Combustion de combustibles en lit fluidisé. Chaudières domestiques à lit fluidisé circulant

Une combustion efficace de combustible solide à grains fins (0-20 mm) peut être obtenue en utilisant le principe d'un lit fluidisé (fluidisé), dont l'utilisation dans la gazéification du combustible, dans la métallurgie ferreuse et non ferreuse, le raffinage chimique et pétrolier, la construction et d'autres industries ont permis d'intensifier considérablement un certain nombre de processus technologiques.

Une couche fluidisée se caractérise par une vitesse de l'air primaire qui dépasse la limite de stabilité d'une couche dense, mais est loin d'atteindre la vitesse d'envolée des particules moyennes. Dans ces conditions, toutes les particules de la couche sont intensément mélangées, se déplaçant de haut en bas de manière oscillatoire, et en général, la couche a une limite supérieure relativement claire. Pour lit fluidisé combustible solide caractérisé par une concentration accrue dans le volume de la chambre de combustion, ainsi qu'une vitesse relative accrue dans la couche w0tп, ce qui crée Conditions favorables pour une combustion à grande vitesse du carburant. Contrairement à la couche dense (fixe), traînée aérodynamique qui augmente avec l'intensité du souffle selon une loi de puissance, dans un lit fluidisé, la résistance ne dépend pas de ce facteur (Fig. 6.10, a).

À faible vitesse de soufflage, la couche reste immobile et agit comme un filtre. Lorsque la vitesse critique de soufflage est atteinte, la force de pression du flux gazeux dans la couche devient égale à la force de gravité des particules. La couche commence à se dilater et, avec une nouvelle augmentation de la vitesse de l'air, les particules commencent à se déplacer. Le volume de la couche augmente de 1,2 à 1,8 fois en fonction de l'intensité de l'explosion, de la forme et de la taille des particules. La résistance du lit fluidisé ne change pas avec une modification de l'intensité du souffle, car cela augmente la distance entre les particules, c'est-à-dire que la surface d'écoulement du gaz augmente. Si la vitesse de soufflage augmente de manière excessive, la couche entière se retrouve suspendue et peut être retirée de la chambre de travail.

Une couche fluidisée, comme un liquide, est caractérisée par une loi linéaire de chute de pression sur sa hauteur (Fig. 6.10, b). La pression (résistance) dans un lit fluidisé est proportionnelle à sa hauteur et à la densité de la matière « bouillante ». Contrairement à une suspension pneumatique, où la vitesse relative des particules et du gaz s'approche de zéro, pour un lit fluidisé dans des
périodes (lorsque les particules tombent), elle atteint plusieurs mètres par seconde.

La première utilisation du principe du lit fluidisé dans un appareil de combustion a commencé en 1944 grâce aux travaux de l'Institut de l'énergie de Moscou sur les combustibles à grains fins à faible réaction (AS, brise de coke), puis sur les lignites. Caractéristique trait distinctif Les fours MPEI sont un système en deux étapes pour organiser le processus de combustion. Les fours à lit fluidisé sont utilisés comme première étape, où des préparation thermique combustible : chauffage, séchage et dégagement de gaz inflammables à haute température. Le deuxième étage d'un four à lit fluidisé est une chambre de postcombustion pour le gaz combustible émis par le lit fluidisé et les particules d'entraînement préparées thermiquement qu'il contient.

Lorsque de tels foyers fonctionnent aux CENDRES, environ un tiers de l'air requis pour combustion complète carburant. La formation de gaz dans un lit fluidisé (Fig. 6.11) se produit de la même manière que la formation de gaz dans une couche dense, cependant, les zones d'oxygène et de réduction ont des épaisseurs accrues. La température du lit fluidisé est maintenue à un niveau empêchant la fusion des cendres, afin d'éviter la scorification de la couche. Ceci peut être réalisé en installant des surfaces de refroidissement en une couche, en faisant recirculer gaz de combustion et etc.
Dans un lit fluidisé fonctionnant normalement, il n'y a pas de scories fondues.

Une température relativement élevée et assez uniforme sur la hauteur du lit (lors du fonctionnement sur un brûleur à cendres, elle est d'environ 1 000 °C), des conditions hydrodynamiques favorables déterminées par l'augmentation de la vitesse relative du gaz et la présence d'une surface d'oxydation suffisamment développée de particules fines. Le combustible granulé assure une productivité élevée du lit fluidisé comme premier étage d'un four semi-gaz avec couche d'eau bouillante. Dans les conditions considérées, le gaz inflammable émergeant de la couche a une température d'environ 1 000°C et une chaleur de combustion de 1,7 à 2,5 MJ/m 3 . Densité apparente flux de chaleur sur la grille de soufflage est q n =4,7/7 MW/m 2.

La deuxième étape d'un four à lit fluidisé pour la postcombustion et l'élimination des gaz peut être réalisée selon diverses options. En figue. 6.12 montre la disposition d'un four à lit fluidisé à chambre unique avec une chaudière à eau chaude ; Le deuxième étage du four à lit fluidisé est situé directement au-dessus du lit. Dans les conditions de production, un tel foyer fonctionnait avec de la brise de coke et du charbon de la région de Moscou. Taille du carburant 0-20 mm. Energie thermique eau chaude chaudière de chauffage environ 5 MW. Lorsqu'on travaille avec de la brise de coke (Ar = 17,33 % ; Wp = 19,85 %), environ 30 % de la quantité totale d'air nécessaire à la combustion pénètre sous la grille, qui a section en direct 3-4%. Le reste de l'air est amené à la chambre de combustion au-dessus du lit fluidisé par deux rangées de tuyères. Le refroidissement nécessaire du lit fluidisé pour mettre en œuvre le mode sans scories (1000°C) est réalisé par des surfaces refroidies à l'eau situées dans le lit fluidisé et incluses dans le système de circulation de la chaudière.

Le coefficient de transfert de chaleur du lit fluidisé à la surface de refroidissement est d'environ 250 à 400 W/(m 2 *K). Il était également prévu l'injection d'eau directement dans le lit fluidisé pour pouvoir réguler sa température si nécessaire. Lors du travail sur du charbon de qualité BM près de Moscou (A p = 19,8 % ; W p = 33,84 %), environ 50 à 60 % de l'air total était fourni à la couche, la température de la couche était maintenue à 900 °C. Le maintien de la teneur en cendres souhaitée de la couche, qui empêche son extinction et assure de petites pertes dues au sous-combustion mécanique avec soufflage, est réalisé par un « soufflage » continu ou périodique de la couche à travers cloaque. La hauteur de la couche à l'état d'ébullition est maintenue entre 600 et 800 mm. La pression d'air requise sous la grille est de 3 400 à 3 900 Pa. Lors de travaux sur du charbon de coke, la consommation de carburant est d'environ 0,3 kg/s et lors de travaux sur du charbon près de Moscou, de 0,5 kg/s. Dans ce cas, la densité apparente du flux thermique de la grille de soufflage était q H - 4,8 MW/m 2 avec une densité volumétrique de dégagement de chaleur pour l'ensemble de la chambre de combustion g y = 0,17 MW/m.

En figue. La figure 6.13 montre quelques autres options pour le deuxième étage d'un four à lit fluidisé. Dans le schéma a - une variante d'un four à chambre unique avec un lit fluidisé, où l'air secondaire est fourni tangentiellement pour intensifier la combustion de l'air évacué ; sur le schéma b, le couplage des premier et deuxième étages de la Course à Double Chambre est réalisé à l'aide d'un brûleur turbulent spécial ; Dans le diagramme c, une chambre cyclonique avec élimination des scories liquides est utilisée comme deuxième étage d'un four à lit fluidisé. Dans les années 50, trois fours à lit fluidisé ont été construits et exploités en URSS, ce qui a démontré la possibilité d'une combustion efficace de divers combustibles à grains fins.

L'intérêt particulier porté à l'organisation de la combustion de combustibles dans un lit fluidisé est dû à un certain nombre de circonstances. Divers carburants peuvent être utilisés pour la combustion, y compris des carburants de qualité inférieure avec une granulométrie de 0 à 20 mm. Dans le même temps, les coûts énergétiques liés à la préparation du combustible sont considérablement réduits. L'emplacement des surfaces chauffantes dans un lit fluidisé, où le coefficient de transfert thermique est de 200-300 W/(m 2 *K), permet une réduction significative de la consommation de métal de l'installation. Travailler avec une couche à température relativement basse (800-1000°C) entraîne une réduction significative de la pollution atmosphérique par les composés soufrés, car la majeure partie reste dans la couche et est éliminée avec les cendres. Pour augmenter le degré de capture du soufre, de la chaux ou de la dolomite peuvent être ajoutées au lit fluidisé. En raison de la basse température, les gaz sortant du lit fluidisé ne contiennent pratiquement pas d'oxydes d'azote. La sublimation des composés alcalins présents dans les cendres de combustible est également réduite, ce qui conduit à une moindre contamination des surfaces chauffantes.

