Белялов Александр АнатольевичМагистерская работа |
| "Разработка тепловой работы котла с циркулирующим кипящим слоем на Старобешевской ТЭС" |
| Биография | Магистерская работа | Публикации | Литература |
Актуальность данной работы заключается в теоретическом обосновании технологических параметров процесса сжигания в ЦКС, построении модели котла по результатам полнофакторного эксперимента, а также определении оптимальных скоростей выноса частиц из слоя.
Цель и задачи работы: разработать тепловой режим АЦКС котла, исследовать аэродинамические характеристики топки, рассчитать скорости витания и псевдоожижения угольных частиц и материала слоя.
Большая часть углей украинских месторождений относится к категории низкокачественных и использование их в энергетике требует применения специальных технологий.
Мировой опыт свидетельствует не только о принципиальной возможности сжигания низких сортов топлива, но и о высокой эффективности и экологической чистоте этих технологий. Подобные технологии давно применяются в США, Германии, Франции, Швеции, Испании, Канаде, Китае и в других странах.
Перспективы развития тепловой энергетики Украины связаны с использованием угля, который является основным местным энергоносителем органического происхождения. Сегодня твердотопливная энергетика находится в тяжёлом положении, что обусловлено, с одной стороны, недостаточной добычей и высокой зольностью энергетического угля, с другой - физическим износом и моральным старением генерирующего оборудования. Котлоагрегаты тепловых электростанций (ТЭС), построены в основном в 60 - 70-х годах двадцатого века по технологии пылевидного сжигания с жидким шлакоудалением, способны работать на угле с повышенной зольностью лишь в случае его сжигания вместе с природным газом или мазутом, доля которых увеличивается с увеличением зольности твёрдого топлива. Кроме того, они не соответствуют современным экологическим нормам (отсутствуют системы серо- и азотоочистки). Поэтому актуален вопрос о реконструкции котлоагрегатов, которые исчерпали свой ресурс, с использованием современных высокоэффективных и экологически чистых методов термической переработки энергетического угля. К таким методам, в первую очередь, стоит отнести технологию сжигания в циркулирующем кипящем слое (ЦКС).
Процесс сжигания в ЦКС идёт при относительно низких температурах (850 - 900°С) и характеризуется высокими коэффициентами теплоотдачи, равномерным распределением температур в слое, его термической инерционностью и стабильностью. Кроме того, возможно обеспечение жёстких экологических требований относительно выбросов оксидов азота и серы без применения громоздких и дорогостоящих установок для очистки от вредных выбросов. Особенностью технологии сжигания твёрдого топлива в КС и ЦКС является организация процесса сгорания как в слое, так и в надслоевом пространстве с возвратом и многократной циркуляцией топливных частиц в реакционной зоне.
Использование технологии кипящего и циркулирующего слоя на ближайшие 10-20 лет является наиболее перспективным методом реконструкции и строительства новых энергоблоков и промышленно-отопительных котлов производительностью от 6-10 до 800 тонн пара в час. К несомненным преимуществам технологии КС и ЦКС относится: экологическая чистота, возможность использования топлив с высокой зольностью (40-55 %) и низкой теплотой сгорания (на уровне 13397 кДж/кг), широкий диапазон регулирования мощности установок (30-100 % Nном), возможность работы в маневренном режиме.
Важнейшим преимуществом использования новой технологии сжигания топлива является возможность использования отходов углеобогащения. На обогатительных фабриках Украины ежегодно вырабатывается около 6,5 млн. тонн отходов флотации. Использование таких отходов в топках с кипяцим слоем возможно при соответствующей подготовке.
В условиях дефицита оборотных и инвестиционных средств на кардинальную реконструкцию, на первый взгляд кажется, что малозатратная реновация ТЭС путём замены отдельных узлов будет наиболее экономически оправданным методом минимизации расходов на их обновление. Однако следует отметить, что осуществление варианта ремонта, основанного только на продлении ресурса, приведёт к накоплению устаревшего оборудования и прогрессированию процесса его старения, снижению эффективности работы и росту затрат на ремонт, перерасходу топлива, ухудшению экологии. В результате затраты на многократное продление ресурса и издержки, связанные с перерасходом топлива, будут сопоставимыми со стоимостью кардинальной реконструкции.
Суть технологии ЦКС заключается в обеспечении циркуляции дисперсного материала, состоящего на 97…99 % из золовых частиц, по замкнутому контуру: топка - сепаратор - тракт рециркуляции - топка. При этом скорость газов в топочной камере превышает скорость витания для большей части фракций дисперсного материала. Это приводит к тому, что в отличие от стационарного кипящего слоя не существует чётко выраженной границы между кипящим слоем и надслоевым пространством. Вся топка заполнена дисперсным материалом, концентрация которого без выраженных скачков изменяется от максимума на воздухораспределительной решётке до минимума в верхней части топки. Такое изменение связано с внутритопочной циркуляцией твёрдой фазы, играющей роль в сглаживании температурных градиентов в пределах топки. Непосредственно на воздухораспределительной решётке существует так называемый плотный слой, состоящий из наиболее крупных частиц. Он обеспечивает равномерное распределение по решётке возвращаемого из сепаратора дисперсного материала, но при этом его высота и соответственно сопротивление определяют большую часть (70…80%) аэродинамического сопротивления топки.
Технология ЦКС обеспечивает эффективную и устойчивую работу котла на широкой гамме топлива (Ар = 10…80 %; Wр = 0…60%; Qн = 3,8…29 МДж/кг; Vг = 3…90 %). Из существующих промышленно опробованных методов сжигания топлива технология ЦКС позволяет обеспечить наиболее глубокое внутритопочное подавление выбросов NOx и SO2. Содержание NOx в дымовых газах (приведенное к α = 1,4) не превышает 400 мг/м³, а степень связывания SO2 составляет 85…95 %.
Существует несколько промышленно освоенных модификаций технологии ЦКС. Их разновидностями являются технология фирмы "Лурги" (Германия), технология "Пирофлоу" фирмы "Альстрем" (Финляндия), технология "Циклофлюид" фирмы "Дойче Бабкок" (Германия) и др. Наиболее крупные находящиеся в эксплуатации установки, представлены первой и второй технологиями. Принципиальные схемы ЦКС-котлов "Лурги" и "Пирофлоу" представлены на рисунках 1 и 2 соответственно.
| Биография | Магистерская работа | Публикации | Литература |