Сжигание топлив в кипящем слое. Сжигание в кипящем слоеСжигание топлив в кипящем слое
Современное развитие энергетики и обострение экологической ситуации в мире потребовали поисков и разработки более прогрессивных и экологически чистых технологий сжигания твердых топлив. Одним из перспективных направлений, обеспечивающих экологическую чистоту использования твердых низкосортных топлив в энергоустановках будущего, следует считать их сжигание в котлах с топками кипящего слоя различных модификаций: классической, циркулирующей, аэрофонтанирующей с применением аэрофонтанных аппаратов, поскольку при этом в значительной степени снижаются выбросы SO2 и NOx уже на стадии сжигания [1].
1.1. Сжигание твердых топлив в топках котлов с классическим кипящим слоем
а) б) в) Рис. 1.1. Схемы установок с кипящим слоем: а – классический кипящий слой: б – циркулирующий кипящий слой; в – кипящий слой под давлением; 1 – основной воздух; 2 – подача топлива; 3 – вторичный воздух; 4 – вывод золы; 5 – возврат уноса; 6 – продукты сгорания; 7 – циклон; 8 – поверхность нагрева; 9 – турбина и компрессор
На рис.1.1. приведена схема топки с классическим пузырьковым кипящим слоем. В пузырьковом кипящем слое при атмосферном давлении уголь (или другое твердое топливо) сжигается в слое твердых частиц (обычно известняк), который псевдоожижается воздухом, подающимся для горения под слой. Разогрев слоя осуществляется горячим воздухом или газами с помощью специальной газовой горелки. Котлы с кипящим слоем спроектированы так, чтобы температура слоя находилась в интервале 815–870 oС. Возможность работы при низких температурах приводит к нескольким преимуществам. Благодаря низкой температуре для связывания SO2 можно использовать в качестве сорбента недорогие материалы, такие как известняк и доломит. Когда в слой добавляется известняк или доломит, в результате реакции между CaO и SO2 образуется CaSO4. В зависимости от содержания серы в топливе и количества сорбента выбросы SO2 могут быть сокращены на 90 % и более. Термические оксиды азота образуются при температурах свыше 1300 oС. При снижении температуры скорость реакции образования NOx сильно уменьшается. При температурах 815–870 oС количество NOx, образовавшегося в кипящем слое, значительно меньше, чем в традиционных котельных установках, работающих при более высоких температурах. Технология сжигания в кипящем слое (КС) имеет целый ряд преимуществ по сравнению с пылеугольным сжиганием твердых топлив. К ним следует отнести: – простота конструкции; – возможность сжигания низкокачественных углей; – безопасность в экспуатации; – отсутствие мельниц тонкого помола; – связывание SO2 и SO3; – подавление NOx (до 200 мг/м3). Вследствие интенсивного перемешивания происходит выравнивание температуры во всем кипящем слое, поэтому слой можно считать изотермическим. Поверхности нагрева, опущенные в кипящий слой, имеют очень высокий коэффициент теплоотдачи. Этому способствует разрушение граничного слоя на теплообменной поверхности, а также прямое соприкосновение частиц с теплоотводящей поверхностью. К недостаткам этой технологии сжигания следует отнести абразивный износ поверхностей нагрева, расположенных в слое; высокие значения механического недожога, ограничение мощности котельных агрегатов, оборудованных топками с кипящим слоем до 250 т/ч. Для более мощных котлов требуются решетки больших габаритов, что создает трудности по обеспечению равномерной скорости дутья. Идеальным топливом для котлов с кипящим слоем служат сланцы, имеющие высокую реакционную способность, высокую зольность, которая определяет большую массу материала, в связи с чем стабилизируется температура сжигания, происходит быстрая сушка топлива и хорошее выгорание. При использовании низкозольных канско-ачинских углей требуется большая добавка инертного материала. Сжигание углей с высоким содержанием солей щелочных металлов очень выгодно использовать в топках с кипящим слоем, когда практически не происходит испарения солей. Отсюда появляется возможность вовлечения так называемых «соленых» углей в энергетику. Примером тому служит промышленный опыт