Источник: http://www.energosovet.ru/stat557.html
При мокром обогащении угля на обогатительных фабриках в технической оборотной воде накапливается мелкий уголь (шлам) крупностью 0-0,5 мм, который в составе шламовых вод сбрасывается в отстойники (пруды – илонакопители). В отстойниках происходит осаждение и уплотнение шлама. По мере накопления осадка отстойники подлежат чистке. Извлекаемый из отстойников шлам имеет высокую влажность (до 30%) и зольность (до 40%).
Сравнительные качественные характеристики ряда углей и шлама, выпускаемых ОАО «Шахтоуправление» «Интинская угольная компания», представлены в табл. 1.
Несмотря на то, что шлам по своим характеристикам уступает сортовому углю и даже отсеву (ДСШ), он, по своей теплотворной способности, превосходит бурый подмосковный уголь (низшая теплотворная способность которого составляет 9,34–9,88 МДж/кг), ленинградские и эстонские сланцы (7,66–9,42 МДж/кг) и торф (8,12–9,25 МДж/кг) [1], хотя сланцы, торф и подмосковный уголь широко используются в энергетике, в т.ч. и в коммунальной.
Из-за отсутствия сбыта шлам накапливается в отстойниках и отвалах обогатительных фабрик, занимая значительные земельные участки и вызывая только дополнительные затраты для угольных компаний.
С другой стороны, высокие зольность и влажность шлама затрудняют его использование в качестве топлива для действующих котельных установок, в т.ч. и в котлах, оборудованных чугунными колосниковыми решетками для сжигания топлива в неподвижном слое. Согласно рекомендаций Академии коммунального хозяйства [2] в таких котлах достигнуть паспортный КПД можно только при сжигании каменных углей и антрацита, зольность сухой массы которых не превышает 16–18%. При этом, необходимо, чтобы влажность топлива не превышала 8%, а содержание мелочи в нем (частиц топлива размером до 6 мм) было не выше 20%. Сжигание же рядовых углей в таких котлах не эффективно. Например, при сжигании длиннопламенного газового рядового угля (низшая теплотворная способность 24,5 МДж/кг, зольность 16,1–22,7%, влажность – 4,6-12,2%, содержание частиц топлива размером менее 6 мм – 67,1%) КПД котла Е–1–9–2Т не превышал 67,9% (паспортный КПД был равен 72%). При этом температура уходящих газов за котлом была 405–447 ОС, а потери тепла с уходящими газами доходили до 23% [3].
Тамбовским государственным техническим университетом (ТГТУ), Ассоциацией КАРТЭК по заказу и совместно с компанией ООО «Интауголь–Локо» была исследована возможность сжигания шламов в разработанных ТГТУ и КАРТЭК водогрейных жаротрубно-дымогарных котлах с топкой полукипящего слоя, конструкция которых была описана ранее [4, 5].
Основным элементом котла является топка, размещенная в нижней части жаровой трубы. Топка с двух сторон ограничена водоохлаждаемыми воздухораспределителями ступенчатой конструкции. Эти воздухораспределители подают дутьевой воздух таким образом, чтобы организовать внутрислоевую циркуляцию частиц топлива. При этом они установлены на таком расстоянии друг от друга (это расстояние зависит от диаметра жаровой трубы), которое исключает попадание частиц топлива в отверстия воздухораспределителей при прекращении подачи дутьевого воздуха. Применяемая технология сжигания и конструкция котла защищена Патентами Российской Федерации, авторским свидетельством СССР, получено положительное решение Евразийского патентного ведомства.
Для испытаний был выбран котел КВр–0,5 АК теплопроизводительностью 500 кВт, который был установлен в действующей котельной ООО «Галичжилсервис» (г. Галич, Костромская область). Котел был укомплектован вентилятором высокого давления типа ВР–12–26 № 3,15 (мощность электродвигателя 4 кВт). Внешний вид смонтированного котла представлен на рис. 1.
Розжиг котла и выход его на номинальную мощность был произведен на каменном угле, взятом со склада эксплуатирующей организации. Этот уголь представлял собой смесь углей разных марок (сортовые угли из Хакассии, ДКОМ и ДСШ из Инты и рядовые угли из Кузбасса). По данным анализа контрольной пробы этой угольной смеси ее качественные показатели были следующими:
Котел был выведен на номинальную тепло-производительность 500 кВт за два часа работы, при этом расход воды через котел составил 16,3 м3/ч, температура воды на входе в котел была равна 39 ОС, а на выходе из котла –- 66 ОС.
