Сравнение технологий сжигания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сравнение технологий сжигания

сжигание топка уголь торнадо

Опираясь на опыт работы, приведем сравнение трех типов: типовой схемы сжигания в топке типа ТЧЗМ с пневмомеханическими забрасывателями, топок «Торнадо» и самой передовой на сегодняшний день технологией сжигания - топки низкотемпературного кипящего слоя в форсированном режиме - (НТКС).

- Типовая схема сжигания в топке типа ТЧЗМ с пневмозабрасынателями хорошо известна и применяется повсеместно. Ее главные недостатки, большой недожог топлива, высокие выбросы оксидов, сажи, шлака и золы. Пониженный КПД.

- Топки торнадо - по сути - усовершенствованное слоевое сжигание, на механизированной слоевой решетке, но за счет переизмельчения топлива в тракте топливоподачи до размера куска менее 13 мм, и следовательно большого количества мелочи, а также форсированного и направленного по определенной схеме дутья, часть топлива сгорает в топочном объеме за завихрителем. Главный недостаток - при увеличении фракционного состава топлива более 13 мм топка превращается в обычную слоевую топку со снижением нагрузки в 1,5…2 раза. На каменных углях на больших нагрузках в таком режиме наблюдается сплошное шлакование топки с необходимостью ручной «подрезки» шлака.

- Топки НТКС, разработанные НИЦ ПО БЭМ, при обученном, опытном и грамотном персонале имеют лучшие на сегодняшний день показатели работы на буром и каменном угле (кроме особо спекающихся) и на любых топливных отходах имеющих калорийность от 1600 ккал/кг до 5500 ккал/кг и различных смесях топлив. Особенно успешным может быть применение НТКС на ТЭЦ и отопительных котельных с бурыми углями, или при сжигании различных отходов (от промпродукта до древесных отходов) пример - Читинская ТЭЦ-2.

Существовавшие ранее в старинном, классическом варианте НТКС проблема эксплуатации - локальный перегрев слоя или залегание частиц слоя и последующее спекание слоя в глыбы (зашлаковывание слоя) в настоящее время преодолены. Причины зашлаковывания - использование устаревшего «классического кипящего слоя», имевшего следующие недостатки: быстрое изменение температуры слоя - часто при растопке, неравномерное распределение топлива и дутья по слою, при высокой калорийности угля, появление крупных кусков и передозировка топлива, уменьшение дутья, укрупнение слоя.

В топках форсированного кипящего с частичной газификацией в слое эти проблемы практически отсутствуют, а преимущества, в том числе и экологические еще более значительны.

2. Сравнение топочных процессов

Далее приводится более подробное описание.

То что касается НТКС - материалы взяты из записки Пузырева Е.М. и из его же диссертации.

Слоевое сжигание с использованием механических топок (ТЛЗМ, ТЧЗМ, ТШПМ)

Область применения - сжигание каменных углей марки Д, Г, СС, Т.

а) Прямоходные решетки

б) Решетки обратного хода

Подготовка топлива - дробление до 50 мм.

Прямоходные решетки

При широком фракционном составе - прогары, образование жидкого шлака в продуваемых зонах, спеки, неравномерный подвод окислителя и как следствие повышенные потери в провале с химическим и механическим недожогом.

Решетки обратного хода (=50 мм)

За счет выноса мелочи при забросе топлива происходит выравнивание фракционного состава на решетке, возможна организация двухстадийного сжигания с частичной газификацией на решетке - организация горения в надслоевой зоне за счет острого дутья, снижение потерь в уносе и провале.

Проблемы

- сложность управления топочными процессами при изменении качественных характеристик и фракционного состава топлива;

- узкий диапазон используемых топлив;

- сложность конструкции механических решеток и высокие требования к качеству изготовления и ремонта.

Управление процессом требует постоянного подержания большого количества параметров в оптимальном соотношении. Эта взаимосвязь постоянно нарушается. В следствии чего повышенные потери плюс конструктивные характеристики топок (малая высота).

Однако, при стабильных характеристиках топлива и топливоподготовки, в указанном диапазоне топлив метод применим с реально достижимым КПД 70 % и предельными параметрами по экологии.

Слоевое сжигание с использованием завихрителя «Торнадо»

Снижение потерь с механическим недожогом за счет увеличения времени пребывания частиц определенного (предельного) размера в топочной камере (инерционное удерживание).

В остальном все недостатки слоевого сжигания плюс усиленное влияние на потери фракционного состава топлива, при проскоке кусков более 13 мм и снижение нагрузки.

Диапазон поддержания соотношения регулируемых параметров более жесткий, увеличение количества регулируемых параметров.

Диапазон используемых топлив:

- низкозольные бурые;

- каменные Д, СС, Г, Р.

Метод применим в зоне производительности до 25 т/ч. КПД сильно зависит от контроля за соотношением параметров и работой системы подготовки и подачи топлва.

Низкотемпературный форсированный кипящий слой с частичной газфикацией и развитой внутритопочной циркуляции частиц

НИЦ ПО «Бийскэнергомаш» много лет занимается разработкой и внедрением технологии форсированного низкотемперетурного кипящего слоя (НТКС).