внедрения кипящего слоя для сжигания шлакующих «соленых» углей в США. В 1986 г. фирма «Бабкок-Вилькокс» переоборудовала котел с механической топкой на ТЭС Монтана-Дакота в установку с пузырьковым кипящим слоем. Этот котел был первоначально спроектирован на производительность 81,9 кг/с (295 т/ч) пара при давлении 9 МПа и температуре 510 oС для сжигания бурого угля месторождения Белах. Однако высокое содержание соединений натрия в летучей золе приводило к сильному шлакованию топки и загрязнению пароперегревателя. До реконструкции с устройством кипящего слоя мощность была ограничена 50 МВт при расчетной 72 МВт. Для того чтобы избежать шлакования и загрязнения и поверхностей нагрева и обеспечить работу на полную мощность, был использован кипящий слой. Новая установка с кипящим слоем сечением 12,2 х 7,9 м была вмонтирована в старый котел с минимальными изменениями работающих под давлением поверхностей экранов. Воздухораспределительная решетка и окружающие ее стенки охлаждались водой. Пароперегреватель и испаритель размещались в слое для обеспечения необходимой паропроизводительности и перегрева пара и ограничения температуры слоя на уровне 815 oС. Скорость газов в слое составляла 3,7 м/с, а глубина слоя в рабочем состоянии – 1,37 м. Для включения и запуска установки подвод воздуха осуществлялся через восемь секций. Поскольку бурый уголь месторождения Белах – высокореакционное топливо, возврат летучей золы не предусматривался. С учетом низкого содержания серы и высокого содержания щелочных компонентов в топливе в качестве материала слоя был использован песок. Котел был пущен в эксплуатацию в мае 1987 г. Сейчас этот блок несет нагрузку 80 МВт при отсутствии шлакования и загрязнения поверхностей. Измеренные концентрации NOx составляли 0,14 г/МДж.
Похожие статьи:poznayka.org Сжигание топлива в кипящем слоеСечение газохода живое 97 Сжигание топлива в кипящем слое 74, 134 [c.430]К недостаткам котельных установок, оснащенных топками с низкотемпературным кипящим слоем, следует отнести необходимость обеспечения размеров кусков угля не более 13 мм при поддержании количества фракций размером менее 1мм в общей массе топлива не более 20%. Это требует установки дробилок и грохотов, а также системы подсушки топлива для обеспечения его сыпучести. Кроме того, требуется система подачи инертного материала и известняка или доломита, что в комплексе значительно удорожает строительство котельной. Организация сжигания топлива в кипящем слое за счет высоких напоров подаваемого воздуха и необходимости дополнительного дробления топлива также приводит к увеличению расхода электроэнергии на собственные нужды. [c.83] Сжигание топлива в кипящем слое 74, 134 [c.430] Самотяга 345 Сепарация пара 173 пыли 326 Сечение газохода живое 97 Сжигание топлива в кипящем слое 74, 134 [c.430] К перспективным способам производства тепла с существенным уменьшением выбросов вредных веществ относятся сжигание угля в кипящем слое и сжигание продуктов газификации угля. Рассмотрение варианта газификации черемховского угля при теплоснабжении г. Иркутска показало, что в этом случае атмосфера города существенно очищается выбросы золы отсутствуют, выбросы окислов серы и азота на 1 км городской территории уменьшатся в 10 и 2 раза соответственно. Сжигание угля в кипящем слое также способствует заметному ослаблению загрязнения атмосферы окислами серы и азота. Соединения серы в этом случае связываются инертным заполнителем, добавляемым в слой, а также минеральной частью самого топлива. Снижение выброса окислов азота при этом (в 1,5—2 раза по сравнению с факельным сжиганием) связано с низкими температурами процесса (800—900 °С). Наиболее эффективно такое сжигание для углей с повышенным содержанием окислов кальция и магния в золе — это характерно для ряда угольных месторождений Сибири, в том числе Канско-Ачинского бассейна. [c.263] Исследования [142] показали, что для котла блока 800 МВт сжигание угля в кипящем слое по сравнению с камерным сжиганием может обеспечить экономию металла, работающего под давлением, на 30—35 %, а по габаритам котел имеет выигрыш даже по