Spalanie paliw w złożu fluidalnym. Kotły domowe z obiegowym złożem fluidalnym

Efektywne spalanie stałego drobnoziarnistego paliwa (0-20 mm) można osiągnąć stosując zasadę złoża fluidalnego (fluidyzowanego), którego zastosowanie przy zgazowaniu paliw, w metalurgii żelaza i metali nieżelaznych, rafinacji chemicznej i ropy naftowej, budownictwie i innych gałęzi przemysłu pozwoliło na radykalne zintensyfikowanie szeregu procesów technologicznych.

Warstwa fluidalna charakteryzuje się prędkością powietrza pierwotnego, która przekracza granicę stabilności warstwy gęstej, ale jest daleka od prędkości wznoszenia się cząstek ośrodka. W tych warunkach wszystkie cząstki w warstwie ulegają intensywnemu wymieszaniu, poruszając się oscylacyjnie w górę i w dół i generalnie warstwa ma stosunkowo wyraźną górną granicę. Do złoża fluidalnego paliwo stałe charakteryzuje się zwiększoną koncentracją w objętości komory spalania, a także zwiększoną prędkością względną w warstwie w0tп, co powoduje korzystne warunki do szybkiego spalania paliwa. W odróżnieniu od gęstej (stałej) warstwy, opór aerodynamiczny który wzrasta wraz ze wzrostem intensywności podmuchu zgodnie z prawem mocy, w złożu fluidalnym opór nie zależy od tego współczynnika (ryc. 6.10, a).

Przy małych prędkościach nadmuchu warstwa pozostaje nieruchoma i pełni funkcję filtra. Po osiągnięciu krytycznej prędkości nadmuchu siła nacisku przepływu gazu w warstwie staje się równa sile grawitacji cząstek. Warstwa zaczyna się rozszerzać, a wraz z dalszym wzrostem prędkości powietrza cząsteczki zaczynają się poruszać. Objętość warstwy zwiększa się 1,2-1,8 razy w zależności od intensywności podmuchu, kształtu i wielkości cząstek. Opór złoża fluidalnego nie zmienia się wraz ze zmianą intensywności nadmuchu, ponieważ zwiększa to odległość między cząstkami, czyli zwiększa się powierzchnia przepływu gazu. W przypadku nadmiernego wzrostu prędkości nadmuchu cała warstwa ulega zawieszeniu i można ją usunąć z komory roboczej.

Warstwa upłynniona, podobnie jak ciecz, charakteryzuje się liniowym prawem spadku ciśnienia na jej wysokości (ryc. 6.10, b). Ciśnienie (opór) w złożu fluidalnym jest proporcjonalne do jego wysokości i gęstości „wrzącego” materiału. W przeciwieństwie do zawieszenia pneumatycznego, gdzie względna prędkość cząstek i gazu zbliża się do zera, złoże fluidalne jest oddzielne
okresach (kiedy cząstki opadają) osiąga kilka metrów na sekundę.

Pierwsze zastosowanie zasady złoża fluidalnego w urządzeniu spalania zapoczątkowano w 1944 roku pracami Moskiewskiego Instytutu Energetycznego w odniesieniu do niskoreaktywnych paliw drobnoziarnistych (AS, koksik), a następnie węgli brunatnych. Charakterystyka osobliwość Piece MPEI to dwuetapowy schemat organizacji procesu spalania. Piece ze złożem fluidalnym stosowane są jako pierwszy etap, gdzie jest intensywny i głęboki przygotowanie termiczne paliwo: ogrzewanie, suszenie i uwalnianie gazów palnych o wysokiej temperaturze. Drugi stopień pieca fluidalnego stanowi komora dopalania gazu palnego emitowanego przez złoże fluidalne i zawartych w nim termicznie przygotowanych cząstek porywanych.

Kiedy takie paleniska działają na popiół, około jedna trzecia powietrza potrzebnego do spalania całkowite spalanie paliwo. Tworzenie gazu w złożu fluidalnym (rys. 6.11) przebiega podobnie jak w warstwie gęstej, z tym że strefy tlenowa i redukcyjna mają zwiększoną grubość. Temperaturę złoża fluidalnego utrzymuje się na poziomie uniemożliwiającym topnienie popiołu, aby uniknąć żużlowania warstwy. Można to osiągnąć instalując powierzchnie chłodzące warstwowo, z recyrkulacją spaliny itd.
W normalnie pracującym złożu fluidalnym nie występuje stopiony żużel.

Stosunkowo wysoka i dość równomierna temperatura na wysokości złoża (przy pracy na palniku popielnikowym wynosi około 1000°C), korzystne warunki hydrodynamiczne determinowane zwiększoną względną prędkością gazu oraz obecność dostatecznie rozwiniętej powierzchni utleniania drobnoziarnistego ziarniste paliwo zapewnia wysoką wydajność złoża fluidalnego jako pierwszego stopnia pieca półgazowego z warstwą wrzącej wody. W rozpatrywanych warunkach wydobywający się z warstwy palny gaz ma temperaturę około 1000°C i ciepło spalania 1,7-2,5 MJ/m 3 . Gęstość pozorna Przepływ ciepła na ruszcie strzałowym wynosi q n =4,7/7 MW/m2.

Drugi stopień pieca fluidalnego do dopalania i usuwania gazu można wykonać wg różne opcje. Na ryc. 6.12 przedstawia schemat jednokomorowego pieca fluidalnego z kotłem wodnym; Drugi stopień pieca ze złożem fluidalnym znajduje się bezpośrednio nad złożem. W warunkach produkcyjnych taka palenisko działała na koksiku i węglu z regionu moskiewskiego. Rozmiar paliwa 0-20 mm. Moc cieplna gorąca woda kocioł grzewczy około 5 MW. Przy pracy z koksikiem (Ar = 17,33%; Wp = 19,85%) pod ruszt dostaje się około 30% całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania. sekcja na żywo 3-4%. Pozostała część powietrza doprowadzana jest do komory spalania nad złożem fluidalnym poprzez dwa rzędy dysz. Niezbędne chłodzenie złoża fluidalnego do osiągnięcia trybu bezżużlowego (1000°C) osiągane jest poprzez chłodzone wodą powierzchnie znajdujące się w złożu fluidalnym i włączone w obieg kotła.

Współczynnik przenikania ciepła ze złoża fluidalnego do powierzchni chłodzącej wynosi około 250-400 W/(m2*K). Przewidziano także wtrysk wody bezpośrednio do złoża fluidalnego, aby w razie potrzeby móc regulować jego temperaturę. Podczas pracy na węglu klasy BM pod Moskwą (A p = 19,8%; W p = 33,84%) do warstwy dostarczano około 50-60% całkowitego powietrza, a temperatura warstwy utrzymywała się na poziomie 900°C. Utrzymanie pożądanej zawartości popiołu w warstwie, co zapobiega jej wygaśnięciu i zapewnia niewielkie straty na skutek mechanicznego dopalenia przy zasysaniu, odbywa się poprzez ciągłe lub okresowe „przedmuchiwanie” warstwy przez szambo. Wysokość warstwy w stanie wrzenia utrzymuje się na poziomie 600-800 mm. Wymagane ciśnienie powietrza pod rusztem wynosi 3400-3900 Pa. Przy pracy na koksizie zużycie paliwa wynosi około 0,3 kg/s, a przy pracy na węglu pod Moskwą - 0,5 kg/s. W tym przypadku pozorna gęstość strumienia ciepła rusztu wielkopiecowego wyniosła q H - 4,8 MW/m 2 przy objętościowej gęstości wydzielania ciepła dla całej komory spalania g y = 0,17 MW/m.

Na ryc. Rysunek 6.13 pokazuje inne opcje drugiego stopnia pieca ze złożem fluidalnym. Na schemacie a - wariant pieca jednokomorowego ze złożem fluidalnym, w którym powietrze wtórne doprowadzane jest stycznie w celu intensyfikacji spalania powietrza wylotowego; na schemacie b połączenie pierwszego i drugiego stopnia wyścigu dwukomorowego odbywa się za pomocą specjalnego palnika turbulentnego; Na schemacie c komorę cyklonową z odżużlaniem ciekłym zastosowano jako drugi stopień pieca ze złożem fluidalnym. W latach 50-tych w ZSRR zbudowano i eksploatowano trzy piece fluidalne, które wykazały możliwość efektywnego spalania różnych paliw drobnoziarnistych.

Szczególne zainteresowanie organizacją spalania paliw w złożu fluidalnym wynika z szeregu okoliczności. Do spalania można stosować różne paliwa, w tym paliwa niskiej jakości o wielkości cząstek 0-20 mm. Jednocześnie koszty energii potrzebnej do przygotowania paliwa są znacznie obniżone. Umiejscowienie powierzchni grzewczych w złożu fluidalnym, gdzie współczynnik przenikania ciepła wynosi 200-300 W/(m2*K), zapewnia znaczne zmniejszenie zużycia metalu w instalacji. Praca z warstwą stosunkowo niskotemperaturową (800-1000°C) prowadzi do znacznej redukcji zanieczyszczeń atmosfery związkami siarki, gdyż większość z nich pozostaje w warstwie i jest usuwana wraz z popiołem. Aby zwiększyć stopień wychwytywania siarki, do złoża fluidalnego można dodać wapno lub dolomit. Ze względu na niską temperaturę gazy opuszczające złoże fluidalne praktycznie nie zawierają tlenków azotu. Zmniejszona zostaje także sublimacja związków zasadowych w popiele paliwowym, co prowadzi do zmniejszenia zanieczyszczenia powierzchni grzewczych.