В классическом пузырьковом кипящем слое (КС) низкотемпературное сжигание обеспечивается отводом тепла от слоя к топочным экранам и погруженным поверхностям нагрева. Отвод тепла соответствует разнице между теплом, вводимым с воздухом и топливом (в основном теплота сгорания) и теплом, выносимым уходящими газами и частицами. В силу низкой (несколько процентов) концентрации горючих в золе, топочные процессы характеризуются малыми потерями горючих с выводимой из слоя золой.

Вместе с тем, опыт внедрения КС выявил присущие ему недостатки.

Из-за опасности спекания классический КС имеет узкий диапазон регулирования нагрузки и характеризуется повышенными требованиями к качеству дробления угля. Наиболее приемлемым регулированием для КС является секционирование топки с отключением нескольких секций, которое на практике трудно реализуется.

Из-за малых скоростей топки КС имеют большую площадь и достаточно громоздки. Применение погруженных поверхностей нагрева сопровождается их золовым износом.

В промышленной энергетике зарубежных стран успешное распространение топок КС обусловлено существующими жесткими требованиями по нижней и верхней границам размера частиц топлива, уголь поставляется в сортированном виде. В России уголь не сортируется. Дробление угля в котельной не надежно, сопряжено с переизмельчением и потерями топлива в уносе, повышенными выбросами частиц в атмосферу.

Более широко за рубежом применяются схемы ЦКС. По теплонапряжению они приближаются к уровню камерного сжигания и характеризуются активной рециркуляцией унесенных частиц. Средний размер частиц золы в ЦКС 150400 мкм, что гораздо ниже, чем в КС, где он составляет 25 мм. Скорости потока дымовых газов в 2-5 раз выше, чем для КС и слой удерживается в топке ЦКС только благодаря мощной системе улавливания с циклоном и специальному тракту возврата с пневматическим клапаном. Циркулирующие частицы заполняют весь топочный объём, равномерно распределяют в нем выгорание и отвод тепла к топочным экранам. Равномерность тепловыделения и изотермичность в надслоевом объёме дополнительно повышается при подаче значительной (до 60-70%) доли воздуха в виде вторичного дутья.

Недостатками топок ЦКС являются: повышенные, по сравнению с КС затраты на измельчение топлива; сложность обеспечения заданного размера подаваемых в топку частиц, особенно каменных углей и антрацитов; сложность растопки, т.к. требуется предварительный прогрев больших масс частиц слоя; повышенные напоры дутья и затраты электроэнергии на привод воздуходувок; сложность котельной установки ЦКС с громоздкими циклонами и трактами циркулирующих частиц.

Другим существенным недостатком топок и котлов ЦКС является использование больших (до 200 кг на 1 кг подаваемого угля) потоков циркулирующих частиц и их значительное абразивное воздействие на элементы оборудования. Наличие горячих крупногабаритных циклонов, линий слива частиц и высоких топок создает труднопреодолимые проблемы для внедрения этой технологии при модернизации и реконструкции существующих котельных установок. Схемы ЦКС в отечественной энергетике имеют ограничения по применению из-за конструктивных и технологических сложностей и высокой стоимости.

С учётом указанных недостатков схем КС и ЦКС технология сжигания в форсированном низкотемпературном кипящем слое (НТКС) является более приемлемой.

Данная технология учитывает вид топлива, профиль котла и сочетает в себе наиболее важные преимущества топок КС и ЦКС, а именно:

1. Форсированный режим, т.е. высокая скорость ожижения, обеспечивает: более надежное перемешивание материала слоя и увеличение диапазона регулирования нагрузки; значительно меньшую чувствительность к качеству дробления угля; меньшую площадь воздухораспределительной решетки, позволяя вписать топку НТКС практически во все имеющиеся профили отечественных котлов Бийского, Дорогобужского, Белгородского и других котельных заводов с организацией в топочном объёме надёжной сепарации и удержания частиц в надслоевой зоне. Форсировка слоя, в совокупности с внутритопочной циркуляцией частиц и частичной газификацией топлива, способствует хорошему заполнению топки циркулирующими частицами, интенсифицирует теплообмен и обеспечивает горение практически во всем объёме топки, подобно ЦКС.

2. Использование свободного кипящего слоя (без погруженных в слой поверхностей нагрева), упрощает конструкцию, облегчает обслуживание котла, снижает затраты на ремонт и эксплуатацию.

3. Применение низкотемпературного топочного процесса позволяет сохранить экологические преимущества ЦКС и в совокупности с форсированием и использованием свободного слоя снимает главную проблему - зашлаковывание слоя при низком качестве топливоподготовки.

В данной технологии важная роль отводится учёту поведения различных типов углей при горении в кипящем слое, т.к. это предопределяет конкретные особенности организации топочного процесса. Для топлив с высокой реакционной способностью и большим выходом летучих (древесные отходы, торф, бурые угли) возможны более простые схемы организации топочного процесса. Для антрацитов, каменных и тощих углей требуются дополнительные мероприятия для снижения механического недожога.

При реконструкциях указанная технология позволяет встраивать топки НТКС в существующие профили котлов с использованием их элементов и топочного объёма и, следовательно, сохранять инфраструктуру действующих электростанций и котельных, значительно снижая затраты на строительные, проектные и монтажные работы.

Размещено на Allbest.ru