Главная/ Технологии и материалы/ (страница 6)/ |
ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА УКС-2,5 (пос. ЛЕНИНО)
Теплоснабжение многих населенных пунктов и промышленных предприятий различных ведомств Российской Федерации осуществляется от нескольких десятков тысяч уголь-ных котельных. Их доля особенно высока в регионах Сибири, Дальнего Востока и Забайкалья, где более 92% котельных работают на каменных и бурых углях различных марок, являющихся основным видом местного топлива. (А)
Анализ показывает, что 39% из общего баланса твердого топлива приходится на долю низкосортных бурых углей с теплотой сгорания не более 14 мДж/кг, зольно-стью и влажностью выше 40%. Такие угли практически непригодны для сжигания в слоевых топках.
Значительная часть угольных котельных укомплектована котлами малой мощности со слоевыми топками в основном с ручным обслуживанием (Братск, Э5-Д2, Универсал, Энергия, НИИСТУ) и не имеет механизации топливоподачи и шлакозолоудаления. Работа эксплуатационного персонала характеризуется значительной трудоемкостью и недопустимыми санитарно-гигиеническими условиями (повышенной загазованностью и запыленностью котельного зала). Кроме того, сжигание в котлах со слоевыми топками рядовых низкосортных углей сопровождается значительными потерями теплоты от механического недожога более 30% и, как следствие, низким значением КПД (не более 50-60%). Наконец, угольные котельные характеризуются неудовлетворительными экологическими показателями с повышенным содержанием сажи, золы, окислов серы и азота в дымовых газах.
Изложенное предопределяет актуальность проблемы реконструкции существующих угольных котельных с котлами малой мощности. Реконструкция угольных котельных представляет сложную проблему, связанную с необходимостью решения комплекса научно-технических, производственных и инвестиционных задач.
Примером положительного решения этой проблемы является эффективная ко-операция научного потенциала Военного инженерно-технического университета (ВИТУ) и 44 Специализированного строительного управления (44 ССУ) с участием проектных организаций и конструкторских бюро. Благодаря рациональной организации всего технологического процесса - от научных разработок до промышленного изготовления котла, монтажа и сдачи котельных под ключ - за короткий срок удалось добиться существенных положительных результатов по двум направлениям.
Первое направление ориентировано на технологию сжигания твердого топлива в низкотемпературном 'кипящем слое' (НТКС). Технология низкотемпературного 'кипящего слоя' предусматривает горение твердого топлива в слое инертного материала (кварцевый песок, шамотный порошок, зола топлива и др.), обладающего большой теплоаккумулирующей способностью. Это, совместно с отбором теплоты в погружных поверхностях нагрева, обеспечивает поддержание температуры горения топлива в пределах 800-850°С с образованием в качестве очаговых остатков только летучей золы без каких-либо шлаковых спеков. Технология требует жесткого соблюдения указанного температурного режима, фракционного состава топлива с крупностью кусков не более 13-15 мм и влажности не более 20%.
Технология сжигания топлива в низкотемпературном 'кипящем слое' реализована в 2 котлах по 1,25 МВт каждый на угольной котельной УКС-2,5 Военного инженерно-технического университета. Котельная построена силами 44 Специализированного строительного управления (44 ССУ) и оснащена современным измерительным комплексом, поставленным ООО 'БСК-Энерго', входящим в состав финансово-промышленной группы 'Балтийская строительная компания'. В сос-тав котельной кроме двух котлов входит оборудование для подсушки, дробления и транспортировки угля, а также системы газоочистки и автоматизации технологических процессов.
Установленные в котельной УКС-2,5 в пос. Ленино котлы с топками НТКС состоят из (рис. 1) топочной камеры (7) с неподвижной воздухораспределительной решеткой (5), погружными поверхностями нагрева (9) и патрубком (10) слива золы (инерта), шнекового питателя угля (8), пароводяного (3) и газоводяного (2) теплообменников, прямоточного циклона (4), патрубка возврата уноса, корпуса (6), золовой камеры (1), патрубков (11, 12) подвода воздуха.
Особенностями этих котлов являются:
1. Псевдоожиженный или 'кипящий слой' создаются не воздушным напором, а разряжением за счет работы двух дымососов (на схеме не показаны).
2. В котле греется вода первого контура, превращается в пар в теплообменнике (2). Пар поступает в теплообменник (3) и греет сетевую воду. Двухконтурная схема котла позволяет поддерживать равномерный температурный режим по всему первому контуру нагреваемого теплоносителя и, соответственно, по всему объему топки котла.
Котлоагрегаты и вспомогательное оборудование котельной УКС-2,5 представлены на рисунке.
