцев, К.В. Расчет характеристик начального участка полидисперсного факела при фронтальном прямоточном вводе реагентов в топку / К.В. Осинцев // Тепловые процессы в технике. - 2009. - № 9. - Т. 1. - С. 379-382.
20. Анализ результатов опытного сжигания высокореакционного бурого угля на котле БКЗ-210-140Ф / В.В. Осинцев, Г.Ф. Кузнецов,
B.В. Петров, М.П. Сухарев // Теплоэнергетика. -2003. - № 8. - С. 27-32.
21. Осинцев, К.В. Учет неоднородности и нестабильности тепловой структуры топочного факела при использовании многофункциональных горелок / К.В. Осинцев, В.В. Осинцев // Теплоэнергетика. - № 6. - 2007. - С. 66-70.
22. Осинцев, К.В.Способ снижения теплового потока в направлении горелочных амбразур / К.В. Осинцев // Электрические станции. - 2009. -№ 11. - С. 13-17.
23. Перевод котла БКЗ-160 на технологию ступенчатого сжигания топлива / В.В. Осинцев, А.К. Джундубаев, В.Я. Гигин и др. // Электрические станции. - 1993. - № 3. - С. 25-29.
24. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. - Изд. 3-е. перераб. и доп. - СПб.: НПО ЦКТИ- ВТИ, 1998. - 257 с.
25. Митор, В.В. Проектирование топок с твердым шлакоудалением (дополнение к нормативному методу теплового расчета котельных агрегатов). Руководящие указания // В.В. Митор, Ю.Л. Маршак. - Л.: ВТИ - НПО ЦКТИ, 1981. -Вып. 42. - 118 с.
26. Морозов, А.Г. Гидроударные технологии для получения водоугольного топлива / А.Г. Морозов, Н.В. Коренюгина //Новости теплоснабжения. -2010. - № 7. - С. 18-21.
27. Овчинников, Ю.В. Искусственное композиционное жидкое топливо из угля и эффективность его использования / Ю.В. Овчинников,
C.В. Луценко // Материалы научно-практической конференции «Перспективные энергосберегающие
технологии и способы сжигания твердого топлива в котлах малой и средней мощности», 15-18 ноября 2005 г. - Кемерово, 2005. - С. 10.
28. Овчинников, Ю.В. Физические процессы и механохимические эффекты в дезинтеграторах и кавитаторах при производстве ИКЖТ / Ю.В. Овчинников, С.В. Луценко, Е.А. Евтушенко // Энерго-
системы, электростанции и их агрегаты: сб. науч. тр. НГТУ. - Новосибирск: НГТУ, 2005. -Вып. 9. - С. 310.
29. Интенсификация процесса горения водоугольной суспензии с помощью присадок / В.И. Бабий, Н.И. Кузина, В.С. Вдовченко, В.М. Барабаш // Электрические станции. - 1991. - № 11. - С. 6-8.
Осинцев Константин Владимирович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, тел.: 8(351)2679395, e-mail: osintcev2008@yandex.ru
Поступила в редакцию 9 октября 2013 г.
Bulletin of the South Ural State University Series “Power Engineering” _____________________________________________________________________2014, vol. 14, no. 1, pp. 5-14
DEVELOPMENT OF COAL-WATER SLURRY BURNING SYSTEM
K. V. Osintsev, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, osintcev2008@yandex. ru
The article discusses the possibility of coal-water slurry usage in the energy sector. The article presents the results of data analysis concerning the use of various technologies for producing and burning that fuel. The author suggests using multifunctional burners as major advanced technologies for combustion. These burners have proven to be highly reliable as energy equipment, and they can operate in a wide range by ash content, moisture and volatile.
Keywords: burner, coal-water slurry.
References
1. Kantorovich B.V., Delyagin G.N. Szhiganie vysokoobvodnennogo topliva v vide vodougolnykh suspenziy [Firing Highly Watered Fuel in the Form of Coal-Water Slurries]. Moscow, Nauka Publ., 1967. 194 p.
2. Morozov A.G., Mosin S.I., Murko V.I. [Use of Coal-Water Fuel in Thermal Power Engineering]. Ener-getika, Ekonomika, Tekhnika, Ekologia [Energy, Economy, Engineering. Ecology], 2007, no. 4, pp. 29-32. (in Russ.)
