Отечественные котлы с циркулирующим кипящим слоем. Котел с кипящим слоем
Котлы с циркулирующим кипящим слоем — Мегаобучалка
При рассмотрении перспектив использования твердого топлива, в частности для энергоблоков нового поколения, одним из основных вопросов является его эффективное сжигание. Под последним в первую очередь понимается выполнение двух требований: сжигание должно быть полным, т.е. экономичным, и оно не должно приводить к большим выбросам вредных веществ (в первую очередь оксидов серы и азота).
Долгое время для сжигания использовался и продолжает использоваться так называемый факельный метод, при котором смесь мелкоразмолотого угля и горячего воздуха непрерывно подается в зону горения, поддерживая горящий факел, являющийся источником лучистой и тепловой энергии для нагрева рабочего тела. Для выполнения указанных выше требований разработан и внедрен в практику целый ряд режимных и конструктивных мероприятий, которые, тем не менее, не могут решить проблему в полной мере. Поэтому последние 15 лет ведутся поиски экологически чистых технологий сжигания широкой гаммы твердых топлив, особенно энергетических твердых топлив низкого качества. В числе таких технологий находится технология сжигания твердых топлив в циркулирующем кипящем слое (ЦКС) при атмосферном давлении.
Теоретической основой функционирования котлов с ПКС является представление о кипящем слое. Если в некоторой камере (рис. 11.9, а) установить решетку, на которую поместить слой угля, и к решетке подать в небольшом количестве воздух, то после предварительного разогрева слоя начнется горение топлива с поверхности с выделением газообразных продуктов сгорания. При восполнении сгорающего топлива на решетке будет поддерживаться горящий фиксированный слой. Будет осуществляться так называемое слоевое сжигание твердого топлива. Если увеличивать подачу воздуха под решетку, то на частицы топлива, находящегося на решетке, будет действовать скоростной напор, который будет противодействовать силе тяжести, действующей на каждую частицу топлива. При некоторой скорости воздуха частицы топлива окажутся во взвешенном состоянии в подъемном потоке воздуха, а толщина горящего слоя возрастет (рис. 11.9, б).
При дальнейшем возрастании скорости в слое появляются отдельные пузыри воздуха (рис. 11.9, в), и толщина слоя возрастает еще больше. Это так называемый пузырьковый кипящий слой. Он ведет себя так, как ведет себя кипящая жидкость, отсюда и название метода — сжигание в кипящем слое.
При еще большем расходе воздуха подъемная сила, действующая на частицы топлива, оказывается настолько большой, что они не успевают сгорать и вырываются из кипящего слоя. При дальнейшем увеличении расхода воздуха видимый слой исчезает и происходит горение скоплений частиц топлива во всем объеме камеры с интенсивным перемешиванием (рис. 11.9, г). Большее количество частиц топлива не успевает сгореть и выносится из камеры. Здесь на их пути устанавливают циклон — цилиндрический сосуд, в котором продукты сгорания отделяются от несгоревших частиц. Продукты сгорания направляются во вторую часть котла — конвективную шахту — для нагрева рабочего тела (воды и пара), а несгоревшие частицы движутся в закрученном потоке, отбрасываются к стенкам, падают вниз и снова направляются в камеру горения. Это и есть циркулирующий кипящий слой. Главная его особенность состоит в том, что циркулирующий материал в сотни раз превышает количество воздуха, подаваемого для горения.
Имеется целый ряд схем, реализующих технологию ЦКС. Рассмотрим одну из них, показанную на рис 11.10. Уголь из бункера направляется на воздухораспределительную решетку топки, под которую для горения подается горячий воздух. На нее же из другого бункера поступает известняк, который вступает в химическую реакцию с серой, связывает ее и в дальнейшем вместе с сухой золой отводится из котла. Таким образом, исключается попадание серы в дымовые газы и затем в воздушный бассейн. Образующийся кипящий слой передает часть своей теплоты рабочему телу, движущемуся в экранах, которыми облицованы стены топки. Из верхней части топки смесь продуктов сгорания и частиц топлива, не сгоревших в кипящем слое, направляется в циклон, где происходит отделение частиц несгоревшего топлива от продуктов сгорания. Несгоревшие горячие частицы смешиваются с частицами свежего топлива, и эта смесь поступает в горящий кипящий слой топки. Продукты сгорания поступают в конвективную шахту, в которой расположены другие поверхности нагрева рабочего тела: конвективный первичный и промежуточный пароперегреватели, экономайзер, воздухонагреватель. На выходе из конвективной шахты из продуктов сгорания удаляется летучая зола, и затем они поступают в электрофильтры для удаления остатков летучей золы, после чего они направляются в дымовую трубу для рассеивания в верхних слоях атмосферы.