Diagramme schématique Une chaudière avec un four à lit fluidisé avec une partie des surfaces chauffantes placées dans le lit est illustrée à la Fig. 6.14. Il est prévu le retour au four des résidus capturés du lit fluidisé, qui contiennent généralement une quantité importante de carbone imbrûlé. Un schéma avec postcombustion des gaz d'échappement dans un dispositif spécial est également possible. Actuellement, divers fours à lit fluidisé sont en service à l'étranger et en URSS, y compris ceux pour chaudières à haut débit de vapeur, ainsi que ceux fonctionnant sous pression (jusqu'à 1 MPa), ce qui conduit à une intensification supplémentaire du processus de combustion des combustibles solides. et l'amélioration des indicateurs techniques et économiques.

Parallèlement à la combustion de combustible solide dans un lit fluidisé, combustion efficace combustibles gazeux et liquides. Pour ce faire, une couche fluidisée de matériau inerte(sable, éclats de brique etc.) dans lequel du gaz ou du combustible liquide est brûlé. Les surfaces chauffantes des chaudières peuvent également être installées dans un tel lit fluidisé, ce qui intensifie le transfert de chaleur.

Les fours technologiques à lit fluidisé sont également largement utilisés dans l'industrie, notamment pour la cuisson de divers matériaux soufrés (pyrites, concentrés de cuivre et de zinc, etc.). Pour maintenir la température du lit à un niveau empêchant la formation de scories, des éléments refroidis sont utilisés, situés dans le lit fluidisé et évacuent l'excès de chaleur. Ces éléments produisent généralement de la vapeur. Pour plus d'informations sur ces installations de technologie énergétique, voir le chapitre. 18.

Introduction

Pour fournir de la chaleur au complexe de surface et chauffer les puits, les mines ukrainiennes utilisent leurs propres chaufferies, dont un nombre important fonctionnent au combustible solide. Cela est dû aux réserves suffisantes de charbon thermique, cependant, la part du charbon détérioré, avec une teneur en cendres allant jusqu'à 50 %, dans le bilan total des combustibles solides du pays approche les 39 % et, à l'avenir, augmentera. en raison du développement de coutures fines. Lors de la combustion de charbons riches en cendres, l'efficacité des chaudières à charbon diminue, leur capacité de chauffage n'atteint pas la valeur de conception et, par conséquent, la fiabilité de l'approvisionnement en chaleur des consommateurs diminue.

Un des technologies efficaces la combustion de charbons de faible qualité et à haute teneur en cendres (jusqu'à 80 %) consiste à utiliser un lit fluidisé à basse température (LTFL). Cette méthode de combustion de carburant est différente haut niveau mélange de combustible et de comburant, temps de séjour accru du combustible dans la zone de combustion par rapport aux fours à couches, évacuation intensive de la chaleur vers les surfaces chauffantes, absence de pièces mobiles dans le volume de combustion, possibilité de brûler des combustibles dans une seule unité composition différente et la qualité, réduite à 1 à 5 % de teneur en carburant dans la couche. La technologie NTKS facilite l'allumage du carburant, empêche le frittage des particules de carburant et la scorification des surfaces chauffantes par convection.

1. Pertinence du sujet

En lien avec l'augmentation de la part de charbon de qualité dégradée, avec une teneur en cendres allant jusqu'à 50 %, associée à une augmentation du nombre de filons minces dans le pays, il est important d'utiliser des chaufferies à basse température lit fluidisé pouvant utiliser ce type carburant.

Actuellement, le contrôle d'une chaudière à lit fluidisé basse température est effectué manuellement par l'opérateur et n'est pas toujours réussi et, de ce fait, s'accompagne d'un arrêt forcé des équipements improductifs, et dans le pire des cas, d'un arrêt complet de le processus technologique.

Ces chaufferies sont utilisées depuis longtemps en Ukraine. Pendant toute la période, aucune amélioration n’a été apportée aux systèmes d’automatisation des installations. Dans le contexte de restructuration et de transition vers les mécanismes de marché dans le secteur énergétique ukrainien, les exigences en matière de chaufferies augmentent. Malheureusement, les équipements obsolètes ne sont pas capables d'amener la chaudière aux caractéristiques requises. Il est nécessaire de moderniser les équipements d’automatisation de la chaufferie.

2. Caractéristiques de l'objet d'automatisation

La combustion en lit fluidisé est l'une des technologies permettant de brûler des combustibles solides dans chaudières à énergie, dans lequel une couche fluidisée de particules de combustible est créée dans le four et matériaux incombustibles. Cette technologie a été introduite dans le secteur de l’énergie par l’industrie chimique dans les années 1970. .

Figure 1 – Méthodes de combustion de combustibles solides
(animation : 4 images, 20 boucles, 26 kilo-octets)

2.1 Technologies de combustion

Dans un flux de gaz ascendant, une charge de particules solides peut être dans trois états :

• au repos, lorsque la vitesse du gaz est faible et qu'il ne peut pas soulever de particules - typique des fours à couches ;
• en mode de transport pneumatique, lorsque les particules sont transférées avec un flux de gaz rapide - dans des fours à chambre ;
• dans un état fluidisé à une vitesse de gaz intermédiaire, lorsque, en traversant la couche, il « écarte » les particules et augmente son épaisseur, diminuant la densité, mais n'est pas capable de transporter la particule au-delà de la couche. Ce dernier mode est créé dans les fours à lit fluidisé.

Le lit fluidisé peut être à haute ou à basse température (800 à 900 °C ; actuellement, pour diverses raisons, cette dernière est presque toujours utilisée) ; En particulier, il supprime très efficacement le dégagement d'oxydes d'azote et il est possible d'utiliser une surface immergée sur laquelle le coefficient de transfert thermique est exceptionnellement élevé (les particules de combustible chauffées entrent en contact direct avec elle, et une partie de la chaleur n'est pas transférée par convection, mais par conductivité thermique). Pour ajuster la température de la couche afin d'éviter les scories, vous pouvez introduire de l'eau et de la vapeur, mais en principe, en raison de la forte abrasivité de cette couche, les foyers qui l'utilisent ne sont pas sujets aux scories.

Une quantité importante de charges inertes est introduite dans le lit fluidisé - scories, sable, dolomite, calcaire ; ils augmentent le transfert de chaleur. La dolomite et le calcaire lient en outre jusqu'à 90 % des oxydes de soufre en carbonates. Le combustible peut être du charbon (y compris sous forme de résidus présents dans les cendres des chaudières à faible rendement), du schiste bitumineux, de la tourbe, du bois et d'autres déchets.

Les fours à lit fluidisé ne sont pas sensibles à la qualité du combustible en termes de composition chimique, mais sensible à l'homogénéité composition factionnelle particules de carburant et remplissage inerte. La combustion dans ces foyers est plus intense que dans les foyers à couches classiques, leurs dimensions sont plus petites ; ils nécessitent cependant la création d'une grille de répartition de l'air et d'un ventilateur de plus grande puissance. D'autres inconvénients de ce type de foyer comprennent :

• élimination jusqu'à 20 à 30 % du carbone total du combustible (il est donc recommandé d'utiliser ces fours lorsqu'il est possible de brûler des résidus de taille 0 à 1 mm dans l'espace de travail de la chaudière) ;
• scories de l'espace inter-buses et des buses elles-mêmes des grilles de distribution d'air avec une pression d'air dynamique insuffisante ;
• usure abrasive très élevée des surfaces de transfert de chaleur, particulièrement élevée pour les surfaces submersibles.

L'effet d'une combustion intense, similaire à celui observé lors d'une combustion en lit fluidisé, peut être obtenu en secouant constamment la grille avec des morceaux de combustible de toute taille ; mais en raison de la diminution de la résistance du métal de la grille aux températures élevées, cette méthode est difficile à mettre en œuvre en pratique.

Les fours à lit fluidisé sous pression jusqu'à 16 kgf/cm² avec purification en profondeur du gaz des cendres peuvent être utilisés pour organiser le fonctionnement de turbines à gaz utilisant un combustible solide (dans le cadre d'un générateur de vapeur haute pression PGU)

2.2 Description de la technologie NTKS

DANS dernières années se manifeste intérêt accru aux chaudières équipées de fours fluidisés ou à lit fluidisé (Figure 2). Ces foyers occupent une position intermédiaire entre les foyers combustion en couches et une torche. Ce qu'ils ont en commun avec les foyers à couches, c'est tout d'abord la possibilité de brûler des matériaux broyés avec des morceaux allant jusqu'à 10 à 20 mm et la présence d'une grille à travers laquelle l'air est amené à la couche. À mesure que la vitesse de l'air soufflé à travers la couche augmente, il arrive un moment où la force aérodynamique agissant sur chaque particule de carburant dépasse les forces de frottement mutuel des particules. Une nouvelle augmentation du débit d'air entraîne une pseudo-liquéfaction des particules de combustible, la couche semble bouillir (d'où le nom de lit fluidisé), sa hauteur et sa porosité augmentent.