сравнению с вихревой топкой. Экспериментально установлено, что для угольных электростанций с котлами, оборудованными топками с кипящим слоем, где одновременно с процессом горения топлива происходит процесс полной десульфурации дымовых газов за счет реакции сернистого ангидрида с известняком (доломитом), при избыточном давлении общий КПД ТЭС составляет 38—42 %, а при атмосферном — [c.269] Создание топок с различными модификациями кипящего слоя относится к 20-м годам этого столетия. Топки разрабатывались для сжигания отходов угледобычи (штыбов мельче 6 мм), не пригодных для слоевого сжигания. Внедрение пылеугольного сжигания сняло проблему утилизации мелкозернистого топлива в энергетике, но исследования сжигания топлив в кипящем слое продолжались. [c.5] Поддержание требуемой температуры в слое обеспечивается помещением в него поверхностей нагрева котла, а также количеством подаваемого в слой воздуха. При сжигании в котлах высокосернистого топлива в кипящий слой подается известняк, связывающий оксиды серы и снижающий выброс их в атмосферу с дымовыми [c.81] Для надежной работы в неблагоприятных условиях, часто в агрессивных средах, как, например, на морских нефтяных платформах, требуются специальные турбины с ресурсом более 100000 ч, способные работать на самых разных видах топлива. Применение таких мощных газовых турбин вместе с паровыми турбинами в режиме комбинированных циклов позволило значительно повысить полный тепловой к.п.д. центральных электростанций. В настоящее время подобные парогазовые системы получили широкое распространение. Газовые турбины такого типа применяются и на угольных электростанциях, работающих при прямом сжигании угля в кипящем слое. [c.327] Наряду со сжиганием твердого топлива в кипящем слое может быть организовано высокоэффективное сжигание газового и жидкого топлив. Для этого над дутьевой решеткой создается кипящий слой из инертного материала (песок, кирпичная крошка и т. п.), в котором сжигается газ или жидкое топливо. В таком кипящем слое также могут быть установлены поверхности нагрева котла, что интенсифицирует теплопередачу. [c.131] Наряду со сжиганием топлива в плотном слое в последнее время все большее распространение получает сжигание в топке с кипящим слоем. Топки с кипящим слоем применяются как для малых котлов, так и для энергетических котлов большой мощности. [c.94] К основным достоинствам метода сжигания твердого топлива в кипящем слое относятся следующие [c.7] Процесс сжигания топлива происходит в неподвижном и кипящем слое (псевдоожиженном), В неподвижном слое (рис. 13, а) куски топлива не перемещаются относительно решетки, под которую подается необходимый для горения воздух. В кипящем слое (рис. 13, б) частицы твердого топлива под действием скоростного напора воздуха интенсивно перемещаются одна относительно другой. Кипящий слой существует в Границах скоростей от начала псевдоожижения до режима пневмотранспорта. [c.41] Поскольку в зоне 2 кроме СО содержатся Н и СН , появление которых связано с выделением летучих, то для их дожигания часть воздуха подается через дутьевые сопла 3, расположенные над слоем (см. рис. 13, а). В кипящем слое крупные фракции топлива находятся во взвешенном состоянии. Кипящий слой может быть высокотемпературным и низкотемпературным. Низкотемпературное (800—900 °С) сжигание топлива достигается при размещении в кипящем слое поверхности нагрева котла. Динамика кипящего слоя (по его высоте Лол)— выход газообразных составляющих (SOj, SO, Hj и Oj) и изменение температуры i — пред- [c.41] При сжигании малозольных топлив для увеличения теплоотдачи в слой вводят наполнители в виде инертных зернистых материалов шлак, песок, доломит. Доломит связывает оксиды серы (до 90 %), в результате чего снижается вероятность возникновения низкотемпературной коррозии. Более низкий уровень температур газов в кипящем слое способствует уменьшению образования в процессе горения оксидов азота, при выбросе которых в атмосферу загрязняется окружающая среда. Кроме того, исключается шлакование экранов, т. е. налипание на них минеральной части топлива. [c.42]Привлечение