Сотрудниками кафедры теплосиловых установок ВИТУ совместно со специалистами ООО 'БСК энерго' проведены испытания данного типа котлов с топками НТКС. Выполненные экспериментальные исследования показали устойчивую работу котлов на всех статических режимах со следующими характеристиками:
- КПД 82-85%;
- потери с уходящими газами 9-11%;
- потери от механической неполноты сгорания 3-8%;
- потери от химнедожога, с физическим теплом шлака, от наружного охлаждения в сумме 0,5-1,5%;
- максимальная теплопроизводительность 1,3-1,4 МВт;
- содержание NOx в дымовых газах 120-250 мг/куб. м;
- содержание летучей золы 8-12 мг/куб. м.
В ходе испытаний были также отработаны все вопросы пусконаладки оборудования, обеспечивающего процессы горения топлива, аэродинамические топочные процессы, процессы подачи топлива и воздуха в котел и удаления золы и инерта из топки. По результатам пусконаладки составлены режимные карты.
В ходе экспериментальных работ также исследованы переходные процессы котлов, которые показали хорошие динамические характеристики при пусковых и переходных режимах. По результатам исследований разработана система автоматического управления топочными процессами в котле с НТКС малой мощности на основе современной микропроцессорной техники, частотных преобразователей-контроллеров и промышленных компьютеров.
К настоящему времени на котельной УКС-2,5 проведены комплексные испытания по сжиганию торфа, торфоугольных смесей, древесных отходов. Результаты испытаний показали принципиальную возможность устойчивой работы данного типа котлов на легких 'парусных' сортах твердого топлива с технико-экономическими показателями, близкими к сжиганию углей. Вторым направлением работы ВИТУ является разработка котлов малой мощности с топками высокотемпературного 'кипящего слоя'.
Технология сжигания твердого топлива в высокотемпературном кипящем слое реали-зована в котлах с узкой подвижной колосниковой решеткой. Общий вид такого котла приведен на рис. 3.
Котел состоит из трубных экранных и конвективных поверхностей нагрева, механической топки высокотемпературного кипящего слоя, оборудованной узкой наклонной подвижной цепной колосниковой решеткой прямого хода с дутьевыми зонами первичного воздуха и удаления провала уноса, трубной панели охлаждения пластинчатого питателя угля с соплом пневмозаброса, коллекторов вторичного дутья бункера осаждения уноса с воздушным эжектором возврата уноса, рамы котла и рамы решетки.
Принцип работы котла с топкой высокотемпературного кипящего слоя (ВТКС) сле-дующий.
Дутьевым вентилятором воздух в количестве примерно 50% от общего расхода подается в дутьевые зоны первичного воздуха под колосниковую решетку через зазоры между колосниками для создания кипящего слоя и организации процесса горения твердого топлива. Остальная часть воздуха поступает в сопла вторичного дутья для дожигания продуктов неполного сгорания (окислов углерода, серы, азота), в воздушный эжектор для возврата легких фракций твердого топлива, унесенных из топки, и в сопло пневмозаброса.
Топливо сгорает в кипящем слое в основном в нижней части колосниковой решетки (над первыми тремя дутьевыми зонами). Твердые очаговые остатки (шлак) оседают на решетке и затем удаляются в шлаковый канал. Газы вместе с мелкой фракцией топлива огибают поворотный экран. Несгоревшее топливо оседает в бункере осаждения уноса и воздушным эжектором возвращается в топку на дожигание. Газы поступают в конвективный пучок труб и, охлаждаясь в нем, поступают в систему газоочистки, а далее дымососом удаляются в дымовую трубу.
Трубная панель охлаждения обеспечивает отвод теплоты от 'кипящего слоя', снижает его температуру и охлаждает решетку. Охлаждение решетки создает условия для ее надежной и бесшлаковочной работы.
Топка ВТКС может устойчиво работать на рядовом влажном угле. Крупные куски топлива размером более 30 мм, которые не могут подниматься воздухом, горят прямо на решетке и вместе со шлаком удаляются из топки.
При работе котла по технологии высокотемпературного 'кипящего слоя' используется гравитационный способ подачи топлива на решетку и упрощенная конструкция питателя, обеспечивающая надежную топливоподачу.
Как видно из описания, котлы с топками ВТКС, сохраняя все свойства 'кипящего слоя', могут устойчиво работать на несортированных влажных бурых углях, не предъявляют высоких требований к поддержанию температурного режима горения, к подсушке и дроблению топлива.
Эти особенности являются преимуществом технологии ВТКС для практического применения по сравнению с технологией НТКС. Однако, как будет показано далее, топки с ВТКС обладают несколько меньшей эффективно-стью по сравнению с НТКС при работе на бурых углях с зольностью более 50%.