La vitesse minimale à laquelle commence la pseudo-liquéfaction est appelée première vitesse critique Wcr1 ; à la deuxième vitesse critique Wcr2, la force aérodynamique devient égale à la force gravitationnelle des particules de carburant et leur élimination intensive de la couche commence. Ces deux paramètres ont des valeurs strictement définies uniquement pour un matériau monodispersé à densité constante, et la couche, comme on le sait, est constituée d'un matériau inerte polyfractionné et de particules de carburant de différentes densités.

Les vrais appareils de combustion à lit fluidisé fonctionnent à des vitesses de Wcr1 à Wcr2. Il existe des fours à lit fluidisé régulier ou fixe (lorsque la vitesse dans celui-ci est proche de Wcr1) et des fours à lit fluidisé circulant (lorsque la vitesse est proche de Wcr2). Dans ce dernier cas, une partie importante du combustible non brûlé est retirée de la couche, qui est ensuite capturée dans des cyclones chauds et renvoyée pour être brûlée.

Il est important de noter que dans les fours à lit fluidisé, la quantité de matériau combustible représente généralement une petite fraction de la masse du lit ; elle est basée sur un matériau inerte ou des cendres de combustible (lors de la combustion de charbons à haute teneur en cendres). Le mélange intensif de particules solides sous l'influence de l'air liquéfiant traversant une couche de matériau granulaire permet un transfert accru de chaleur et de masse dans la couche. L'immersion des surfaces chauffantes dans une couche fluidisée permet de maintenir la température à un niveau auquel la couche ne se scorie pas.

Figure 2 - Schéma d'une chaudière à lit fluidisé fixe à pression atmosphérique :
1 – panneaux générateurs de vapeur ; 2 – écran à membrane ; 3 – cyclone ; 4 – filtre ; 5 - cheminée; 7 – charbon; 8 – calcaire ; 9 – particules solides du cyclone ; 10 – transport aérien; 11 – air comburant ; 12 – élimination des scories ; 13 – lit fluidisé.

Les principaux avantages de la méthode de combustion de combustible solide dans un lit fluidisé sont les suivants :

• un coefficient de transfert thermique élevé est assuré ;
• le séjour prolongé des particules dans la couche permet la combustion de charbon à forte teneur en cendres et de déchets de production ;
• il devient possible de créer un appareil de combustion plus compact sans système de dépoussiérage, tandis que les coûts d'investissement spécifiques pour la construction d'une chaufferie, ainsi que les coûts de réparation, sont réduits ;
• l'ajout de calcaire à la couche lie le soufre du carburant aux résidus de cendres, ce qui réduit les émissions de dioxyde de soufre de gaz de combustion dans l'atmosphère;
• les basses températures dans la couche (800-950°C) garantissent l'absence d'oxydes d'azote thermiques, ce qui réduit dans certains cas les émissions d'oxydes d'azote dans l'atmosphère.

Une vaste expérience dans l'utilisation d'appareils de combustion à lit fluidisé dans le secteur de l'énergie a été accumulée en Allemagne, aux États-Unis, en Finlande et dans certains autres pays. Ces dernières années, une grande attention a été accordée aux fours à lit fluidisé circulant. Ces chaudières se distinguent principalement par la présence de cyclones, dans lesquels sont captées les grosses particules retirées de la couche (Figure 3). La tension thermique de la section dans de tels fours atteint 4 à 8 MW/m² et la vitesse des gaz dans la couche est de 3 à 8 m/s. Des paramètres similaires pour les fours à lit fluidisé stationnaire sont respectivement de 2 MW/m². et 1 à 2,5 m/s. Les fours à lit fluidisé circulant diffèrent davantage haut degré En cas d'épuisement du combustible (environ 99 % contre 90 à 95 % pour les chaudières à lit fluidisé stationnaire), elles peuvent fonctionner avec un taux d'excès d'air plus faible (1,1 à 1,15 au lieu de 1,2 à 1,25).

Le système d'alimentation en combustible des chaudières à lit fluidisé circulant est plus simple, elles sont moins exigeantes sur la qualité du combustible et sont mieux adaptées à sa combustion étagée, nécessaire pour réduire les émissions d'oxydes d'azote. De tels fours permettent de lier plus de 90 % du soufre dans un rapport molaire Ca/S = 2, tandis que dans les fours à lit fluidisé stationnaire, il faut plus de calcaire (Ca/S = 3) pour lier 80 à 90 %. de soufre.

La plus grande chaudière à lit fluidisé circulant d'Europe a été construite par Zurgi à Duisburg (Allemagne). Au milieu de 1987, elle avait travaillé environ 10 000 heures. La capacité de vapeur de la chaudière est de 270 t/h, la pression de vapeur fraîche est de 14,5 MPa, la température de surchauffe est de 535°C.

Figure 3 - Schéma d'une chaudière à lit fluidisé circulant à pression atmosphérique :
1 – charbon et chaux ; 2 – air secondaire ; 3 – réacteur à lit fluidisé ; 4 – partie évaporation ; 5 – cyclone ; 6, 11 – chaudières à vapeur; 7 – précipitateur électrique ; 8 – aérotherme ; 9 – cheminée ; 10 – cendres ; 12 – refroidisseur de matériaux ; 13 – aérien ; 14 – air primaire.

Récemment, la recherche sur les fours à lit fluidisé sous pression s'est considérablement développée (Figure 4). Le principal avantage de tels fours est la possibilité de mettre en œuvre un cycle combiné, lorsque la vapeur générée dans la chaudière est utilisée dans une turbine à vapeur et les produits de combustion à haute pression sont utilisés dans une turbine à gaz. Dans le même temps, l'efficacité thermodynamique du cycle augmente et le dimensions appareils à combustion (près de 60% par rapport aux chaudières classiques) et diminution émissions nocives dans l'atmosphère.

L'introduction généralisée de chaudières équipées de fours à lit fluidisé sous pression est entravée par le fait qu'il existe encore un certain nombre de problèmes non résolus. Par exemple, les produits de combustion utilisés dans une turbine à gaz nécessitent un nettoyage minutieux. Les filtres en tissu ne peuvent pas être utilisés dans ce cas en raison de haute température les gaz et les collecteurs de cendres mécaniques ne fournissent pas le degré requis de purification des gaz. Deuxième problème non résolu– assurer la densité de l'installation fonctionnant sous pression jusqu'à 1,4 MPa.

Figure 4 – Schéma de principe d'une installation à lit fluidisé sous pression :
1 – unité de turbine à gaz ; 2 – les gaz d'échappement ; 3 – cyclone ; 4 – cendres; 5 – chambre à lit fluidisé sous pression ; 6 – usine de turbines à vapeur; 7 – charbon et chaux ; 8 – aérien.

En 1976, la société énergétique American Electric Power a annoncé la construction d'une unité de démonstration d'une capacité de 170 MW avec un four à lit fluidisé sous pression. Des tests préliminaires ont été réalisés sur une installation dense à Leasenhead (Royaume-Uni). Ils ont confirmé que les émissions de dioxyde de soufre et d'oxydes d'azote sont considérablement réduites et que les performances des appareils à pales des centrales à turbine à gaz et des produits de combustion sont augmentées.

2.3 Automatisation des chaudières

Le suivi de l'avancement du processus de chauffage, ainsi que la mise en œuvre des tâches de blocage d'urgence, assurent le maintien du régime technique en stricte conformité avec les normes. réglementations technologiques. La résolution de ces problèmes élimine complètement les arrêts de chaudière dus à des violations incontrôlées des réglementations technologiques et augmente également considérablement la sécurité de toutes les opérations. système technologique.

Figure 5 – Schéma structurel régulation des paramètres d'une chaudière équipée d'un four à lit fluidisé basse température :
1 – ventilateur soufflant ; 2 – Mécanisme exécutif du MEO ; 3 – lanceur de carburant ; 4 – chaudière ; 5 – cyclone à flux direct ; 6 – économiseur ; 7 – cyclones des premier et deuxième étages d'épuration des fumées ;
8 – extracteur de fumée ; 9 – pipeline d'appoint ; 10, 11, 12, 13, 14 – régulateurs pour le vide, le niveau, la libération des scories, le débit d'air et de carburant, respectivement.