Schemat Kocioł z piecem fluidalnym z częścią powierzchni grzewczych umieszczonych w złożu pokazano na rys. 6.14. Przewidziano powrót do pieca wychwyconych pozostałości ze złoża fluidalnego, które zwykle zawierają znaczną ilość niespalonego węgla. Możliwy jest również schemat z dopalaniem spalin w specjalnym urządzeniu. Obecnie za granicą i w ZSRR eksploatowane są różne piece fluidalne, zarówno dla kotłów o dużej wydajności pary, jak i pracujące pod ciśnieniem (do 1 MPa), co prowadzi do dalszej intensyfikacji procesu spalania paliw stałych oraz doskonalenie wskaźników technicznych i ekonomicznych.

Wraz ze spalaniem paliwa stałego w złożu fluidalnym, wysokie efektywne spalanie paliwa gazowe i płynne. Aby to zrobić, upłynniona warstwa materiał obojętny(piasek, kawałki cegły itp.), w którym spalane jest paliwo gazowe lub płynne. Nawierzchnie grzewcze kotła można także zamontować w takim złożu fluidalnym, co intensyfikuje wymianę ciepła.

Piece technologiczne ze złożem fluidalnym znajdują również szerokie zastosowanie w przemyśle, w szczególności do wypalania różnych materiałów zawierających siarkę (piryty, koncentraty miedzi, cynku i in.). Aby utrzymać temperaturę złoża na poziomie uniemożliwiającym żużlowanie, stosuje się elementy schładzane, które umieszczone są w złożu fluidalnym i odprowadzają nadmiar ciepła. Elementy te zwykle wytwarzają parę. Więcej informacji na temat tego typu instalacji technologii energetycznej można znaleźć w rozdziale. 18.

Wstęp

Do zaopatrzenia w ciepło kompleksu powierzchniowego oraz do ogrzewania szybów ukraińskie kopalnie wykorzystują własne kotłownie, z których znaczna część pracuje na paliwie stałym. Dzieje się tak dzięki wystarczającym zasobom węgla energetycznego, jednakże udział węgla zdegradowanego, o zawartości popiołów do 50%, w całkowitym bilansie paliw stałych w kraju zbliża się do 39%, a w przyszłości będzie wzrastał ze względu na rozwój cienkich szwów. Podczas spalania węgli wysokopopiołowych spada sprawność kotłów węglowych, ich moc grzewcza nie osiąga wartości projektowej, a co za tym idzie, spada niezawodność dostaw ciepła do odbiorców.

Jeden z efektywne technologie spalanie węgli nisko i wysokopopiołowych (do 80%) polega na zastosowaniu niskotemperaturowego złoża fluidalnego (LTFC). Ta metoda spalania paliwa jest inna wysoki poziom mieszanie paliwa i utleniacza, wydłużony czas przebywania paliwa w strefie spalania w porównaniu do pieców warstwowych, intensywne odprowadzanie ciepła do powierzchni grzewczych, brak części ruchomych w przestrzeni spalania, możliwość spalania paliw w jednym urządzeniu inny skład i jakość, obniżona do 1–5% zawartości paliwa w warstwie. Technologia NTKS ułatwia zapłon paliwa, zapobiega spiekaniu cząstek paliwa i żużlowaniu konwekcyjnych powierzchni grzewczych.

1. Trafność tematu

W związku ze wzrostem udziału węgla o obniżonej jakości, o zawartości popiołów do 50%, związanym ze wzrostem liczby cienkich pokładów w kraju, istotne jest stosowanie kotłowni o niskiej temperaturze złoże fluidalne, z którego można korzystać ten typ paliwo.

Obecnie sterowanie kotłem z niskotemperaturowym złożem fluidalnym odbywa się ręcznie przez operatora i nie zawsze kończy się sukcesem i w efekcie wiąże się z wymuszonymi bezproduktywnymi przestojami urządzeń, a w najgorszym przypadku całkowitym zatrzymaniem proces technologiczny.

Kotłownie te są stosowane na Ukrainie od dawna. Przez cały okres nie dokonano żadnych usprawnień w systemach automatyki obiektu. W warunkach restrukturyzacji i przejścia na mechanizmy rynkowe w ukraińskiej energetyce rosną wymagania dla kotłowni. Niestety przestarzały sprzęt nie jest w stanie zapewnić kotłowi wymaganej charakterystyki. Konieczna jest modernizacja urządzeń automatyki kotłowni.

2. Charakterystyka obiektu automatyki

Spalanie w złożu fluidalnym jest jedną z technologii spalania paliw stałych kotły energetyczne, w którym w palenisku tworzy się fluidalna warstwa cząstek paliwa oraz materiały niepalne. Technologia została wprowadzona do energetyki z przemysłu chemicznego około lat 70-tych XX wieku. .

Rysunek 1 – Metody spalania paliw stałych
(animacja: 4 klatki, 20 pętli, 26 kilobajtów)

2.1 Technologie spalania

Podczas przepływu gazu w górę ładunek cząstek stałych może znajdować się w trzech stanach:

• w stanie spoczynku, gdy prędkość gazu jest mała i nie jest w stanie unieść cząstek – typowe dla pieców warstwowych;
• w trybie transportu pneumatycznego, gdy cząstki przenoszone są szybkim przepływem gazu – w piecach komorowych;
• w stanie upłynnionym przy średniej prędkości gazu, gdy przechodząc przez warstwę „rozprasza” cząstki i zwiększa ich grubość, obniżając gęstość, ale nie jest w stanie przenieść cząstki poza warstwę. Ten ostatni tryb tworzony jest w piecach ze złożem fluidalnym.

Złoże fluidalne może być wysokotemperaturowe lub niskotemperaturowe (800–900°C); obecnie z wielu powodów prawie zawsze stosuje się tę drugą. W szczególności bardzo skutecznie tłumi wydzielanie się tlenków azotu i umożliwia zastosowanie zanurzonej powierzchni, do której współczynnik przenikania ciepła jest wyjątkowo wysoki (podgrzane cząstki paliwa wchodzą z nią w bezpośredni kontakt, a część ciepła oddawana jest nie przez konwekcja, ale przewodność cieplna). Aby wyregulować temperaturę warstwy, aby uniknąć żużlowania, można wprowadzić wodę i parę, ale w zasadzie, ze względu na dużą ścieralność tej warstwy, paleniska z nią korzystające nie są podatne na żużlowanie.

Do złoża fluidalnego wprowadza się znaczną ilość obojętnych wypełniaczy - żużla, piasku, dolomitu, wapienia; zwiększają wymianę ciepła. Dolomit i wapień dodatkowo wiążą do 90% tlenków siarki w węglany. Paliwem może być węgiel (w tym w postaci pozostałości w popiele z kotłów o niskiej sprawności), łupki bitumiczne, torf, drewno i inne odpady.

Piece fluidalne nie są wrażliwe na jakość paliwa pod względem jego właściwości skład chemiczny, ale wrażliwy na jednorodność skład frakcyjny cząsteczki paliwa i obojętne wypełnienie. Spalanie w tych paleniskach jest intensywniejsze niż w konwencjonalnych paleniskach warstwowych, ich wymiary są mniejsze; wymagają jednak stworzenia kratki rozprowadzającej powietrze i wentylatora o większej mocy. Inne wady tego typu paleniska obejmują:

• usunięcie do 20–30% całkowitego węgla paliwowego (dlatego zaleca się stosowanie tych pieców, gdy w przestrzeni roboczej kotła możliwe jest dopalenie pozostałości o wielkości 0–1 mm);
• żużlowanie przestrzeni międzydyszowej i samych dysz kratek rozprowadzających powietrze przy niewystarczającym dynamicznym ciśnieniu powietrza;
• bardzo duże zużycie ścierne powierzchni wymiany ciepła, szczególnie duże w przypadku powierzchni zanurzalnych.

Efekt intensywnego spalania, podobny do obserwowanego podczas spalania w złożu fluidalnym, można uzyskać poprzez ciągłe potrząsanie rusztem kawałkami paliwa dowolnej wielkości; jednak ze względu na zmniejszenie wytrzymałości metalu rusztu w wysokich temperaturach metoda ta jest trudna do wdrożenia w praktyce.