Состав уходящих газов за котлом, определенный с помощью газоанализатора «Газотест», был следующим:
Температура уходящих газов за котлом колебалась в пределах 130–140 ОС. Зольность выгружаемого из котла шлака составляла 85–88%.
Часовой расход топлива в номинальном режиме составлял 123 кг/ч при КПД котла 84%, а удельный расход – 0,246 кг/кВт.
После выхода котла на номинальную мощность был осуществлен постепенный переход от сжигания каменного угля на сжигание угольного шлама. Из-за высокой влажности шлама его сжигание происходило не в кипящем, а в плотном интенсивно продуваемом слое. Было установлено, что в первый период после заброски порции шлама из него начинает выделяться большое количество влаги и летучих веществ, из-за чего может наблюдаться дымление из-под дверки топки. Чтобы этого избежать, необходимо прикрыть наполовину шибер, регулирующий подачу воздуха в топку котла. В течение первых 2-3 минут после заброски шлама в топку котла состав дымовых газов за котлом был следующим:
По истечении первого периода горения шлама появляется возможность открыть шибер регулировки подачи воздуха полностью и улучшить условия сжигания топлива. В этот период состав дымовых газов за котлом был следующим:
Иными словами, выбросы вредных веществ в окружающую среду при сжигании в котле нашей конструкции шлама интинского угля и каменного угля вполне сопоставимы.
Была также установлена экстремальная зависимость содержания NO в дымовых газах за котлом от концентрации кислорода в этих газах. Максимальная концентрация NO (319 ppm) наблюдается при содержании кислорода в дымовых газах равном 8,1% (коэффициент избытка воздуха 1,63). При концентрации кислорода 4,3% (коэффициент избытка воздуха 1,26) и 10,5% (2,01) концентрация NO была 195 ppm и 222 ppm соответственно. Это противоречит данным работы [6], в которой утверждается, что эмиссия NO возрастает монотонно с увеличением концентрации кислорода. Данное обстоятельство может быть объяснено тем, что росту концентрации кислорода в дымовых газах отвечает рост массовой скорости подачи дутьевого воздуха в топку котла. Увеличение массовой скорости подачи дутьевого воздуха приводит к интенсификации процессов перемешивания в топке и в надслоевом пространстве, что способствует частичному восстановлению окиси азота до молекулярного азота углеродом топлива.
Эмиссия SO2 возрастала с увеличением концентрации СО в дымовых газах, что совпадает с результатами работы [6].
При сжигании угольного шлама температура уходящих газов за котлом не превышала 143 ОС, зольность шлака составила в среднем 85%, КПД котла - 82,8%, а удельный расход шлама –0,38 кг/кВт.
После завершения испытаний сжигание угольного шлама в котле было продолжено.
Необходимо отметить, что ранее нами были проведены опыты по сжиганию в котле данной конструкции шлама коксующегося угля производства ЦОФ «Донецкая» ОАО «Гуковоуголь». Этот шлам имел низшую теплотворную способность 11,2 МДж/кг, влажность рабочей массы 22%, зольность рабочей массы – 33%. При его сжигании содержание кислорода за котлом составило 8,77%, двуокиси углерода – 11,0%, окиси углерода – 2700 ppm, двуокиси серы – 65 ppm, двуокиси азота – 232,7 мг/м3. КПД котла составил 82%, удельный расход топлива – 0,37 кг/кВт.
Таким образом, можно сделать вывод, что при сжигании шламов как коксующихся, так и энергетических углей в котле данной конструкции обеспечиваются необходимая производительность и достаточно высокий КПД котла (недостижимый в котлах с чугунной колосниковой решеткой даже при сжигании энергетических углей).
Рассмотрим теперь некоторые вопросы экономики.
По данным ООО «Галичжилсервис»затраты на топливо для выработки 1 МВт тепла на действующих котлах, оборудованных чугунной колосниковой решеткой, составляют 388,8 руб. (при удельном расходе угля марки ДКОМ 0,36 кг/кВт).
Для выработки 1 МВт тепла в котле с топкой полукипящего слоя затраты на топливо (угольный интинский шлам) составят 266,0 руб. (при удельном расходе шлама 0,38 кг/кВт).
Таким образом, в котлах с топкой полукипящего слоя при использовании в качестве топлива угольного шлама затраты на топливо, необходимое для выработки 1 МВт тепла, уменьшаются на 122 руб. или на 31,3% по сравнению с такими же затратами в котлах с чугунной колосниковой решеткой при сжигании сортовых каменных углей.