Одна из основных идей, реализуемых в котлах с ЦКС, состоит в том, что температура кипящего слоя оказывается невысокой — на уровне 820—900 °С. При таких температурах образование окислов азота идет очень медленно. Заметим, что в факельных пылеугольных топках температура горения достигает 2000 °С. В свою очередь, низкая температура горения обеспечивается большим размером частиц угля (от 2 до 25 мм) и их разобщенностью в кипящем слое, в отличие от пылеугольного сжигания, когда размер пылевых частиц находится на уровне 200 мкм.
Другая важная идея — многократная циркуляция горячей смеси золы, известняка и сравнительно небольшого количества подводимого свежего топлива. Это обеспечивает не только хорошую сероочистку продуктов сгорания, но и существенно интенсифицирует процесс сжигания.
Котлы с ЦКС, кроме отмеченных выше преимуществ имеют ряд других.
· 1. В ЦКС эффективно сжигаются некачественные топлива: угли с большим содержанием породы, который в ЦКС играет роль циркулирующего наполнителя слоя; угли с высоким содержанием золы и влаги, а также трудно зажигаемые топлива (с малым выходом летучих легковоспламеняющихся газов).
· 2. В одном и том же котле можно сжигать топливо разного и меняющегося качества.
· 3. Перед подачей в топку ЦКС топливо не требует мелкого размола (достаточно дробление), что исключает необходимость в угольных мельницах и улучшает экологическую обстановку на ТЭС.
· 4. Отсутствие отдельных серо- и азотоочистки (в котлах с ЦКС они органически встроены в процесс горения) обеспечивает компактность этих котлов, что делает их привлекательными для реконструкции действующих ТЭС.
Вместе с тем, по сравнению с пылеугольными котлами, котлы с ЦКС более сложны, работают в более тяжелых условиях (эрозия поверхностей нагрева запыленным потоком), имеют повышенный расход электроэнергии на привод высоконапорных вентиляторов для подачи воздуха в зону горения и создания кипящего слоя.
Технико-экономические оценки показывают, что котлы с ЦКС в энергоблоках 150—200 МВт обеспечивают себестоимость электроэнергии, капитальные затраты, затраты на топливо, на обслуживание и ремонт, не превышающие аналогичные затраты для пылеугольных котлов с сероочисткой. При этом подчеркивается, что результаты сравнения зависят от большого числа факторов и определяются конкретными условиями.
Область применения котлов с ЦКС — сжигание низкосортных твердых топлив при паропроизводительности до 250 т/ч как для новых ТЭС, так и проходящих модернизацию. В мире в настоящее время эксплуатируется более 200 энергетических котлов с ЦКС, в том числе освоен энергоблок мощностью 250 МВт. В России разрабатываются котлы с ЦКС паропроизводительностью 160, 500 и 1000 т/ч для сжигания каменных и бурых углей различных месторождений.
http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=2241
megaobuchalka.ru
Котел кипящего слоя
Изобретение может использоваться при создании новых и реконструкции действующих промышленных и энергетических котлов, сжигающих твердое топливо и горючие отходы в кипящем слое. Котел кипящего слоя содержит топку кипящего слоя с вводами топлива и выводами золы, образованный экранами топочный объем с соплами вторичного дутья и, по крайней мере, один эжектор, при этом эжекторы расположены над выводами золы и направлены на экраны. Эжекторы имеют вводы транспортирующего воздуха в нескольких сечениях по высоте. Изобретение позволяет упростить и удешевить конструкцию котла, повысить устойчивость топочного процесса и упростить эксплуатацию котла. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Формула изобретения
1. Котел кипящего слоя, содержащий топку кипящего слоя с вводами топлива и выводами золы, образованный экранами топочный объем с соплами вторичного дутья и, по крайней мере, один эжектор, при этом эжекторы расположены над выводами золы и направлены на экраны.2. Котел по п.1, отличающийся тем, что эжекторы имеют вводы транспортирующего воздуха в нескольких сечениях по высоте.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2www.findpatent.ru
Топки с кипящим слоем
Топки с кипящим слоем
Эффективное сжигание твердого мелкозернистого топлива (0-20 мм) может быть достигнуто при использовании принципа кипящего (псевдоожиженного) слоя, применение которого при газификации топлива, в черной и цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей, строительной и других отраслях промышленности позволило резко интенсифицировать ряд технологических процессов.
Кипящий слой характеризуется скоростью первичного воздуха, превышающей предел устойчивости плотного слоя, но далеко не достигающей скорости витания средних частиц. При этих условиях все частицы в слое интенсивно перемешиваются, двигаясь колебательно вверх и вниз, причем в целом слой имеет относительно четкую верхнюю границу. Для кипящего слоя твердого топлива характерны повышенная его концентрация в объеме камеры горения, а также повышенная относительная скорость в слое w0tп, что создает благоприятные условия для скоростного горения топлива. В отличие от плотного (неподвижного) слоя, аэродинамическое сопротивление которого с увеличением интенсивности дутья возрастает по степенному закону, в кипящем слое сопротивление от этого фактора не зависит (рис. 6.10, а).