крупного энергетического котлостроения при описании проблемы повышенной зольности нового топлива понадобилось не для гиперболизации ее, а чтобы более рельефно отразить несовершенство возможных традиционных решений. Рациональный подход к решению — в поиске новых технологий сжигания топлива. В качестве одной из них может рассматриваться и кипящий слой, открывающий обнадеживающие перспективы. [c.187] По данным Ока и др. [67] зольность топлива на его сжигание влияния не оказывает. Отмечается, что в процессе сжигания большинства лигнитов частицы топлива разрушаются, поэтому до 95-98% золы лигнита уносится из слоя в виде частиц с размером 0,3-0,4 мм независимо от начального размера угля. Химический состав золы определяет температуру начала спекания в кипящем слое, для биомассы (отходы обработки древесины в целлюлозной промышленности) температура составляла 765-780 С, для антрацита и кокса 1025 С. [c.174] Если при сжигании в кипящем слое много меньше единицы, то свободного кислорода в продуктах сгорания нет и первая из реакций (4.70) идти не может. В этом случае азотсодержащие соединения топлива реагируют с С, СО, Щ и другими углеводородными газами с образованием молекулярного азота. [c.184] Количество погруженных труб в кипящий слой зависит [47] и от теплоты сгорания топлива (рис. 5.64). Поэтому для котлов паропро-изводительностью 10 т/ч, изготавливаемых в КНР, принято для площади газораспределительной решетки 2,45-4 м , площадь поверхности труб, размещенных в слое при сжигании антрацита и каменного угля, 8-15 м и при сжигании других топлив 14-18 м . [c.285] Котел с кипящим или циркуляционным кипящим слоем может быть установлен в любой отопительной или паровой котельной. Перевод слоевых топок на рядовом несортированном угле на сжигание в кипящем слое экономит до 3096 топлива. [c.351] Твердое топливо можно применять только в дробленом, зернистом состоянии. Твердое топливо подают вместе с сырым материалом, который необходимо подвергнуть тепловой обработке. Размер частиц топлива не может быть произвольным частицы не должны быть настолько малы, чтобы чрезмерное количество их в несгоревшем состоянии могло быть выброшено из кипящего слоя в неплотную фазу. В то же время размер частиц твердого топлива должен быть таков,чтобы обеспечивалась достаточная полнота сжигания за время т пребывания их в кипящем слое. Естественно предположить, что топлива с большим содержанием летучих будут сгорать быстрее и более полно. Использование влажного топлива нежелательно не только из-за низкой теплотворности, но также из-за склонности его к слипанию частиц. Известно, что при применении кипящего слоя для топочного процесса топливо в слое полностью не сжигают, а дожигают в неплотной фазе. Это объясняется тем, что температура в кипящем слое должна быть ниже температуры образования жидкой фазы. В печах, где в кипящем слое находится обрабатываемый материал, потребляющий тепло, можно осуществить в слое практически полное сгорание топлива, регулируя соответствующим образом его расход. [c.376] Парогазовая установка с высоконапорным парогенератором. Схема ПГУ-В показана на рис. 4.27, а. В ней используется парогенератор, в котором сжигание топлива в количестве происходит под высоким давлением, создаваемым компрессором ГТУ. В трубах, которыми облицованы стенки парогенератора или погружены в так называемый горячий кипящий слой, образуется пар, питающий ПТ. Г азы высокого давления, образующиеся в ВПГ, имеют достаточно умеренную температуру, и их можно направлять в ГТ ГТУ. [c.400] Добавление известняка в топку котла вместе с углем в соотношении a.S > 2 при сжигании в кипящем слое позволяет связать до 85 % серы топлива и перевести ее в сульфаты кальция. [c.318]Основными методами у.