Piece fluidalne pod ciśnieniem do 16 kgf/cm² z głębokim oczyszczaniem gazu z popiołów mogą służyć do organizacji pracy turbin gazowych na paliwo stałe (w ramach wysokociśnieniowej wytwornicy pary PGU)

2.2 Opis technologii NTKS

W ostatnie lata objawia się zwiększone zainteresowanie do kotłów wyposażonych w piece fluidalne lub fluidalne (rysunek 2). Te paleniska zajmują pozycję pośrednią pomiędzy paleniskami spalanie warstwowe i pochodnia. To, co łączy je z paleniskami warstwowymi, to przede wszystkim możliwość spalania pokruszonego materiału kawałkami o wielkości do 10–20 mm oraz obecność rusztu, przez który dostarczane jest powietrze do warstwy. Wraz ze wzrostem prędkości powietrza przelatującego przez warstwę następuje moment, w którym siła aerodynamiczna działająca na każdą cząsteczkę paliwa pokonuje siły wzajemnego tarcia cząstek. Dalszy wzrost przepływu powietrza prowadzi do pseudoupłynnienia cząstek paliwa, warstwa wydaje się wrzeć (stąd nazwa złoże fluidalne), zwiększa się jej wysokość i porowatość.

Minimalna prędkość, przy której rozpoczyna się pseudo-upłynnianie, nazywana jest pierwszą prędkością krytyczną Wcr1; przy drugiej prędkości krytycznej Wcr2 siła aerodynamiczna zrównuje się z siłą grawitacji cząstek paliwa i rozpoczyna się ich intensywne usuwanie z warstwy. Obydwa te parametry mają ściśle określone wartości jedynie dla materiału monodyspersyjnego o stałej gęstości, a warstwa, jak wiadomo, składa się z polifrakcyjnego materiału obojętnego i cząstek paliwa o różnej gęstości.

Urządzenia spalania rzeczywistego ze złożem fluidalnym pracują przy prędkościach od Wcr1 do Wcr2. Wyróżnia się piece ze stałym lub stacjonarnym złożem fluidalnym (gdy prędkość w nim jest bliska Wcr1) oraz piece z obiegowym złożem fluidalnym (gdy prędkość jest bliska Wcr2). W tym drugim przypadku znaczna część niespalonego paliwa jest usuwana z warstwy, która następnie jest wychwytywana w gorących cyklonach i zawracana do spalenia.

Należy pamiętać, że w piecach ze złożem fluidalnym ilość materiału palnego stanowi zwykle niewielki ułamek masy złoża; w oparciu o materiał obojętny lub popiół paliwowy (w przypadku spalania węgli wysokopopiołowych). Intensywne mieszanie cząstek stałych pod wpływem upłynniającego powietrza przechodzącego przez warstwę materiału ziarnistego zapewnia zwiększone przenikanie ciepła i masy w tej warstwie. Zanurzenie powierzchni grzejnych w warstwie upłynnionej pozwala na utrzymanie temperatury na poziomie, przy którym nie następuje żużlowanie warstwy.

Rysunek 2 - Schemat kotła ze stacjonarnym złożem fluidalnym pod ciśnieniem atmosferycznym:
1 – panele wytwarzające parę; 2 – ekran membranowy; 3 – cyklon; 4 – filtr; 5 - komin; 7 – węgiel; 8 – wapień; 9 – cząstki stałe z cyklonu; 10 – transport powietrza; 11 – powietrze do spalania; 12 – usuwanie żużla; 13 – złoże fluidalne.

Do głównych zalet metody spalania paliw stałych w złożu fluidalnym zalicza się:

• zapewniony jest wysoki współczynnik przenikania ciepła;
• długotrwałe przebywanie cząstek w warstwie umożliwia spalanie węgla o dużej zawartości popiołu oraz odpadów produkcyjnych;
• możliwe staje się stworzenie bardziej kompaktowego urządzenia spalania bez układu przygotowania pyłu, przy jednoczesnym zmniejszeniu specyficznych kosztów kapitałowych budowy kotłowni, a także kosztów naprawy;
• dodatek wapienia do warstwy wiąże siarkę paliwową z pozostałością popiołu, co ogranicza emisję dwutlenku siarki spaliny w atmosferze;
• niskie temperatury panujące w warstwie (800–950°C) zapewniają brak termicznych tlenków azotu, co w niektórych przypadkach ogranicza emisję tlenków azotu do atmosfery.

Bogate doświadczenia w stosowaniu urządzeń spalania w złożu fluidalnym w energetyce zgromadzono w Niemczech, USA, Finlandii i kilku innych krajach. W ostatnich latach wiele uwagi poświęcono piecom z obiegowym złożem fluidalnym. Kotły te wyróżniają się przede wszystkim obecnością cyklonów, w których wychwytywane są duże cząstki usunięte z warstwy (rys. 3). Napięcie cieplne sekcji w takich piecach sięga 4–8 MW/m2, a prędkość gazów w warstwie 3–8 m/s. Podobne parametry dla pieców ze stacjonarnym złożem fluidalnym wynoszą odpowiednio 2 MW/m2. i 1–2,5 m/s. Piece z obiegowym złożem fluidalnym różnią się bardziej wysoki stopień wypalenie paliwa (około 99% wobec 90–95% dla kotłów ze stacjonarnym złożem fluidalnym), mogą pracować przy niższym współczynniku nadmiaru powietrza (1,1–1,15 zamiast 1,2–1,25).

Układ zasilania paliwem kotłów z obiegowym złożem fluidalnym jest prostszy, są mniej wymagające pod względem jakości paliwa i lepiej przystosowane do jego etapowego spalania, co jest niezbędne do ograniczenia emisji tlenków azotu. Piece takie umożliwiają związanie ponad 90% siarki przy stosunku molowym Ca/S = 2, natomiast w piecach ze stacjonarnym złożem fluidalnym do związania 80–90% potrzeba więcej wapienia (Ca/S = 3). siarki.

Największy w Europie kocioł z obiegowym złożem fluidalnym został zbudowany przez firmę Zurgi w Duisburgu (Niemcy). Do połowy 1987 roku przepracował około 10 tysięcy godzin. Wydajność pary kotła wynosi 270 t/h, ciśnienie pary świeżej 14,5 MPa, temperatura przegrzania 535°C.

Rysunek 3 - Schemat kotła z obiegowym złożem fluidalnym pod ciśnieniem atmosferycznym:
1 – węgiel i wapno; 2 – powietrze wtórne; 3 – reaktor ze złożem fluidalnym; 4 – część parująca; 5 – cyklon; 6, 11 – kotły parowe; 7 – elektrofiltr; 8 – nagrzewnica powietrza; 9 – komin; 10 – popiół; 12 – chłodnica materiału; 13 – powietrze; 14 – powietrze pierwotne.

Ostatnio znacznie rozszerzono badania nad ciśnieniowymi piecami ze złożem fluidalnym (rysunek 4). Główną zaletą takich pieców jest możliwość realizacji obiegu kombinowanego, gdy para powstająca w kotle wykorzystywana jest w turbinie parowej, a wysokociśnieniowe produkty spalania w turbinie gazowej. Jednocześnie wzrasta efektywność termodynamiczna cyklu, a wymiary urządzeń spalania (prawie 60% w porównaniu do kotłów konwencjonalnych) i spada szkodliwe emisje w atmosferze.

Powszechne wprowadzanie kotłów z ciśnieniowymi piecami fluidalnymi utrudnia fakt, że nadal istnieje wiele nierozwiązanych problemów. Na przykład produkty spalania stosowane w turbinie gazowej wymagają dokładnego czyszczenia. W tym przypadku nie można zastosować filtrów tkaninowych ze względu na wysoka temperatura gazów cieplarnianych, a odpopielacze mechaniczne nie zapewniają wymaganego stopnia oczyszczenia gazów. Drugi nierozwiązany problem– zapewnienie gęstości instalacji pracującej pod ciśnieniem do 1,4 MPa.

Rysunek 4 – Schemat ideowy instalacji ze złożem fluidalnym pod ciśnieniem:
1 – zespół turbiny gazowej; 2 – spaliny; 3 – cyklon; 4 – popiół; 5 – komora ze złożem fluidalnym pod ciśnieniem; 6 – elektrownia z turbiną parową; 7 – węgiel i wapno; 8 – powietrze.

Już w 1976 roku przedsiębiorstwo energetyczne American Electric Power ogłosiło budowę demonstracyjnego bloku energetycznego o mocy 170 MW z ciśnieniowym piecem fluidalnym. Wstępne testy przeprowadzono na gęstej instalacji w Leasenhead (Wielka Brytania). Potwierdziły one, że w znaczący sposób zmniejsza się emisja dwutlenku siarki i tlenków azotu oraz zwiększa się wydajność aparatu łopatkowego turbin gazowych i produktów spalania.

2.3 Automatyzacja jednostek kotłowych

Monitorowanie postępu procesu grzewczego wraz z realizacją zadań blokad awaryjnych zapewnia utrzymanie reżimu technicznego w ścisłej zgodności z normami przepisy technologiczne. Rozwiązanie tych problemów całkowicie eliminuje przestoje kotłów na skutek niekontrolowanych naruszeń przepisów technologicznych, a także radykalnie zwiększa bezpieczeństwo wszelkich operacji. układ technologiczny.

Rysunek 5 – Schemat strukturalny regulacja parametrów kotła wyposażonego w niskotemperaturowy piec fluidalny:
1 – wentylator dmuchawy; 2 – mechanizm wykonawczy MEO; 3 – miotacz paliwa; 4 – kocioł; 5 – cyklon o przepływie bezpośrednim; 6 – ekonomizer; 7 – cyklony I i II stopnia oczyszczania spalin;
8 – oddymiacz; 9 – rurociąg uzupełniający; 10, 11, 12, 13, 14 – regulatory odpowiednio podciśnienia, poziomu, odżużlania, przepływu powietrza i paliwa.