При малой скорости дутья слой остается неподвижным и работает как фильтрующий. При достижении критической скорости дутья сила давления газового потока в слое становится равной силе тяжести частиц. Слой начинает расширяться, и при дальнейшем увеличении скорости воздуха частицы приходят в движение. Объем слоя увеличивается в 1,2-1,8 раза в зависимости от интенсивности дутья, формы и размеров частиц. Сопротивление кипящего слоя с изменением интенсивности дутья не изменяется, потому что при этом увеличивается расстояние между частицами, т. е. увеличивается проходное сечение для газа. При чрезмерном увеличении скорости дутья весь слой переходит во взвешенное состояние и может быть вынесен из рабочей камеры.
Для кипящего слоя подобно жидкости характерен линейный закон падения давления по его высоте (рис. 6.10, б). Давление (сопротивление) в кипящем слое пропорционально его высоте и плотности «кипящего» материала. В отличие от аэровзвеси, где относительная скорость частиц и газа приближается к нулю, для кипящего слоя в отдельныепериоды (при падении частиц) она доходит до нескольких метров в секунду.
Впервые использование принципа кипящего слоя в топочном устройстве было начато в 1944 г. работами Московского энергетического института применительно к малореакционным мелкозернистым топливам (АШ, коксовая мелочь), а в последующем и к бурым углям. Характерной отличительной особенностью топок МЭИ является двухступенчатая схема организации процесса горения. В качестве первой ступени используются топки с кипящим слоем, где проводится интенсивная и глубокая тепловая подготовка топлива: прогрев, подсушка и выделение высокотемпературных горючих газов. Второй ступенью топки с кипящим слоем является камера дожигания горючего газа, выдаваемого кипящим слоем, и содержащихся в нем частиц термически подготовленного уноса.
При работе таких топок на АШ в слой подают около трети воздуха, необходимого для полного сгорания топлива. Газообразование в кипящем слое (рис. 6.11) происходит подобно газообразованию в плотном слое, однако кислородная и восстановительная зоны имеют увеличенные толщины. Температуру кипящего слоя поддерживают на уровне, исключающем плавление золы, во избежание шлакования слоя. Это может быть достигнуто установкой в слое охлаждающих поверхностей, рециркуляцией дымовых газов и др.В нормально работающем кипящем слое оплавленного шлака не получается.
Относительно высокая и достаточно равномерная температура по высоте слоя (при работе на АШ около 1000 °С), благоприятные гидродинамические условия, определяемые повышенной относительной скоростью газа, и наличие достаточно развитой поверхности окисления мелкозернистого топлива обеспечивают высокую производительность кипящего слоя как первой ступени полугазовой топки с кипящим слоем. В рассматриваемых условиях выходящий из слоя горючий газ имеет температуру около 1000°С и теплоту сгорания 1,7- 2,5 МДж/м3. Видимая плотность теплового потока на дутьевую решетку составляет qn=4,7/7МВт/м2.
Вторую ступень топки с кипящим слоем для дожигания газа и выноса можно выполнить по различным вариантам. На рис. 6.12 показана компоновка однокамерной топки с кипящим слоем с водогрейным котлом; вторая ступень топки с кипящим слоем располагается непосредственно над слоем. Такая топка в производственных условиях работала на коксовой мелочи и подмосковном угле. Крупность топлива 0-20 мм. Тепловая мощность водогрейного отопительного котла около 5 МВт. При работе на коксовой мелочи (Ар = 17,33 %; Wp= 19,85 %) около 30 % всего количества воздуха, необходимого для горения, поступает под решетку, имеющую живое сечение 3-4 %. Остальной воздух подается в топочную камеру над кипящим слоем через два ряда фурм. Необходимое охлаждение кипящего слоя топлива для осуществления бесшлаковочного режима (1000°С) достигается расположенными в кипящем слое водоохлаждаемыми поверхностями, включенными в систему циркуляции котла.
Коэффициент теплоотдачи от кипящего слоя к охлаждающей поверхности составляет около 250-400 Вт/(м2*К). Был предусмотрен также впрыск воды непосредственно в кипящий слой для возможности регулирования его температуры в случае необходимости. При работе на подмосковном угле марки БМ (Ар=19,8 %; Wp = 33,84 %) в слой подавалось около 50-60 % всего воздуха, температура слоя поддерживалась на уровне 900 °С. Поддержание желательной зольности слоя, исключающей его погасание и обеспечивающей небольшие потери от механического недожога с выгребом, осуществляется непрерывной или периодической «продувкой» слоя через выгребное устройство. Высота слоя в состоянии кипения поддерживается на уровне 600-800 мм. Необходимое давление воздуха под решеткой составляет 3400-3900 Па. При работе на коксовой мелочи расход топлива составляет около 0,3 кг/с, а при работе на подмосковном угле 0,5 кг/с. При этом видимая плотность теплового потока дутьевой решетки составляла qH - 4,8 МВт/м2 при объемной плотности тепловыделения на всю топочную камеру гу = 0,17 МВт/м.
