Интенсификация процессов воспламенения и горения твердого низкореакционного топлива в котлах ТЭС путем активации окислителя наноматериалами

• Автор: Рыжков, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 212 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ЭНЕРГЕТИКЕ
1.1 Топлива, используемые на ТЭС
1.1.1 Использование мазута и природного газа на ТЭС
1.1.2 Твердые топлива
1.2 Технологии эффективного использования низкореакционных углей в энергетике
Выводы по первой главе
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АКТИВАЦИИ ОКИСЛИТЕЛЯ
2.1 Изменение скорости химической реакции
2.1.1 Методы воздействия на ход химической реакции. Катализ
2.1.2 Использование катализаторов в промышленности
2.1.3 Использование катализаторов в энергетике
2.2 Использование наноматериалов в энергетике
2.2.1 Нанотехнологии. Наноматериалы в энергетике
2.2.2 Наноматериалы в качестве катализаторов
2.2.3 Нанокатализаторы горения углеродных топлив
2.3 Активация окислителя
2.3.1 Сингл етный кислород
2.3.2 Методы получения и регистрации синглетного кислорода
2.3.3 Изменение потенциального барьера химической реакции с участием синглетного кислорода
Выводы по второй главе
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО НИЗКОРЕАКЦИОННОГО ТОПЛИВА В СРЕДЕ С АКТИВИРОВАННЫМ ОКИСЛИТЕЛЕМ
3.1 Исходные данные, основные допущения для математического моделирования процесса горения топлива
3.2 Модель горения частицы твердого низкореакционного топлива в объеме газовоздушной смеси

3.3 Учет влияния изменения входных параметров математической модели и анализ результатов математического моделирования
3.3.1 Горение частицы твердого низкореакционного топлива
3.3.2 Горение навески твердого низкореакционного топлива
Выводы по третьей главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В СРЕДЕ С АКТИВИРОВАННЫМ ОКИСЛИТЕЛЕМ
4.1 Программа проведения эксперимента
4.1.1 Цели, объект и средства эксперимента
4.1.2 Методы экспериментального исследования процесса окисления (горения) антрацита
4.1.3 Методика испытаний по сжиганию образцов твердого топлива при активации окислителя наноматериалами
4.2 Установка для проведения экспериментальных исследований по сжиганию образцов твердого топлива при активации окислителя наноматериалами
4.3 Проведение экспериментальных исследований по сжиганию твердого топлива при активации кислорода воздуха
4.4 Обобщение и анализ результатов экспериментальных исследований
4.5 Проверка адекватности и корректировка математической модели горения твердого топлива
Выводы по четвертой главе
5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕКОНСТРУКЦИИ КОТЛОАГРЕГАТОВ,
СЖИГАЮЩИХ НИЗКОРЕАКЦИОННЫЕ ТВЕРДЫЕ ТОПЛИВА. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1 Обоснование требований к организации процесса интенсификации горения твердого низкореакционного топлива
5.1.1 Технологические требования для эффективного процесса активации окислителя
5.1.2 Расчет необходимой площади покрытия наноматериалом пластин для активации окислителя
5.1.3 Расчет необходимой мощности светового излучения для активации окислителя
5.2 Оценка технико-экономической эффективности способа интенсификации сжигания низкореакционного угля за счет активации окислителя

5.3 Разработка технических решений по реконструкции воздушного тракта и горелочного аппарата
5.3.1 Точки включения установок по активации окислителя
5.3.2 Предполагаемая конструкция установки по активации окислителя
5.4 Реализация результатов диссертационного исследования
Выводы по пятой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Математическая модель процессов воспламенения и горения твердого низкореакционного топлива
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Обобщенные результаты экспериментов по сжиганию образцов топлива
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Копии патента и уведомления о поступления заявки
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Справки о внедрении результатов диссертации в научно-исследовательскую деятельность и копии документов, подтверждающих выполнение работ по теме диссертационного исследования в рамках государственных контрактов

виде диоксида марганца. Механизм очистки заключается в окислении соединений железа диоксидом марганца, который затем окисляется растворенным в воде кислородом или перманганатом калия. В последствие большая часть, растворенного в воде железа оседает и вымывается в дренаж.
Каталитическая деманганация воды. Очистка добавочной воды на ТЭС от содержащегося в ней марганца на сегодняшний день не производится. В проведение этой операции в большей степени нуждаются пункты тепловых сетей. Марганец является причиной образования осадка на внутренних стенках трубопроводов, который, в свою очередь, отслаиваясь в виде черной пленки, может быть причиной их засорения [33, с. 118]. Как и в процессах обезжелезивания воды, предварительное осаждение на поверхности зерен фильтрующего материала оксида марганца оказывает каталитическое действие на окисление свободных ионов марганца [34, с. 422]. Образующийся слой катализатора представляет собой отрицательно заряженные частицы гидроксида Мп(ОН)4. Ионы растворенного Мп+2 адсорбируются гидроксидом и гидролизуются с образованием оксида Мп203. Последний окисляется растворенным кислородом до Мп(ОН)4, из чего следует, что катализатор практически не расходуется.
2.2 Использование наноматериалов в энергетике
2.2.1 Нанотехнологии. Наноматериалы в энергетике
На сегодняшний день нанотехнологии получили широкое внедрение практически во все области промышленности. Это и химическая, и нефтеперерабатывающая, и металлургическая отрасли, а также медицина, транспорт, электроника. Мировая энергетика тоже не осталась без внимания новейших разработок. С каждым годом расширяется область применения тех или иных наноматериалов для оборудования традиционной и альтернативной энергетики при производстве тепла и электричества.