Котлы подобной конструкции могут оснащаться узкими подвижными решетками не только прямого хода, но и обратного хода. На конструктивные элементы этих котлов имеются положительные решения на изобретения.
Первым опытом применения технологии ВТКС в котлах малой мощности явилась ре-конструкция котлоагрегата 'Братск' с шурующей планкой в котельной рекреационно-профилактического комплекса ОАО 'Петербургская телефонная сеть'.
Проведенные пусконаладочные испытания котла 'Братск' с топкой ВТКС показали близкие к расчетным его технические характеристики:
- теплопроизводительность 0,8-1,14 Гкал/ч;
- расход воды через котел 30,7-37,4 куб. м/ч;
- гидравлическое сопротивление котла 0,8-1,2 кг/кв. см;
- температура уходящих газов 170-190°С;
- КПД 80-82%.
По сравнению с типовым котлом 'Братск' эффективность сжигания топлива увеличи-лась на 20%, теплопроизводительность возросла почти в 1,5 раза при увеличении КПД на 23-26% при работе на 'интинском' угле. Двухступенчатая подача воздуха в котел позволила значительно снизить уровень выбросов окислов азота.
Проведенные испытания котла 'Братск' с топкой ВТКС показали состоятельность примененных конструктивных решений, их высокую энергетическую и экологическую эффективность. Кроме того, при испытании была опробована возможность работы данного котла на древесных отходах с влажностью 50-60%. По результатам таких работ разработаны технические решения по доработке данной конструкции для сжигания древесных отходов.
Вместе с тем работы показали, что реконструкция котлов малой мощности до 2 МВт с оснащением их топками ВТКС имеет ряд технологических и конструктивных сложностей. Поэтому по результатам работ был сделан вывод о практической целесообразности разработки новых котлов данного типа.
На основе результатов работы по созданию и испытанию реконструированного котлоагрегата 'Братск-ВТКС' специалистами ВИТУ на кафедре теплосиловых установок разработана конструкторско-монтажная документация на новый котел КВ-1,74-ВТКС с топкой высокотемпературного 'кипящего слоя' для сжигания угля и котел КВДО-1,5-ВТКС для сжигания древесных отходов.
Для внедрения в практику теплоснабжения технологии ВТКС сделано следующее. Разработана конструкторская документация на новый угольный котел КВ-1,74-ВТКС мощностью 1,74 МВт с топкой ВТКС для серийного промышленного изготовления на отечественных машиностроительных заводах. Изготовлены 2 пилотных образца для монтажа, испытаний и сертификации.
Разработана проектная документация для реконструкции действующей угольной котельной мощностью 3,58 МВт с установкой 2 котлов КВ-1,74-ВТКС (Московская обл., пос. Буньково). Выполняются работы по монтажу оборудования и ведется подготовка к пусконаладочным и комплексным испытаниям.
Разработана проектная документация для реконструкции действующей угольной котельной мощностью 10 МВт с установкой 6 котлов КВ-1,74-ВТКС (Санкт-Петербург, пос. Горская).
Разработана конструкторская документация на котел КВ-1,74-ВТКС-Д с топкой ВТКС для сжигания древесных отходов и изготовлены 2 пилотных образца таких котлов.
Разработана проектная документация для реконструкции угольной котельной 3,58 МВт с установкой новых котлов КВ-1,74-ВТКС-Д на древесных отходах (г. Сортавала, Республика Карелия). Выполнены работы по монтажу оборудования и ведется подготовка к пусконаладочным и комплексным испытаниям.
Научно-технические разработки ВИТУ по технологии сжигания низкосортных твердых топлив в топках 'кипящего слоя' и опыт их внедрения в практику могут найти широкое применение при комплексной реконструкции угольных котельных в коммунальной энергетике.
А. В. Смирнов, д. т. н., профессор Военного инженерно-технического университета (ВИТУ),
начальник кафедры теплосиловых установок, вице-президент НП 'АВОК-СЗ'
| ||||||
|
Президент РФ | |
Государственная Дума РФ | |
Правительство РФ | |
Москва | |
Область | |
Регионы | |
Законодательство | |
Словарь |
| ||
| ||
|
| ||||||||||||||||
(000) 000-00-00 |
Все права защищены и охраняются законом. © 2000-2023 prodekorsten.ru
сейчас 17.04.2023 18:19, страница Технология сжигания низкосортных твердых топлив в "кипящем слое". Перспективное направление модернизации и технического перевооружения угольных котельных в муниципальных образованиях регионов РФ - Технологии и материалы строительного портала prodekorsten.ru |