На рис. 6.13 показаны некоторые другие варианты второй ступени топки с кипящим слоем. На схеме а - вариант однокамерной топки с кипящим слоем, где для интенсификации сжигания выноса вторичный воздух подается тангенциально; на схеме б сочленение первой и второй ступеней Двухкамерной гонки осуществляется при помощи специальной турбулентной горелки; на схеме в в качестве второй ступени топки с кипящим слоем используется циклонная камера с жидким шлакоудалением. В 50-х годах в СССР были построены и находились в эксплуатации три топки с кипящим слоем, показавшие возможность эффективного сжигания различных мелкозернистых топлив.
Особый интерес к организации сжигания топлив в кипящем слое вызван рядом обстоятельств. Для сжигания могут использоваться различные топлива, включая низкосортные, крупностью 0-20 мм. При этом значительно сокращаются расходы электроэнергии на топливоприготовление. Расположение поверхностей нагрева в кипящем слое, где коэффициент теплоотдачи составляет 200-300 Вт/(м2*К), обеспечивает существенное снижение металлоемкости установки. Работа с относительно низкотемпературным слоем (800- 1000°С) приводит к значительному уменьшению загрязнения атмосферы соединениями серы, так как большая ее часть остается в слое и удаляется вместе с золой. Для повышения степени улавливания серы в кипящий слой может добавляться известь или доломит. Благодаря низкой температуре отходящие из кипящего слоя газы практически не содержат оксидов азота. Снижается также возгонка щелочных соединений золы топлива, что приводит к уменьшению загрязнения поверхностей нагрева.
Принципиальная схема котла с топкой кипящего слоя с размещением части поверхностей нагрева в слое показана на рис.6.14. Предусмотрен возврат в топку уловленного выноса из кипящего слоя, содержащего обычно значительное количество невыгоревшего углерода. Возможна также схема с дожиганием выноса в специальном устройстве. В настоящее время за рубежом и в СССР в эксплуатации находятся различные топки с кипящим слоем, в том числе для котлов большой паропроизводительности, а также работающие под давлением (до 1 МПа), что приводит к дальнейшей интенсификации процесса сжигания твердого топлива и улучшению технико-экономических показателей.
Наряду со сжиганием твердого топлива в кипящем слое может быть организовано высокоэффективное сжигание газового и жидкого топлив. Для этого над дутьевой решеткой создается кипящий слой из инертного материала (песок, кирпичная крошка и т. п.), в котором сжигается газ или жидкое топливо. В таком кипящем слое также могут быть установлены поверхности нагрева котла, что интенсифицирует теплопередачу.
Широкое распространение в промышленности находят также технологические топки с кипящим слоем, в частности Для обжига различных серосодержащих материалов (колчедана, медных и цинковых концентратов и др.). Для подДержания температуры слоя на уровне, исключающем его шлакование, используют охлаждаемые элементы, располагаемые в кипящем слое и отнимающие избыточную теплоту. В этих элементах обычно вырабатывается пар. Более подробно о таких энерготехнологических установках см. гл. 18.
topky.ru
Сжигание топлив в кипящем слое
Современное развитие энергетики и обострение экологической ситуации в мире потребовали поисков и разработки более прогрессивных и экологически чистых технологий сжигания твердых топлив.
Одним из перспективных направлений, обеспечивающих экологическую чистоту использования твердых низкосортных топлив в энергоустановках будущего, следует считать их сжигание в котлах с топками кипящего слоя различных модификаций: классической, циркулирующей, аэрофонтанирующей с применением аэрофонтанных аппаратов, поскольку при этом в значительной степени снижаются выбросы SO2 и NOx уже на стадии сжигания [1].
1.1. Сжигание твердых топлив в топках котлов с классическим кипящим слоем
а) б) в)
Рис. 1.1. Схемы установок с кипящим слоем: а – классический кипящий слой: б – циркулирующий кипящий слой; в – кипящий слой под давлением; 1 – основной воздух; 2 – подача топлива; 3 – вторичный воздух; 4 – вывод золы; 5 – возврат уноса; 6 – продукты сгорания; 7 – циклон; 8 – поверхность нагрева; 9 – турбина и компрессор
На рис.1.1. приведена схема топки с классическим пузырьковым кипящим слоем. В пузырьковом кипящем слое при атмосферном давлении уголь (или другое твердое топливо) сжигается в слое твердых частиц (обычно известняк), который псевдоожижается воздухом, подающимся для горения под слой. Разогрев слоя осуществляется горячим воздухом или газами с помощью специальной газовой горелки. Котлы с кипящим слоем спроектированы так, чтобы температура слоя находилась в интервале 815–870 oС. Возможность работы при низких температурах приводит к нескольким преимуществам. Благодаря низкой температуре для связывания SO2 можно использовать в качестве сорбента недорогие материалы, такие как известняк и доломит. Когда в слой добавляется известняк или доломит, в результате реакции между CaO и SO2 образуется CaSO4. В зависимости от содержания серы в топливе и количества сорбента выбросы SO2 могут быть сокращены на 90 % и более. Термические оксиды азота образуются при температурах свыше 1300 oС. При снижении температуры скорость реакции образования NOx сильно уменьшается. При температурах 815–870 oС количество NOx, образовавшегося в кипящем слое, значительно меньше, чем в традиционных котельных установках, работающих при более высоких температурах.