меньшения количества оксидов азота, образующихся при сжигании различных топлив, являются рециркуляция продуктов сгорания в топочную камеру, двухстадийное сжигание топлива, применение специальных горелочных устройств, подача воды и пара в зону горения, снижение коэффициента избытка воздуха в топке и температуры подогрева воздуха, сжигание топлива в низкотемпературном кипящем слое. [c.129] В паровых котлах на органическом топливе теплоту для нагрева рабочего тела получают в топках (топочных камерах) путем сжигания топлива. В зависимости от способа сжигания и вида топлива различают топки сжигания твердого топлива в плотном и кипящем слое, пылевидного сжигания твердого топлива во взвешенном состоянии, циклонного сжи- [c.84] В кипящем слое в отличие от плотного слоя температура горения ниже (до 1000—1200° С) и состав продуктов сгорания более равномерен по высоте слоя (рис. 43, б), куски топлива размером 20—25 мм интенсивно обдуваются воздухом, что способствует высокой скорости сжигания топлива. В слой топлива иногда добавляют размолотый материал (например, доломит), который, реагируя с оксидами серы, удерживает их на своей поверхности, снижая соответственно выброс в атмосферу. [c.95] Поэтому количество термических оксидов ЫОх (например, при сжигании газа, мазута с малым гМ") можно существенно уменьшить в продуктах сгорания, организовав низкотемпературное ( гводяного пара сжиганием топлива в специальных топках, например в низкотемпературном кипящем слое затягиванием процесса горения. [c.170] Имеются и другие методы организации топочного процесса для сжигания твердого топлива, иапример горение в кипящем слое, вихревое горение ( циклонные топки, не получившие до настоящего времени заметного распространения). [c.130]
Особый интерес к организации сжигания топлив в кипящем слое вызван рядом обстоятельств. Для сжигания могут использоваться различные топлива, включая низкосортные, крупностью О—20 мм. При этом значительно сокращаются расходы электроэнергии на топливоприготовление. Расположение поверхностей нагрева в кипящем слое, где коэффициент теплоотдачи составляет 200—300 Вт/(м -К), обеспечивает существенное снижение металлоемкости установки. Работа с относительно низкотемпературным слоем (800— 1000 °С) приводит к значительному уменьшению загрязнения атмосферы соединениями серы, так как большая ее часть остается в слое и удаляется вместе с золой. Для повышения степени улавливания серы в кипящий слой может добавляться известь или доломит. Благодаря низкой температуре отходящие из кипящего слоя газы практически не содержат оксидов азота. Снижается также возгонка щелочных соединений золы топлива, что приводит к уменьшению загрязнения поверхностей нагрева. [c.130] Более высокой интенсификации процесса сжигания топлива в слое можно достигнуть, сжигая топливо в полувзвешенном состоянии — в топках с псевдоожиженным кипящим слоем. В эти.х топках для поддержания скорости витания топлива требуется точное соответствие скорости воздуха и газов и размеров частиц топлива. Сложность процесса и трудность обеспечения топок с кипящим слоем, топливом с определенным размером частиц привели к тому, что их применяют пока в технологических установках (рис. 3-18). Заводская конструкция топочного устройства и котлоагрегата показана на рис. 3-19. [c.136] Если уголь действительно будет основным источником энергии в период с 1990 г. по 2010 г., то это должно сопровождаться мероприятиями по повышению эффективности сжигания топлива, осуществляемыми в глобальном масштабе. Несмотря на заявления некоторых специалистов из промышленно развитых стран (таких, как Великобритания), что эффективность сжигания топлива на всех электростанциях, за исключением старых, достигает максимально возможной величины, эту ситуацию нельзя считать повсеместной и здесь нельзя благодушествовать. В настоящее время в стадии разработки находятся ряд способов сжигания, направленных иа все большее снижение затрат. Одним из них является способ сжигания в кипящем слое, в котором с помощью подачи воздуха через мощные пневматические форсунки достигают режима кипящего слоя. Этот способ был разработан в Великобритании и в настоящее время является предметом исследования, проводимого группой по технологии использования угля Международного энергетического агентства. Ассигнования в размере около 10 млн. долл., предоставленные США, ФРГ и Великобританией, а также установка, построенная в Граймторпе (Великобритания), предназначены для изучения особенностей данного способа сжигания угля. К числу преимуществ этого способа получения пара для промышленных нужд и выработки электроэнергии относятся [c.199] Основными оксидами в топках с кипящим слоем являются топливные, образующиеся путем окисления части азотистых соединений органической массы угля или мазута. Исследования сжигания одного и того же топлива в низкотемпературном слое частиц, псевдоожидае-мых воздухом и смесью кислорода с аргоном [92], показали, что концентрация оксидов азота была почти одинаковой в обоих случаях, т.