3. Khodakov G.S. [Coal-Water Suspensions in Power Engineering]. Teploenergetika [Heat Power Engineering], 2007, no. 1, pp. 35-45. (in Russ.)
4. Serant F.A., Pugach L.I., Ovchinnikov Yu.V. [Fuel Combustion Technologies at Boiler Houses and Power Stations]. Akademia Energetiki, Seriya Nauka i Tekhnologii [Energy academy, science and engineering], 2008, no. 6 (26), pp. 54-65. (in Russ.)
5. Tsepenyuk A.I., Lutsenko S.V., Serant F.A., Karpov E.G. [Preparation of Coal-Water Fuel and Firing It in Different Furnace Devices]. Proceedings of the International Conference on Thermal Power Engineering and Its Sustainable Development, the Republic of Serbia, Bosnia and Herzegovina, Uglzhevik, 2010, pp. 61-66.
6. Khidiyatov A.M., Osintsev V.V., Dubovtsev L.I. [Prospects, Main Results of Studies, and Problems Connected with Using Coal-Water Slurries in Power Engineering]. Elektricheskie Stantsii [Electric Power Plants], 1988, no. 9, pp. 2-12. (in Russ.)
7. Khidiyatov A.M., Osintsev V.V., Gordeev S.V. [Results from Shifting a Coal-Fired Boiler with a Steam Output of 89 kg/s for Firing Coal-Water Slurry]. Teploenergetika [HeatPower Engineering], 1987, no. 1, pp. 5-11. (in Russ.)
8. Dzhundubaev A.K., Khidiyatov A.M., Osintsev V.V. [Simulating the Process Schemes Used for Firing Kavak Brown Coal Delivered to a Thermal Power Station by Hydraulic Transport]. Teploenergetika [HeatPower Engineering], 1987, no. 5, pp. 1-8. (in Russ.)
9. Dzhundubaev A.K., Khidiyatov A.M., Osintsev V.V. [Estimating the Effect of Moisture Content on the Ignition Stability of Kavak Brown Coal] Teploenergetika [Heat Power Engineering], 1988, no. 1, pp. 8-13. (in Russ.)
10. Osintsev V.V., Dzhundubaev A.K., Khidiyatov A.M. [Analyzing the Thermal Stability of Combusting Kirgiz Coals in Flames]. Izvestiya Akademii Nauk KirgSSR, Fiziko-Tekhnicheskie i Matematicheskie Nauki [Bulletin of the Academy of Sciences of the KirgSSR, Physical and Engineering Sciences], 1989, no. 1, pp. 56-65. (in Russ.)
11. Osintsev V.V., Kuznetsov G.F., Osintsev K.V., Toropov E.V. Sposob Utilizacii Zhidkikh Smazochnikh Otkhodov s Tverdotoplivnymi Vklyucheniyami [A Method for Utilizing Liquid Lubrication Wastes with Solid-Fuel Inclusions], Patent RF No. 2324860, 2008.
12. Khidiyatov A.M., Osintsev V.V., Kostovetskii S.P. [Selecting the Technology for Firing Thickened Sludges in Power-Generating Boilers]. Elektricheskie Stantsii [Electric Power Plants], 1990, no. 6, pp. 12-15. (in Russ.)
13. Khidiyatov A.M., Osintsev V.V., Dubovtsev L.I., Sposob sovmestnogo szhiganiya ugol'noy pyli i disper-girovannogo toplivnogo koagulyanta [A Method for Firing Pulverized Coal Jointly with Dispersed Fuel Coagulant]. USSR Inventor’s Certificate No. 1366785, 1988.
14. Osintsev V.V., Khidiyatov A.M., Dubovtsev L.I. Forsunka [An Atomizer]. USSR Inventor’s Certificate No. 1523842, 1989.
15. Khidiyatov A.M., Osintsev V.V., Vasileva E.N. Forsunka [An Atomizer]. USSR Inventor’s Certificate No. 1322006, 1987.
16. Osintsev K.V., Osintsev V.V., Sukharev M.P., Toropov E.V. [Controlling the Thermal Structure of the Flame in the Furnaces of BKZ-210-140F Boilers with Single-Tier Arrangement of Multifunctional Burners when Burning Various Kinds of Fuel]. Teploenergetika [Heat Power Engineering], 2005, no. 9, pp. 14-23. (in Russ.)