Schemat blokowy automatyki bloków kotłowych (rysunek 5) przewiduje następujące działania:

1. Monitorowanie parametrów śledzenia:

• temperatura gazów spalinowych;
• ciśnienie powietrza podmuchowego;
• próżnia w piecu kotła;
• temperatura powietrza podczas zapłonu;
• temperatura w warstwie;
• temperatura gorącej wody lub ciśnienie pary w korpusie kotła;
• zużycie gorącej wody lub pary;
• prąd silnika dmuchawy;
• prąd silnika oddymiającego;
• ciśnienie przed i po płynne paliwo;
• temperatura gazu przed ekonomizerem i oddymiaczem;
• ciśnienie wody przed zanurzonymi powierzchniami grzewczymi;
• ciśnienie ciepłej wody za bojlerem;
• podciśnienie przed ekonomizerem, cyklonem, oddymiaczem;
• zawartość tlenu w spalinach;
• poziom złoża fluidalnego;
• poziom wody w korpusie kotła (dla kotłów parowych).

2. Alarm i ochrona:

• ciśnienie powietrza podmuchowego jest niskie;
• próżnia w piecu jest niska;
• temperatura w warstwie jest wysoka lub niska;
• brak przepływu wody przez kocioł;
• ciśnienie pary jest wysokie;
• temperatura wody jest wysoka;
• poziom awaryjny w korpusie kotła;
• temperatura zapłonu jest wysoka;
• brak płomienia przy rozpalaniu kotła.

3. Pilot mechanizmy kotła:

• oddymiający - zdalnie;
• wentylator nadmuchowy - zdalnie sterowany z oddymiaczem i obwodem zabezpieczającym kocioł;
• wentylatory nawiewno-powrotne nr 1 i nr 2 – zdalnie sterowane z wentylatorem nadmuchowym;
• miotacz węgla - zdalnie sterowany wentylatorem nadmuchowym i obwodem zabezpieczającym kocioł;
• pompa zasilająca paliwem płynnym – zdalna i lokalna z kontrolą płomienia w zależności od ilości dysz zapłonowych;
• urządzenie do rozładunku popiołu;
• wibrator;
• przenośnik do usuwania popiołu;
• rozładunek wychwyconych cząstek z pierwszego etapu oczyszczania gazu.

4. Regulacja automatyczna

wnioski

Rosnące ceny energii, niedobór krajowych zasobów paliw, spadek jakości węgla oraz rosnące wymagania w zakresie ograniczenia zanieczyszczenia środowiska wymagają wprowadzenia do produkcji bardziej zaawansowanej metody spalania węgla.

To właśnie dostępność surowców paliwowych i energetycznych determinuje tempo i skalę rozwoju poszczególnych dziedzin produkcji przemysłowej i rolniczej. Główne cele to zapewnienie bardziej wszechstronnego przetwarzania surowców, stworzenie sprzętu i technologii oszczędzających zasoby oraz zdecydowana redukcja strat i odpadów. W ostatnich latach w wielu krajach restrukturyzacja bilansu paliwowego mająca na celu zmniejszenie zależności od ropy i gazu ożywiła zainteresowanie problematyką węgla.

Pisząc ten esej praca kwalifikacyjna tytuł magistra nie został ukończony. Data ostatecznego zakończenia pracy: 15 grudnia 2012. Pełny tekst pracy oraz materiały dotyczące tematu pracy można uzyskać u autora lub jego opiekun naukowy po określonej dacie.

Lista źródeł

1. Zh.V. Viskin Spalanie węgla w złożu fluidalnym i utylizacja jego odpadów, Donieck 1997, – 283 s.
2. Surgai M. Priorytety na świecie i cena ich niedoceniania / M. Surgai // Viche. Dziennik Rady Najwyższej Ukrainy. Kijów, 2008. Nr 3 – s. 13 40–45.
3. Urządzenia regulacyjne R-25. Opis techniczny oraz instrukcję obsługi. – M.: Zakład Automatyki Cieplnej, 1985. – 48 s.
4. Fayershtein L.M. i inne. Podręcznik automatyzacji kotłowni / M.: Energoatomizdat, 1985. – 296 s.
5. Makhorin K. E. Spalanie paliwa w złożu fluidalnym / K. E. Makhorin, P. A. Khinkis K.: Naukova Dumka, 1989. – 204 s.
6. Kirichkov V. N. Konstrukcja modeli adaptacyjnych obiektów dynamicznych na podstawie danych eksperymentalnych / V. N. Kirichkov, A. N. Silvestrov. K.: Szkoła Wiszcza. Wydawnictwo główne, 1985. – 68 s.
7. Regiony makroklimatyczne glob z klimatem zimnym i umiarkowanym: GOST 25870–83 [obowiązuje od 1984–07–01]. - M.: Komitet Państwowy ZSRR według standardów, 1983.
8. Neyezhmakov S.V. Badanie modelu matematycznego pieca ze złożem fluidalnym autonomicznego nagrzewnicy powietrza w kopalni S.V. Neyezhmakov // Praci z Taurian State Agrotechnical University.
   - VIP. 8. T. 10. – Melitopol: TDATU, 2008. s. 173–180.
9. O wynikach rozwoju analitycznych i numerycznych metod oceny właściwości makrokinetycznych procesów termochemicznej obróbki pojedynczych cząstek paliwa w złożu fluidalnym /[Korchevoy Yu. P., Maistrenko A. Yu., Patskov V. P. et al.] . Kijów, 1994. – 77 s. – (Preprint/Instytut Problemów Oszczędzania Energii Narodowej Akademii Nauk Ukrainy, Katedra Inżynierii Dużych Energetyki).

Prace nad stworzeniem potężnych domowych kotłów CFB rozpoczęły się w 1987 roku i zostały zakończone duży zespół organizacje: VTI, NPO TsKTI, SKB VTI, PA „Sibenergomash”, KazNIIenergetiki, UPI, MPEI. Spalanie paliwa w CFB ze względu na jego niską temperaturę (850 – 900 o C) zapewnia zmniejszenie uzysku tlenków azotu, a po dodaniu wapienia następuje tłumienie tlenków siarki.

Zużycie wapienia wynosi 3 - 6 kg na 1 tonę paliwa naturalnego lub dla kotła o wydajności pary 500 t/h - 0,2 - 0,4 t/h.

W przypadku paliw zawierających wapień można zmniejszyć ilość kamienia wapiennego zwiększona zawartość związki ziem alkalicznych, na przykład węgle z dorzecza Kansk-Achinsk, których część mineralna zawiera do 40% lub więcej związków wapnia i magnezu.

Powietrze dostarczane jest przez dwa wentylatory. Główny wentylator nadmuchowy dostarcza powietrze przez kratkę do paleniska i do uszczelek pseudohydraulicznych. Wentylator powietrza wtórnego dostarcza powietrze do paleniska na trzech poziomach.

Kotły z CFB wykonane są według tego samego schematu: komora spalania z powierzchniami grzewczymi przegrzewacza, cyklony i zdalny przewód konwekcyjny, w którym w jego górnej części znajduje się ekonomizer i nagrzewnica powietrza.

Po cyklonach popiół jest zawracany do Dolna część Komora spalania. Stałe cząstki niespalonego paliwa są usuwane z paleniska i zawracane przez cyklony z powrotem do złoża. Gorący popiół po wysłaniu cyklonu chłodnice zewnętrzne popiół.

Odpylacz pierwotny jest separatorem udarowym, składającym się z zawieszonych na stropie kotła naprzemiennie elementów w kształcie litery U (separator kanałowy), które tworzą labirynt na drodze cząstek gazowych i stałych (rys. 1.2). Pierwsze dwa rzędy pojemników na popiół znajdują się w palenisku przed wejściem do poziomego przewodu kominowego. Złapany w nich popiół wraca wraz z powrotem do pieca Tylna ściana. Substancje stałe zebrane przez pozostałe rzędy separatora (w poziomym przewodzie kominowym) kierowane są do leja zasypowego i zawracane do dolnej części paleniska poprzez cztery zawory typu L

Ryc.1.2. Separator kanałowy: 1 – gaz i cząstki stałe; 2 – cząstki stałe zawrócone do pieca; 3 – cząstki stałe wróciły do ​​zasobnika

Te ostatnie służą do kontrolowania zawartości materiału w palenisku poprzez regulację obejścia od zasobnika do paleniska. Organizacja dwustopniowej separacji pierwotnej za pomocą wewnątrzpiecowego separatora kanałowego zmniejsza znaczenie niezbędnej zewnętrznej cyrkulacji cząstek.

Ten typ paleniska stosowany jest w kotłach o mocy cieplnej od 20 do 500 MW. W ramach federalnego programu „Środowisko czysta energia» opracowano i jest realizowany projekt budowy pilotażowego kotła przemysłowego na CFB typu E-220-9.8-540 AFS OJSC „Belenergomash” do spalania popiołów w Państwowej Elektrowni Rejonowej Nesvetai. Kocioł przeznaczony jest do wydajnego spalania niskoreaktywnego AS o Q nr = 4100 - 500 kcal/kg o zawartości popiołu do 40% i zawartości siarki do 2%, bez podświetlania olejem opałowym w całym zakresie obciążenia eksploatacyjnego , przy minimalnej emisji zanieczyszczeń do atmosfery (redukcja emisji siarki o 90% i NOx – nie więcej niż 300 mg/m3).

