Разработка и оптимизация процесса внутрицикловой экологически чистой пирогазификации твердого топлива на ТЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Нгуен Ван Лок

• Нгуен Ван Лок
• кандидат технических наук
• 1994

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Ван Лок

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. НОВЫЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ

ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ЭНЕРГЕТИКЕ.

1.1 Роль твердого топлива в энергетике мира и во Вьетнаме; технические и экологические проблемы при его использовании.

1.2 Аналитический обзор литературы по газификации твердого топлива в энергетике.

1.3 Состояние работ в области ПГУ с внутрицикловой подготовкой топлива.

Выводы по главе I

ГЛАВА 2. КОМПЛЕКСНОЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ЭНЕРГЕТИКЕ.

2.1 Аналитический обзор публикаций по пиролизу твердого топлива в энергетике.'.—

2.2 Современные и перспективные схемы комплексного энерготехнологического использования твердого топлива на базе ТЭС.

2.3 Комплексное энерготехнологическое использование твердого топлива на ТЭС с ПГУ.

2.4 Перспективы комплексного использования твердого топлива в энергетике Вьетнама.

Выводы по главе

ПЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО

ПИРОЛИЗА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА.

3.1 Постановка задачи и экспериментальная установка.

3.2 Методика подготовки и проведения экспериментов.

3.3 Результаты экспериментальных исследований BCII бурого угля и торфа.

Выводы по главе

ГЛАВА 4 ВНУТРИЦИКЛОВАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ И ПИРОГАЗИФИКАЩЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА НА ТЭС С ПГУ И ИХ ОПТИМИЗАЦИЯ.

4.1 Особенности и преимущества организации внутрицикловой газификации и пирогазификации твердого топлива на

ТЭС с ПГУ.

4.2 Методика расчета и оптимизации процесса газификации и пиролиза твердого топлива.

4.3 Методика расчета эксергетического баланса газификационной и пирогазификационной установок.

4.3.1 Методика расчета эксергетического КПД газификационной и пирогазификационной установок.

4.3.2 Методика расчета системного эксерге тиче ского КПД энергоиспользующих установок.

4.4 Математические модели и схемы расчета эффективности процессов газификации и пирогазификации твердого топлива

4.4.1 Математическая модель и схема расчета эффективности процесса газификации.

4.4.2 Математическая модель и схема расчета процесса пирогазификации

4.5 Анализ и оптимизация комплекса внутрицикловой пирогазификации твердого топлива в сочетании с ПГУ на основе расчета системного эксергетического КПД.

4.5.1 Оптимизация комплекса внутрицикловой газификации твердого топлива в сочетании с ПГУ

4.5.2 Оптимизация комплекса внутрицикловой пирогазификации твердого топлива в сочетании с ПГУ.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЕРЕРАбОТКИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА. 105 5.1 Методика оценки эффективности схемы ПГУ с пирогазификацией твердого топлива.

5.2 Экономическая оценка эффективности применения кислородного при внутрицикловой газификации твердого топлива.на ТЭС с ПГУ.

5.3 Экономическая оценка эффективности схемы ПГУ с гшрогазификацией твердого топлива.

Выводы по главе 5.ИЗ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и оптимизация процесса внутрицикловой экологически чистой пирогазификации твердого топлива на ТЭС»

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Тепловые электрические станции на органическом топливе составляют основу современной мировой энергетики, вырабатывая более 40% электроэнергии. Основной тип электроустановок в современной электроэнергетике- мощные паротурбинные блоки, совершенствование которых обеспечило прогресс в энергетике в прошедшие годы. Однако в настоящее время возможности совершенствования традиционного паротурбинного цикла практически исчерпаны.Вместе с тем повышается актуальность экологических проблем. Это связано с возрастающими вредными выбросами в атмосферу и ужесточением требований по охране окружающей среды. Угольные ТЭС XXI в. должны быть достаточно экономичными и экологически приемлемыми. ТЭО постепенно будут превращаться в комплексы с производством помимо электроэнергии и тепла также химического сырья и других товарных продуктов.

Одним из наиболее перспективных направлений современной энергетики являются газификация и пиролиз топлива с использованием получаемого на ТЭС газа в парогазовых установках (ПГУ). С помощью таких ПГУ реализируется новая энергетическая технология, обеспечивающая по сравнению с наиболее совершенными энергетическими блоками снижение на 15-20 % удельного расхода топлива, примерно на 30% снижение удельных капитальных вложений и ряд других преимуществ. Экологические показатели ПГУ с газификацией твердого топлива при очистке получаемого газа от вредных примессей в поль-ной мере удовлетворяют требованиям действующего закондательства в области охрана окружающей среды.

Хотя в настоящее время развитие энергетики Вьетнама опирается в основном на гидроэнергетику, в дальнейшем планируется ускоренное развитие и теплоэнергетики. Сегодня во Вьетнаме ощущается острый дефицит электроэнергии, среднегодовое потребление электроэнергии составляет 130 кВт.ч/чел в год, что тормозит развитие экономики страны. Поэтому стоит задача уже в ближаишее время построить ряд ТЭС на угле и на газе с учетом возможной замены газа на уголь, а в перспективе сооружения на ТЭС ПТУ.