17. Osintsev K.V., Osintsev V.V., Sukharev M.P., Toropov E.V. [Improving the Fuel Combustion Process in BKZ-210-140F Boilers]. Elektricheskie Stantsii [Electric Power Plants], 2006, no. 11, pp.13-19. (in Russ.)
18. Osintsev V.V., Kuznetsov G.F., Petrov V.V., Sukharev M.P. [Specific Features and Organization of Flame Process in a Furnace Fitted with Multifunctional Burners]. Elektricheskie Stantsii [Electric Power Plants],
2002, no. 11, pp.14-19. (in Russ.)
19. Osintsev K.V. [Calculating the Parameters Characterizing the Initial Part of a Polydispersed Flame with Reagents Admitted into the Furnace in a Frontal Straight-Flow Manner]. Teplovye Protsessy v Tekhnike [Thermal processes in engineering], 2009, no. 1 (9), pp. 379-382. (in Russ.)
20. Osintsev V.V., Kuznetsov G.F., Petrov V.V., Sukharev M.P. [An Analysis of the Results of the Pilot Firing of Highly Reactive Brown Coal in a BKZ-210-140F Boiler]. Teploenergetika [Heat Power Engineering],
2003, no. 8, pp. 27-32. (in Russ.)
21. Osintsev K.V., Osintsev V.V. [Taking into Account the Nonuniform and Unstable Thermal Structure of a Furnace Fireball when Using Multifunctional Burners]. Teploenergetika [Heat Power Engineering], 2007, no. 6, pp. 66-70. (in Russ.)
22. Osintsev K.V. [A Method for Decreasing Heat Flux Directed toward the Burner Throats]. Elektricheskie Stantsii [Electric Power Plants], 2009, no. 11, pp. 13-17. (in Russ.)
23. Osintsev V.V., Dzhundubaev A.K., Gigin V.Ya. [Shifting a BKZ-160 Boiler for Using a Staged Fuel Combustion Technology]. Elektricheskie Stantsii [Electric Power Plants], 1993, no. 3, pp. 25-29. (in Russ.)
24. Teplovoy raschet kotlov. Normativny metod [Thermal Design of Boilers. A Standard Method]. St. Petersburg, NPO TsKTI, 1998. 257 p.
25. Mitor V. V., Marshak Yu. L. Proektirovanie topok s tverdym shlakoudaleniem (dopolnenie k normativ-nomu metodu teplovogo rascheta kotelnykh agregatov) [Designing Furnaces with Dry-Ash Removal (a Supplement to the Standard Method for Thermal Design of Boiler Units]. Leningrad, NPO TsKTI, 1981, iss. 42. 118 p.
26. Morozov A.G., Korenyugina N.V. [Use of Water Hammer Technologies for Obtaining Coal-Water Fuel], Novosti Teplosnabzheniya [Thermal News], 2010, no. 7, pp. 18-21. (in Russ.)
27. Ovchinnikov Yu.V., Lutsenko S.V. [Artificial Composite Fuel Prepared from Coal and Effectiveness of Using It]. Perspektivnye energosberegayushchie tehnologii i sposoby szhiganiya tverdogo topliva v kotlakh maloy i sredney moshchnosti [Proceedings of the Scientific-Practical Conference “Prospective Energy-Saving Technologies and Methods for Firing Solid Fuel in Small- and Medium-Capacity Boilers], Kemerovo, November 15-18, 2005, p. 10. (in Russ.)
28. Ovchinnikov Yu.V., Lutsenko S.V., Evtushenko E.A. [Physical Processes and Mechanochemical Effects in Disintegrators and Cavitators during the Production of Artificial Composite Liquid Fuel]. Trudy NGTU [Files of Novosibirsk State Technical University], 2005, no. 9, p. 310. (in Russ.)
29. Babii V.I., Kuzina N.I., Vdovichenko V.S., Barabash V.M. [Enhancing the Combustion of Coal-Water Slurry Using Additives]. Elektricheskie Stantsii [Electric Power Plants], 1991, no. 11, pp. 6-8. (in Russ.)
Received 9 October 2013