Le schéma fonctionnel de l'automatisation des chaudières (Figure 5) prévoit les activités suivantes :

1. Surveillance des paramètres de suivi :

• température des fumées ;
• pression de l'air de soufflage ;
• vide dans le four de la chaudière ;
• température de l'air pendant l'allumage ;
• température dans la couche ;
• température de l'eau chaude ou pression de vapeur dans le tambour de la chaudière ;
• consommation d'eau chaude ou de vapeur ;
• courant du moteur du ventilateur soufflant ;
• courant du moteur d'évacuation des fumées ;
• pression avant et après carburant liquide;
• température du gaz devant l'économiseur et l'extracteur de fumées ;
• pression de l'eau devant les surfaces chauffantes immergées ;
• pression de l'eau chaude après la chaudière ;
• aspirer devant l'économiseur, cyclone, désenfumage ;
• teneur en oxygène des gaz de combustion ;
• niveau du lit fluidisé ;
• niveau d'eau dans le tambour de la chaudière (pour les chaudières à vapeur).

2. Alarme et protection :

• la pression de l'air de souffle est faible ;
• le vide dans le four est faible ;
• la température dans la couche est élevée ou basse ;
• manque de débit d'eau dans la chaudière ;
• la pression de la vapeur est élevée ;
• la température de l'eau est élevée;
• niveau d'urgence dans le tambour de la chaudière ;
• la température d'inflammation est élevée ;
• manque de flamme lors de l'allumage de la chaudière.

3. Télécommande mécanismes de chaudière :

• extracteur de fumée - à distance ;
• ventilateur soufflant - téléverrouillé avec un extracteur de fumée et un circuit de protection de la chaudière ;
• ventilateurs de retour d'entraînement n° 1 et n° 2 – verrouillés à distance avec le ventilateur soufflant ;
• lanceur de charbon - verrouillé à distance avec un ventilateur soufflant et un circuit de protection de la chaudière ;
• pompe d'alimentation en carburant liquide - déportée et locale avec contrôle de la flamme en fonction du nombre de buses d'allumage ;
• déchargeur de cendres ;
• vibreur;
• convoyeur d'évacuation des cendres ;
• déchargeur de particules capturées dès la première étape de purification des gaz.

4. Régulation automatique

conclusions

L'augmentation des prix de l'énergie, la pénurie de ressources énergétiques nationales, la diminution de la qualité du charbon et les exigences croissantes en matière de réduction de la pollution de l'environnement nécessitent l'introduction d'une méthode de combustion du charbon plus avancée dans la production.

C'est la disponibilité des ressources en carburant et en énergie qui détermine le rythme et l'ampleur du développement des différents domaines de la production industrielle et agricole. Les principaux objectifs sont d'assurer une transformation plus complète des matières premières, la création d'équipements et de technologies économes en ressources et une forte réduction des pertes et des gaspillages. Ces dernières années, dans de nombreux pays, la restructuration de la balance énergétique afin de réduire la dépendance au pétrole et au gaz a ravivé l’intérêt pour les questions liées au charbon.

En écrivant cet essai travail qualifiant la maîtrise n'est pas terminée. Date d'achèvement définitif de l'ouvrage : 15 décembre 2012. Le texte intégral de l'ouvrage et les documents sur le sujet de l'ouvrage peuvent être obtenus auprès de l'auteur ou de son superviseur scientifique après la date indiquée.

Liste des sources

1. Zh.V. Viskin Combustion du charbon en lit fluidisé et élimination de ses déchets, Donetsk 1997, – 283 p.
2. Surgai M. Les priorités dans le monde et le prix de leur sous-estimation / M. Surgai // Viche. Journal du Conseil suprême de l'Ukraine. Kiev, 2008. N° 3. – p. 40-45.
3. Dispositifs de régulation R-25. Description technique et manuel d'instructions. – M. : Centrale d'Automatisation Thermique, 1985. – 48 p.
4. Fayershtein L.M. et autres. Manuel sur l'automatisation des chaufferies / M. : Energoatomizdat, 1985. – 296 p.
5. Makhorin K. E. Combustion de combustible en lit fluidisé / K. E. Makhorin, P. A. Khinkis K. : Naukova Dumka, 1989. – 204 p.
6. Kirichkov V. N. Construction de modèles adaptatifs d'objets dynamiques basés sur des données expérimentales / V. N. Kirichkov, A. N. Silvestrov. K. : École Vishcha. Maison d'édition principale, 1985. – 68 p.
7. Régions macroclimatiques globe avec des climats froids et tempérés : GOST 25870–83 [Valide depuis 1984–07–01]. – M. : Comité d'État URSS selon les normes, 1983.
8. Neyezhmakov S.V. Étude du modèle mathématique du four à lit fluidisé d'un aérotherme autonome de mine S.V. Neyezhmakov // Praci de l'Université agrotechnologique d'État de Taurie.
   - VIP. 8. T. 10. – Mélitopol : TDATU, 2008. P. 173-180.
9. Sur les résultats du développement de méthodes analytiques et numériques pour évaluer les caractéristiques macrocinétiques des processus de traitement thermochimique de particules de combustible uniques dans un lit fluidisé /[Korchevoy Yu P., Maistrenko A. Yu., Patskov V. P. et al.] . Kyiv, 1994. – 77 p. – (Préimpression/Institut des problèmes d'économie d'énergie de l'Académie nationale des sciences d'Ukraine, Département d'ingénierie des hautes puissances).

Les travaux de création de puissantes chaudières domestiques CFB ont débuté en 1987 et se sont achevés une grande équipe organisations : VTI, NPO TsKTI, SKB VTI, PA Sibenergomash, KazNIIenergetiki, UPI, MPEI. La combustion du combustible dans un CFB, en raison de sa basse température (850 – 900 o C), garantit une réduction du rendement en oxydes d'azote, et lorsque du calcaire est ajouté, les oxydes de soufre sont supprimés.

La consommation de calcaire est de 3 à 6 kg pour 1 tonne de combustible naturel ou pour une chaudière d'une capacité de vapeur de 500 t/heure - 0,2 à 0,4 t/heure.

La quantité de calcaire peut être réduite pour les carburants avec contenu accru les composés alcalino-terreux, par exemple pour les charbons du bassin de Kansk-Achinsk, dont la partie minérale contient jusqu'à 40 % ou plus de composés de calcium et de magnésium.

L'air est fourni par deux ventilateurs. Le ventilateur de soufflage primaire fournit de l'air à travers la grille dans la chambre de combustion et dans les joints pseudo-hydrauliques. Le ventilateur d'air secondaire fournit de l'air à la chambre de combustion à trois niveaux.

Les chaudières avec CFB sont réalisées selon le même schéma : une chambre de combustion avec les surfaces chauffantes d'un surchauffeur, des cyclones et un conduit de convection déporté dans lequel se trouvent l'économiseur et l'aérotherme dans sa partie supérieure.

Après les cyclones, les cendres sont renvoyées au partie inférieure chambre de combustion. Les particules solides de combustible non brûlé sont retirées du four et renvoyées dans le lit à travers des cyclones. Les cendres chaudes après le cyclone sont envoyées à refroidisseurs externes cendre.

Le collecteur de cendres primaire est un séparateur à impact constitué d'éléments en forme de U décalés (séparateur de canaux) suspendus au toit de la chaudière, qui forment un labyrinthe dans le trajet des gaz et des particules solides (Fig. 1.2). Les deux premières rangées du collecteur de cendres sont situées dans le foyer devant l'entrée du conduit de fumée horizontal. Les cendres qui y sont capturées sont renvoyées au four avec mur arrière. Les solides collectés par les autres rangées du séparateur (dans le conduit horizontal) sont envoyés vers la trémie et renvoyés vers la partie inférieure du foyer par quatre vannes en L.

Figure 1.2. Séparateur de canaux : 1 – particules de gaz et de solides ; 2 – particules solides renvoyées au four ; 3 – particules solides renvoyées au bac de stockage

Ces derniers servent à contrôler le contenu des matériaux dans le foyer en régulant le contournement de la trémie vers le foyer. L'organisation d'une séparation primaire en deux étapes avec un séparateur à canaux dans le four réduit l'importance de la nécessaire circulation externe des particules.

Ce type de foyer est utilisé pour les chaudières d'une puissance thermique de 20 à 500 MW. Dans le cadre du programme fédéral « Environnement énergie propre» un projet a été développé et est en cours de mise en œuvre pour la construction d'une chaudière industrielle pilote avec un CFB type E-220-9.8-540 AFS OJSC Belenergomash pour brûler les cendres à la centrale électrique du district d'État de Nesvetay. La chaudière est conçue pour une combustion efficace d'AS à faible réaction avec Q nr = 4100 - 500 kcal/kg avec une teneur en cendres de 40 % et une teneur en soufre jusqu'à 2 %, sans rétroéclairage au fioul sur toute la plage de charge de fonctionnement. , avec des émissions minimales de polluants dans l'atmosphère (réduction des émissions de soufre de 90 % et de NO x – pas plus de 300 mg/m3).

L'avantage fondamental de la chaudière est la possibilité de son placement dans les dimensions d'une cellule de chaudière existante sans utiliser de systèmes coûteux d'azote et de désulfuration.