Второй не менее важной задачей страны является снабжение населения коммунально-бытовым топливом. В настоящее время в большинстве сельских и горных районов Вьетнама еще не существует системы централизованного энергоснабжения и более 90% семей используют древесное топливо. Это ведет к резкому ухудшению окружающей среды и быстрому истощению запасов лесов. Поэтому широкое использование более современных источников энергии, таких, например,как угольные брикеты, мазут, электричество является жизненно важной задачей для народного хозяйства Вьетнама.

Решить две поставленных выше задачи можно с помощью газификации или пиролиза твердого топлива с использованием получаемых продуктов как для выработки электроэнергии, так и для приготовления коммунально-бытового топлива.

Исходя из этого, задача разработки и оптимизации процесса внутрицикловой высокотемпературной переработки твердого топлива на электростанциях с ПГУ является весьма актуальной.

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является разработка и оптимизация объединенного процесса пирогазификации твердого топлива( угля и торфа) для получения электроэнергии и коммунально-бытового топлива в условиях Вьетнама.

ЗАДАЧАМИ ИССЛЕДОВАНИЯ являлись: I. Оценка потенциальных запасов основных видов твердого топлива во Вьетнаме, пригодного для крупномасштабной термической переработки в режимах газификации или пирогазификации.

2. Исследование процесса высокоскоростного пиролиза(ВСП) этих топлив как первой стадии метода их пирогазификации.

3. Проведение эксергетического анализа процессов газификации и пирогазификации топлива, включенных в тепловую схему ТЭС с ПГУ с целью оптимизации и выбора состава дутья.

4. Разработка алгоритма расчета ПГУ с внутрицикловой высокотемпературной переботкой твердого топлива на ТЭС на базе эксергетического анализа. Разработка комплекса программ на Фортране, в рамках которого возможно определение оптимальных условий для проведения процессов газификации и пирогазификации твердого топлива, включенных в схему ПГУ, а также работы ПГУ с внутрицикловой газификацией и пирогазификацией твердого топлива на ТЭС.

5. Технико-экономический расчет процесса пирогазификации твердого топлива( угля и торфа) для получения электроэнергии и коммунально-бытового топлива в условиях Вьетнама.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Поставленные задачи решались экспериментально, а также теоретически с помощью методов математического моделирования с применением вычислительной техники.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Результаты экспериментального исследования процесса ВСП бурых углей и торфа по методу ЭНИН.

2. Методика расчета и оптимизации процесса внутрицикловой газификации твердого топлива на ТЭС на основе эксергетического анализа.

3. Методика расчета и оптимизации процесса пирогазификации твердого топлива для получения коммунально-бытовых топлив и электроэнергии .

4. Методика расчета и оптимизации процесса внутрициклового пиролиза топлива с газификацией полукокса на ТЭС с ПГУ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1. На основе анализа развития энергетики Вьетнама определены перспективные направления использования энергетического твердого топлива.

2. Определены условия оптимального режима работы ТЭС с внутрицикловой газификацией и пирогазификацией твердого топлива. Обоснован выбор типа дутья при газификации топлива.

3. Получены данные по высокоскоростному пиролизу угля и торфа при нагреве их газовым теплоносителем по методу ЭНИНа с целью производства наряду с энергетическим топливом брикетов полукокса и другой ценной продукции.

4.Разработана новая схема внутрицикловой пирогазификации твердого топлива, в которой в качестве теполоносителя используется газ газификации полукокса, получаемого в процессе пиролиза.

5. На основе эксергетического метода на базе системного анализа предложен более эффективный способ решения задачи минимизации совокупного расхода топлива при его переработке на ТЭС.

6. Разработаны алгоритм и комплекс программ на ФОРТРАНе для оптимизации процессов газификации и пирогазификации твердого топлива, включенных в схему ПГУ, а также работы ПГУ с внутрицикловой газификацией и пирогазификацией твердого топлива на ТЭС.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИИ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ:

I. Практическая значимость работы состоит в разработке методов, алгоритмов и программ для анализа процессов внутрицикловой газификации и пирогазификации твердого топлива на ТЭС.

2. Предложенный критерий системного эксергетического КПД позволяет повышать эффективность решения задачи минимизации совокупного расхода топлива при его переработки на ТЭС.

3.Полученные результаты по оптимизации процесса высокотемпературной подготовки топлива на ТЭС будут использованы при разработке и сооружении ТЭС с ПТУ во Вьетнаме

ПУБЛИКАЦИЯ. Результаты исследований опубликованы в журнале " Теплоэненргетика (1994г. N6) и приняты к публикации в том же журнале 1994г. N9.

ОБЬЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из Введения, пяти глав , заключения, список использованной литературы и приложения. Общим объема 162, стр.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Нгуен Ван Лок

Выводы по главе 5

I. Результаты экономических расчетов показывают, что применение кислородного дутья в процессах переработки топлива дает увеличение экономической эффективности на 10 млн. долл /год для блока ПГУ с КУ мощностью 150 МВт.

2. Расчеты экономических показателей схемы ПГУ с пирогазифи-кацией бурого угля показывают, что энерготехнологическая схема для приготовления брикетов имеет большую перспективу для получения высококачественных топлив. Удельные приведенные затраты на