Повышение эффективности энергетического использования углей с применением нового способа многостадийного сжигания

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Экономические науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 620.9 В. А. Дубровский, М.В. Зубова
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ НОВОГО СПОСОБА МНОГОСТАДИЙНОГО СЖИГАНИЯ
Авторы дают характеристику нового способа многостадийного сжигания, включающего в себя внутрипоточную термическую подготовку с последующей организацией концентрического сжигания, который позволит значительно снизить образование оксидов азота и существенно повысить надежность и экономичность работы котельных агрегатов современных тепловых электростанций.
Известно, что из современных технологических способов уменьшения концентрации NOx в дымовых газах на котлах, сжигающих твердое топливо, одним из самых малозатратных и достаточно эффективных является организация ступенчатого сжигания.
В США и Японии в конце 70-х годов прошлого столетия было положено начало освоению новой технологии сжигания твердых топлив под названием & quot-reburining process& quot- (повторное сжигание), направленной на подавление оксидов азота. Эта технология в России известна как метод трехступенчатого сжигания. Классический & quot-reburining process& quot- предусматривает подачу в основные горелки 80−90% топлива с обычно применяемым избытком воздуха, обеспечивающим эффективное горение твердого топлива. Остальные 1020% топлива (природный газ или другое высокореакционное топливо) подаются в топку с большим недостатком воздуха, чтобы после его смешения с продуктами сгорания основной зоны горения коэффициент избытка воздуха составлял не более 0,9−0,95. Выше зоны восстановления располагается зона догорания, куда подается третичный воздух.
Промышленное внедрение этой технологии подтвердило возможность значительного снижения оксидов азота в дымовых газах [1]. Однако, как показал опыт эксплуатации котельных агрегатов, если в восстановительную зону подается не природный газ, а уголь, сжигаемый в основной зоне горения, то экономичность работы котлоагрегатов резко снижается, особенно при использовании твердых топлив с малым выходом летучих веществ. Это происходит из-за ухудшения процесса выгорания топлива. В этом случае процесс горения затягивается, повышается температура газов на выходе из топочной камеры. При этом интенсифицируется процесс загрязнения поверхностей нагрева, увеличивается механический недожог.
Таким образом, всякое отклонение от классической схемы трехступенчатого сжигания, особенно при использовании низкореакционных углей, приводит к резкому снижению экономичности работы котельных агрегатов.
Самый главный недостаток этой технологии, по нашему мнению, это то, что на первой стадии сжигания образуется основное количество оксидов азота, которые в последующем необходимо уменьшать. Спрашивается, какой смысл сначала получать оксиды азота, а затем их связывать? По мнению многих исследователей, для более глубокого связывания оксидов азота необходимо, чтобы пылеугольный факел как можно дольше находился в восстановительной зоне [2]. Другими словами, следует максимально растянуть процесс воспламенения топлива, но при этом требуется обеспечить экономичность работы котла за счет глубокого выгорания топлива и уменьшения шлакования и загрязнения поверхностей нагрева.
Для максимального снижения выхода оксидов азота требуется организовать одновременное подавление всех трех типов оксидов азота: топливных, термических и быстрых. Для уменьшения эмиссии топливных оксидов азота необходимо организовать горение топлива при избытках воздуха пропорционально выходу летучих веществ. Для уменьшения термических оксидов азота следует обеспечить снижение температуры в ядре горения менее 1800 К. Для уменьшения эмиссии быстрых оксидов азота необходимо, чтобы в зоне воспламенения летучих веществ избытки воздуха были менее 0,55−0,65, что гарантирует восстановление оксидов азота до молекулярного азота.
Реализовать все эти противоречивые требования в одном факеле возможно только в результате организации многостадийного сжигания.
С этой точки зрения наиболее перспективной будет технология, сочетающая двухступенчатое и концентрическое сжигание углей [3]. Однако для твердых топлив такой комбинированный способ сжигания не дает желаемых эколого-экономических результатов работы котлов. Это объясняется тем, что для глубокого выгорания твердого топлива необходимо значительно увеличивать высоту топочной камеры, чтобы иметь достаточное время пребывания топливных частиц и продуктов разложения топлива в зоне догорания.
Таким образом, перед энергетиками была поставлена задача организовать способ сжигания углей, сочетающий в себе термическое разложение органической части топлив с достаточно длительным временем пребывания в восстановительной среде для обеспечения глубокого связывания оксидов азота- полного выгорания топлива- снижения шлакования и загрязнения поверхностей нагрева.