Riz. 1.3. Centrale électrique de district de l'État avec chaudières CFB de qualité dégradée :

1 – complexe de traitement des cendres ; 2 – fermes de charbon et de calcaire ; 3 – chaudière avec CFB ; 4 - turbine à vapeur; 5 – cendrier ; 6 – générateur; 7 – extracteur de fumée ; 8 – cheminée

La chaudière est un prototype pour rééquipement technique de nombreuses centrales électriques en Russie brûlent des combustibles solides de faible qualité avec une faible réactivité et une teneur élevée en cendres, en humidité et en soufre. Il est très important que dans une telle chaudière, il soit possible de brûler des combustibles de différents types et qualités, sans modifications significatives des performances opérationnelles et avec une amélioration significative des performances environnementales.

La chaudière utilise la technologie CFB avec des séparateurs compacts de type impact-inertiel (Fig. 1.2), qui a été utilisée avec succès sur un certain nombre de chaudières de Babcock-Wilcox (USA).

Des chaudières similaires ont été développées pour d'autres centrales thermiques : EP-250-16.8-545 BKFN pour le charbon de la région de Moscou et le charbon de qualité T de Kuznetsk ; E-170-9.8-540-DFN pour la tourbe (Fig. 1.3).

Le processus de combustion du carburant se produit dans un lit fixe et fluidisé (fluidisé). Dans un lit fixe (Fig. 13, a), les morceaux de carburant ne bougent pas par rapport à la grille, sous laquelle est fourni l'air nécessaire à la combustion. Dans un lit fluidisé (Fig. 13, b), les particules de combustible solide se déplacent intensément les unes par rapport aux autres sous l'influence d'une pression d'air à grande vitesse. Le lit fluidisé existe dans les limites de vitesse depuis le début de la fluidisation jusqu'au mode de transport pneumatique.

En figue. La figure 14 montre la structure de la couche fixe. Le carburant 4, versé sur le coke en combustion, se réchauffe. Les matières volatiles libérées brûlent, formant une flamme supra-couche 5. La température maximale (1300-1500 °C) est observée dans la zone de combustion des particules de coke 3. Deux zones peuvent être distinguées dans la couche : oxydante, a > 1 ; réparatrice et< 1. В окислительной зоне продуктами реакции горючего и окислителя являются как С02, так и СО. По мере использования воздуха скорость образования С02 за­медляется, максимальное ее значение достигается при избытке воздуха а = 1. В восстановительной зоне ввиду недостаточного количества кислорода (а < 1) начинается реакция между С02 и горящим коксом (углеродом) с образованием СО. Концентрация СО в продуктах сгорания возрастает, а С02 уменьшается. Длина зон в зависимости от среднего размера 6К частиц топлива следую­щая: Ьг = (2 - 4) 6К; L2 = (4 - 6) 8К. На длины зон Lx и La (в сторону их уменьшения) влияют увеличение содержания лету­чих горючих V„, уменьшение зольности Ар, рост температуры воздуха.

La zone 2, en plus du CO, contient du Hg et du CH4 dont l'apparition est associée au dégagement de matières volatiles, pour les brûler, une partie de l'air est amenée par des buses de soufflage 3 situées au dessus de la couche (voir Fig. 13, un). Dans un lit fluidisé, de grandes fractions de carburant sont en suspension. Le lit fluidisé peut être à haute et basse température. La combustion du combustible à basse température (800-900 °C) est obtenue en plaçant une surface chauffante dans un lit fluidisé. La dynamique du lit fluidisé (selon sa hauteur hcn) - le dégagement de composants gazeux (S08, SO, Na et 02) et l'évolution de la température i - pré-

Riz. 13. Schémas de combustion de carburant en lit fixe et fluidisé :

1 - alimentation en air ; 2 - grille; 3 - anneau de soufflage

Placé sur la fig. 15. Contrairement à un lit fixe, où la taille des particules de combustible atteint 100 mm, le charbon broyé de 6° est brûlé dans un lit fluidisé.< 25 мм. В слое содержится 5-7 % топлива (по объему). Коэффициент теплоотдачи к поверхностям, распо­ложенным в слое, довольно высок и достигает 850 кДж/(м2-ч. К)- При сжигании малозольных топлив для увеличения теплоот­дачи в слой вводят наполнители в виде инертных зернистых ма­териалов: шлак, песок, доломит. Доломит связывает оксиды серы (до 90 %), в результате чего снижается вероятность возникнове­ния corrosion à basse température. Plus niveau faible la température des gaz dans un lit fluidisé contribue à réduire la formation d'oxydes d'azote lors de la combustion, dont le rejet dans l'atmosphère est polluant environnement. De plus, les scories des tamis, c'est-à-dire le collage de la partie minérale du combustible sur ceux-ci, sont éliminées.

Il convient également de noter le lit fluidisé circulant, dont un trait caractéristique est son approche du travail

Couche en mode transport pneumatique.

Un foyer à lit fixe peut être manuel, semi-mécanique ou mécanique avec une grille à chaîne. Il existe des foyers à grilles directes (Fig. 16, a) et inversées (Fig. 16, b) / entraînées par des pignons 2. La consommation de carburant fournie par la trémie 3 est régulée par la hauteur d'installation de la porte 4 (voir Fig. 16, a) ou la vitesse de déplacement des distributeurs 7 (Fig. 16, b). Dans les grilles à mouvement inverse, le carburant est fourni à la toile par des lanceurs 8 de type mécanique (Fig. 16, b, c) ou pneumatique (Fig. 16, d). De petites fractions de combustible brûlent en suspension et de grandes fractions brûlent en couche sur la grille,

Sous lequel l'air est fourni 9. L'échauffement, l'inflammation et la combustion du carburant se produisent en raison de la chaleur transférée par rayonnement des produits de combustion. Le laitier 6, à l'aide du dispositif d'élimination des scories 5 (Fig. 16, a) ou sous l'influence de son propre poids (Fig. 16, b), pénètre dans la trémie à scories. La structure de la couche brûlante est représentée sur la Fig. 16, a. La région III de combustion du coke après la zone II de chauffage du combustible entrant (zone I) est située dans la partie centrale de la grille. La zone de restauration IV se trouve également ici. Le degré inégal de combustion du carburant sur toute la longueur de la grille nécessite une alimentation en air sectionnelle. La majeure partie du comburant doit être fournie à la zone III, une plus petite partie - jusqu'à l'extrémité de la zone de réaction du coke et une très petite quantité - à la // zone de préparation du combustible pour la combustion et à la zone V de combustion des scories. Cette condition est remplie par une répartition progressive de l'excès d'air sur la longueur

Riz. 17. Schéma d'une chaudière avec four à lit fluidisé et conception du « bouchon de distribution d'air »

Treillis. Fournir la même quantité d'air à toutes les sections pourrait entraîner une augmentation de l'excès d'air à l'extrémité de la grille, de sorte qu'il n'y aurait pas suffisamment d'air pour brûler le coke (courbe ag) dans la zone III.

Le principal inconvénient des foyers équipés de grilles à chaîne est l'augmentation des pertes de chaleur dues à une combustion incomplète du combustible. Le champ d'application de ces grilles est limité aux chaudières à vapeur avec une productivité de D - 10 kg/s et aux combustibles avec un rendement volatil UD f = 20 % et une humidité réduite W" = 3,25 % kg/MJ.

Le Tonnfa à lit fluidisé est utilisé sur une chaudière d'un débit de vapeur de D = 75 t/h, fonctionnant sur des schistes bitumineux (Fig. 17). Dans la zone du lit fluidisé à basse température se trouvent des surfaces chauffantes de surchauffe 8 et d'évaporation 9. Le carburant est fourni à la couche 3 par le haut et l'air est introduit depuis la boîte 6 à travers les « bols » (Fig. 17, b) situés le long de la grille. Les cendres sont éliminées de la couche via le système de décendrage 7. De petites fractions de combustible brûlent en suspension au-dessus de la couche. Le transfert de chaleur vers les surfaces d'évaporation 2 dans le four U vers le surchauffeur 11 et l'économiseur 10 se produit comme dans une chaudière à tambour.

Pour assurer une circulation fiable du milieu dans les surfaces d'évaporation 9 situées dans la couche, une pompe de circulation 5 est utilisée.

Les fours à lit fluidisé se caractérisent par des émissions réduites de composés nocifs tels que NOx, S02, une faible probabilité de scories des tamis et la possibilité (en raison de la basse température (Gaz)) de saturation du volume du four avec des surfaces chauffantes sous -. 44

Leurs caractéristiques sont une combustion incomplète accrue du combustible, une résistance aérodynamique élevée de la grille 4 et de la couche 3 et une plage étroite de régulation du débit de vapeur de la chaudière.

doctorat SUIS. Sidorov, directeur,
doctorat A. A. Scriabine, directeur adjoint pour les sciences,
A.I. Medvedev, directeur technique,
F.V. Shcherbakov, ingénieur en chef,
Centre de recherche PA "Biyskenergomash", Barnaoul, territoire de l'Altaï

Sur la faisabilité de l'utilisation de fours à lit fluidisé forcé à basse température

Une direction prometteuse pour le développement de l'énergie industrielle et municipale est l'introduction de schémas très efficaces pour organiser le processus de combustion dans un lit fluidisé forcé à basse température (FFL). Cette technologie assure une combustion stable dans le volume de la couche et dans l'espace au-dessus de la couche. Il permet la combustion de presque tous les types de combustibles et de déchets combustibles à une température relativement basse (800-1 000 °C) sans frittage de la couche.

