Континент-Сервис - оборудование для промышленности и теплоэнергетики

Промышленное сжигание ВУТ

На сегодня работы по технологии производства водоугольного топлива (ВУТ) и организации его сжигания находятся в стадии промышленного и опытно-промышленного применения.

Подготовка ВУТ уже не вызывает принципиальных затруднений. Оно освоено в многотоннажном промышленном варианте государственным унитарным предприятием ГУП ОПУ “Белово - Новосибирск”.

Развиваемое государственным унитарным предприятием “Экотехника” – ГУП НПЦ “Экотехника” направление производства ВУТ с низкой себестоимостью на базе шламовых отходов так же чрезвычайно перспективно и позволит в ряде случаев иметь еще более дешовое водоугольное топливо.

Промышленное сжигание ВУТ

Фото 1. Клубы пара в факеле дымовой трубы при сжигании ВУС зимой

Загрузка автомобильной цистерны ВУТ

Фото 2. Загрузка автомобильной цистерны ВУТ



Из-за пониженной калорийности ВУТ наибольшие проблемы возникают в организации топочного процесса. Например,из расчетов для ВУТ было получено, что адиабатическая температура мала, около 1410°С (при избытке воздуха–a=1,2); Jа=1260°С (при a=1,4) вместо типичной для кузнецких углей Jа=1800°С (a=1,2).

Такие пониженные температуры будут приводить к затягиванию воспламенения и выгорания факела. Для обеспечения глубокого завершения топочного процесса потребуется снижение отвода тепла при одновременном увеличении времени выгорания.

В установках средней и малой мощности где, имеются не большие топочные объёмы, а эффективность горения и температуры не высоки даже и при сжигании качественного топлива, особенно трудно организовать и обеспечить устойчивое горение факела ВУТ. Однако и здесь имеются определенные успехи.

Опытно-промышленное факельно-слоевое сжигание ВУТ организовано ГУП НПЦ “Экотехника” в муниципальной котельной г.Белово в слоевых котлах КВТС 20. Реконструированные котлы № 3 и 4 оснащены решетками прямого хода с загрузкой слоя рядового угля непосредственно из бункера. Сжигание до 2–2,5 т/ч ВУТ проводилось в факеле над слоем горящего угля за счет использования избыточного воздуха слоевой топки и при подаче первичного воздуха в горелки.

При сжигании на каждую из четырех форсунок до 1,2–1 т/ч тонко распыляемого ВУТ, над горящим слоем угля образуется устойчивый факел. Температура в его ядре составляет около 1250°С.

Реконструированные котлы КВТС 20 могут работать как на рядовом угле со слоевым сжиганием, так и на ВУТ с факельным сжиганием или при сочетании обеих топочных технологий.

В котельной ш. Тырганская реконструирован слоевой котёл КЕ 10 14С. С целью обеспечения глубокого выгорания и стабильного горения, ВУТ и первичный воздух вводятся через специальные сопла и горелки тангенциально. Аэродинамическое взаимодействие потоков создает интенсивное вихревое течение и перемешивание горячих продуктов слоевого сгорания с вводимыми потоками ВУТ и дутья.

equip_10_005.jpg

Фото 3. Форсунка и картина распыления ВУТ сжатым воздухом

Горение ВУТ, видно хорошее заполнение топки горящим факелом

Фото 4. Горение ВУТ, видно хорошее заполнение топки горящим факелом

Внешний вид золы от сжигания ВУТ

Фото 5. Внешний вид золы от сжигания ВУТ



Реконструированный котел КЕ 10 14С может работать как на рядовом угле со слоевым сжиганием, так и совместно с факельным сжиганием ВУТ. ВУТ в котельной ш. Тырганская получают из шлама углеобогащения на собственной установке. На сегодня здесь ведется переход от опытно-промышленного к промышленному внедрению ВУТ.

В октябре 1999 г., путем реконструкции типового газомазутного котла ДКВР 6,5 13 ГМ, была введена в опытно - промышленную эксплуатацию котельная установка в ОАО “Мысковский Спецгормолзавод”. Котельная установка работает на ВУТ привозимом автотранспортом из г. Белово с головных сооружений ГУП ОПУ “Белово Новосибирск”.

