Для достижения расчетной теплопроизводительности котлов при сжигании низкосортных углей предлагается эффективная технология сжигания в псевдоожиженном «кипящем» слое.
Для теплоснабжения жилых и общественных зданий городов и поселков Украины кроме теплоэлектростанций и теплоэлектроцентралей широко используются отопительные котельные, значительное количество которых работают на твердом топливе.
В Украине имеются большие запасы энергетических углей, однако доля углей ухудшенного качества, с зольностью до 50%, в общем балансе твердого топлива в стране приближается к 39% и будет возрастать из-за увеличения тонких пластов [ Л ].
При сжигании забаластированных углей коэффициенты полезного действия угольных котлов снижаются, теплопроизводительность их не достигает расчетной, в результате снижается надежность теплоснабжения потребителей.
Известно, что одной из наиболее эффективных технологий является технология сжигания низкосортных углей в псевдоожиженном «кипящем» слое.
Характерной особенностью «кипящего слоя» является развитая поверхность частиц угля, в результате чего достигается высокая степень выгорания углерода. Одновременно при сжигании твердого топлива в топках котлов в «кипящем слое» снижаются выбросы диоксида серы и оксидов азота в продуктах сгорания.
В институте «УкрНИИинжпроект» имеется опыт сжигания углей в «кипящем слое» в реконструированных котлах типа НИИСТУ-5 тепловой мощностью 0,45-0,54 МВт.
Реконструированная топка с «кипящим слоем» представлена на рис. 1. Топочная камера сечением 0,55х1,24 м футерована огнеупорным кирпичом. Топка включала в себя: воздухораспределительную решетку 1; теплообменник^; шнековый питатель с мотором-редуктором 3; горелку растопочную 4; устройство для накопления и удаления золы 5; винтовой конвейер 6.
Воздухораспределительная решетка изготавливалась из труб диаметром 108 мм, на которых устанавливались колпачки с шагом 110 мм, в колпачках просверливались отверстия в количестве 8 шт. диаметром 7 мм.
Автоматическое и дистанционное управление работой котла производилось со щита. Розжиг топки «кипящего слоя» производился растопочной горелкой, в которой сжигалось жидкое котельно-печное топливо. Первоначальной инертной засыпкой служил речной песок фракции 0,5-1,5 мм. При достижении температуры слоя 390-420 °С вручную забрасывался газовый уголь фракции 1-13 мм. При достижении температуры слоя 750-780° отключался насос подачи жидкого топлива, включалось устройство подачи угля и регулированием его расхода процесс горения выводился на расчетный режим.
Регулирование тепловой производительности котла достигалось увеличением высоты «кипящего слоя». При этом увеличивалась глубина погружения теплообменника в «кипящий слой» и одновременно повышалась подача угля в топку. Высота «кипящего слоя» при минимальной производительности составляла 150-200 мм, при номинальной - 400-450 мм.
В 1986-1987 гг. в «Житомиртеплокоммунэнерго» и «Черниговтеплокоммунэнерго» эксплуатировались экспериментальные образцы топок с «кипящим слоем», установленные под десятью котлами НИИСТУ-5. Во время работы сжигали угли разных марок, в том числе: газовый концентрат (ГК), газовый жирный концентрат (ГЖК), антрацитовый штыб (АШ-0-6) зольностью 32-44%, тощий концентрат (ТК), промежуточный продукт (0-13) зольностью 27-44%, а также золу из слоевых топок, содержащую до 60% негорючих веществ.
Расход антрацитового штыба и промпродукта в топке «кипящего слоя» котла НИИСТУ-5 составлял 80-95 кг/час, количество воздуха, подаваемого вентилятором в топку, – 850-920 м3/час. Температура «кипящего слоя» поддерживалась в интервал 810-930 °С.
Процесс сжигания антрацитового штыба класса 0-6 мм и зольностью в топке «кипящего слоя» имел свои особенности. В антрацитовом штыбе много пылевидных и мелких частиц крупностью до 1 мм, содержание которых колеблется от 20-40%. Вследствие чего на котлах вынос частиц золы и угля размером до 180 мкм составлял до 35% массы топлива. Это затрудняло наращивание высоты слоя накоплением в нем частиц золы и замедляло вывод котла на номинальную теплопроизводительность. Горение антрацитового штыба происходило устойчиво при расходах топлива до 100 кг/час. Дальнейшее увеличение расхода антрацитового штыба не позволяло проводить устойчивое горение. Разрежение в топке составляло 10-30 Па.
В топках «кипящего слоя» котлов НИИСТУ-5 сжигались также промежуточные продукты марок Г и Т. При сжигании промпродукта марки Г с содержанием летучих 45-50% имели место выбросы пламени на площадку обслуживания. При сжигании увлажненного промежуточного продукта марки Г, выбросы не наблюдалисть, но были трудности в стабильности поддержания процесса горения в автоматическом режиме.
При сжигании в топке «кипящего слоя» промежуточного продукта марки Т топка устойчиво работала в автоматическом и дистанционном регулировании.
В таблице приведены данные содержания диоксида серы и оксидов азота в продуктах сгорания антрацитового штыба и промпродукта в топке «кипящего слоя» котла НИИСТУ-5.
Анализ золы из топки «кипящего слоя» показал высокую степень выгорания горючих компонентов антрацитового штыба и промпродукта: 99,4-99,8 и 99,2-99,4% соответственно.
Таблица. Характеристики продуктов сгорания различных видов топлива при сжигании в топке «кипящего слоя» котла НИИСТУ-5.
| Топливо | Зольность,
% |
Температура,
0С |
S02
мг/м3 |
NОх,
мг/м3 |
| Антрацитовый штыб, Qрн = 19,06 мДж/кг | 32 | 890-930 | 10-20 | 150-160 |
| Антрацитовый штыб, Qрн = 20,35 мДж/кг | 33 | 880-845 | 20-40 | 100 |
| Антрацитовый штыб, Qрн = 16,34 мДж/кг | 44 | 850-900 | 30-40 | 120-150 |
| Промпродукт (г)
Qрн = 22,34 мДж/кг |
27 | 850-890 | 40-60 | 150 |
| Промпродукт (г)
Qрн = 16,42 мДж/кг |
36 | 810-830 | 15-20 | 20-40 |
| Промпродукт (т),
Qрн = 17,14 мДж/кг |
44 | 800-840 | 100-110 | 60-90 |
Литература
1 . Н.В. Чернявский. Топливные потери на поставках ТЭС необогащенного и обогащенного угля. Экотехнология и ресурсосбережение, 2000. №5, с. 3-7.