Главная » 2014 » Июль » 19 » Скачать Утилизация низкопотенциального тепла источников в горной промышленности для теплоснабжения угольных шахт. Закиров, Дамир бесплатно
10:08 PM
Скачать Утилизация низкопотенциального тепла источников в горной промышленности для теплоснабжения угольных шахт. Закиров, Дамир бесплатно
Утилизация низкопотенциального тепла источников в горной промышленности для теплоснабжения угольных шахт
Диссертация
Автор: Закиров, Дамир Данирович
Название: Утилизация низкопотенциального тепла источников в горной промышленности для теплоснабжения угольных шахт
Справка: Закиров, Дамир Данирович. Утилизация низкопотенциального тепла источников в горной промышленности для теплоснабжения угольных шахт : диссертация кандидата технических наук : 25.00.20 Пермь, 2003 121 c. : 61 04-5/1397
Объем: 121 стр.
Информация: Пермь, 2003
Содержание:
1 Состояние проблемы, анализ исследований в области утилизации низкопотенциального тепла, повышения энергетической и экологической эффективности теплоснабжения угольной шахты, задачи и методы исследования
11 Состояние вопроса и задачи исследования
2 Исследование источников низкопотенциального тепла, энергетических и экологических закономерностей функционирования теплоснабжения угольной шахты
21Исследование возможных источников низкопотенциального тепла на угольной шахте, возможность утилизации тепла шахтных вод и хозбытовых стоков
22 Энергетические аспекты функционирования теплоснабжения угольной шахты
23 Теплоснабжение угольной шахты и экологические аспекты его функционирования
24 Пути улучшения энергетических и экологических параметров теплоснабжения угольных шахт
3 Разработка технических средств и технологий утилизации низкопотенциального тепла для повышения и энергетической эффективности и экологичности теплоснабжения угольной шахты
31Технические средства утилизации низкопотенциального тепла
311 Спиральный теплообменник
312 Кожухотрубный теплообменник
32 Технология утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод
33 Технологии утилизации низкопотенциального тепла загрязненных шахтных вод
331 Промежуточный контур с использованием спиральных теплообменников
332 Промежуточный контур с использованием тонкослойных отстойников
34 Технология утилизации низкопотенциального тепла загрязненных хозяйственно-бытовых стоков
4 Теоретические исследования оптимизации энергетических и экологических параметров теплоснабжения угольной шахты с позиции утилизации низкопотенциальиого тепла, расчет конструкции теплообменника для утилизации низкопотенциального тепла
41 Постановка задачи, разработка модели и алгоритма оптимизации энергетических и экологических параметров теплоснабжения угольной шахты утилизацией низкопотенциального тепла
42Математическая модель оптимизации энергетических и экологических параметров теплоснабжения угольной шахты
43Исследование способов интенсификации теплообмена и снижения отложений на теплопередающих поверхностях
5 Экспериментальные исследования разработанных технологий утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод и хозбытовых стоков для теплоснабжения угольных шахт
5,1 Экспериментальные исследования энергетических и экологических параметров теплонасосной станции по утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод на шахте «Осинниковская» ООО «Новокузнецкуголь»
52Экспериментальные исследования энергетических и экологических параметров теплонасосной установки по утилизации низкопотенциального тепла загрязненных хозяйственно-бытовых стоков на РНС-3 «Гайва» МП «Пермводоканал»
53 Оценка энергетической, экономической, экологической эффективности оптимизации теплоснабжения угольной шахты утилизацией низкопотенциального тепла
Введение:
Актуальность работы. В современных условиях рациональное использование и экономия энергетических ресурсов и как следствие решение экологических проблем является одним из важнейших приоритетов энергетической политики государства.За последние 10 лет промышленное производство в России сократилось вдвое, а потребление энергоресурсов сократилось гораздо меньше. Это привело к тому, что в 1998 году энергоемкость ВВП в сравнении с 1990 годом возросла на 30%. В то время как в индустриально развитых странах этот показатель после энергетического кризиса 70-х годов снизился на 20,. .50%. Современный уровень энергоемкости России в 3.5 раза выше, чем в других развитых странах. (97). Одной из причин высокой энергоемкости производства является недостаточное использование имеющегося потенциала энергосбережения и альтернативных источников энергии. На юбилейной сессии Генеральной Ассамблеи ООН в 1997 году, отмечено, что развитие использования альтернативных источников энергии по своей значимости относится к важнейшей проблеме глобального характера.Наибольший потенциал энергосбережения имеется в сфере теплоснабжения и достигает 40-50% от всего теплопотребления страны.Оборудование существующих ТЭЦ физически и морально устарело, характеризуется высоким удельным расходом топлива. Тепловые сети самый ненадежный элемент системы и источник огромных потерь энергии.Мелкие теплоисточники сжигающие органическое топливо характеризуются низкой энергоэффективностью, высокой степенью загрязнения окружающей среды, значительными затратами на ремонт и обслуживание.