Технология сжигания в кипящем слое (КС) имеет целый ряд преимуществ по сравнению с пылеугольным сжиганием твердых топлив.
К ним следует отнести:
– простота конструкции;
– возможность сжигания низкокачественных углей;
– безопасность в экспуатации;
– отсутствие мельниц тонкого помола;
– связывание SO2 и SO3;
– подавление NOx (до 200 мг/м3).
Вследствие интенсивного перемешивания происходит выравнивание температуры во всем кипящем слое, поэтому слой можно считать изотермическим. Поверхности нагрева, опущенные в кипящий слой, имеют очень высокий коэффициент теплоотдачи. Этому способствует разрушение граничного слоя на теплообменной поверхности, а также прямое соприкосновение частиц с теплоотводящей поверхностью.
К недостаткам этой технологии сжигания следует отнести абразивный износ поверхностей нагрева, расположенных в слое; высокие значения механического недожога, ограничение мощности котельных агрегатов, оборудованных топками с кипящим слоем до 250 т/ч. Для более мощных котлов требуются решетки больших габаритов, что создает трудности по обеспечению равномерной скорости дутья.
Идеальным топливом для котлов с кипящим слоем служат сланцы, имеющие высокую реакционную способность, высокую зольность, которая определяет большую массу материала, в связи с чем стабилизируется температура сжигания, происходит быстрая сушка топлива и хорошее выгорание.
При использовании низкозольных канско-ачинских углей требуется большая добавка инертного материала. Сжигание углей с высоким содержанием солей щелочных металлов очень выгодно использовать в топках с кипящим слоем, когда практически не происходит испарения солей. Отсюда появляется возможность вовлечения так называемых «соленых» углей в энергетику.
Примером тому служит промышленный опыт внедрения кипящего слоя для сжигания шлакующих «соленых» углей в США.
В 1986 г. фирма «Бабкок-Вилькокс» переоборудовала котел с механической топкой на ТЭС Монтана-Дакота в установку с пузырьковым кипящим слоем. Этот котел был первоначально спроектирован на производительность 81,9 кг/с (295 т/ч) пара при давлении 9 МПа и температуре 510 oС для сжигания бурого угля месторождения Белах.
Однако высокое содержание соединений натрия в летучей золе приводило к сильному шлакованию топки и загрязнению пароперегревателя. До реконструкции с устройством кипящего слоя мощность была ограничена 50 МВт при расчетной 72 МВт. Для того чтобы избежать шлакования и загрязнения и поверхностей нагрева и обеспечить работу на полную мощность, был использован кипящий слой. Новая установка с кипящим слоем сечением 12,2 х 7,9 м была вмонтирована в старый котел с минимальными изменениями работающих под давлением поверхностей экранов. Воздухораспределительная решетка и окружающие ее стенки охлаждались водой. Пароперегреватель и испаритель размещались в слое для обеспечения необходимой паропроизводительности и перегрева пара и ограничения температуры слоя на уровне 815 oС. Скорость газов в слое составляла 3,7 м/с, а глубина слоя в рабочем состоянии – 1,37 м. Для включения и запуска установки подвод воздуха осуществлялся через восемь секций. Поскольку бурый уголь месторождения Белах – высокореакционное топливо, возврат летучей золы не предусматривался. С учетом низкого содержания серы и высокого содержания щелочных компонентов в топливе в качестве материала слоя был использован песок. Котел был пущен в эксплуатацию в мае 1987 г. Сейчас этот блок несет нагрузку 80 МВт при отсутствии шлакования и загрязнения поверхностей. Измеренные концентрации NOx составляли 0,14 г/МДж.
Похожие статьи:
poznayka.org
Отечественные котлы с циркулирующим кипящим слоем
Работы по созданию мощных отечественных котлов с ЦКС начаты с 1987 года и выполнены большим коллективом организаций: ВТИ, НПО ЦКТИ, СКБ ВТИ, По «Сибэнергомаш», Казниинэнергетики, УПИ, МЭИ. Сжигание топлива в ЦКС благодаря низкой температуре (850–900 oС) обеспечивает снижения выхода оксидов азота, а при добавлении известняка происходит подавление оксидов серы.
Расход известняка составляет 3–6 кг. на 1 тонну натурального топлива или на котел паропроизводительность 500 т/час – 0,2–0,4 т/час. Количество известняка может быть уменьшена для топлив с повышенным содержанием щелочноземельных соединений, например для углей Канско-Ачинского бассейна, минеральная часть которых содержит до 40 % и более соединений кальция и магния.
