ЗАВИСИМОСТЬ ОБЪЕМОВ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ОТ ВЫБОРА МАРКИ УГЛЯ ДЛЯ СЖИГАНИЯ НА КОТЕЛЬНЫХ

Автор: Минаева Н.А., Ганнова Ю.Н.
Источник:Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів — 2012 / Матерiали ХХII Всеукраїнської наукової конференцiї аспiрантiв і студентів. — Донецьк, ДонНТУ — 2012, Том 1, с. 12-13.

В Украине функционируют угольные котельные, оборудованные топками со слоевой или факельно-слоевой системой сжигания. Теплотехническая эффективность и экологическая безопасность таких котельных в значительной степени определяется качеством используемых углей.

Известно, что в развитых странах в топках такого типа сжигается только специально подготовленное топливо, подвергшееся обогащению, сортировке, обессериванию. При этом используется только «бездымное» топливо, при термическом разложении которого выделяется наименьшее количество летучих веществ.

Действующие на территории Украины стандарты на угли предлагают широкий спектр марок и сортов углей, технологическая и экологическая эффективность сжигания которых может колебаться в значительных пределах.

При попадании в топку угольная частица претерпевает комплекс термохимических превращений, в результате которых происходит выделение газообразных и жидких летучих веществ, разложение углеводородных компонентов летучих продуктов с образованием сажистого углерода, образование твердых продуктов пиролиза. Таким образом, при использовании угля в топке практически происходит сжигание трех видов топлива: газообразного, жидкого и твердого.

Интенсивность газовыделения в процессе термического разложения углей возрастает с увеличением выхода летучих веществ в угле. Интенсивность газовыделения при пиролизе угольных частиц марки Г в 2-3 раза выше, чем при пиролизе угольных частиц марок Т или СС. При высоких скоростях газов пиролиза и наличии в топливе мелких частиц они подхватываются потоком газов и выносятся из рабочего пространства топки.

Кроме этого, летучие продукты, выделяющиеся из углей, обладающих спекающими свойствами, характеризуются высоким содержанием углеводородных компонентов, разлагающихся с образованием низкореакционной сажи, которая не успевает сгореть и также выносится из рабочего пространства топки. Увеличение выноса и размера выносимых из топки угольных частиц при повышении выхода летучих веществ в угле неоднократно подтверждалось на практике.

В настоящее время эксперементально установлено, что при сжигании углей с высоким выходом летучих веществ марок Г, Д, ПЖ максимальный размер выносимых частиц из топки в 3 раза выше, чем для углей с более низким выходом летучих веществ марок Т, ПС и в 7-10 раз выше, чем для антрацитов. Интенсивно выделяющиеся газы в маленьких топках могут также не сгореть полностью, что обуславливает наличие в выбросах котельных газообразных продуктов неполного сгорания — оксид углерода, метан и другие углеводороды, включая ароматические, например бенз (а) пирен.

Итак, сравним выход летучих веществ при использовании разных марок угля: сортированный концентрат марки Г (ГОМ), уголь марки Т в рядовом (ТР) и сортированном виде (ТК, ТКОМ). Уголь марки ТК, ТКОМ характеризуется низким выходом летучих веществ 11,4-16,7 %, что в 2-4 раза ниже, чем у угля марки Г (40,4-45,8 %).

Уголь марки Т характеризуется также существенно более низким содержанием мелочи по сравнению с базовым рядовым углем марки Г — крупностью 6-0 мм — 12,0-21,4 и 29,9-42,8 %, крупностью 3-0 мм — 6,0-12,6 и 18,1-27,3 % соответственно. Недостатком угля марки Т является низкая скорость горения твердого углерода.

Для котельных, где требуется обеспечить высокую скорость горения, эффект может быть достигнут при использовании смесей углей Г и Т в соотношении 1:1, выход летучих веществ в которых составляет 27,5-34,7 %.

Подтверждением этих заключений могут служить результаты демонстрационного проекта «Чистый уголь», реализованного в Кузбассе. Испытания, проведенные на котельных различной мощности и конструкции, продемонстрировали высокие потенциальные возможности котельных установок по повышению к.п.д., снижению расхода топлива и загрязнения атмосферы за счет подбора топлив.

Рассмотрим рядовой уголь марки Г (ГР) и низкозольный сортированный уголь той же марки ГОМ (содержание мелочи — до 20 %). При замене угля марки ГР зольностью 17,4 % с содержанием мелочи 42,8 % на подготовленный уголь сорта ГОМ зольностью 8,4 % с содержанием мелочи 16,8 % обеспечивается снижение удельных выбросов пыли на 1 МДж произведенного тепла на 71 % на выходе из котла и на 66 % в выбрасываемых в атмосферу газах. В такой же степени снижаются удельные выбросы продуктов неполного сгорания топлива, индикатором которых является оксид углерода. Вследствие снижения концентрации пыли в потоке отходящих из топки газов и улучшения условий для дожига существенно возрастает степень ее озоления — на 43 %. Суммарные потери топлива со шлаком, пылью, уловленной в циклонах и выбрасываемой в атмосферу, снижаются на 46 %. Эти данные наглядно приведены на рис. 1. К.п.д. котла увеличивается с 72,04 до 82,4 % вследствие снижения тепловых потерь с механическим недожогом шлака и уноса, а также с физическим теплом шлака. Возможно дальнейшее увеличение к.п.д. за счет уменьшения высоты слоя топлива на решетке и снижения теплопотерь со шлаком.

На основании полученных результатов с целью сокращения выбросов в окружающую среду и снижения расхода топлива для котельных со слоевой системой сжигания целесообразно использовать уголь с выходом летучих веществ не выше 15-16 % («бездымное» топливо) в сортированном или рядовом виде.