Podstawową zaletą kotła jest możliwość jego umieszczenia w gabarytach istniejącego ogniwa kotłowego bez konieczności stosowania kosztownych instalacji azotu i odsiarczania.

Ryż. 1.3. Państwowa elektrownia rejonowa z kotłami CFB o obniżonej jakości:

1 – kompleks przetwarzania popiołu; 2 – gospodarstwa węglowe i wapienne; 3 – kocioł z CFB; 4 - turbina parowa; 5 – łapacz popiołu; 6 – generator; 7 – oddymiacz; 8 – komin

Kocioł jest prototypem ponowne wyposażenie techniczne liczne elektrownie w Rosji spalające paliwa stałe niskiej jakości, o niskiej reaktywności, dużej zawartości popiołu, wilgoci i siarki. Bardzo ważne jest, aby w takim kotle możliwe było spalanie paliw różnego rodzaju i jakości, bez znaczących zmian w osiągach eksploatacyjnych i przy znacznej poprawie efektywności ekologicznej.

W kotle zastosowano technologię CFB z kompaktowymi separatorami typu udarowo-inercyjnego (rys. 1.2), która z powodzeniem została zastosowana w szeregu kotłów firmy Babcock-Wilcox (USA).

Podobne kotły opracowano dla innych elektrowni cieplnych: EP-250-16.8-545 BKFN na węgiel rejonu moskiewskiego i węgiel kuźniecki klasy T; E-170-9.8-540-DFN dla torfu (ryc. 1.3).

Proces spalania paliwa odbywa się w złożu stacjonarnym i fluidalnym (fluidyzowanym). W złożu stacjonarnym (rys. 13, a) kawałki paliwa nie przemieszczają się względem rusztu, pod którym dostarczane jest powietrze niezbędne do spalania. W złożu fluidalnym (rys. 13, b) cząstki paliwa stałego poruszają się intensywnie względem siebie pod wpływem ciśnienia powietrza o dużej prędkości. Złoże fluidalne istnieje w granicach prędkości od początku fluidyzacji do trybu transportu pneumatycznego.

Na ryc. 14 przedstawia strukturę warstwy stałej. Paliwo 4 wlane na płonący koks rozgrzewa się. Uwolnione substancje lotne spalają się, tworząc płomień ponadwarstwowy 5. Maksymalną temperaturę (1300-1500 °C) obserwuje się w strefie spalania cząstek koksu 3. W warstwie można wyróżnić dwie strefy: utleniającą, a > 1 ; regeneracyjny i< 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.

Ponieważ strefa 2 oprócz CO zawiera Hg i CH4, których pojawienie się wiąże się z uwolnieniem substancji lotnych w celu ich spalenia, część powietrza dostarczana jest poprzez dysze nadmuchowe 3 umieszczone nad warstwą (patrz rys. 13, A). W złożu fluidalnym zawieszone są duże frakcje paliwa. Złoże fluidalne może być wysokotemperaturowe lub niskotemperaturowe. Niskotemperaturowe (800-900°C) spalanie paliwa osiąga się poprzez umieszczenie powierzchni grzewczej w złożu fluidalnym. Dynamika złoża fluidalnego (w zależności od jego wysokości hcn) – wydzielanie się składników gazowych (S08, SO, Na i 02) oraz zmiana temperatury i – przed

Ryż. 13. Schematy spalania paliw w złożu stałym i fluidalnym:

1 - dopływ powietrza; 2 - ruszt; 3 - pierścień dmuchawy

Umieszczony na ryc. 15. W odróżnieniu od złoża stałego, gdzie wielkość cząstek paliwa sięga 100 mm, kruszony węgiel o grubości 6” spalany jest w złożu fluidalnym< 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 korozja niskotemperaturowa. Więcej niski poziom Temperatura gazu w złożu fluidalnym pomaga ograniczyć powstawanie tlenków azotu podczas spalania, których uwalnianie do atmosfery powoduje zanieczyszczenie środowisko. Dodatkowo eliminuje się żużlowanie sit, czyli przyklejanie się do nich mineralnej części paliwa.

Na uwagę zasługuje także krążące złoże fluidalne, którego cechą charakterystyczną jest podejście do pracy

Warstwa w trybie transportu pneumatycznego.

Palenisko ze stałym łóżkiem może być ręczne, półmechaniczne lub mechaniczne z rusztem łańcuchowym. Istnieją paleniska z rusztem bezpośrednim (ryc. 16, a) i rewersyjnym (ryc. 16, b) / napędzane zębatkami 2. Zużycie paliwa dostarczanego ze zbiornika 3 jest regulowane wysokością montażu bramy 4 (patrz ryc. 16, a) lub prędkość ruchu dozowników 7 (ryc. 16, b). W rusztach o ruchu wstecznym paliwo podawane jest na płachtę za pomocą miotaczy 8 typu mechanicznego (rys. 16, b, c) lub pneumatycznego (rys. 16, d). Małe frakcje paliwa spalają się w zawiesinie, a duże frakcje spalają się warstwą na ruszcie,

Pod którym dostarczane jest powietrze 9. Rozgrzewanie, zapłon i spalanie paliwa następuje w wyniku ciepła przenoszonego przez promieniowanie z produktów spalania. Żużel 6 za pomocą odżużlacza 5 (ryc. 16, a) lub pod wpływem własnego ciężaru (ryc. 16, b) wchodzi do bunkra żużla. Strukturę spalonej warstwy pokazano na ryc. 16, o. Rejon III spalania koksu po II strefie podgrzania napływającego paliwa (strefa I) zlokalizowany jest w centralnej części rusztu. Znajduje się tu również IV strefa renaturyzacyjna. Nierównomierny stopień spalania paliwa na całej długości rusztu powoduje konieczność stosowania sekcyjnego nawiewu powietrza. Większość utleniacza należy podawać do strefy III, mniejszą część do końca strefy reakcji koksu, a bardzo małą ilość do strefy // przygotowania paliwa do spalania i strefy V spalania żużla. Warunek ten jest spełniony poprzez stopniowe rozprowadzenie nadmiaru powietrza na całej długości

Ryż. 17. Schemat kotła z piecem fluidalnym i konstrukcja „czopa rozprowadzającego powietrze”

Kraty. Doprowadzenie jednakowej ilości powietrza do wszystkich sekcji może skutkować zwiększeniem nadmiaru powietrza na końcu blachy rusztowej, w efekcie czego w strefie III nie będzie wystarczającej ilości powietrza do spalania koksu (krzywa ag).

Główną wadą palenisk z rusztem łańcuchowym są zwiększone straty ciepła w wyniku niepełnego spalania paliwa. Zakres stosowania takich rusztów ogranicza się do kotłów parowych o wydajności D - 10 kg/si paliw o uzysku lotnym UD f = 20% i obniżonej wilgotności W" = 3,25% kg/MJ.

Tonnfa ze złożem fluidalnym stosowana jest na kotle o wydajności pary D = 75 t/h, pracującym na łupkach bitumicznych (rys. 17). W strefie niskotemperaturowego złoża fluidalnego znajdują się powierzchnie grzewcze przegrzania 8 i parowania 9. Paliwo dostarczane jest do warstwy 3 od góry, a powietrze ze skrzynki 6 wprowadzane jest przez „miski” (ryc. 17, b) umieszczone wzdłuż rusztu. Popiół usuwany jest z warstwy za pomocą układu odpopielania nr 7. Niewielkie frakcje paliwa spalają się w postaci zawiesiny nad warstwą. Przekazywanie ciepła do powierzchni wyparnych 2 w piecu U do przegrzewacza 11 i ekonomizera 10 odbywa się jak w kotle bębnowym.

Aby zapewnić niezawodną cyrkulację czynnika w powierzchniach odparowania 9 znajdujących się w warstwie, stosuje się pompę cyrkulacyjną 5.

Piece fluidalne charakteryzują się zmniejszoną emisją szkodliwych związków takich jak NOx, SO2, niskim prawdopodobieństwem żużlowania sit oraz możliwością (ze względu na niską temperaturę (gazy)) nasycenia objętości pieca powierzchniami grzewczymi. 44

Charakteryzują się zwiększonym niecałkowitym spalaniem paliwa, wysokimi oporami aerodynamicznymi rusztu 4 i warstwy 3 oraz wąskim zakresem regulacji wydajności pary kotłowej.

