Относительные показатели энергетической утилизации высоковлажных смесей на основе отходов

22 Apr 2021, 16:30
10m
1224 (Lomonosov st. 9)

1224

Lomonosov st. 9

ITMO University
oral Energy Saving and Energy Efficiency Energy Saving and Energy Efficiency

Speaker

Ksenia Vershinina (Tomsk Polytechnic University)

Description

При разработке различных энергетических проектов может возникать потребность анализа нескольких вариантов решений при наличии комплекса влияющих факторов. Под «решением» понимаются конкретные установки, топлива, оборудование, местоположение предприятия и т.п. Часто решение может быть принято на основе опыта специалистов или при явном преимуществе одного из возможных вариантов. Однако с увеличением количества альтернатив и/или влияющих факторов задача выбора осложняется. В таких случаях могут использоваться аналитические инструменты многофакторного анализа.
В энергетической сфере методы многофакторного анализа широко используются как для оценки новых топлив, так и для анализа работы каких-либо установок и станций. Показатели, рассматриваемые различными научными группами, достаточно типичны и могут быть объединены в группы технологических, экономических, экологических и социальных. В данной работе изучены возможности применения методов многофакторного анализа для оценки низкосортных топлив для нужд теплоэнергетики. В качестве объекта исследования рассмотрены высоковлажные смеси (разновидности водоугольных суспензий) на основе отходов разного происхождения (угольные шламы, биомасса, отработанное техническое масло, бурый и каменный угля).
Метод взвешенных сумм являлся основой расчета показателей эффективности в данной работе. Алгоритм метода включал следующие этапы: (а) выбор параметров, характеризующих эффективность топлива; (б) нормирование абсолютных значений параметров. Данный шаг проводился отдельно по каждой категории параметров. Нормирование выполнялось относительно значения, которое считалось наилучшим среди полученных значений для всех топливных смесей; (в) вычисление показателя эффективности в каждой группе параметров.
Значения рассчитанных показателей всегда находятся в диапазоне от 0 до 1. Чем выше значение, тем более эффективно топливо по совокупности каких-либо показателей.
При вычислении значений итогового показателя эффективности топлив использованы следующие группы критериев:
1. Стоимость (приоритет – минимальное значение).
2. Энергетические характеристики: удельная теплота сгорания (приоритет – высокое значение); зольность (приоритет – минимальное значение); время задержки зажигания (приоритет – минимальное значение); температура зажигания (приоритет – минимальное значение); температура горения (приоритет – высокое значение).
3. Экологические характеристики: концентрация NOx в дымовых газах (приоритет – минимальное значение); концентрация SO2 в дымовых газах (приоритет – минимальное значение); концентрация CO2 в дымовых газах (приоритет – минимальное значение); концентрация CO в дымовых газах (приоритет – минимальное значение); концентрация H2O в дымовых газах (приоритет – минимальное значение).
4. Реологические характеристики: вязкость (приоритет – минимальное значение); стабильность (приоритет – максимальное значение).
5. Распыление: числа Вебера и Рейнольдса (приоритет – минимальное значение); радиус капель (приоритет – минимальное значение); угол раскрытия факела (приоритет – максимальное значение).
6. Дробление и фрагментация: время до реализации условий дробления (приоритет – минимальное значение); соотношение площади поверхностей вторичных капель и площади поверхности исходной капли топлива S1/S0 (приоритет – максимальное значение).
Среди изученных топлив, основными компонентами которых являлись угольные шламы и угли разной степени метаморфизма, наиболее перспективными стали смеси из угольных флотационных отходов. Это обусловлено их низкой стоимостью, хорошими показателями стабильности и вязкости, а также приемлемыми энергетическими и экологическими характеристиками. С учетом большой социальной значимости утилизации низкосортного сырья можно сделать вывод о приоритете использования угольных шламов в качестве основы для приготовления топливных суспензий. Расчет относительных показателей эффективности топливных смесей проводился на основе экспериментальных данных.
Самая большая вариация интегрального показателя (0.440–0.887) наблюдалась в категории «Вязкость и стабильность». В остальных категориях (энергетика, экология, распыление, дробление) значения интегрального показателя изменялись, в среднем, в диапазоне 0.5–0.8. Итоговый показатель эффективности, учитывающий 17 отдельных составляющих из шести крупных категорий, имел максимальное значение (0.723) для топлива «50% фильтр-кек угля марки Г, 50% вода» в случае, когда максимальный приоритет отдается минимизации выбросов при сжигании топлива.
База данных по абсолютным, относительным и интегральным показателям для суспензий различного состава может быть использована для технико-экономического обоснования применения низкосортных топлив в энергетике, проектирования или модернизации участков подготовки, подачи, сжигания топлива, очистки дымовых газов и др.

Исследование поддержано грантом Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Соглашение №075-15-2020-806 (договор №13.1902.21.0014). Экспериментальное определение экологических показателей горения топлив выполнено при поддержке РФФИ (проект № 18-43-700001).

Affiliation of speaker Tomsk Polytechnic University
Position of speaker senior lecturer
Publication Impact Factor journals

Primary authors

Ksenia Vershinina (Tomsk Polytechnic University) Mr Daniil Romanov (Tomsk Polytechnic University) Mr Vadim Dorokhov (Tomsk Polytechnic University)

Presentation Materials