Термическая подготовка углей с помощью плазменного газификатора

В Отраслевом центре плазменно-энергетических технологий РАО «ЕЭС России» при ОАО «Гусиноозерская ГРЭС» под руководством Карпенко Е. И. разработана технология термической подготовки углей перед сжиганием в условиях ТЭС с использованием плазменного алло-автотермического газификатора (ПААГ).

На рис. 6.7 представлена схема плазменного алло-автотермического газификатора. На котле БКЗ-640 (ст. № 1) Гусиноозерской ГРЭС паропроизводительностью 640 т/ч установлен комбинированный ПААГ с двумя плазменными ступенями. Его производительность по углю составляет 32 т/ч.

Плазменый алло-автотермический газификатор предназначен для термохимической подготовки топлива с подачей ее высокореакционных продуктов (горючего газа и коксового остатка) непосредственно в топку котла и позволяет решить проблему его безмазутной растопки и подсветки пылеугольного факела, стабилизации выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением, снижения выбросов оксидов азота и оксидов серы (при добавке в уголь доломита). Кроме того, расширяется гамма сортов углей, сжигаемых в одном и том же котле, без снижения его технико-экономических и экологических показателей.

Рис. 6.7. Схема промышленного плазменного алло-автотер-мического газификатора: АС – аэросмесь; ВВ – вторичный воздух; М – муфель; Пл – плазмотрон; Г – горелка

После опытной эксплуатации одного ПААГ на промышленном котле БКЗ-640 будут установлены еще три таких газификатора, и все топливо будет проходить предварительную подготовку к сжиганию.

Рис. 6.8. Влияние удельных энергозатрат на выход NО_х. при плазменном воспламенении пылеугольного факела

Замедление образования NO, при увеличении удельных энергозатрат (мощности) плазмотрона основано на использовании следующей схемы реакций:

HC+ N₂->HCN+N; (6.1)

HCN+ (Н, ОН) -* CN+ (Н₂, Н₂О); (6.2)

CN+ О₂ -» СО + NO; (6.3)

CN+ ОН -» СО + NH; (6.4)

NH + ОН-»NO + H₂; (6.5)

NH + NO -> N₂ + ОН; (6.6)

Из уравнений (6.1 – 6.6) видно, что наличие Н₂ [реакция (6.5)] или СО [реакции (6.3) и (6.4)] приводит к образованию NH [реакция (6.4)] и способствует снижению оксидов азота вследствие восстановления NO по реакции (6.6). Таким образом, увеличение содержания СО или Н₂ чрезвычайно важно для снижения образования NO_х

В камере ЭТХПТ (коэффициент избытка воздуха = 0,5–0,7) происходит образование СО + Н₂, которые затем подаются в основную камеру сжигания.

При полной плазменно-паровой газификации тех же углей в газификаторе с плазмотрононом, проте­кающей по следующей основной реакции:

С + Н₂О -> СО + Н₂ + Q =131,500 МДж/моль, (6.7)

выход NO_х снижается до 50–100 мг/м³.

Затраченное в ходе этой реакции эндотермическое тепло Qкомпенсируется энергией дугового разряда.

В течение работы плазмотрона (режим плазменной подсветки) выход NO_х снижается в 2 раза. Это соответствует известным данным о выходе NО_х для газифицируемого твердого топлива.

В зоне взаимодействия плазменного факела (Т= 3000–4000 К) с холодной аэросмесью (Т = 350 К) угольные частицы подвергаются в плазме тепловому удару и расщепляются на несколько десятков осколков каждый размером 5 – 10 мкм, что приводит к интенсивному выделению летучих угля (СО, СО₂, Н₂, N₂, CH₄, С₆Н₆, и др.) и ускоряет процесс окисления горючих топлива в 3–4 раза.

Рис. 6.9. Опытная зависимость относительной электрической мощности плазмотрона от выхода летучих воспламеняемого угля на различных ТЭС: 1 – Северная Корея; 2, 12 – Украина; 3 – Китай; 4, 5, 6 – Казахстан; 7 – США; 8 – Россия; 13 – Монголия; 14 – Киргизия; 15 – Эстония; 16 – Словакия. Р – электрическая мошность плазмотрона; Q – калорийность угля; G – расход угля через муфель

На рис. 6.9 дана экспериментальная зависимость относительных затрат электроэнергии на плазмотрон от выхода летучих угля на различных ТЭС. Экономический эффект от использования плазменной безмазутной растопки составляет 300–500 дол/год на 1 т номинальной производительности котла.

В заключение следует сказать, что плазменно-энергетические технологии реализованы на котлах ТЭС России, Украины, Казахстана, Словакии, Монголии, Китая и Северной Кореи. Их использование обеспечивает безмазутную растопку котла и подсветку факела, сокращая при этом удельные энергозатраты и снижая выбросы NO_х Применяемое при этом плазменное оборудоване отвечает современным экологическим и технико-экономическим требованиям.