Doktorat JESTEM. Sidorov, dyrektor,
Doktorat A. A. Skriabin, Zastępca Dyrektora ds. Nauki,
A.I.Medvedev, dyrektor techniczny,
F.V. Szczerbakow, główny inżynier,
Centrum badawcze PA „Biyskenergomash”, Barnauł, terytorium Ałtaju

O możliwości stosowania pieców z wymuszonym niskotemperaturowym złożem fluidalnym

Obiecującym kierunkiem rozwoju energetyki przemysłowej i komunalnej jest wprowadzenie wysoce efektywnych schematów organizacji procesu spalania w wymuszonym niskotemperaturowym złożu fluidalnym (FFL). Technologia ta zapewnia stabilne spalanie w objętości warstwy oraz w przestrzeni nad warstwą. Umożliwia spalanie niemal każdego rodzaju paliwa i odpadów palnych w stosunkowo niskiej temperaturze (800-1000°C) bez spiekania warstwy.

Paleniska z klasycznym pęcherzykowym złożem fluidalnym charakteryzują się niskimi współczynnikami upłynnienia i co za tym idzie niezbyt dużymi naprężeniami cieplnymi kratki rozprowadzającej powietrze (do 3 MW/m2). Procesy prowadzone są w objętości warstwy. Spalanie nad warstwą szybko ustaje ze względu na szybkie ochłodzenie gazów spalinowych, dlatego cały podmuch musi zostać doprowadzony pod warstwę. Powierzchnię nad warstwą i ekranami spalania wykorzystuje się z małą wydajnością; nadmiar ciepła z warstwy należy usunąć poprzez zanurzone w niej powierzchnie grzewcze. W rezultacie paleniska z klasyczną warstwą mają Duża powierzchnia i nieporęczny. Dodatkowo eksploatacji powierzchni zanurzonych towarzyszy intensywne zużycie ścierne. Pomimo niskiego poziomu temperatur złoża, nawet krótkotrwałe zaprzestanie upłynniania lub lokalny wzrost temperatury jest niebezpieczne ze względu na spiekanie cząstek złoża. To z góry określa wąski zakres regulacji.

Główną różnicą pomiędzy FKS a innymi typami złoża fluidalnego jest duża (3-10 m/s) prędkość skraplania – tłoczenie złoża. W tym przypadku zapewnione jest niskie podpalenie mechaniczne (poniżej 1,5-2,5%) dzięki rozszerzeniu przekroju przestrzeni spalania nad warstwą w kierunku ku górze. Sprzyja to powrotowi dużych cząstek do warstwy (recyrkulacja) i ogranicza usuwanie małych cząstek. FKS nie posiada powierzchni grzewczych zanurzonych w warstwie i problemów z tym związanych. Niezawodne działanie rur ekranowych na terenie

dynamiczny efekt warstwy zapewnia użytkowanie Skuteczne środki ochrona przed zużyciem ściernym.

Kratka rozprowadzająca wymuszony nawiew powietrza ma następujące zalety:

• ▪ zapewnia małe wymiary reaktora sieciowego i fluidalnego, a co za tym idzie, korzystne warunki modernizacji i przebudowy zainstalowanych urządzeń, niski koszt i niskie koszty napraw;
• ■ umożliwia spalanie paliwa o grubszym rozdrobnieniu w porównaniu do klasycznego złoża fluidalnego; właściwie dla węgla brunatnego największy rozmiar kawałek może osiągnąć 30-50 mm;
• ■ zapewnia więcej niezawodne działanie warstwę w zależności od warunków występowania, a tym samym rozszerza zakres kontroli obciążenia.

Technologia FKS zakłada pracę warstwy w trybie zgazowania paliwa przy rzeczywistych wartościach nadmiaru powietrza 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.

Technologia FKS wtłaczania kratki rozprowadzającej powietrze jest zbliżona do cyrkulującego złoża fluidalnego (CFB) i ma następujące zalety:

▪ możliwość integracji kotłów FKS w standardowe ogniwa kotłowe;

▪ brak żużlowania powierzchni grzewczych;

▪ dobra wydajność palenisk FKS w porównaniu do zmechanizowanych palenisk warstwowych pod względem kosztów, żywotności, niezawodności i łatwości konserwacji;

▪ brak wyposażenia młyna;

▪ możliwość spalania szerokiej gamy paliw i odpadów palnych;

■ szerokie możliwości regulacji parametrów pracy kotłów FKS oraz wysoka stabilność nośności, co pozwala na ich współpracę z turbinami parowymi;

▪ wysoka efektywność ekologiczna w zakresie emisji tlenków siarki i azotu.

Jednocześnie w porównaniu do CFB wprowadzenie technologii wymuszonego złoża fluidalnego wymaga znacznie niższych kosztów kapitałowych.

Szczególnie atrakcyjne możliwości wdrożenia FCS stanowią te związane z przebudową kotłowni. Pozwalają zaoszczędzić i wykorzystać większość zainstalowanego sprzętu, znacznie obniżyć koszty inwestycyjne, a zatem są przystępne dla większości przemysłowych przedsiębiorstw energetycznych i użyteczności publicznej. Jednocześnie zainwestowane środki szybko się zwracają, a rentowność wzrasta.

Zazwyczaj podstawą wprowadzenia technologii FCC jest:

▪ nowa konstrukcja z możliwością pracy na węglu niskogatunkowym;

▪ konieczność zapewnienia niezawodnych dostaw ciepła i energii (np. poprzez wymianę paliwa, poszerzenie asortymentu wykorzystywanego węgla, wykorzystanie lokalnych paliw niskiej jakości czy odpadów palnych);

▪ konieczność ograniczenia kosztów paliwa poprzez wymianę na tańsze lub zwiększenie efektywności jego spalania;

■ konieczność wymiany przestarzałego, wyeksploatowanego sprzętu;

▪ konieczność utylizacji odpadów palnych, takich jak odpady z przeróbki węgla, drewna i jego obróbki, żużle z kotłów warstwowych itp.

Doświadczenie w obsłudze kotłów z systemem FCS

Do tej pory wraz z wieloma przedsiębiorstwami wdrożyliśmy piece z FCS w ponad 50 obiektach. Jako przykłady podamy naszym zdaniem najciekawsze z nich.

Przykład 1. Rekonstrukcja CHPP-2 Chita z konwersją kotłów warstwowych na spalanie węgla Kharanorsky'ego w złożu fluidalnym. W latach 1999-2003. Wykorzystując technologię FKS przeprowadzono całkowitą przebudowę CHHITA CHPP-2 z przeniesieniem kotłów warstwowych TS-35 na spalanie węgla brunatnego Khara Norsk (Qrn = 2720 kcal/kg; Ap = 13,2%; Wр = 40% ) w złożu fluidalnym.

Konieczność przebudowy spowodowana była niską sprawnością kotłów warstwowych i znacznymi kosztami remontów. Dodatkowo celem było zwiększenie wydajności kotła do 42 t/h.

Rekonstrukcja objęła następujące elementy kotła:

■ zmieniony został profil dolnej części paleniska. Zdemontowano osłonę łańcucha, przednie i tylne szyby wysunięto w dół. Ściany boczne pokryte są grubą okładziną na wysokości od kratki nawiewu do osi paneli chłodzących; przesłony ścian bocznych pozostają niezmienione;

▪ na kratce rozprowadzającej powietrze zamontowane są zdejmowane kołpaki rozprowadzające powietrze, zapewniające równomierne upłynnienie warstwy, oraz dwie rury do drenażu chłodzonej wodą warstwy w celu usunięcia żużla;

■ do rozpalenia kotła w osobnej skrzynce powietrznej pod rusztem montuje się urządzenie rozpalające. Gorące gazy powstające podczas spalania oleju napędowego podgrzewają warstwę od dołu i zapewniają zapłon węgla dostarczanego do paleniska. Po stabilnym zapłonie węgla w warstwie urządzenie rozpalające zostaje wyłączone;

■ dysze ostrego nadmuchu są zamontowane na przedniej i tylnej ścianie paleniska. Powietrze podgrzane w nagrzewnicy dostarczane jest do dysz za pomocą standardowego wentylatora VD-13,5×1000;

▪ w celu zapewnienia upłynnienia warstwy dodatkowo zamontowano dwa wentylatory wysokociśnieniowe VDN-8,5-I×3000;

▪ powiększono drugi pakiet przegrzewaczy wzdłuż przepływu gazu, umiejscowiony w obrotowym kanale gazowym;

▪ zdemontowano drugą kostkę nagrzewnicy powietrza wzdłuż przepływu gazu;

▪ ekonomizer kotła zwiększono o 3,5 pętli;

▪ powiększono łopatki standardowego oddymiacza D-15.5 i wymieniono silnik na mocniejszy, co wiąże się ze wzrostem wydajności kotła z 35 do 42 t/h.

Zrekonstruowany piec z FKS zasadniczo różni się od tradycyjnych pieców ze złożem fluidalnym, a mianowicie:

■ duża prędkość upłynniania (do 9-10 m/s), kakutopox CFB. Dzięki intensywnemu mieszaniu nie występują nierównomierne temperatury i stężenia paliw na powierzchni warstwy. Materiał warstwowy jest częściowo wprowadzany do objętości pieca i po intensywnym ochłodzeniu spływa po tylnym sicie z powrotem do warstwy, chłodząc ją. Dzięki powtarzalnej cyrkulacji materiału warstwy wewnątrz pieca zapewnione jest dobre spalanie materiałów palnych;

▪ tylko 50-60% powietrza biorącego udział w procesie spalania dostarczane jest pod ruszt, pozostała część powietrza dostarczana jest poprzez dysze nadmuchowe wtórne. Brak powietrza w warstwie powoduje częściowe zgazowanie paliwa i dwustopniowe spalanie;

▪ powietrze wtórne dostarczane poprzez dysze umieszczone na przedniej i tylnej ścianie pieca tworzy silny, poziomy wir, który przyczynia się do dopalania gazów i wyniesionych miałów.

