Котлы с кипящим слоем, эксплуатируемые в США

В начале 90-х годов в компании FosterWheelerсоздан котел Compactупрошенной конструкции. Прямоугольное сечение сепаратора твердых частиц позволяет присоединять его к топке без компенсаторов. Сепаратор улавливает большую часть твердых частиц (включая несгоревшее топливо), которые затем возвращаются в топку. В настоящее время мощности традиционных котлов с ЦКС и котлов ЦКС Compactпрактически одинаковы.

За последние годы в США введено в эксплуатацию несколько котлов с ЦКС. На реконструированных энергоблоках № 1 и 2 ТЭС Northsideс 2002г. работают два котла энергокомпании JacksonvilleElectricAuthorityмощностью по 300 МВт. Они демонстрируют возможность сжигания в крупных котлах с ЦКС угля и нефтяного кокса.

Основные расчетные показатели котлов ТЭС Northsideследующие:

Тепловая мощность, МВт 689.

Паропроизводительность (свежий пар/пар промперегрева), т/ч 906/806.

Давление пара, МПа 17,2/3,77.

Температура пара, °С 540/540.

Характеристика применяемого топлива: нефтяной кокс Уголь

Влажность, % 9,0–5,2.

Зольность, % 0,4–12,8.

Содержание серы, 6,7–2,8.

Высшая теплота сгорания, МДж/кг 32,6–29,5

Топливо дробится до частиц размером 6,4мм. и смешивается с измельченным известняком, который связывает до 90 % серы. Смесь топлива с сорбентом вдувается в слой снизу подогретым воздухом. Снизу же в слой добавляется воздух, а в зону над слоем вводится вторичный воздух для поддержания средней температуры около 816 °С, что значительно ниже температуры размягчения золы для топлива практически всех видов. Поддержание такой температуры и правильный ступенчатый подвод воздуха значительно снижают образование оксидов азота в продуктах сгорания. Дальнейшему уменьшению этих выбросов благоприятствует инжекция аммиака в газовый поток. Дымовая труба общая для обоих котлов ТЭС и имеет высоту 153м.

На ТЭС сооружены два крупнейших в западном полушарии крытых склада топлива вместимостью по 54,5 тыс. т, диаметром по 122м; материал – алюминиевый сплав, поставщик – фирма Geometries. Топливо доставляется морскими судами и непосредственно с причала по закрытым конвейерам длиной 3,66км/ транспортируется на склады.

Выбросы трех основных загрязнителей воздуха после завершения реконструкции снижены на 10%, а мощность ТЭС увеличилась на 250 %. Значения выбросов следующие, мг/МДж: NO_x – 37, SO₂ – 64,5, твердых частиц – 5. Установка за котлом скруббера с суспензией из летучей золы с высоким содержанием оксида кальция обеспечивает общую степень улавливания серы свыше 98 %. Отношение Ca/S меньше, чем при вводе реагента только в кипящий слой при содержании серы в нефтяном коксе 8 %). Установлена система селективного некаталитического восстановления оксидов азота.

В апреле 2002г. на ТЭС RedHills(штат Миссисипи) введены в промышленную эксплуатацию два энергоблока общей мощностью нетто 440 МВт, работающие на лигните. Котлы с ЦКС изготовлены компанией Alstom. Давление перегретого пара на выходе из котла 18,2 МПа, температура 568/540 °С. Каждый котел оснащен четырьмя циклонами. Предельно допустимые выбросы при 6 % О₂ составляют, мг/м³(при нормальных условиях): SO₂–325, NО₂–260, СО–260, летучих органических соединений – 7. Высокое содержание Са в золе лигнита позволяет снизить расход известняка, вводимого в топку для связывания серы. Имеются четыре внешних теплообменника с кипящим слоем для регулирования температуры перегретого пара. В течение приемочных испытаний были достигнуты все проектные показатели.

В середине 2004 г. в штате Пенсильвания на площадке ТЭС Seward, построенной в 1921 г., введен дубль-блок мощностью 521 МВт с двумя котлами с ЦКС компании AlstomPower, дымовые газы которых выбрасываются через прежнюю трубу высотой 183м.

На ТЭС сжигаются отходы добычи битуминозного угля. В радиусе 80км. от ТЭС количество золы и отходов угледобычи оценивается в 100 млн.т., а на территории штата – еще в 250 млн т. Горы такого топлива имеют высоту около 90м и длину в сотни метров. Ливневые стоки этих отвалов убивают все живое в местных водоисточниках. За срок службы ТЭС сможет использовать примерно 100 млн.т. таких отходов.

Со строительной площадки было вывезено 2 млн.т. кислотосодержащих отходов угледобычи, которые были смешаны для нейтрализации с 2,2 млн. т щелочной золы, вывезенной с площадок трех других ТЭС.

Отходы угледобычи, используемые на ТЭС, имеют следующие характеристики: теплота сгорания 11,6–13,9 МДж/кг, среднее содержание золы 51, серы 2,7–4,20 %, выход летучих 11–13 %.

При полной нагрузке ТЭС будет потреблять 437 т/ч топлива и 83,5 т/ч известняка. Для контроля выбросов SO₂с электростанции будет вывозиться около 270 т/ч золы для засыпки заброшенных шахт или на расположенную поблизости облицованную глиной свалку.

Привезенное на ТЭС топливо разгружается, просеивается до получения частиц размером 50 мм и по подземной галерее транспортируется на крытый склад площадью 11,2 тыс. м²и высотой 30,5 м. Вместимость склада – 40 тыс. т – достаточна для работы ТЭС в течение четырёх суток.

Известняк складируется в круглом павильоне вместимостью до 12,7 тыс. т. и после измельчения тоже подается в один из четырех бункеров котельной.

Для летучей золы, которая может храниться на площадке до 4 суток, предусмотрено три силоса высотой по 61м. Кроме системы селективного некаталитического восстановления оксидов азота используется сухой абсорбер Alstom, снижающий выбросы SO₂ при одновременном уменьшении расхода известняка.

Полная нагрузка ТЭС достигнута 9 июня 2003г. Завершающая фаза испытаний предусматривала работу на полной мощности при гарантийных КПД и расходе известняка в течение 8 ч и эксплуатацию с достижением минимальной эквивалентной готовности 95% – в течение 3 недель.

В штате Кентукки сооружается аналогичная ТЭС Gilbert мощностью 268 МВт с котлами ЦКС. Они будут оснащены селективными некаталитическими системами восстановления оксидов азота, выбросы которых не превысят 42,7 мг/МДж. Для снижения расхода известняка в кипящий слой дымовые газы проходят через распылительную сушилку, в которой вода используется не в составе суспензии, а инжектируется в дымовые газы отдельно от абсорбента, что значительно уменьшает размеры аппарата. Выбросы SO₂ не превысят 258, а твердых частиц – 4,3 мг/МДж. Выбросы СО при нагрузке 70 – 100 % будут ниже 6,4, а при 40–70 % – менее 8,5 мг/МДж. Выбросы летучих органических соединений ограничены 2,2 мг/МДж, аммиака – 0,001 %.

На площадке пылеугольной ТЭС Spurlock в штате Кентукки в 2005г. введен энергоблок мощностью 278 МВт с котлом ЦКС. Намечается построить еще один такой же энергоблок в 2008 г. Каждый из них рассчитан на сжигание нескольких миллионов старых автомобильных покрышек и приблизительно 150 тыс. т биомассы в год.

В штате Западная Виргиния предусматривается сооружение ТЭС с ЦКС мощностью 85 МВт, которая будет работать на отходах углеобогащения.