В настоящее время ОАО “Мысковский Спецгормолзавод” ведется перевод котла КЕ 10 14 так же для работы на ВУТ. Замена мазута водоугольным топливом экономически выгодна и перспективна. Мазут и мазутное хозяйство остаются в полном или урезанном виде с мазутом в качестве резервного топлива. Расстояние от г. Белово до г. Мыски большое - около 200 км. Перевозка ВУТ собственным автотранспортом значительно сокращает экономическую эффективность этого проекта. Экономическую эффективность в данном конкретном случае можно было бы увеличить при организации централизованной перевозки ВУТ, например, железнодорожным транспортом или путем производства ВУТ на территориально более близком предприятии - ЦОФ “Абашевская”.

Технология применения ВУТ

Рассмотрим и проиллюстрируем основные моменты и преимущества перехода на сжигание водоугольного топлива. Анализ проведем на основе имеющегося опыта реконструкции и опытно-промышленной эксплуатации реконструированных газомазутного котла ДКВР 6,5 13 ГМ в ОАО “Мысковский Спецгормолзавод” и слоевых котлов КВТС 20 в муниципальной котельной г. Белово.

Во-первых, почти полностью устраняется недожог угольных частиц топлива. Дымовые газы светлые, черные частицы сажи и уноса характерные для угольных котельных здесь отсутствуют. Кроме того, из-за большого содержания в ВУТ влаги существенно уменьшаются выбросы оксидов азота.

На фото 1. видно, что зимой в морозные дни из трубы появляется белый дым. Это пар, так как сжигается не просто уголь, а водоугольное топливо с высокой влажностью. Подобная ситуация наблюдается при сжигании природного газа, здесь так же в дымовых газах повышенное количество паров воды. В теплое время паров воды не видно и выбросы из дымовой трубы почти не заметны.

Во-вторых, технология применения ВУТ является чистой. Используется мокрый помол угля в воде, домол шламов и подобные технологии без выделения пыли. В котельной легко поддерживать чистоту, водоугольное топливо загрязняет при протечках меньше чем мазут.

Подготовка, подача и сжигание ВУТ технологически напоминает и подобна работе на мазуте. ВУТ хранится в емкостях и перевозится в цистернах. Для внутреннего перемещения по котельной и в цехах приготовления топлива используются трубопроводы и насосы. В качестве примера на фото. 2 показана процедура заполнения цистерны и узел загрузки головных сооружений ГУП ОПУ “Белово Новосибирск”.

В котельной из собственных ёмкостей хранения специальными насосами с заданным расходом и под давлением 5 8 атм. ВУТ подается через форсунки в котел. В форсунках водоугольная суспензия распыляется сжатым воздухом или паром и с потоком дутьевого воздуха подается в топку в виде мелких капель. Поток ВУТ, распыленный форсунками показан на фото. 3.

Горение факельное, на фото. 4 видно хорошее заполнение топки факелом. Благодаря глубокому измельчению угля в ВУТ и хорошему заполнению топки факелом, в стабильно работающей топке, можно легко обеспечить глубокое выжигание горючих, что характерно для факельных топочных устройств.

Перспективы применения ВУТ

На сегодня нет серийно или промышленно изготавливаемых котлов и топок, предназначенных для сжигания ВУТ. Здесь для котлов и сжигающих установок повышенной мощности (более 3–5 МВт.) могут быть применены проверенные и рассмотренные в разделе 1.2. принципы реконструкции топочных устройств с факельным сжиганием. Кроме того, по имеющемуся опыту, ВУТ может удовлетворительно сжигаться так же в факельно-слоевых топках большого объёма.

Сжигание осуществляется с низкой форсировкой топочного процесса, при этом в слой могут подаваться твердые горючие отходы.

В настоящее время имеются опытные, проверенные на стендах, более универсальные схемы сжигания ВУТ. Эти схемы пригодны, в том числе и для установок малой мощности. Они могут успешно применяться в топках хлебопекарных печей, сушилках и др. Здесь ВУТ будет сжигаться в топках с кипящим или циркулирующим слоем.