Zastosowane rozwiązania techniczne pozwoliły znacząco poprawić parametry użytkowe kotła, a w szczególności:

▪ zwiększyć spalanie paliwa bez stosowania kosztownych urządzeń separacyjnych i powrotnych stosowanych w kotłach CFB. Maksymalne straty przy podpaleniu mechanicznym nie przekraczają 2,5%;

▪ rozszerzyć granicę kontroli temperatury pary przegrzanej poprzez intensyfikację wymiany ciepła w piecu wywołaną wirem poziomym;

■ regulować temperaturę warstwy poprzez zmianę przepływu powietrza pod rusztem bez stosowania zanurzonych powierzchni grzewczych. Po przejściu do trybu zgazowania temperatura warstwy spada. Zależność temperatury warstw od natężenia przepływu powietrza pod rusztem ma wyraźnie wyrażone maksimum w punkcie ich stosunku stechiometrycznego; wraz ze wzrostem lub spadkiem ilości powietrza w warstwie temperatura maleje. Dzięki temu kocioł nie ma ograniczeń obciążenia ze względu na wysoką temperaturę złoża;

■ osiągnąć umiarkowane zużycie powierzchni konwekcyjnych, ponieważ 60-70% całkowitego porwania to poślizg stosunkowo dużych cząstek (100-1000 mikronów), które nie wpadły w poziomy wir, reszta to bardzo drobny popiół, który ma niewielki wpływ na zużycie;

▪ zmniejszenie emisji tlenków azotu 2-krotnie (w porównaniu z piecami warstwowymi i pochodniami). Ze względu na dwustopniowe spalanie i niskie temperatury złoża w całym zakresie obciążeń regulacyjnych oraz przy ewentualnym nadmiarze powietrza w palenisku, maksymalne stężenie NOx nie przekracza 200 mg/m3;

▪ wykluczyć znaczne straty na skutek niedopalenia chemicznego. Stężenie tlenku węgla powstałego w wyniku dopalania w wirze pionowym nie przekracza 100 ppm.

Charakterystykę porównawczą kotła stacji nr 7 przed i po rekonstrukcji podano w tabeli 1.

Tabela 1. Charakterystyka kotła Nr art. Nr 7 Chitinskaya CHPP-2.

Wyniki badań regulacyjnych wykazały, że maksymalna wydajność pary kotła po remoncie jest ograniczona wydajnością oddymiacza i wynosi 44 t/h. Poprawia się napełnienie pieca przy obciążeniach powyżej 35-38 t/h, zmniejsza się zawartość tlenku węgla w gazach.

Z danych eksploatacyjnych wynika, że ​​sposób spalania zrekonstruowanych kotłów charakteryzuje się dużą stabilnością. Odchylenia temperatury pary przegrzanej w trybie stacjonarnym są krótkotrwałe i nie przekraczają ±5°C. Nie obserwuje się nierównowagi temperatur na całej szerokości pieca i pulsacji. Temperatura pracy warstwy wynosi 820-980°C.

Podczas testów rozruchowych stwierdzono, że minimalne obciążenia cieplne zapewniające samonagrzewanie warstwy w pełni odpowiadają zadanemu harmonogramowi spalania kotła. Zużycie węgla na utrzymanie minimalnej temperatury złoża wynosi około 1,5 t/h, co stanowi około 15% zużycia paliwa dla kotła przy obciążeniu znamionowym.

Zapłon kotła rozpoczyna się od oleju napędowego. Po stabilnym spaleniu węgla w warstwie w temperaturze 500-550°C wyłącza się dyszę pilotową, ustawia się minimalne zużycie paliwa i kocioł kontynuuje grzanie bez zewnętrznej ingerencji w tryb spalania. Zużycie oleju napędowego do ogrzewania warstwy podczas rozpalania z rezerwy zimnej wynosi nie więcej niż 200 litrów. Po przestoju kotła krótszym niż 6 godzin zużycie oleju napędowego zmniejsza się o połowę. W przypadku postoju kotła krócej niż 3 godziny rozpalanie odbywa się bez użycia paliwa ciekłego, natomiast rozpalenie węgla następuje od ciepła zgromadzonego w warstwie. Zamiast oleju napędowego można stosować olej opałowy.

Tym samym w wyniku przebudowy udało się uzyskać kocioł bardziej niezawodny i sterowalny, o sprawności brutto o co najmniej 4% wyższej niż przed przebudową. Niezawodność, bezpieczeństwo i właściwości środowiskowe nowego paleniska są nie tylko porównywalne z paleniskami warstwowymi i palnikowymi, ale także je przewyższają.

Aby zapobiec zużyciu ściernemu powierzchni grzewczych stykających się ze złożem fluidalnym, w CHITA CHPP-2 zastosowano technologię napawania rur materiałem odpornym na zużycie (rys. 1).

Biorąc pod uwagę prostotę konstrukcji oraz możliwość spalania dowolnego paliwa niskiej jakości, nowe urządzenie spalające może znaleźć zastosowanie przy projektowaniu i rekonstrukcji kotłów pyłowych i olejowo-gazowych małej i średniej mocy. Przestawienie kotłów na węgiel z wykorzystaniem tej technologii pozwoli nie tylko zaoszczędzić paliwo płynne do rozpałki, ale także wyeliminuje zużycie oleju opałowego do rozpalenia pochodni. Udział oleju opałowego wykorzystywanego do tych celów można zmniejszyć o rząd wielkości.

Przykład 2. Budowa kotłowni składającej się z trzech kotłów z paleniskami FKS. W 2003 roku firma Amuragrocenter OJSC wybudowała kotłownię z trzema kotłami KE-10-14-225S do spalania mieszanki węgla brunatnego (80%) i łuski owsianej (20%) w piecach FKS.

Na ryc. Rysunek 2 przedstawia montaż urządzeń na wcześniej przygotowanych fundamentach konstrukcji budowlanych budynku kotłowni, którymi jest lekka metalowa rama z prefabrykowanymi płytami ściennymi typu warstwowego. Doświadczenie w budowie kotłowni tej konstrukcji wskazuje na możliwość skrócenia pełnego cyklu budowy kotłowni o wydajności cieplnej 15-30 Gcal/h w ciągu 5-6 miesięcy, z wyłączeniem operacji usuwania izolacji.

Przykład 3. Budowa kotłowni z trzema kotłami parowymi do spalania węgla brunatnego ze złoża Itat. W 2005 roku kierownictwo OJSC Altaivagon (Rubtsovsk, terytorium Ałtaju) podjęło decyzję o budowie własnej kotłowni z trzema kotłami parowymi KE-25-14-225PS (ryc. 3), podyktowanej względami ekonomicznymi. W wyniku budowy przedsiębiorstwo otrzymało własne źródło energii, wyposażone w wysokosprawne kotły wykonane w technologii FKS o sprawności 84-87%, spalające tani węgiel brunatny ze złoża Itatskoe (charakterystyka węgla dla masy roboczej: pH = 3100 kcal/kg Wр = 39%;

Aby zwiększyć niezawodność i trwałość powierzchni ekranów grzejnych w strefie działania złoża fluidalnego, zastosowano dwie metody zabezpieczenia rur przed zużyciem ściernym (rys. 4). Na wysokości 1 m od kratki rozprowadzającej powietrze, na rurach mocowane są okładziny żeliwne (gatunek ChH16, twardość 400-450 HV, temperatura pracy do 900°C), na wysokości 1 m od okładzin, zabezpieczenie nakłada się metodą natryskiwania gazowego warstwy samotopliwego stopu PR-NH17SR4-40/100 (grubość nanoszonej warstwy - od 0,5 do 1,4 mm, twardość - 418 HV). Jak pokazuje doświadczenie eksploatacyjne, zabezpieczenie to gwarantuje niezawodną pracę rur sitowych.

Schemat kotła KE-25-14-225PS pokazano na ryc. 5.

Kocioł wyposażony jest w system automatycznego sterowania, który zapewnia wszystkie standardowe regulacje, zabezpieczenia i alarmy dla kotłów małej i średniej mocy. Zapewnia rozruch kotła ze stanu zimnego i postoju „gorącego” oraz pracę kotła w trybie automatycznym.

Kocioł KE-25-14-225PS, zgodnie z wymaganiami SNiP i technologią działania pieca, jest wyposażony w układ pomiarowy zapewniający kontrolę i rejestrację następujących parametrów:

▪ poziom (wysokość) warstwy (kontroli);

▪ poziom wody w bębnie (przepływ wody przez kocioł) (kontrola i rejestracja);

▪ ciśnienie pary w bębnie (ciśnienie wody na wlocie i wylocie kotła) (kontrola);

▪ ciśnienie powietrza w kratce rozprowadzającej powietrze (sterowanie);

▪ podciśnienie w piecu (kontrola);

▪ podciśnienie na oddymiaczu (sterowanie);

▪ temperatura spalin (kontrola);

▪ temperatura warstwy (kontrola i rejestracja);

▪ temperatura gazów spalinowych (kontrola);

▪ temperatura wody opuszczającej kocioł w trybie ciepłej wody użytkowej (kontrola i rejestracja);

▪ zużycie pary (kontrola i rejestracja).