Практической реализацией такого способа сжигания явились технологические схемы и устройства по предварительной термической подготовке углей, разработанные в лаборатории «Термическая подготовка канско-ачинских углей» КГТУ. Отработка отдельных узлов системы термоподготовки была проведена на полупромышленной установке кафедры ТЭС КГТУ [4−5]. Эти исследования показали, что термоподготовка углей может быть реализована как в системах пылеприготовления [6 и др. ], так и непосредственно в топочной камере [7 и др.]. Наибольшего внимания, на наш взгляд, заслуживает техническое предложение, основанное на внутритопочной термической подготовке с организацией двухступенчатого сжигания [8].
Первой ступенью сжигания будут служить камеры термоподготовки, расположенные в угловых отсеках топки, в которых происходит выделение летучих веществ с частичным выгоранием угольной пыли при а& lt- 1.
Такой способ достаточно подробно изложен в [9].
Для того чтобы существенно увеличить время пребывания топливных частиц в восстановительной среде и обеспечить более глубокое снижение образования оксидов азота и шлакования топки, нами предлагается совместить внутритопочную термоподготовку с концентрическим сжиганием. Этот метод зарекомендовал себя как один из эффективных способов энергетического использования углей [10]. В этом случае часть вторичного воздуха подается через нижние сопла по касательной к большой окружности (нижняя часть топки). Вторая часть вторичного воздуха подается выше, через второй ряд сопел, по касательной к меньшей окружности. При этом основная часть топлива будет сжигаться в центральной части топки. Организация концентрического сжигания увеличивает время пребывания частиц топлива в восстановительной среде. При этом остается значительная верхняя часть топки, в которой за счет подачи третичного воздуха полностью завершится процесс горения коксовой основы топлива.
Финансово-экономическая оценка технологии энергетического использования углей Канско-Ачинского бассейна, основанной на внутритопочной термической подготовке, выполнена по приростному методу в соответствии с [11] на основе программного продукта & quot-ENERGY-INVEST" для Windows-Excel, введенного РАО ЕЭС России для расчетов бизнес-планов в энергетике.
Ожидаемыми показателями улучшения работы котла с использованием внутритопочной термической подготовки являются:
повышение производительности котла до номинальной-
увеличение времени безостановочной работы котла по причине шлакования-
увеличение числа часов работы в год до расчетного-
снижение расхода тепловой энергии на собственные нужды до нормативного-
сокращение массы выбросов оксидов азота на 58%.
Концентрация оксидов азота после применения технологии составляет 0,250 г/нм3, что соответствует лучшим международным стандартам (Германия, Япония, США).
Эти эксплуатационные результаты дают возможность улучшить технико-экономические показатели работы котла и снизить издержки производства за счет увеличения полезного отпуска тепловой и электрической энергии, снижения размера платы за выбросы загрязняющих веществ, уменьшения расходов на рас-шлаковку котла при неизменной величине условно-постоянных расходов.
Результаты расчетов представлены в таблице.
Показатель эффективности Значение
Ставка дисконтирования, % 15
Доля заемного капитала, % 50
Чистый дисконтированный доход (NPV), млн руб. 7,536
Внутренняя норма доходности (IRR), % 130,55
Индекс доходности (PI), доли 4,95
Дисконтированный срок окупаемости (DPP), мес. 6,4
Срок окупаемости (PP), мес. 5,2
Дисконтированные капитальные вложения, млн руб. 1,91
Дисконтированные денежные поступления, млн руб. 9,44
Таким образом, при незначительных первоначальных инвестициях в данную технологию ожидаются следующие положительные результаты:
— чистый дисконтированный доход больше нуля-
— индекс доходности намного больше единицы, что доказывает высокую устойчивость проекта и нетрудно сделать вывод, что данная технология перестает быть привлекательной для инвестора лишь в том случае, если будущие денежные поступления окажутся меньше капитальных вложений почти в 5 раз-
— значение внутренней нормы доходности свидетельствует о большом резерве безопасности проекта, так как она превышает цену капитала, или норму дисконта, в 8,7 раза.
Одним из основных критериев выбора инвестиционных проектов на конкурсной основе для приоритетного бюджетного финансирования является период возврата инвестиций. Верхний предел для таких проектов, установленный Минэкономики Р Ф, составляет два года. Для нашего проекта по рассматриваемой энерготехнологии и дисконтированный, и простой срок окупаемости проекта менее одного года.
Кроме того, на первом шаге & quot-анализа чувствительности" были выбраны факторы, которые в большей степени влияют на интегральные показатели проекта по данной технологии. Анализ полученных результатов показал, что интегральные показатели наиболее & quot-чувствительны" в порядке убывания к следующим параметрам:
1) паропроизводительность котельного агрегата-
2) тарифы на электрическую энергию-
3) тарифы на тепловую энергию-
4) цены на уголь.