е. доля топливных оксидов - подавляющая. Концентрация топливных оксидов может бь ть и больше равновесной по реакции N3 + О2 = = 2 N0, ибо к ним эта реакция отношения не имеет. [c.180] Сжигание тошгава в топках с кипящим (псевдрожиженным) слоем. В последнее время в связи с ухудшением качества добываемого твердого топлива и возрастанием требований к экологическим характеристикам котлов все большее применение в энергетике находят топочные устройства, сжигающие топливо в кипящем (псев-доожиженном) слое. Указанный способ позволяет с достаточной экономичностью сжигать низкосортные забалластированные угли и обеспечивать сокращение в уходящих дымовых газах содержание оксидов серы и азота. В топках с кипящим слоем успешно сжигаются также древесные отходы, торф и горючие сланцы. [c.81] Сказанное выше о трудностях сжигания твердого топлива в нсевдоожиженном слое из-за уноса недогоревших частиц не относится, конечно, к таким специальным случаям, как выжигание серы из сернистых руд, выжигание отложений углерода при регенерации катализатора крекинга и т. п., когда скорость витания частицы мало изменяется с выгоранием. Как известно [Л. 205], печи псевдоожиженного (кипящего) слоя для обжига концентратов сернистых руд заслуженно получили широкое промышленное распространение в СССР. [c.130] В последние годы все большее распространение получают прямоточные котельные агрегаты с закритическими параметрами пара (22 МПа и 570°С) паропроизводительностью 266 кг/с для блока с турбиной мощностью 300 МВт, 440 кг/с — для блока 400 МВт, 695 кг/с — для блока 800 МВт. Дальнейшее развитие котлострое-ния предусматривает разработку н внедрение котельных агрегатов для блоков мощностью 1500—2500 МВт, а также внедрение более совершенных методов сжигания различных видов топлива, как, например, сжигание ископаемых углей в кипящем слое . Суть этого метода заключается в следующем под слой угольной [c.189] mash-xxl.info горение в кипящем слоеВ случае малого содержания горючих компонентов в газообразных отходах, когда экономически невыгодно использовать метод прямого сжигания, широко применяют каталитическое горение. Процесс каталитического горения протекает в реакторах с неподвижным или кипящим слоем катализатора при 200-600 °С вместо 950-1100 °С при прямом сжигании.[ ...] В топку с кипящим слоем подаются известняк, песок, гранулированная зола или другой зернистый материал, образующий с дробленым углем плотный суспензионный кипящий слой под действием восходящего потока воздуха, поступающего через решетку в нижней части топки. Горючие вещества сгорают при 760—980 °С. При такой температуре зола не спекается и не размягчается и процесс горения протекает эффективно.[ ...] В процессе термораздожения соотношение серы сульфатной к элементарной составляет 1 : (6-8), что обеспечивает объемное содержание диокоида серы в обжиговом газе 14,6-16 % (в пересчете на сухой газ). С целью создания кипящего слоя, горения серы и обеспечения автотермичности процесса в печь подается подогретый в теплообменнике до 380-400 °С воздух (18-20 тыс..нм3/г). Обжиговый газ из печи проходит циклон возврата, из которого часть твердой взвеси возвращается в слой для поддержания высоты на уровне 1200-1500 мм. Затем печной газ охлаждается воздухом в теплообменниках до температуры 450-500 °С и, пройдя через чистку в циклонах и сухих электрофильтрах, попадает в промывное отделение.