Зависимость КПД брутто котельного агрегата от состава угольной смеси



В статье рассматривается возможность использования топливной угольной смеси для сжигания в котельном агрегате. Рассмотрен состав угольной смеси и ее составляющих. Представлены методы расчета. Показана зависимость КПД котельного агрегата от состава угольной смеси.

Ключевые слова: топливо, уголь, угольная смесь, горючий состав, КПД брутто

Проблемы теплоэнергетики на сегодняшний день стоят на одном из первых мест во всем мире по значимости и сложности решения. Комбинированную выработку тепла и электроэнергии осуществляют на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) [1].

Наиболее часто используемым топливом на ТЭС является уголь. А в Республике Казахстан угольная промышленность является одной из важнейших ресурсных отраслей. В Казахстане представлены все основные сегменты угольной промышленности, однако особенно развиты добыча и использование энергетического угля [2, 3].

При рассмотрении перспектив использования угля одним из основных вопросов является его эффективное сжигание, а это в первую очередь выполнение двух требований:

‒ сжигание должно быть полным (экономичным);

‒ сжигание не должно приводить к высоким выбросам вредных веществ (в первую очередь оксидов серы и азота).

Одним из способов сжигания угля является сжигание в пылевидном состоянии. В совершенствовании данного направления проводится большое количество исследований. Рассматривается возможность совместного сжигания различных углей. При составлении смеси углей надо соблюдать ряд правил и требований для проведения экономически и экологически целесообразного процесса [4].

Изучение возможности сжигания угольных смесей актуально для Казахстана, так как было отмечено, что рынок углей широк. Цены на топливо различны и возможно правильная комбинация угольных смесей даст возможность получить экономически эффективные и технологичные угольные смеси.

Целью исследования было установление зависимости КПД котельного агрегата от состава топлива (угольной смеси).

Объект исследования — процесс горения смеси углей Каражыринского марки Д и Макубенского марки Б3 в котле Е 35/3,9/440 КТ.

Предмет исследования — влияние массового состава угольной смеси на КПД котельного агрегата.

В таблице 1 представлены технические характеристики котельного агрегата Е 35/3,9/440 КТ.

Таблица 1

Технические характеристики котельного агрегата Е 35/3,9/440 КТ

Показатели	Единица измерения	Значение
Паропроизводительность	т/ч	35
Рабочее (избыточное) давление теплоносителя на выходе	МПа	3,9
Температура пара на выходе (перегретый)	°С	440
Температура питательной воды	°С	145
Вид расчетного топлива	1 — каменный уголь; 2 — бурый уголь
Горелка	пылеугольная

Горючий состав Каражыринского и Майкубенского углей представлен на рисунке 1, влажность и зольность на рисунке 2, низшая теплота сгорания на рисунке 3.

Рис. 1. Горючий состав Каражыринского угля и Майкубенского угля

Рис. 2. Влажность и зольность Каражыринского угля и Майкубенского угля

по рабочему составу

Рис. 3. Низшая теплота сгорания Каражыринского угля и Майкубенского угля

Массовый процентный состав смеси двух углей (месторождений «Каражыра» и «Майкуба») определяли по формуле:

;	(1)
;
;
;
;
;
,

где- рабочий состав угля месторождения «Каражыра», %;

— рабочий состав угля месторождения «Майкуба», %;

— массовая доля угля месторождения «Каражыра».

Низшую теплоту сгорания топливной смеси, кДж/кг, определили по формуле:

.

(2)

Тепловой расчет котельного агрегата проводили согласно [5].

Коэффициент полезного действия , %, определили методом обратного баланса по формуле (3):

,

(3)

где - сумма потерь котельного агрегата, %.

Результаты исследований были обработаны на ПЭВМ с помощью Excel.

Исследования проводились для топливной угольной смеси из углей Каражыринского (компонент 1) и Майкубенского месторождений (компонент 2). Были изучены составы смеси при различных соотношениях массовых долей компонента 1 и компонента 2 соответственно, %: 90:10; 80:20; 70:30; 60:40; 50:50; 40:60; 30:70; 20:80; 10:90.

КПД брутто при сжигании Майкубенского угля равен 87 %, а при сжигании Каражыринского — 90,1 %. Зависимость КПД брутто при сжигании угольной смеси в зависимости от массового состава показана на рисунке 4. Аналитически зависимость КПД брутто , %, от массового состава смеси описывается уравнением 4:

.

(4)

Увеличение КПД брутто при сжигании угольной смеси при увеличении массовой доли компонента 2 объясняется снижением потерь с уходящими газами, которые являются одними из главных составляющих теплового баланса.

Рис. 4. Зависимость КПД брутто от состава угольной смеси

Литература:

1. Балбекова Б. К., Рахишева Ж. А., Акимов А. Г., Шмидт К. М., Ахметова Д. Р., Насенов Т. Е. Мониторинг промышленной безопасности предприятий теплоэнергетики (теплоэлектроцентали) // Вестник КазНТУ. — 2015. — № 3. — С. 44–49.

2. Концепция развития топливно-энергетического комплекса Республики Казахстан до 2030 года. Утверждено постановлением Правительства Республики Казахстан от 28 июня 2014 года № 724.

3. Общие правила сжигания топлива (угля) в твердотопливных котлах // SETS URL: https://sets.com.ua/obshhie-pravila-szhiganiya-topliva-v-tverdotoplivnyx-kotlax/.

4. Совместное сжигание бурого и каменного угля с биомассой // ЛесПромИнформ (журнал) URL: http://lesprominform.ru/jarchive/journals/itemshow/79.

5. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Под ред. Н. В. Кузнецова и др., М., «Энергия», 1973. — 296 с.