Первоначальные инвестиции и & quot-цена капитала" незначительно влияют на конечные результаты.
Интегральные показатели эффективности устойчивы к увеличению процента по банковскому кредиту, а также к увеличению доли заемного капитала, то есть, если рассматривать проект по вложению средств в данную технологию при полном его финансировании за счет банковского кредита, то чистый дисконтированный доход (NPV) и при таком условии остается положительной величиной, свидетельствуя об эффективности проекта.
И, наконец, в силу того, что в России плата за выбросы вредных веществ в атмосферу в настоящее время крайне незначительна, влияние этого критерия на показатели экономической эффективности проекта оказывается несущественным.
Наметившаяся в последнее время в России тенденция роста тарифов на электрическую и тепловую энергию и результаты проведенного & quot-анализа чувствительности" позволяют прогнозировать еще более высокие интегральные показатели проекта по технологии внутритопочной термической подготовки с последующей организацией концентрического сжигания.
Все вышеизложенное в целом характеризует проект по предлагаемой технологии сжигания КАУ как проект с высокой коммерческой эффективностью и, следовательно, с высокой привлекательностью технологии для потенциальных инвесторов, и он также может быть рекомендован для приоритетного бюджетного финансирования.
Выводы
Применение нового способа многостадийного сжигания, включающего в себя внутритопочную термическую подготовку с последующей организацией концентрического сжигания, позволит значительно снизить образование оксидов азота и существенно повысить надежность и экономичность работы котельных агрегатов современных тепловых электростанций.
Литература
1. Котлер, В. Р. Снижение выбросов оксидов азота котлостроительными фирмами США / В. Р. Котлер //Энергомашиностроение. — 1989. — № 1. — С. 39−42.
2. Росляков, П. В. Способ ступенчатого сжигания органических топлив с восстановлением оксидов азота / П. В. Росляков, А. В. Буркова // Всесоюз. конф. по теплообмену в парогенераторах: тез. докл. — Новосибирск, 1990. — С. 106−107.
3. Котлер, В. Р. Развитие технологий факельного и вихревого сжигания твердого топлива / В. Р. Котлер // Теплоэнергетика. — 1998. — № 1. — С. 67−72.
4. Патент № 2 088 851 (РФ) F23 К 1/00. Котельный агрегат / В. А. Дубровский, И. С. Деринг, С. А. Михайленко, Г. А. Потехин, Б. А. Яцевич, С. М. Куликов, Е. А. Бойко, Ж. Л. Евтихов. Опубл. 21. 01. 97. Бюл. № 3.
5. Патент № 2 072 479 (РФ). МКИ F23 К 1/00. Пылесистема / В. А. Дубровский, Б. А. Яцевич, С. М. Куликов, Е. А. Бойко, Ж. Л. Евтихов. Опубл. 21. 01. 97. Бюл. № 3.
6. Патент № 1 746 136 (РФ). МКИ F23 К 1/00. Система пылеприготовления котла / В. А. Дубровский, С.А. Ми-хайленко, Ж. Л. Евтихов, Г. А. Потехин. Опубл. 07. 07. 92. Бюл. № 25.
7. Патент № 1 740 869 (РФ) F23 С 5/08. Топочное устройство / В. А. Дубровский, И. С. Деринг, С.А. Михайлен-ко, Ж. Л. Евтихов, Е. А. Бойко, Г. А. Потехин. Опубл. 20. 04. 88. Бюл. № 22.
8. Патент № 2 113 655 (РФ) F23 С 5/08. Топка котла / В. А. Дубровский, И. С. Деринг, Ж. Л. Евтихов, Е. А. Бойко, С. Г. Козлов, М. С. Пронин, А А Дегтярев, А. М. Ковалевский. Опубл. 10. 02. 98. Бюл. № 17.
9. Глубокая термоподготовка угольной пыли — путь уменьшения шлакования и улучшения экологической чистоты паровых котлов / И. С. Деринг, В. А. Дубровский, Е. А. Бойко [и др.] // Энергетик. — 1994. — № 1. -С. 5−6.
10. Котлер, В. Р. Исследование концентрической системы сжигания с низкими выбросами оксидов азота / В. Р. Котлер, А. В. Еремеев // Энергохозяйство за рубежом. — 1992. — № 3. — С. 7−10.
11. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. — М.: Экономика, 2000. — 421 с.
¦

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой