Опыт применения водоугольных суспензий

Эффективность энергетического использования водоугольных суспензий в качестве топлива в топочных камерах котлов многократно определена на примерах опытного сжигания, которое проводилось как в России, так и в других странах, в котлах мощностью от 1 до 700 МВт. В ряде стран (США, Швеция, Япония, Китай, Канада, Италия и др.) работают многочисленные установки для приготовления ВУТ производительностью от 5 т/час и выше. Теория горения водоугольной суспензии была разработана профессором Г.Н.Делягиным. Под его руководством в 60-х годах прошлого века были впервые в СССР созданы опытно-промышленные установки и проведены крупномасштабные экспериментальные работы по сжиганию больших партий водоугольной суспензии на Беловской ГРЭС «Кузбассэнерго» и в Донбассе.

В результате этих исследований появилась возможность установить условия, обеспечивающие минимальные потери с механическим недожегом углей.

Существует два направления в использовании ВУТ:

– мощные теплоэнергетические комплексы с трубопроводным транспортом ВУТ на дальние расстояния;

– маломощные потребители топлива, разбросанные по территории страны, с дискретной поставкой топлива.

АО «КАТЭКНИИуголь» проведен ряд работ по получению, транспортированию и сжиганию высококонцентрированных водоугольных суспензий из канско-ачинских углей, углей Дальнего Востока, смесей углей и облагороженных бурых углей. Реально показано, что ВУС из рядовых березовских углей с концентрацией по сухому веществу 42–48% и теплотой сгорания 2200–2500 ккал/кг могут эффективно сжигаться в котлах П-67, установленных на Березовской ГРЭС-1 и предусмотренных для установки на Березовской ГРЭС-2.

В настоящее время транспортирование угля от Березовского разреза до БГРЭС-1 осуществляется магистральным конвейером производительностью 25 млн. т. в год. Однако конвейер более, чем наполовину изношен. В относительно недалеком будущем могут иметь место серьёзные отказы оборудования. В этом случае дополнительный транспорт 9 млн. т. угля в год (при достройке 3-го энергоблока ) будет крайне затруднён или невозможен. Таким образом, следует рассмотреть альтернативный вариант транспорта угля на БГРЭС-1. По оценкам АО «КАТЭКНИИугля» экономически оправданным является строительство углепровода с подачей ВУС на БГРЭС-1.

В настоящее время существует несколько способов сжигания ВУТ:

– факельное в слоевой топке;

– в кипящем слое;

– сжигание в предтопках;

– факельное сжигание.

Сжигание ВУТ в слоевых топочных камерах имеет свои преимущества перед факельным сжиганием, т.к. не требуется большой реконструкции котельной, но с другой стороны возрастают затраты на топливоподачу.

Крупномасштабные работы по сжиганию ВУТ были проведены в слоевой топке на котле ЛМЗ Анжерской ЦЭС при сжигании в слое рядового Кузнецкого угля марки ОС, а над слоем ВУТ из отходов этого же угля (рис.7.1) и начала выгорания суспензии.

Исследования показали, что горящий слой топлива является очень хорошим стабилизатором факела ВУТ, длина которого составляла 2–2,5 м. Благодаря высокой излучательной способности факела за счет повышенного содержания водяных паров, температурный уровень в топке повысился на 150–200 ^оС,в связи, с чем содержание горючих в уносе снизилось на 10–15 %./6/. Сжигание ВУТ в топках с кипящим слоем проведены в ГУП НПО «Гидротрубопровод». Проведение этих работ показало, что свойства ВУТ хорошо удовлетворяют требованиям технологии сжигания топлив в кипящем слое. Во-первых, при необходимости ВУТ может содержать соединения кальция для связывания оксида серы. Во-вторых – при сжигании ВУТ в виде крупных капель кипящий слой наполняется достаточно прочными пористыми угольными агломератами, что повышает стабильность и полноту процесса горения топлива (рис. 7.2).

Специальные исследования показали большую целесообразность применения циклонных предтопков и вихревых камер для сжигания ВУТ, т. к. в них можно организовать длительное пребывание обводненной угольной частицы в зоне высоких температур.

Рис.7.1. Схема топочного объема котла близи цепной решетки: а – место ввода суспензии в топку; 1 – зона догорания горючих остатков;II – зона горения кокса; III – зона горения водоугольной суспензии; IV – зона воспламенения и начала выгорания суспензии

Рис.7.2. Схема участка сжигания ВУТ: 1 – расходнй бак; 2 – насос; 3 – вариатор; 4 – форсунка ВУТ; 5 – печь с топкой кипящего слоя; 6 – вентилятор; 7 – растопочная горелка; 8 – дутьевой вентилятор

Для проведения исследований была выполнена реконструкция котла ДКВр-6,5-13 с установкой вертикального цилиндрического предтопка и воздухоподогревателя (рис. 7.3).

Установка рассчитана на сжигание 2 т/час ВУТ с влажностью около 50 %.Опытно-промышленное сжигание водоугольных суспензий из углей марок Г и Т подтвердили надежность и экономичность разработанного метода. Суммарные потери тепла от химического и механического недожега составляли менее 0,5 %. Температура горячего воздуха поддерживалась в пределах 350–420 ˚С. Содержание горючих в шлаке не превышало 3,5–4 % при доле уноса для ВУТ из тощих углей не превышала 22 %.

Экспериментальные работы по сжиганию ВУТ в камерной топке котла № 5 Анжерской ЦЭС проведены при расходе водоугольной суспензии 2,7–6 т/час в специально сконструированных горелочных устройствах. Опытным сжиганием установлено, что наибольшая полнота сгорания ВУТ наблюдается при коэффициенте избытка воздуха 1,05–1,2 и температуре вторичного воздуха не менее 300 ˚С. Содержание горючих в уносе составило 11–23 %.

Рис.7.3. Топочное устройство установки по сжиганию ВУТ: 1 – топка; 2 – шлаковая воронка; 3 – предтопок; 4 – горелка; 5 – барабан котла; 6 – топочные экраны; 7 – отверстие холодной воронки

Все вышеприведенные способы сжигания ВУТ характеризуются значительным улучшением экологических показателей сжигания. За счет агломерации зольных частиц, образующихся при выгорании водоугольных капель, резко снижается концентрация мелких частиц в летучей золе, происходит сепарация основной части золы в топочной камере котла в результате практически на порядок снижаются выбросы мелкодисперсной

золы в атмосферу. Так, если при пылевидном сжигании 80–90 % образуется летучей золы, то при сжигании водоугольной суспензии доля золы, уносимой в газоходы котла составляет 45–50 %. Снижение оксидов азота составило 1,35–1,5 раза.

Кроме того, сжигание ВУТ показало, что происходит оплавление поверхности зольных агломератов, а это приводит к уменьшению загрязнения и истирания поверхностей нагрева котлов.

Технико-экономический анализ показал, что наиболее энергоемкими узлами технологии сжигания ВУТ являются: участок приготовления ВУТ и система распыливания суспензии в форсунках.

Поэтому дальнейшие исследования должны быть направлены, главным образом, на разработку наиболее энергоэффективных технологических способов приготовления ВУТ и способов их сжигания