Воздух подается двумя вентиляторами. Вентилятор первичного дутья подает воздух через решетку в топку и в псевдогидрозатворы. Вентилятор вторичного воздуха подает воздух в топку на трех уровнях.
Котлы с ЦКС выполнены по одной схеме: топочная камера с размещением в ее верхней части поверхностей нагрева пароперегревателя, циклонов и вынесенного конвективного газохода, в котором размещены экономайзер и воздухоподогреватель. После циклонов зола через золовой затвор возвращается в нижнюю часть топочной камеры. Твердые частицы несгоревшего топлива выносятся из топки и возвращаются через циклоны снова в слой. Горячая зола после циклона направляется во внешние охладители золы.
Первичный золоуловитель представляет собой сепаратор ударного типа, состоящий из расположенных в шахматном порядке U-образных элементов (швеллерковый сепаратор), подвешенных к крыше котла, которые образуют лабиринт на пути газа и твердых частиц (рис 2.3). Два первых ряда золоуловителя расположены в топке перед входом в горизонтальный газоход. Уловленная в них зола возвращается в топку вдоль задней стенки. Твердые частицы, собранные другими рядами сепаратора (в горизонтальном газоходе), отправляются в бункер и возвращаются в нижнюю часть топки через четыре L-клапана
Последние служат для управления содержанием материала в топке путем регулирования перепуска из бункера в топку. Организация двухступенчатой первичной сепарации с внутритопочным швеллерковым сепаратором уменьшает значение необходимой внешней циркуляции частиц.
Рис.2.3. Швеллерковый сепаратор:1 – газ и твердые частицы; 2 – твердые частицы, возвращаемые в топку; 3 – твердые частицы, возвращаемые в бункер хранения
Этот вид топок используется для котлов тепловой мощностью от 20 до 500 МВт. В рамках федеральной программы «Экологически чистая энергетика» разработан и реализуется проект сооружения опытно-промышленного котла с ЦКС типа Е-220-9,8-540 АФН ОАО «Белэнергомаш» для сжигания АШ, на Несветай ГРЭС. Котел рассчитан на эффективное сжигание низкореакционного АШ с Q» =4100–500 ккал/кг с зольностью 40 % и содержанием серы до 2 %, без подсветки мазутом во всем эксплуатационном диапазоне нагрузок, при минимальных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу (снижение выбросов серы на 90 %, a NOx – не более 300 мг/м3).
Принципиальным преимуществом котла является возможность его размещения в габаритах существующей котельной ячейки без использования дорогостоящих систем азото- и сероочистки.
Котел является прототипом для технического перевооружения многочисленных электростанций России, сжигающих низкосортные твердые топлива с малой реакционной способностью, высоким содержанием золы, влаги, серы. Очень важно, что в таком котле возможно сжигание различных топлив по виду и качеству, без существенных изменений эксплуатационных и со значительным улучшением экологических показателей.
В котле применена технология ЦКС с компактными сепараторами ударно-инерционного типа (рис.2.3) которая успешно использована на ряде котлов фирмы «Бабкок-Вилькокс» (США).
Рис. 2.4. ГРЭС с котлами с ЦКС на АШ ухудшенного качества: 1 – комплекс по переработке золы; 2 – угольное и известняковое хозяйство; 3 – котел с ЦКС; 4 – паровая турбина; 5 – золоуловитель;6 – генератор; 7 – дымосос; 8 – дымовая труба
Аналогичные котлы разработаны и для других ТЭС: ЕП-250-16,8-545 БКФН для подмосковного угля и кузнецкого угля марки «Т»; Е-170-9,8-540-ДФН для торфа (рис.2.4).
Похожие статьи:
poznayka.org
Современная теплоэнергетика
Страница 57 из 75
11.4.Котлы с циркулирующим кипящим слоем
При рассмотрении перспектив использования твердого топлива, в частности для энергоблоков нового поколения, одним из основных вопросов является его эффективное сжигание. Под последним в первую очередь понимается выполнение двух требований: сжигание должно быть полным, т.е. экономичным, и оно не должно приводить к большим выбросам вредных веществ (в первую очередь оксидов серы и азота).
Долгое время для сжигания использовался и продолжает использоваться так называемый факельный метод, при котором смесь мелкоразмолотого угля и горячего воздуха непрерывно подается в зону горения, поддерживая горящий факел, являющийся источником лучистой и тепловой энергии для нагрева рабочего тела. Для выполнения указанных выше требований разработан и внедрен в практику целый ряд режимных и конструктивных мероприятий, которые, тем не менее, не могут решить проблему в полной мере. Поэтому последние 15 лет ведутся поиски экологически чистых технологий сжигания широкой гаммы твердых топлив, особенно энергетических твердых топлив низкого качества. В числе таких технологий находится технология сжигания твердых топлив в циркулирующем кипящем слое (ЦКС) при атмосферном давлении.