Les foyers à lit fluidisé à bulles classique se caractérisent par de faibles taux de liquéfaction et, par conséquent, des contraintes thermiques peu élevées de la grille de distribution d'air (jusqu'à 3 MW/m2). Les procédés sont réalisés dans le volume de la couche. La combustion au-dessus de la couche s'arrête rapidement en raison du refroidissement rapide des fumées, donc tout le souffle doit être fourni sous la couche. La zone située au-dessus de la couche et les écrans de combustion sont utilisés avec une faible efficacité ; l'excès de chaleur de la couche doit être éliminé par des surfaces chauffantes qui y sont immergées. De ce fait, les foyers à couche classique ont grande surface et volumineux. De plus, le fonctionnement des surfaces immergées s'accompagne d'une usure abrasive intense. Malgré les basses températures du lit, même un arrêt à court terme de la liquéfaction ou une augmentation locale de la température est dangereux en raison du frittage des particules du lit. Cela prédétermine une plage de contrôle étroite.

La principale différence entre le FKS et les autres types de lit fluidisé réside dans la vitesse de liquéfaction élevée (3-10 m/s) – forçage du lit. Dans ce cas, une faible sous-combustion mécanique (moins de 1,5 à 2,5 %) est assurée grâce à l'expansion de la section transversale de l'espace de combustion au-dessus de la couche vers le haut. Cela favorise le retour des grosses particules vers la couche (recirculation) et réduit l'élimination des petites particules. FKS ne présente pas de surfaces chauffantes immergées dans la couche et les problèmes associés. Fonctionnement fiable des tuyaux de tamisage dans la région

l'effet dynamique de la couche est assuré par l'utilisation des moyens efficaces protection contre l’usure abrasive.

La grille de distribution d'air pulsé offre les avantages suivants :

• ■ offre de petites dimensions du réseau et du réacteur à lit fluidisé et, par conséquent, des conditions favorables pour la modernisation et la reconstruction des équipements installés, un faible coût et de faibles coûts de réparation ;
• ■ permet de brûler du combustible de concassage plus grossier par rapport au lit fluidisé classique ; en fait pour les charbons bruns taille maximum une pièce peut atteindre 30-50 mm ;
• ■ fournit plus fonctionnement fiable couche en fonction des conditions d'occurrence et, par conséquent, élargit la plage de contrôle de la charge.

La technologie FKS implique le fonctionnement de la couche en mode gazéification du carburant aux valeurs réelles de l'excès d'air α<1,0. Величина избытка определяется калорийностью и видом топлива и может составлять 0,3-0,7 (для бурых углей больше). Это позволяет еще более уменьшить габариты реактора и снизить затраты на подачу воздуха под решетку. Высвободившийся воздух увеличивает долю вторичного дутья, необходимого для дожигания уноса и продуктов газификации, - до 70%, что позволяет организовать активное вихревое движение топочных газов, способствующее повышению эффективности сгорания топлива. Теплонапряжение воздухораспределительной решетки в расчете на поданное топливо может достигать 10-15 МВт/м2.

La technologie FKS de forçage de la grille de répartition d'air est proche du lit fluidisé circulant (CFB) et présente les avantages suivants :

■ la possibilité d'intégrer les chaudières FKS dans des cellules de chaudières standards ;

■ absence de scories des surfaces chauffantes ;

■ bonnes performances des foyers FKS, par rapport aux foyers à couches mécanisés, en termes de coût, de durée de vie, de fiabilité et de maintenabilité ;

■ manque d'équipement d'usine ;

■ la capacité de brûler une large gamme de combustibles et de déchets combustibles ;

■ de larges possibilités de régulation des paramètres de fonctionnement des chaudières FKS et une grande stabilité de charge, ce qui permet de les utiliser en conjonction avec des turbines à vapeur ;

■ de hautes performances environnementales en termes d'émissions d'oxydes de soufre et d'azote.

Dans le même temps, par rapport au CFB, l’introduction de la technologie à lit fluidisé forcé nécessite des coûts d’investissement nettement inférieurs.

Les options particulièrement attractives pour la mise en œuvre du FCS sont celles associées à la reconstruction des chaufferies. Ils vous permettent d'économiser et d'utiliser la plupart des équipements installés, de réduire considérablement les coûts d'investissement et sont donc abordables pour la plupart des entreprises industrielles d'énergie et de services publics. Dans le même temps, les fonds investis sont rapidement rentabilisés et la rentabilité augmente.

En règle générale, la base de l'introduction de la technologie FCC est la suivante :

■ les nouvelles constructions avec la possibilité de travailler sur du charbon de faible qualité ;

■ la nécessité d'assurer un approvisionnement fiable en chaleur et en énergie (par exemple, en remplaçant les combustibles, en élargissant la gamme de charbon utilisé, en utilisant des combustibles locaux de mauvaise qualité ou des déchets combustibles) ;

■ la nécessité de réduire les coûts du carburant en le remplaçant par des carburants moins chers ou en augmentant l'efficacité de sa combustion ;

■ la nécessité de remplacer les équipements obsolètes et usés ;

■ la nécessité d'éliminer les déchets combustibles, tels que les déchets issus de la préparation du charbon, du bois et de la transformation du bois, les scories des chaudières à couches, etc.

Expérience dans l'exploitation de chaudières avec FCS

À ce jour, nous avons, en collaboration avec un certain nombre d'entreprises, mis en place des fours avec FCS dans plus de 50 installations. A titre d'exemples, nous donnerons, à notre avis, les plus intéressants d'entre eux.

Exemple 1. Reconstruction du Chita CHPP-2 avec conversion de chaudières à couches vers la combustion du charbon Kharanorsky en lit fluidisé. Dans la période 1999-2003. Grâce à la technologie FKS, une reconstruction complète du CHPP-2 de Chita a été réalisée avec le transfert des chaudières à couches TS-35 à la combustion du lignite de Khara Norsk (Qrn = 2720 kcal/kg ; Ap = 13,2 % ; Wр = 40 % ) en lit fluidisé.

La nécessité d'une reconstruction était due au faible rendement des chaudières à couches et aux coûts de réparation importants. De plus, l'objectif était d'augmenter la productivité de la chaudière à 42 t/h.

La reconstruction a touché les composants suivants de la chaudière :

■ le profil de la partie inférieure du foyer a été modifié. La calandre à chaîne a été supprimée, les pare-brise avant et arrière ont été allongés vers le bas. Les parois latérales sont recouvertes d'un revêtement épais en hauteur depuis la grille de répartition de l'air jusqu'à l'axe des panneaux de refroidissement ; les écrans des parois latérales restent inchangés ;

■ des bouchons de répartition d'air amovibles sont installés sur la grille de répartition d'air, assurant une liquéfaction uniforme de la couche, ainsi que deux tuyaux d'évacuation de la couche, refroidis à l'eau, pour éliminer les scories ;

■ pour allumer la chaudière, un dispositif d'allumage est installé dans une boîte à air séparée sous la grille. Les gaz chauds générés lors de la combustion du carburant diesel chauffent la couche par le bas et assurent l'inflammation du charbon fourni au four. Après un allumage stable du charbon dans la couche, le dispositif d'allumage est éteint ;

■ des buses à jet pointu sont installées sur les parois avant et arrière de la chambre de combustion. L'air, préchauffé dans l'aérotherme, est fourni aux buses par un ventilateur standard VD-13,5×1000 ;

■ pour assurer la liquéfaction de la couche, deux ventilateurs haute pression VDN-8,5-I×3000 ont été installés en plus ;

■ le deuxième groupe surchauffeur le long du flux de gaz, situé dans le conduit de gaz rotatif, a été agrandi ;

■ le deuxième cube aérotherme le long du flux de gaz a été démonté ;

■ l'économiseur de chaudière est augmenté de 3,5 boucles ;

■ les pales de l'extracteur de fumée standard D-15.5 ont été agrandies et le moteur a été remplacé par un moteur plus puissant, ce qui est associé à une augmentation de la productivité de la chaudière de 35 à 42 t/h.

