Разработка новых конструкций топочных камер для сжигания углей

Принятый Правительством Российской Федерации курс на подъем национальной экономики, при котором темпы прироста ВВП должны составлять 5–8 % в год, будет сопровождаться ростом энергопотребления. В среднесрочных и долгосрочных прогнозах развития отраслей топливноэнергетического комплекса России из-за выработки месторождений газа в стране, неподготовленности разработки новых месторождений и других причин, роль угля в производстве первичных энергоресурсов резко возрастает.

Исходя из существующего состояния производственных мощностей угледобывающих предприятий России, растущая потребность в угле может быть обеспечена в основном за счет увеличения добычи в Канско-Ачинском бассейне (КАбасс), который является безусловным лидером в России по запасам, соответствующим мировым стандартам и наряду с Кузбассом является основой энергетической безопасности России. КАбасс – единственный угледобывающий бассейн России, который способен без значительных инвестиций резко нарастить добычу и гарантировать поставки больших объемов угля стабильного качества.

Обоснованием целесообразности использования углей КАБ служит сравнительная оценка их качественных показателей с показателями углей других бассейнов с учетом выбросов, приходящихся на единицу сожженного условного топлива. В этом смысле бурые угли КАБ, и, в первую очередь, Березовского разреза, обладают несомненными преимуществами. Выбросы золы при условии применения на электростанциях электрофильтров с эффективностью очистки 97,5–98,0 % для углей действующих разрезов бассейна не превышают нормативы удельных выбросов в соответствии с установленными требованиями. Концентрации токсичных элементов в канско-ачинских углях находятся на уровне 0,1–0,2 потенциально опасных концентраций и значительно ниже, чем в углях других бассейнов /1/. Низкое содержание золы предопределяет возможности сокращения площадей золоотвалов на ТЭС и снижение скорости их заполнения. Затраты на размол канско-ачинских углей ниже, чем для других бурых углей.

Вместе с тем, широкое использование углей уникального КАбасса в качестве энергетического топлива часто наталкивается на известное сопротивление энергетиков, обусловленное проблемой, связанной с высоким содержанием кальция в золе канско-ачинских углей, особенно Березовского разреза (до 60 %), что является причиной образования прочных сульфатно-связанных отложений на поверхностях нагрева и часто приводит к вынужденному существенному снижению нагрузки котла.

Однако такой подход к углям КАбасса обусловлен недостатками традиционного пылеугольного сжигания, особенно при большой единичной мощности котельных агрегатов. К ним, в первую очередь, можно отнести: взрывопасность и сложность систем пылеприготовления; шлакование поверхностей нагрева; высокий уровень токсичных выбросов и др. Необходимо внедрение новых методов подготовки и сжигания топлива, способствующих снижению активных свойств и вредного воздействия его балласта, а также обеспечивающих высокие экономические и экологические показатели работы энергетического оборудования. При этом крайне важно, чтобы эти технологии могли внедряться на действующих электростанциях при умеренных затратах и базировались на модернизации установленного оборудования.

Вихревой принцип сжигания впервые предложен в 30-х годах прошлого века.

Традиционное пылесжигание топлива уже несколько десятилетий остается в центре внимания теплоэнергетиков всего мира. Факельное сжигание практически не претерпело каких-либо принципиальных изменений, но на отдельных этапах своего развития, как правило, сопровождалось попытками интенсифицировать процессы воспламенения и выгорания топлива, созданием условий для повышения тепловой эффективности экранов, низкоэмиссионного сжигания, сокращения ремонтных издержек, сокращения габаритов топочной камеры, увеличения единичной мощности и т.п. Особое внимание уделялось вопросам широкой маневренности котлов.

Следует отметить, что в большинстве случаев эти задачи удавалось успешно решать, чаще всего, интенсифицируя процессы сушки и измельчения топлива. В процессе сжигания угольной пыли соотношение крупных и мелких фракций строилось в сторону увеличения мелких с тем, чтобы основная масса топлива (более 80 %) выгорала на начальном участке факела. Горение оставшейся части крупных частиц происходило в зоне более низких температур и при концентрации кислорода 5–6 %, определяя величину механического недожёга.

По этому принципу строилась вся котельно-топочная техника. Стремление к тонкому помолу и глубокой сушке топлива усугубило работу котлов на топливах с неблагоприятными характеристиками золы, например, на углях Канско-Ачинского бассейна. Такой метод сжигания, сопровождаемый температурными перекосами и тепловыми неравномерностями, активизировал минеральную часть топлива и привел к интенсивному шлакованию (блоки 800 МВт Березовской ГРЭС, блоки 300 МВт Рязанской ГРЭС, блоки 150 МВт Назаровской ГРЭС и многие другие). Шлакование, по ошибочному мнению многих ведущих специалистов, есть неизбежное зло и поэтому РАО ЕЭС потеряло огромные мощности из-за перемаркировки котлов.

Одним из технических решений, способных кардинально изменить отношение к данным углям, является вихревая технология сжигания угольной пыли в камерной топке

Главным достоинством вихревого сжигпния топлива является возможность создание устойчивого высокотурбулентного закрученного потока в топочной, что стимулирует более быструю доставку кислорода необходимого для горения.

Топки с вихревой технологией сжигания топлива классифицируются на топки с жидким шлакоудалением и топки с твердым шлакоудалением.

Особого внимания заслуживают разработки по созданию оригинальной технологии сжигания углей в кольцевой топочной камере под руководством Ф.А.Серанта.