Теоретической основой функционирования котлов с ПКС является представление о кипящем слое. Если в некоторой камере (рис. 11.9, а) установить решетку, на которую поместить слой угля, и к решетке подать в небольшом количестве воздух, то после предварительного разогрева слоя начнется горение топлива с поверхности с выделением газообразных продуктов сгорания. При восполнении сгорающего топлива на решетке будет поддерживаться горящий фиксированный слой. Будет осуществляться так называемое слоевое сжигание твердого топлива. Если увеличивать подачу воздуха под решетку, то на частицы топлива, находящегося на решетке, будет действовать скоростной напор, который будет противодействовать силе тяжести, действующей на каждую частицу топлива. При некоторой скорости воздуха частицы топлива окажутся во взвешенном состоянии в подъемном потоке воздуха, а толщина горящего слоя возрастет (рис. 11.9, б).
При дальнейшем возрастании скорости в слое появляются отдельные пузыри воздуха (рис. 11.9, в), и толщина слоя возрастает еще больше. Это так называемый пузырьковый кипящий слой. Он ведет себя так, как ведет себя кипящая жидкость, отсюда и название метода — сжигание в кипящем слое.
При еще большем расходе воздуха подъемная сила, действующая на частицы топлива, оказывается настолько большой, что они не успевают сгорать и вырываются из кипящего слоя. При дальнейшем увеличении расхода воздуха видимый слой исчезает и происходит горение скоплений частиц топлива во всем объеме камеры с интенсивным перемешиванием (рис. 11.9, г). Большее количество частиц топлива не успевает сгореть и выносится из камеры. Здесь на их пути устанавливают циклон — цилиндрический сосуд, в котором продукты сгорания отделяются от несгоревших частиц. Продукты сгорания направляются во вторую часть котла — конвективную шахту — для нагрева рабочего тела (воды и пара), а несгоревшие частицы движутся в закрученном потоке, отбрасываются к стенкам, падают вниз и снова направляются в камеру горения. Это и есть циркулирующий кипящий слой. Главная его особенность состоит в том, что циркулирующий материал в сотни раз превышает количество воздуха, подаваемого для горения.
Имеется целый ряд схем, реализующих технологию ЦКС. Рассмотрим одну из них, показанную на рис 11.10. Уголь из бункера направляется на воздухораспределительную решетку топки, под которую для горения подается горячий воздух. На нее же из другого бункера поступает известняк, который вступает в химическую реакцию с серой, связывает ее и в дальнейшем вместе с сухой золой отводится из котла. Таким образом, исключается попадание серы в дымовые газы и затем в воздушный бассейн. Образующийся кипящий слой передает часть своей теплоты рабочему телу, движущемуся в экранах, которыми облицованы стены топки. Из верхней части топки смесь продуктов сгорания и частиц топлива, не сгоревших в кипящем слое, направляется в циклон, где происходит отделение частиц несгоревшего топлива от продуктов сгорания. Несгоревшие горячие частицы смешиваются с частицами свежего топлива, и эта смесь поступает в горящий кипящий слой топки. Продукты сгорания поступают в конвективную шахту, в которой расположены другие поверхности нагрева рабочего тела: конвективный первичный и промежуточный пароперегреватели, экономайзер, воздухонагреватель. На выходе из конвективной шахты из продуктов сгорания удаляется летучая зола, и затем они поступают в электрофильтры для удаления остатков летучей золы, после чего они направляются в дымовую трубу для рассеивания в верхних слоях атмосферы.
Одна из основных идей, реализуемых в котлах с ЦКС, состоит в том, что температура кипящего слоя оказывается невысокой — на уровне 820—900 °С. При таких температурах образование окислов азота идет очень медленно. Заметим, что в факельных пылеугольных топках температура горения достигает 2000 °С. В свою очередь, низкая температура горения обеспечивается большим размером частиц угля (от 2 до 25 мм) и их разобщенностью в кипящем слое, в отличие от пылеугольного сжигания, когда размер пылевых частиц находится на уровне 200 мкм.
Другая важная идея — многократная циркуляция горячей смеси золы, известняка и сравнительно небольшого количества подводимого свежего топлива. Это обеспечивает не только хорошую сероочистку продуктов сгорания, но и существенно интенсифицирует процесс сжигания.
Котлы с ЦКС, кроме отмеченных выше преимуществ имеют ряд других.
1. В ЦКС эффективно сжигаются некачественные топлива: угли с большим содержанием породы, который в ЦКС играет роль циркулирующего наполнителя слоя; угли с высоким содержанием золы и влаги, а также трудно зажигаемые топлива (с малым выходом летучих легковоспламеняющихся газов). 2. В одном и том же котле можно сжигать топливо разного и меняющегося качества. 3. Перед подачей в топку ЦКС топливо не требует мелкого размола (достаточно дробление), что исключает необходимость в угольных мельницах и улучшает экологическую обстановку на ТЭС. 4. Отсутствие отдельных серо- и азотоочистки (в котлах с ЦКС они органически встроены в процесс горения) обеспечивает компактность этих котлов, что делает их привлекательными для реконструкции действующих ТЭС.