Le four reconstruit avec FKS est fondamentalement différent des fours à lit fluidisé traditionnels, à savoir :

■ vitesse de liquéfaction élevée (jusqu'à 9-10 m/s), kakutopox CFB. Grâce à un mélange intensif, il n'y a pas de températures inégales ni de concentrations de carburant sur la zone de la couche. Le matériau de la couche est partiellement transporté dans le volume du four et, étant intensément refroidi, s'écoule le long du tamis arrière dans la couche, la refroidissant ainsi. Grâce à la circulation répétée du matériau en couche à l'intérieur du four, une bonne combustion des combustibles est assurée ;

■ seulement 50 à 60 % de l'air impliqué dans la combustion est fourni sous la grille ; le reste de l'air est fourni par des buses de soufflage secondaires. Le manque d'air dans la couche conduit à une gazéification partielle du combustible et à une combustion en deux étapes ;

■ l'air secondaire fourni par des buses situées sur les parois avant et arrière du four forme un puissant vortex horizontal, qui contribue à la post-combustion des gaz et des fines évacuées.

Les solutions techniques appliquées ont permis d’améliorer significativement les performances de la chaudière, notamment :

■ augmenter la consommation de combustible sans utiliser de dispositifs de séparation coûteux ni de retour d'entraînement utilisés dans les chaudières CFB. Les pertes maximales avec sous-combustion mécanique ne dépassent pas 2,5 % ;

■ augmenter la limite de contrôle de la température de la vapeur surchauffée en raison de l'échange thermique intensifié dans le four provoqué par un vortex horizontal ;

■ réguler la température des couches en modifiant le débit d'air sous la grille sans utiliser de surfaces chauffantes immergées. Lors du passage en mode gazéification, la température de la couche diminue. La dépendance de la température de la couche sur le débit d'air sous la grille a un maximum clairement exprimé au point de leur rapport stoechiométrique avec une augmentation ou une diminution de l'air dans la couche, la température baisse. Grâce à cela, la chaudière n'a aucune restriction de charge en raison de la température élevée du lit ;

■ obtenir une usure modérée des surfaces convectives, car 60 à 70 % de l'entraînement total est constitué du glissement de particules relativement grosses (100 à 1 000 microns) qui ne sont pas tombées dans le vortex horizontal, le reste est constitué de cendres très fines, qui ont peu d'effet sur l'usure ;

■ réduire de 2 fois les émissions d'oxydes d'azote (par rapport aux fours à couches et torchères). En raison de la combustion à deux étages et des basses températures du lit sur toute la plage de contrôle des charges et de tout excès d'air dans le four, la concentration maximale de NOx ne dépasse pas 200 mg/m3 ;

■ exclure les pertes significatives dues à la sous-combustion chimique. La concentration de monoxyde de carbone due à la postcombustion dans un vortex vertical ne dépasse pas 100 ppm.

Les caractéristiques comparatives de la chaudière de la station n°7 avant et après reconstruction sont données dans le tableau 1.

Tableau 1. Caractéristiques de la chaudière Art. N° 7 Chitinskaya CHPP-2.

Les résultats des tests de réglage ont montré que la production maximale de vapeur de la chaudière après reconstruction est limitée par la productivité de l'extracteur de fumée et s'élève à 44 t/h. Le remplissage du four à des charges supérieures à 35-38 t/h s'améliore, la teneur en monoxyde de carbone dans les gaz diminue.

Selon les données d'exploitation, le mode de combustion des chaudières reconstruites se caractérise par une grande stabilité. Les écarts de température de la vapeur surchauffée en mode stationnaire sont de courte durée et ne dépassent pas ±5 °C. Des déséquilibres de température sur toute la largeur du four et aucune pulsation ne sont observés. La température de fonctionnement de la couche est de 820 à 980 °C.

Lors des tests de mise en service, il a été révélé que les charges thermiques minimales assurant l'auto-échauffement de la couche satisfont pleinement au programme d'allumage spécifié de la chaudière. La consommation de charbon pour maintenir la température minimale du lit est d'environ 1,5 t/h, ce qui représente environ 15 % de la consommation de combustible de la chaudière à charge nominale.

L'allumage de la chaudière commence avec du gasoil. Après une combustion stable du charbon dans la couche à une température de 500 à 550 °C, la buse pilote est éteinte, la consommation minimale de combustible est réglée et le chauffage de la chaudière continue sans interférence extérieure dans le mode de combustion. La consommation de carburant diesel pour chauffer la couche lors de l'allumage à partir de la réserve froide ne dépasse pas 200 litres. Après moins de 6 heures d'inactivité de la chaudière, la consommation de carburant diesel est réduite de moitié. Lorsque la chaudière est inutilisée pendant moins de 3 heures, l'allumage est effectué sans utilisation de combustible liquide, tandis que le charbon s'enflamme grâce à la chaleur accumulée dans la couche. Le fioul peut être utilisé à la place du carburant diesel.

Ainsi, grâce à la reconstruction, il a été possible d'obtenir une chaudière plus fiable et contrôlable avec un rendement brut d'au moins 4 % supérieur à celui d'avant la reconstruction. La fiabilité, la sécurité et les caractéristiques environnementales du nouveau foyer sont non seulement comparables à celles des foyers à couches et à torche, mais également supérieures à celles-ci.

Pour éviter l'usure abrasive des surfaces chauffantes en contact avec le lit fluidisé, la technologie de revêtement des tuyaux avec un matériau résistant à l'usure a été utilisée au Chita CHPP-2 (Fig. 1).

Compte tenu de la simplicité de conception et de la possibilité de brûler n'importe quel combustible de faible qualité, le nouveau dispositif de combustion peut convenir à la conception et à la reconstruction de chaudières à charbon pulvérisé et à gazole de faible et moyenne puissance. La conversion des chaudières au charbon grâce à cette technologie permettra non seulement d'économiser du combustible liquide pour le petit bois, mais également d'éliminer la consommation de mazout pour allumer la torche. La part du fioul utilisée à ces fins peut être réduite d’un ordre de grandeur.

Exemple 2. Construction d'une chaufferie avec trois chaudières avec fours FKS. En 2003, la société Amuragrocenter OJSC a construit une chaufferie avec trois chaudières KE-10-14-225S pour brûler un mélange de lignite (80 %) et d'écorces d'avoine (20 %) avec des fours FKS.

En figue. La figure 2 montre l'installation d'équipements sur des fondations pré-préparées des structures du bâtiment de la chaufferie, qui sont une charpente métallique légère avec des panneaux muraux préfabriqués de type sandwich. L'expérience dans la construction de chaufferies de cette conception montre la possibilité de réduire le cycle complet de construction de chaufferies d'une capacité thermique de 15 à 30 Gcal/h en 5 à 6 mois, à l'exclusion des opérations de décapage.

Exemple 3. Construction d'une chaufferie avec trois chaudières à vapeur pour brûler le lignite du gisement d'Itat. En 2005, la direction d'OJSC Altaivagon (Rubtsovsk, territoire de l'Altaï) a décidé de construire sa propre chaufferie avec trois chaudières à vapeur KE-25-14-225PS (Fig. 3), dictée par des considérations économiques. À la suite de la construction, l'entreprise a reçu sa propre source d'énergie, équipée de chaudières très efficaces fabriquées selon la technologie FKS, avec un rendement de 84 à 87 %, brûlant du lignite bon marché du gisement d'Itatskoe (caractéristiques du charbon pour la masse utile : pH = 3100 kcal/kg ; Wр = 39 % ; Ar =12 %).

Pour augmenter la fiabilité et la durabilité des surfaces des écrans chauffants dans la zone d'action du lit fluidisé, deux méthodes ont été utilisées pour protéger les tuyaux de l'usure abrasive (Fig. 4). A une hauteur de 1 m de la grille de diffusion d'air, des revêtements en fonte (nuance ChKh16, dureté 400-450 HV, température de fonctionnement jusqu'à 900 °C) sont fixés sur les canalisations à une hauteur de 1 m des revêtements, protection ; est appliqué par pulvérisation gazeuse d'une couche d'alliage auto-fondant PR-NH17SR4-40/100 (épaisseur de la couche déposée - de 0,5 à 1,4 mm, dureté - 418 HV). Comme le montre l'expérience d'exploitation, cette protection garantit un fonctionnement fiable des tuyaux de tamisage.

Le schéma de la chaudière KE-25-14-225PS est illustré à la Fig. 5.

La chaudière est équipée d'un système de contrôle automatique qui assure tous les réglages, protections et alarmes standards pour les chaudières de faible et moyenne puissance. Assure le démarrage de la chaudière à partir d'un état froid et d'une veille « chaude » et le fonctionnement de la chaudière en mode automatique.

La chaudière KE-25-14-225PS, conformément aux exigences du SNiP et à la technologie de fonctionnement du four, est équipée d'un système de mesure qui assure le contrôle et l'enregistrement des paramètres suivants :

■ niveau (hauteur) de la couche (contrôle) ;

■ niveau d'eau dans le tambour (débit d'eau à travers la chaudière) (contrôle et enregistrement) ;

■ pression de vapeur dans le ballon (pression d'eau à l'entrée et à la sortie de la chaudière) (contrôle) ;

■ pression d'air dans la grille de distribution d'air (contrôle) ;

■ vide dans le four (contrôle) ;

■ faire le vide au désenfumage (contrôle) ;

■ température des fumées (contrôle) ;

■ température des couches (contrôle et enregistrement) ;

■ température des gaz de combustion (contrôle) ;

■ température de l'eau en sortie de chaudière en mode eau chaude (contrôle et enregistrement) ;

■ consommation de vapeur (contrôle et enregistrement).

