Рисунок 1 – Принципиальная схема топки с кипящим слоем
Авторы: Козлов Д.А. Марченко М.В., Клепиков А.С.
Источник: Сборник: Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. Материалы конференции. Белгород, 2021. С. 4081-4084.
В настоящее время в России, с увеличением стоимости на традиционные энергоносители, повышается интерес к нетрадиционным, а именно к отходам растительного происхождения (лузга подсолнечника, гречихи, риса и др.). И в первую очередь у представителей сельскохозяйственной отрасли, так как стоимость утилизации данных отходов недешева, а также создание таких отвалов ухудшает экологию с/х регионов.
Огромное их количество накапливается при переработке зерновых культур и составляют по отношению к массе собранного урожая, %: пшеница – 175, кукуруза – 120, рис – 180, соевые бобы – 260 хлопок – 300 [1]. Поэтому, имея такую топливную базу, можно рассмотреть такой способ утилизации, как сжигание данных отходов с получением полезной энергии [1].
Одним из наиболее эффективных методов сжигания таких видов топлива является сжигание в топках с кипящим слоем (КС). Кипящим слоем (или псевдоожиженным) называют совокупность мелких, твердых частиц, которые под действием восходящего потока воздуха витают в объеме топки. По своим свойствам КС похож на жидкость, поэтому подчиняется законам гидростатики. Достаточное количество воздуха и интенсивное перемешивание среды исключает механический недожог топлива, а поэтому КПД котельного оборудования возрастает с 60-70% (при слоевом сжигании) до 80-85%.
Котлы с КС делятся на агрегаты:
Рисунок 1 – Принципиальная схема топки с кипящим слоем
Основным элементом топок с ВТКС является наклонная цепная колосниковая решетка, устанавливаемая в нижней части топки. Она представляет собой движущуюся ленту, на которую подается топливо и где образуется КС. Решетка обеспечивает распределение воздуха в кипящем слое и удаляет из топки шлак [2].
Сжигание топлива в топках с ВТКС происходит в два этапа: непосредственно в кипящем слое, где происходит пиролиз и газификация топлива, и в верхней части топки, куда дополнительно подается воздух, необходимый для дожигания топлива и продуктов газификации. Максимальный размер частиц топлива для них может составлять 50 мм.
Мощность таких котлов может изменяться в широком диапазоне (20...100 %), их достаточно легко эксплуатировать. При необходимости такие котлы могут быть переоборудованы для работы на жидком топливе или газе [3]. Недостатки котлов с ВТКС – наличие в топке движущихся элементов и необходимость установки дополнительного оборудования для снижения выбросов вредных веществ в атмосферу.
НТКС используется в водогрейных или паровых котлах мощностью до 40 МВт. Допустимый размер частиц для таких котлов обычно составляет 13…15 мм. Сжигание осуществляется в диапазоне температур 800...950 °С, что позволяет существенно снизить объем вредных примесей (оксидов серы и азота) в дымовых газах [4].
Основным недостатком НТКС является узкий диапазон регулирования температуры, что затрудняет регулировку производительности котла. Если температура слоя опускается ниже 750 °С, горение становится неустойчивым. Если поднимается выше 950 °С, в слое начинается образование шлака. И то, и другое может привести к остановке котла.
Несмотря на это такой вид топок используется чаще по некоторому ряду причин. Во-первых, как было указано выше в них весьма успешно подавляется образование соединений азота, что позволяет избавиться от дополнительных расходов на установку и применение дорогостоящих систем по снижению образования оксидов азота. Во-вторых, сравнительно низкая температура внутри топки позволяет использовать погружную поверхность нагрева, коэффициент теплоотдачи которой высок ввиду того, что горячие частицы топлива непосредственно соприкасаются с поверхностью нагрева и отдают часть своей теплоты теплопроводностью. В-третьих, во избежании шлакования поверхностей нагрева необходимо вводить воду или пар в топку для снижения температуры слоя, но кипящий слой имеет высокие свойства абразивности, так что топки с его применением не склонны к шлакованию [5].
Таким образом, использование топок с низкотемпературным кипящим слоем является хорошим методом утилизации отходов сельского хозяйства. Используя наработанный научный опыт, данный сегмент энергетики может стать очень востребованным в отдаленных с/х угодьях для обеспечения собственных нужд, а также на пищевых производствах с высоким коэффициентом отходов первичного сырья.