Вместе с тем, по сравнению с пылеугольными котлами, котлы с ЦКС более сложны, работают в более тяжелых условиях (эрозия поверхностей нагрева запыленным потоком), имеют повышенный расход электроэнергии на привод высоконапорных вентиляторов для подачи воздуха в зону горения и создания кипящего слоя.
Технико-экономические оценки показывают, что котлы с ЦКС в энергоблоках 150—200 МВт обеспечивают себестоимость электроэнергии, капитальные затраты, затраты на топливо, на обслуживание и ремонт, не превышающие аналогичные затраты для пылеугольных котлов с сероочисткой. При этом подчеркивается, что результаты сравнения зависят от большого числа факторов и определяются конкретными условиями.
Область применения котлов с ЦКС — сжигание низкосортных твердых топлив при паропроизводительности до 250 т/ч как для новых ТЭС, так и проходящих модернизацию. В мире в настоящее время эксплуатируется более 200 энергетических котлов с ЦКС, в том числе освоен энергоблок мощностью 250 МВт. В России разрабатываются котлы с ЦКС паропроизводительностью 160, 500 и 1000 т/ч для сжигания каменных и бурых углей различных месторождений.
lib.rosenergoservis.ru
Сжигание твердых топлив в топках котлов, с классическим кипящим слоем
Рис. 2.1. Схемы установок с кипящим слоем: а – классический кипящий слой: б – циркулирующий кипящий слой; в – кипящий слой под давлением; 1 – основной воздух; 2 – подача топлива; 3 -–вторичный воздух; 4 – вывод золы; 5 – возврат уноса; 6 – продукты сгорания; 7 – циклон; 8 – поверхность нагрева; 9 – турбина и компрессор
На рис.2.1 приведена схема топки с классическим пузырьковым кипящим слоем. В пузырьковом кипящем слое при атмосферном давлении уголь (или другое твердое топливо) сжигается в слое твердых частиц (обычно известняк), который псевдоожижается воздухом, подающимся для горения под слой. Разогрев слоя осуществляется горячим воздухом или газами с помощью специальной газовой горелки. Котлы с кипящим слоем спроектированы так, чтобы температура слоя находилась в интервале 815–870 oС. Возможность работы при низких температурах приводит к нескольким преимуществам. Благодаря низкой температуре для связывания SO2 можно использовать в качестве сорбента недорогие материалы, такие как известняк и доломит. Когда в слой добавляется известняк или доломит, в результате реакции между CaO и SO2 образуется CaSO4. В зависимости от содержания серы в топливе и количества сорбента выбросы SO2 могут быть сокращены на 90 % и более. Термические оксиды азота образуются при температурах свыше 1300 oС. При снижении температуры скорость реакции образования NOx сильно уменьшается. При температурах 815–870 oС количество NOx, образовавшегося в кипящем слое значительно меньше, чем в традиционных котельных установках, работающих при более высоких температурах.
Технология сжигания в кипящем слое (КС) имеет целый ряд преимуществ по сравнению с пылеугольным сжиганием твердых топлив.
К ним следует отнести:
– простота конструкции;
– возможность сжигания низкокачественных углей;
– безопасность в экспуатации;
– отсутствие мельниц тонкого помола;
– связывание SO2 и SO3
– подавление NOx (до 200 мг/м3)
Благодаря интенсивному перемешиванию происходит выравнивание температуры во всем кипящем слое, поэтому слой можно считать изотермическим. Поверхности нагрева, опущенные в кипящий слой имеют очень высокий коэффициент теплоотдачи. Этому способствует разрушение граничного слоя на теплообменной поверхности, а также прямое соприкосновение частиц с теплоотводящей поверхностью.
К недостаткам этой технологии сжигания следует отнести: абразивный износ поверхностей нагрева, расположенных в слое; высокие значения механического недожега, ограничение мощности котельных агрегатов, оборудованных топками с кипящим слоем до 250 т/час. Для более мощных котлов требуются решетки больших габаритов, что создает трудности по обеспечению равномерной скорости дутья.
Идеальным топливом для котлов с кипящим слоем служат сланцы, имеющие высокую реакционную способность, высокую зольность, которая определяет большую массу материала, в связи, с чем стабилизируется температура сжигания, происходит быстрая сушка топлива и хорошее выгорание.
При использовании низкозольных канско-ачинских углей требуется большая добавка инертного материала. Сжигание углей с высоким содержанием солей щелочных металлов очень выгодно использовать в топках с кипящим слоем, когда практически не происходит испарения солей. Отсюда появляется возможность вовлечения так называемых «соленых» углей в энергетику.
Примером тому служит промышленный опыт внедрения кипящего слоя для сжигания шлакующих «соленых» углей в США.
Похожие статьи:
poznayka.org