В горной промышленности теплоснабжение осуществляется, как правило, с использованием мелких угольных котельных. Они являются крупными потребителями углеводородного сырья, характеризуются низким кпд , высоким уровнем эксплуатационных затрат. В то же время, промышленные и коммунально-бытовые котельные - это наиболее значительный источник загрязнений атмосферы, на их долю приходится около 40% всех выбросов в угольной промыышенности. Для улавливания летучей золы шахтных котельных в основном применяются сухие инерционные пылеуловители, которые не улавливают летучую золу с дисперсным составом меньше 10 мкм и эффективность их не превьппает 70-85%. Остаточная запыленность после циклонов составляет 0,4-0,7 г/м , что не удовлетворяет санитарным нормам. Более 60% уловленной пыли, возвращается в атмосферу при ее транспортировке хранении, погрузочно-разгрузочных работах. При сжигании угля в атмосферу вьщеляются соединения серы, хлора, фтора, а также цинк, свинец, никель, медь, хром, кадмий, ртуть и другие элементы, значительное количество полициклических ароматических углеводородов, которые являются источниками раковых заболеваний. Кроме того, котельные не оборудованы аппаратами для улавливания газообразных вредных выбросов. В связи с тяжелым финансовым положением угледобывающих предприятий, отсутствием необходимых средств, на строительство и установку воздухоочистного оборудования, внесение необходимых изменений в технологию основного производства, освоение прогрессивных технологий, в последние годы наблюдается ежегодное снижение количества уловленных и обеззараженных вредных веществ. С 1996 по 2000 год, их количество сократилось в 2 раза. (66).В то же время, технологии угольного производства характеризуются значительным выходом вторичных тепловых энергетических ресурсов (ВТЭР), которые в настоящее время не используются, что приводит к тепловому загрязнению окружающей среды. Много тепла теряется с потоками отработавшей в технологических процессах воды (сбросной, оборотной и др.), шахтными вентиляционными выбросами, шахтными водами, хозбытовыми стоками. Объемы шахтных вод на предприятиях отрасли составляют более 500 млн. м , хозбытовых стоков - 150 млн. м (66). в условиях рыночных отношений и структурной перестройке отраслей топливно-энергетического комплекса, ухудшения экологических показателей, резкого снижения объемов добычи топлива и децентрализации управления промышленностью необходимы радикальные сдвиги в самих принципах вовлечения природных ресурсов и альтернативных источников энергии в материальную деятельность человека и решения энергетических и экологических проблем. Однако без обоснования методов и способов оптимизации энергетических и экологических параметров теплоснабжения, позволяющих улучшить использование энергетических ресурсов при соблюдении экологических нормативов, путем разработки и внедрения в них технологий утилизации низкопотенциального тепла, невозможно решение проблемы охраны окружающей среды в горной промышленности.В связи с вышеизложенным утилизация низкопотенциального тепла источников в горной промышленности представляет собой актуальную научнотехническую проблему, имеющую важное народно хозяйственное значение.Цель работы - научное обоснование, разработка технологий и технических средств утилизации низкопотенциального тепла источников в горной промышленности.В задачу работы входило: • исследование источников низкопотенциального тепла на угольной шахте, возможности их утилизации для теплоснабжения предприятий; • разработка методов и экспериментальной модели теплоснабжения угольной шахты на базе утилизации низкопотенциального тепла горных источников; • разработка технологии и технических средств утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод и неочищенных хозбытовых стоков; • исследование энергетических и экологических закономерностей функционирования теплоснабжения угольной шахты; • оценка энергетической и экологической эффективности утилизации низкопотенциального тепла для теплоснабжения угольной шахты.Для решения указанных задач было необходимо: • Провести комплекс исследований качественного и количественного состава источников низкопотенциального тепла, возможность их утилизации, энергетических и экологических закономерностей функционирования теплоснабжения угольной шахты; • Разработать и применить технические средства и ряд технологий по утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод и хозбытовых стоков; • Разработать экспериментальную модель теплоснабжения угольной шахты на базе утилизации низкопотенциального тепла горных источников; • Провести оценку энергетической и экологической эффективности утилизации низкопотенциального тепла в целях теплоснабжения угольной шахты.Методы исследования Научные положения диссертационной работы установлены с помощью комплексного метода исследований, включающего анализ опыта работы энергоустановок шахты и источников низкопотенциального тепла; теоретическое обобщение, математическое моделирование, конструкторско-поисковые разработки и эксперименты на промышленном оборудовании. Для оценки выбора оптимального источника низкопотенциального тепла был применен метод ABC.Основная идея заключается в использовании тепловых насосов для утилизации низкопотенциального тепла в целях теплоснабжения угольных шахт.Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается: Использованием представительных объемов статистической информации и экспериментальных данных для анализа, расчетов и обобщений.Использованием классических законов термодинамики и теплопередачи, достаточной сходимостью результатов теоретических исследований с испытанием на промышленной установке (отклонение не более 10%).