Panel sterowania i monitorowania pokazany jest na rys. 6.

Wszystkie systemy automatyki są połączone w jeden obwód sterujący. Miejsce pracy operatora (operatora kotła) zlokalizowane jest w oddzielnym pomieszczeniu. Może jednocześnie sterować kilkoma kotłami i innymi urządzeniami procesowymi.

Tabela 2. Wyniki badań pracy kotła KE-25-14-225PS st. Nr 3 kotłowni Altaivagon, Rubtsovsk.

Tabela 3. Wyniki badań przemysłowych kotłów KV-F-11.63-115PS st. Nr 1, 2 i 3 w kotłowni centralnej w Borzyi.

Uwaga: paliwo - węgiel brunatny: 0^=3012 kcal/kg; Ar=13,2%; Wp=35,9%.

Sterowanie i monitorowanie odbywa się z komputera znajdującego się w wydzielonym pomieszczeniu poprzez sieć lub z ekranu dotykowego na panelu sterowania. Widok panelu sterującego kotła pokazano na rys. 7.

Wyniki badań kotła KE-25-14-225PS (tab. 2) wykazały wysoką sprawność, niską emisję NOx (300-385 mg/nm3) i CO (80-300 mg/nm3). Zawartość materiałów palnych w porwaniu wraz ze wzrostem obciążenia od 30 do 100% zmieniała się w zakresie 10-21%, przy odpowiedniej zmianie spalania mechanicznego od 1,59 do 3,87%. Sprawność kotła wahała się w całym zakresie obciążenia 84,9-86,3%. Temperatura pary wynosiła 204-225°C. Temperatura złoża fluidalnego wynosiła średnio 890°C i zapewniała niezawodną, ​​bezżużlową pracę kotła. Jednostkowe zużycie paliwa równoważnego wyniosło 188,3 kg/MW.

Przykład 4. Przebudowa kotłowni poprzez wymianę wyeksploatowanych kotłów na dwa kotły wodne z paleniskami FKS. W latach 2005-2006 W mieście Mogocha na terytorium Zabajkału zrekonstruowano kotłownię mieszkaniową i usług komunalnych, wymieniając zużyte kotły na dwa kotły wodne KEV-10-95PS (ryc. 8) z piecami FKS do spalania węgla brunatnego Kharanorsky .

Główne parametry techniczne kotła:

▪ moc grzewcza 6,98 MW (6 Gcal/h);

▪ ciśnienie wody na wlocie nie przekracza 0,8 MPa (8,0 kgf/cm2);

▪ ciśnienie wody na wylocie jest nie mniejsze niż 0,24 MPa (2,4 kgf/cm2);

■ temperatura wody na wylocie nie wyższa niż 95°C;

▪ sprawność kotła (brutto) 85,87%;

■ całkowite zużycie paliwa 2596 kg/h. Cechą konstrukcyjną kotła jest obecność paleniska FKS zainstalowanego w dolnej części komory spalania kotła, utworzonej przez ceglane ściany zbiegające się do dołu. Palenisko FKS składa się z kratki rozprowadzającej powietrze (pow. 2,4 m2) ze skrzynią powietrzną w dolnej części, komory rozpalającej z dyszą, rury spustowej warstwy oraz urządzenia odżużlającego. Na kratce montowane są zdejmowane żeliwne zaślepki w kolejności korytarzowej. Powietrze dostarczane jest pod kratkę za pomocą wentylatora wysokociśnieniowego VDN 8,5×3000-I (17 000 m3/h; 75 kW).

Układ przygotowania paliwa dostarcza do warstwy węgiel o wielkości cząstek do 25-30 mm. Podawanie do warstwy odbywa się za pomocą dwóch podajników PTL 600 ze zdemontowanymi rotorami.

Przed rozpaleniem kotła na kratkę rozprowadzającą powietrze nasypany jest obojętny wypełniacz. Jako obojętny wypełniacz stosuje się piasek, drobny kruszywo lub żużel o frakcjach 1-6 mm. Wysokość wylewanej warstwy wynosi 250-350 mm.

Układ opalania kotła składa się ze zbiornika oleju słonecznego, pompy paliwa, filtrów mechanicznych i dokładnych oraz armatury. Kocioł opalany jest poprzez podgrzanie warstwy gorącymi gazami dostarczanymi pod ruszt, powstającymi podczas spalania paliwa ciekłego w komorze zapłonowej. Temperaturę warstwy podczas rozpałki reguluje się poprzez zmianę zużycia paliwa rozpałkowego.

Aby ograniczyć straty powstałe na skutek niedopalenia mechanicznego, kocioł wyposażono w dwustopniowy system porywania powrotu. Pierwszy etap polega na rozbudowie pieca do góry, co pozwala na oddzielenie największych cząstek wylatujących z warstwy. Wzdłuż nachylonych ścian dolnej części pieca cząstki cofają się do objętości złoża fluidalnego. Drugi etap to wiązka konwekcyjna kotła. Uwięzione w nim cząstki palne są zawracane poprzez pneumatyczne linie transportowe do przestrzeni nadwarstwowej.

Kocioł posiada spalanie dwustopniowe. Część powietrza (około 70%) dostaje się pod kratkę rozprowadzającą powietrze. Pozostała część powietrza wprowadzana jest do komory spalania poprzez ostre dysze nadmuchowe. Zarówno powietrze pierwotne, jak i wtórne dostarczane jest z jednego wentylatora VDN 8,5×3000-I.

Za kotłem zainstalowana jest klapa oddymiająca DN-12,5×1500 (75 kW).

Aktualnie zainstalowane kotły działają, opinie personelu są pozytywne.

Przykład 5. Przebudowa kotłowni centralnej poprzez montaż trzech kotłów stacyjnych z paleniskiem FKS. W 2006 roku w mieście Borzya przeprowadzono remont kotłowni centralnej, instalując trzy nowe kotły wodne KV-F-11.63-115PS, stacje nr 1, 2 i 3. Schemat kotła przedstawiono na rys. 9.

Główne cechy konstrukcyjne kotła:

■ moc grzewcza 11,63 MW (10 Gcal/h)

▪ ciśnienie wody na wlocie nie większe niż 1,0 MPa (10,1 kgf/cm2);

▪ opór hydrauliczny zespołu kotła wynosi 0,18 MPa (1,8 kgf/cm2);

▪ temperatura wody na wlocie wynosi co najmniej 70°C;

■ temperatura wody na wylocie nie wyższa niż 115°C;

▪ sprawność kotłowni (brutto) 84%;

▪ szacunkowe zużycie paliwa (węgiel brunatny Kharanor) 4112 kg/h.

Wyniki badań przemysłowych nowych kotłów podano w tabeli. 3.

Przykład 6. Budowa pilotażowego zakładu technologii energetyki przemysłowej do produkcji półkoksu z węgla brunatnego Bieriezowskiego z wykorzystaniem reaktora FKS. W 2006 roku w kotłowni OJSC Razrez Bieriezowski 1 uruchomiono pilotażową przemysłową instalację energetyczno-technologiczną do produkcji półkoksu z węgla brunatnego Bieriezowskiego (Qrn = 16168 kJ/kg, Ap = 2,93%, Wр = 34,1%) przy zachowaniu mocy cieplnej kotła.

Instalacja została zaprojektowana w oparciu o seryjny kocioł wodny KV-TS-20. Cechą szczególną instalacji jest zastosowanie reaktora FKS.

Węgiel z zasobnika podawany jest do złoża fluidalnego czterema zsypami umieszczonymi w przedniej części kotła. W reaktorze w temperaturach 580-700°C odbywa się jego piroliza, której towarzyszy spalanie części lotnych i drobnych cząstek usuniętych z warstwy. Powietrze pod ruszt reaktora dostarczane jest za pomocą wentylatora wysokociśnieniowego VDN-8,5×3000.

Z reaktora powstały półkoks „przelewa się” do chłodnicy rurowej.

Schłodzony tam do temperatury 100-120°C, transportowany jest systemem przenośników do leja zasypowego.

W wyniku termochemicznej obróbki węgla w reaktorze ze złożem fluidalnym otrzymuje się półkoks (Qrn = 27251-27774 kJ/kg, Ap = 7,95-8,25%, Wр = 4,2-3,42%).

Uzysk wagowy półkoksu stanowi około 25% zużycia węgla dostarczanego do kotła.

Instalacja energetyczno-technologiczna pracuje przy optymalnych proporcjach powietrza pierwotnego i wtórnego oraz dostarczanego paliwa, co pozwala przy minimalnych dla tego projektu stratach ciepła i szkodliwych emisji uzyskać 20 Gcal/h ciepła i zapewnić stabilną produkcję półkoksu wymaganą jakość przy dobrych wskaźnikach ekonomicznych. Szacowany okres zwrotu kosztów inwestycji to nie więcej niż 17,5 miesiąca.