Le panneau de contrôle et de surveillance est illustré à la Fig. 6.

Tous les systèmes d'automatisation sont combinés en un seul circuit de contrôle. Le poste de travail de l'opérateur (opérateur de chaudière) est situé dans une pièce séparée. Il peut contrôler simultanément plusieurs chaudières et autres équipements de traitement.

Tableau 2. Résultats des tests de fonctionnement de la chaudière KE-25-14-225PS st. N°3 de la chaufferie Altaivagon, Rubtsovsk.

Tableau 3. Résultats des tests industriels des chaudières KV-F-11.63-115PS st. N° 1, 2 et 3 dans la chaufferie centrale de Borzya.

Remarque : combustible - lignite : 0^=3012 kcal/kg ; Ar = 13,2% ; Wp=35,9%.

Le contrôle et la surveillance s'effectuent depuis un ordinateur depuis une pièce séparée via un réseau, ou depuis un écran tactile sur le panneau de commande. La vue du panneau de commande de la chaudière est illustrée à la Fig. 7.

Les résultats des tests de la chaudière KE-25-14-225PS (tableau 2) ont montré un rendement élevé et de faibles émissions de NOx (300-385 mg/nm3) et de CO (80-300 mg/nm3). La teneur en combustibles dans l'entraînement avec une charge croissante de 30 à 100 % a changé dans la plage de 10 à 21 % avec une variation correspondante de la combustion mécanique de 1,59 à 3,87 %. L'efficacité de la chaudière variait sur toute la plage de charge de 84,9 à 86,3 %. La température de la vapeur était de 204 à 225 °C. La température du lit fluidisé était en moyenne de 890 °C et garantissait un fonctionnement fiable et sans scories de la chaudière. La consommation spécifique de combustible équivalent était de 188,3 kg/MW.

Exemple 4. Reconstruction d'une chaufferie en remplaçant les chaudières usées par deux chaudières à eau chaude avec foyers FKS. En 2005-2006 Dans la ville de Mogocha, territoire transbaïkal, la chaufferie des logements et des services communaux a été reconstruite en remplaçant les chaudières usées par deux chaudières à eau chaude KEV-10-95PS (Fig. 8) par des fours FKS pour brûler le lignite de Kharanorsky .

Principales caractéristiques techniques de la chaudière :

■ capacité de chauffage 6,98 MW (6 Gcal/h) ;

■ la pression de l'eau à l'entrée ne dépasse pas 0,8 MPa (8,0 kgf/cm2) ;

■ la pression de l'eau à la sortie n'est pas inférieure à 0,24 MPa (2,4 kgf/cm2) ;

■ température de l'eau de sortie ne dépassant pas 95 °C ;

■ rendement de la chaudière (brut) 85,87 % ;

■ consommation totale de carburant 2596 kg/h. Une caractéristique de conception de la chaudière est la présence d'un foyer FKS installé dans la partie inférieure de la chambre de combustion de la chaudière, formé de murs en briques convergeant vers le bas. Le foyer FKS se compose d'une grille de distribution d'air (superficie - 2,4 m2) avec une boîte à air en bas, d'une chambre d'allumage avec buse, d'un tuyau d'évacuation des couches et d'un dispositif d'élimination des scories. Des capuchons amovibles en fonte sont installés sur la grille dans l'ordre des couloirs. L'air est fourni sous la grille par un ventilateur haute pression VDN 8,5×3000-I (17 000 m3/h ; 75 kW).

Le système de préparation du combustible fournit du charbon d'une taille de particules allant jusqu'à 25 à 30 mm dans la couche. L'alimentation dans la couche est réalisée par deux alimentateurs PTL 600 à rotors démontés.

Avant d'allumer la chaudière, du mastic inerte est chargé sur la grille de distribution d'air. Du sable, des petites pierres concassées ou des scories de fractions 1 à 6 mm sont utilisés comme charge inerte. La hauteur de la couche coulée est de 250 à 350 mm.

Le système d'allumage de la chaudière comprend un réservoir de fioul solaire, une pompe à carburant, des filtres mécaniques et fins et des raccords. La chaudière est alimentée en chauffant la couche de gaz chauds fournie sous la grille, formée lors de la combustion du combustible liquide dans la chambre d'allumage. La température de la couche pendant le petit bois est contrôlée en modifiant la consommation de combustible de petit bois.

Pour réduire les pertes dues à la sous-combustion mécanique, la chaudière est équipée d'un système de retour d'entraînement à deux étages. La première étape fonctionne en dilatant le four vers le haut, ce qui permet de séparer les plus grosses particules sortant de la couche. Le long des parois inclinées de la partie inférieure du four, les particules roulent dans le volume du lit fluidisé. Le deuxième étage est le faisceau convectif de la chaudière. Les particules inflammables qui y sont piégées sont renvoyées par des conduites de transport pneumatique vers l'espace situé au-dessus de la couche.

La chaudière a une combustion à deux étages. Une partie de l'air (environ 70 %) pénètre sous la grille de répartition de l'air. L'air restant est introduit dans la chambre de combustion par des buses à jet pointu. L'air primaire et secondaire sont fournis par un ventilateur VDN 8,5×3000-I.

Un extracteur de fumée DN-12,5× 1500 (75 kW) est installé derrière la chaudière.

Actuellement, les chaudières installées fonctionnent et les avis du personnel sont positifs.

Exemple 5. Reconstruction d'une chaufferie centrale en installant trois chaudières de station avec un foyer FKS. En 2006, dans la ville de Borzya, la chaufferie centrale a été reconstruite avec l'installation de trois nouvelles chaudières à eau chaude KV-F-11.63-115PS, stations n° 1, 2 et 3. Le schéma de la chaudière est illustré à la Fig. 9.

Principales caractéristiques de conception de la chaudière :

■ capacité de chauffage 11,63 MW (10 Gcal/h)

■ pression de l'eau à l'entrée ne dépassant pas 1,0 MPa (10,1 kgf/cm2) ;

■ la résistance hydraulique de la chaudière est de 0,18 MPa (1,8 kgf/cm2) ;

■ la température de l'eau d'entrée est d'au moins 70 °C ;

■ température de l'eau de sortie ne dépassant pas 115 °C ;

■ rendement de la chaufferie (brut) 84 % ;

■ consommation estimée de carburant (lignite de Kharanor) 4112 kg/h.

Les résultats des tests industriels des chaudières neuves sont donnés dans le tableau. 3.

Exemple 6. Construction d'une installation pilote industrielle et technologique énergétique pour la production de semi-coke à partir de lignite Berezovsky à l'aide d'un réacteur FKS. En 2006, dans la chaufferie d'OJSC Razrez Berezovsky 1, une installation pilote industrielle et technologique énergétique pour la production de semi-coke à partir de lignite Berezovsky a été mise en service (Qrn = 16168 kJ/kg, Ap = 2,93 %, Wр = 34,1%) avec maintien de la puissance thermique de la chaudière.

L'installation est conçue sur la base d'une chaudière à eau chaude en série KV-TS-20. Une particularité de l'installation est l'utilisation d'un réacteur FKS.

Le charbon du bunker est introduit dans le lit fluidisé via quatre goulottes situées à l'avant de la chaudière. Dans le réacteur à des températures de 580 à 700 °C, sa pyrolyse est réalisée, accompagnée de la combustion des substances volatiles et fines retirées de la couche. L'air est fourni sous la grille du réacteur par un ventilateur haute pression VDN-8,5×3000.

Du réacteur, le charbon de bois obtenu est « débordé » dans un refroidisseur tubulaire.

Refroidi là à une température de 100-120 °C, il est transporté vers une trémie de stockage à l'aide d'un système de convoyeur.

À la suite du traitement thermochimique du charbon dans un réacteur à lit fluidisé, du semi-coke est obtenu (Qrn = 27 251-27 774 kJ/kg, Ap = 7,95-8,25 %, Wр = 4,2-3,42 %).

Le rendement pondéral du semi-coke est d'environ 25 % de la consommation de charbon fournie à la chaudière.

L'installation technologique énergétique fonctionne avec des rapports optimaux d'air primaire et secondaire et de combustible fourni, ce qui permet, avec des pertes de chaleur et des émissions nocives minimes pour cette conception, d'obtenir 20 Gcal/h de chaleur et d'assurer une production stable de semi-coke de la qualité requise avec de bons indicateurs économiques. La période de récupération estimée des coûts d'investissement ne dépasse pas 17,5 mois.