Научное значение работы заключается в разработке методов утилизации низкопотенциального тепла для минимизации расхода топлива и выбросов в атмосферу, с полной остановкой шахтной котельной в летний и осенне-весенний период при теплоснабжении угольной шахты.Научная новизна работы: • На основе качественно-количественного анализа всех возможных низко-потенциальных источников тепла на угольных шахтах установлено, что наиболее эффективным является использование для этих целей тепловых потенциалов шахтных вод и хозбытовых стоков. • Разработана модель и алгоритм оптимизации энергетических и экологических параметров системы теплоснабжения угольной шахты с использованием низкопотенциального тепла. Доказано, что в испарители тепловых насосов целесообразно подавать низкопотенциальное тепло от различных источников. Поставлена и решена задача оптимизации основных параметров работы теплообменных аппаратов. В качестве критериев оптимизации принята тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи, перепад температур нагретого и холодного потоков. • Установлено, что интенсификация теплообмена достигается специфическими режимами турбулентных потоков создаваемыми специально подобранной формой поверхности теплообменников и уменьшением гидравлического эквивалентного диаметра каналов, образующих поверхность теплообмена. • Показано, что резкое снижение отложений на теплопередающих поверхностях взвешенных и растворенных примесей в шахных водах и хозбытовых стоках достигается при использовании дискретных турбулизаторов, точечно расположенных в зоне ламинарного подслоя на поверхности теплообменников.Практическое значение работы Разработаны и защищены патентами технические средства утилизации низкопотенциального тепла загрязненных жидкостей: спиральный теплообменник, кожухотрубный теплообменник, модуль тонкослойного отстойника.В отличие от традиционной системы теплоснабжения, использующей твердое органическое топливо, при теплоснабжении с применением тепловых насосов полностью исключаются вредные выбросы в атмосферу.Разработанные технологии утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод и загрязненных хозбытовых стоков, могут использоваться в теплоэнергетике, металлургии, химической промышленности.Выявленные закономерности способов интенсификации теплообмена и снижения отложений на теплопередающих поверхностях позволили обосновать оптимальные размеры теплообменника при минимальных установочных размерах приемного канала.Результаты диссертационной работы используются в технологическом процессе утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод на шахте «Осинниковская» АО «Южкузбассуголь», в процессе утилизации низкопотенциального тепла неочищенных хозбытовых стоков РНС-3 «Гайва» МП «Пермводоканал».Основные положения выносимые на защиту: • метод выбора наиболее рационального источника низкопотенциального тепла на угольной шахте, на основе проведенного ABC анализа; • энерго-экологическая модель системы теплоснабжения угольной шахты, позволяющая за счет утилизации низкопотенциального тепла получить экологически чистую тепловую энергию и отключать шахтную котельную в летний и осенне-весенний период времени; • механизм реализации утилизации низкопотенциального тепла неочищенных шахтных вод и хозбытовых стоков, варианты технологий и технических средств для утилизации низкопотенциального тепла в угольной шахте.Реализация работы осуществлена принятием к использованию в составе наз^но-исследовательской работы «Разработка высокоэффективной технологии самоочищающихся аппаратов и утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод» (научно-исследовательский институт МНИИЭКО ТЭК) в государственной научно-технической программе «Экологически чистая энергетика». А так же путем внедрения на предприятиях России: • технологии утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод на шахте «Осинниковская» ООА «Южкузбассуголь» • технологии утилизации низкопотенциального тепла неочищенных хозбытовых стоков на РНС-3 «Гайва» МП «Пермводоканал».Апробация работы.Представленные в диссертации результаты докладывались автором и получили одобрение на 4 Международных научно-практических конференциях, в том числе: I Международной научно-практической конференции «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы и решения» (г. Пермь, 1998), II Международной научно-практической конференции «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы и решения» (г. Пермь, 1999), IV Международной научно-практической конференции «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы и решения» (г. Пермь, 2001), V Международной научно-практической конференции «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы и решения» (г. Пермь, 2002), А также IV Всероссийской конференции «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (г. Нижний Новгород, 2002), Международной конференции «Возобновляемая энергетика 2003: состояние, проблемы, перспективы» (г. Санкт-Петербург, 2003).Публикации.Основные положения диссертации опубликованы в б статьях, 5 авторских свидетельствах и патентах, 4 тезисах докладов.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы включающего ПО наименований. Диссертация изложена на 120 страницах, включает 11 иллюстраций, 7 таблиц. В приложении представлены акты, подтверждающие практическое применение результатов работы.
