АННОТИРОВАННЫЙ отчет о выполнении Государственного контракта

АННОТИРОВАННЫЙ
отчет
о выполнении Государственного контракта
№ П2098 от «03» ноября 2009 г. и Дополнению от 02 апреля 2010 г. № 1
Наименование программы (направления, мероприятия, проекта):
Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, направление «Создание интеллектуальных систем
навигации и управления», мероприятие 1.3.2 «Проведение научных исследований целевыми аспирантами», конкурс № НК-391П, проект «Разработка способа повышения реакционной способности твердого топлива ТЭС путем ионизации первичного воздуха наноматериалами.».
Наименование Государственного контракта: выполнение поисковых научноисследовательских работ для государственных нужд.
Предмет Государственного контракта: поисковые научно-исследовательские работы по направлению «Производство топлив и энергии из органического сырья», по проблеме «Разработка способа повышения реакционной способности твердого топлива ТЭС
путем ионизации первичного воздуха наноматериалами».
Период выполнения работ: с 03.11.2009 по 05.09.2010.
Стоимость работ: общая стоимость работ 800 000 (Восемьсот тысяч) рублей, в том
числе бюджетная стоимость работ 800 000 (Восемьсот тысяч рублей), внебюджетная стоимость работ 0 (Ноль) рублей.
Актуальность работы:
Качество угля, поступающего на ТЭС из близлежащих угольных бассейнов, в период длительной эксплуатации ухудшается по сравнению с проектным топливом (увеличивается зольность, уменьшается теплота сгорания). Чтобы производить заданную
нагрузку на ТЭС, необходимо дополнительно увеличивать расход топлива, что ухудшает
экономические показатели станции и экологическую обстановку вокруг нее. При факельном горении в пылеугольных топках котлов твердого топлива с недостатком горючих летучих в нем, энергетики вынуждены применять «подсветку» факела, как при растопке
топки котла, так и при стабилизации горения факела в топке. В мировой практике в качестве подсветочного топлива используется природный газ и мазут.
Современное сжигание угля и мазута, обладающего более высокой реакционной
способностью, снижает эколого-экономические показатели котлов на 15-20% повышается
механический недожог топлива на 2-5% снижается КПД-брутто, возрастает скорость вы-
сокотемпературной коррозии экранных поверхностей, снижается надежность эксплуатации котельного оборудования, на 30-40% увеличивается выход оксидов азота и серы (за
счет более высокого содержания серы в мазуте), появляются выбросы канцерагенной пятиокиси ванадия.
Гораздо острее указанные проблемы стоят в теплоэнергетике, где используются
котлы меньшей мощности с турбулентными вихревыми пылеугольными горелками. Для
котлов характерны режимы с переменной тепловой нагрузкой, причем даже в течении суток нагрузка может меняться от 50 до 100% мощности котла. Мазут становится не дополнительным, а вторым, основным топливом. Поэтому задача повышения экономической
эффективности работы ТЭС и улучшения экологической безопасности её эксплуатации
весьма актуальна и не может быть решена без разработки новой технологии, направленной на улучшение качества сжигания твердого топлива.
Проектом предложено исследование влияния ионизированного первичного воздуха
котлов ТЭС, посредством наноматериалов, на реакционную способность горючей массы
твердого топлива, с целью разработки нового качественного способа сжигания топлива,
который может обеспечить «безподсветочную» работу котлов, самостоятельное воспламенение и горение твердого топлива.
Цель и задачи работы:
Целью проекта является исследование возможности интенсификации процесса горения низкореакционного топлива и разработка способа повышения реакционной способности твердого топлива ТЭС посредством ионизации первичного воздуха наноматериалами.
Характеристика выполненных работ и их анализ
В результате выполнения работ:
1)
Выполнен аналитический обзор научно-технической литературы, норматив-
но технической документации и других материалов, относящихся к области исследований
физико-химических характеристик твердого топлива.
2)
Разработан план проведения экспериментальных и теоретических исследо-
ваний, что позволило осуществить научно-исследовательские работы в установленном
порядке и в заданные сроки.
3)
Проведены теоретические исследования физико-химических процессов об-
разования горючих летучих в твердом топливе. В результате которых был установлен ряд
факторов способных влиять на скорость выхода горючих летучих из твердого топлива.
Проанализирована и определена способность наноматериалов влиять на физико-
химические характеристики различных веществ, в том числе и твердое топливо. Предложена гипотеза использования наноматериалов в подготовке топлива на ТЭС. На базе теоретических исследований и гипотезы разработана математическая модель рабочих процессов изменения физико-химических характеристик топлива, ионизированного наноматериалами.
4)
Разработана программа методика выполнения экспериментальных исследо-
ваний по сжиганию твердого низкореакционного топлива (уголь АШ) в потоке ионизорованного наноматериалами воздуха. Разработанная программа и методика подготовки и
проведения экспериментальных исследований позволила осуществить экспериментальные
исследования в условиях близких к реальным топочным процессам и получить практические результаты, в том числе динамические показатели, характеризующие влияние воздуха ионизированного посредством наноматериалов на воспламенение и горение топливновоздушной смеси низкореакционного топлива. На ее основе в лаборатории кафедры ТЭС
ЮРГТУ (НПИ) был проведен ряд опытов, результаты которых подтверждают ранее выдвинутые предположения о возможном влиянии наноматериалов на воспламенение и горение твердого топлива, применяемого на станциях.
5)
Разработана математическая модель процесса горения угля и откорректиро-
вана согласно полученным в ходе экспериментальных исследований данным.
6)
Разработан способ повышения реакционной способности твердого топлива
ТЭС путем ионизации первичного воздуха наноматериалами.
Положительные результаты позволили доказать, что ионизация первичного воздуха способна интенсифицировать процесс воспламенения и горения, а внедрение разработанного способа позволит отказаться от подсветки факела горения твердого топлива дорогостоящими мазутом и газом, увеличить степень выгорания угольной пыли, а, следовательно, увеличить КПД котлоагрегатов и снизить экологическое воздействие предприятий
энергетики.
Основные результаты работы:
В ходе выполнения НИР была опубликована статья под названием «Повышение
эффективности сжигания твердого топлива в энергетических установках за счет использования фуллероидных наноактиваторов» в 3-м номере журнала за 2010 г. «Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки» и получен Патент 2437028 (РФ). Способ интенсификации процесса сжигания твердого низкореакционного топлива ТЭС / Ефимов Н.Н., Ощепков А.С., Рыжков А.В. Опубл. в Б. И., 2011, № 38.
Руководитель работ по проекту
А.С. Ощепков