Введение в конструкцию имеющихся топок изменений проводится конкретно применительно к каждой установке или котлу по соответствующим проектам реконструкции. При этом учитывается, как имеющийся опыт промышленного внедрения ВУТ, так и данные, полученные при моделировании на стендах и результаты инженерных расчетов (тепловые и аэродинамические расчеты по нормативным методикам). Конструктивные изменения проводится с целью обеспечения глубокого выгорания и стабильного горения ВУТ. Здесь в первую очередь решаются вопросы организации подачи дутья совместно с ВУТ, обеспечение надежного воспламенения и стабилизации факела ВУТ, в том числе утеплением топки и организация активной вихревой аэродинамики топки. В топке используется низкотемпературный топочный процесс, обеспечивающий пониженную эмиссию загрязняющих выбросов.

Мазут предполагается сжигать преимущественно при растопке и для стабилизации топочного процесса, то есть он используется как резервное топливо, а основным топливом является водоугольная суспензия. В связи с 2 3 кратным увеличением расхода ВУТ, в сравнении с мазутом, топливное хозяйство котельной или предприятия может потребовать реконструкции. При хранении ВУТ и мазут не должны смешиваться, т.е. требуются отдельные ёмкости. ВУТ замерзает при отрицательных температурах, т.е. требуется теплоизоляция и обогрев ёмкостей и трубопроводов. Для подачи ВУТ применяются специальные перистальтические насосы, расходомеры ВУТ, при прокладке трубопроводов ВУТ должны выполняться определенные условия. Конкретные проекты топливного хозяйства ВУТ выполняются ГУП НПЦ “Экотехника”.

Подогрев дутья и ВУТ повышают температуру и стабильность топочного процесса и их применение желательно. Подогрев ВУТ нужен для организации распыления, как сжатым воздухом, так и особенно для перспективного парового распыла. Для подогрева можно использовать пар, как и при работе на мазуте или горячую питательную воду, поступающую из экономайзера. Так как расход ВУТ примерно в два - три раза больше расхода мазута, то необходимо применение более мощных подогревателей.

Фото 5. Внешний вид золы от сжигания ВУТ. Горючие отсутствуют. Насыпная плотность – 200-350 кг/м3. Зола хороший теплоизолятор. Сторона ячейки сетки 5 мм.

Диаметр применяемых сейчас распылителей ВУТ на расходы до 1000 2000 кг/ч ВУТ составляет 140–160 мм, т.е. они могут располагаться в существующих мазутных горелках.

За котлом при реконструкции должен устанавливаться санитарный золоуловитель. Для улавливания золы предлагается использовать одиночные, батарейные или групповые циклоны. В качестве золоуловителя могут быть выбраны другие типы аппаратов с сухой очисткой, например, электрофильтры, рукавные и другие фильтры. Золоуловители могут быть с сухой или мокрой выгрузкой золы. Мокрые золоуловители типа ЦС-ВТИ и другие после опытной проверки так же могут быть рекомендованы. Зола ВУТ является низкотемпературной, представлена пористыми частицами, фото 5, и может иметь самостоятельное широкое применение как теплоизолятор и заполнитель в строительстве.

Автоматизацию котельной установки предполагается при необходимости осуществить перенастройкой и дополнением типовой системы. При модернизации штатной системы КИПиА все схемы блокировок, регулировок и защит по пароводяному тракту и дымоходу не изменяются. Для управления котельной установкой в режиме сжигания ВУТ приняты во внимание особенности топочного процесса.

Ориентировочно для установок мощностью более 5 МВт срок окупаемости капиталовложений в реконструкцию топочных устройств и топливного хозяиства предприятия при переходе с жидкого топлива на ВУТ составляет 0,5–1,5 года. Установки сжигания ВУТ в кипящем слое более дороги, но не требуют применения сжатого воздуха и более универсальны. Их срок окупаемости так же зависит от мощности. Конкретно данные по эффективности перехода с жидкого топлива на ВУТ могут быть оценены при выполнении технико-экономического обоснования проекта. Затраты на выполнение ТЭО компенсируются более низкой ценой проекта реконструкции.

Применение ВУТ наиболее перспективно в энергетике при переводе мазутных котлов на уголь. Для водогрейных котлов типа ПТВМ реконструкция во многом облегчается минимумом переделок, т.к. нет необходимости в гарантиях по перегреву пара. Схемы реконструкции имеются.