[ ...] В схему установки наряду с аппаратами погружного горения включены и сушильные аппараты. ВНИИПКНефтехимом разработаны и внедрены в промышленность сушильные аппараты с кипящим слоем для сушки концентрированного стока. Основным достоинством таких аппаратов является простота конструкции и возможность получения солей в гранулированном виде [121]. Процесс гранулирования протекает при 150—250 °С, размер гранул 8—9 мм. Следует отметить, что коэффициент полезного использования тепла как в аппаратах погружного горения, так и в аппаратах с кипящим слоем весьма невелик, что в значительной мере отражается на себестоимости обезвреживания солесодержащих сточных вод.[ ...] Печь кипящего слоя представляет собой футерованный цилиндр с воздухораспределительной решеткой. На решетку насыпают слой песка толщиной 0,8—1 м (размер частиц 0,6—2,5 мм). Псевдоожижешшй слой образуется при продувании газов через распределительную решетку. Подаваемый в печь осадок интенсивно перемешивается с раскаленным песком и сгорает. Процесс горения длится не более 1—2 мин.[ ...] Печи с кипящим слоем в настоящее время эксплуатируются на многих зарубежных очистных станциях[71]. Широкое их применение объясняется тем, что они компактны, легко автоматизируются, в зоне горения нет движущихся устройств и механизмов; печи имеют высокий тепловой КПД (60—70%) при сравнительно умеренных капитальных и эксплуатационных затратах. Кроме того, в этих печах можно сжигать практически любые осадки различных сточных вод с разным содержанием минеральных веществ, процессы сушки и горения совмещены и проходят очень интенсивно, выбросов дурнопахнущих газов в окружающую среду не наблюдается.[ ...] Продукты горения нефтешлама из форкамеры поступают в экранированную часть топки печи. Наиболее крупные механические примеси, выпадая из потока дымовых газов, оседают в нижней конической части печи, где в режиме кипящего слоя могут быть подвергнуты высокотемпературному обжигу в присутствии кислорода воздуха. Подогрев механических примесей производится форсункой Ф-4, работающей непрерывно, до температуры 700—800°С. Содержание остаточного кислорода в нагретом до этой температуры воздухе должно быть не ниже 10— 12%. В качестве дополнительного топлива используется мазут.[ ...] Устойчивое горение топлива в кипящем слое возможно в узком диапазоне температур при нижнем пределе 800“С и определяется условиями устойчивой работы котла и обеспечения полноты выгорания топлива. Верхний предел рабочего диапазона 950°С определяется условиями бесшлаковочной работы аппарата с кипящим слоем.[ ...] При подаче нефтешлама в кипящий слой происходила частичная газификация его органической части, выделяющиеся при этом пары нефтепродуктов сгорали над кипящим слоем, а горения нефтешлама в кипящем слое не происходило. Кроме того, поступающий в печь холодный воздух охлаждал нижние слои кипящего слоя, поэтому тяжелая органическая часть нефтешлама полностью не сгорала, что приводило к образованию агломерата из песка и шлама. Полное сгорание органической части происходило только при дополнительной подаче топлива.[ ...] Для обезвоживания осадка в БашНИИ по переработке нефти разработан метод сжигания его в печах с кипящим слоем и твердым теплоносителем. Теплотворная способность шлама составляет около 2200 ккал. Этого количества тепла достаточно, чтобы произвести сжигание шлама без дополнительного расхода топлива. Для сжигания 4—5 г шлама в 1 ч со средним составом (50% воды, 27% механических примесей и 23% нефтепродуктов) предназначается установка с выбросом газообразных продуктов горения в дымовую трубу и со сбором негорючих механических примесей в золоуловителях, с утилизацией тепла уходящих дымовых газов в котле-утилизаторе (при этом вырабатывается в среднем около 20 т пара в 1 ч с давлением 13—¡15 ат).[ ...] Печь для регенерации зерен угля в кипящем слое представляет собой цилиндрическую шахту высотой около 2 м, отделенную от топки жаропрочной решеткой, в отверстия которой вставлены конические фурмы. Живое сечение газораспределительной решетки с фурмами — около 2%. В тонке размещена горелка для сжигания природного газа при избытке кислорода не более 0,3%. В туннель горелки подводится пар, за счет которого температура реакционной смеси продуктов горения снижается до 700—750 °С. В шахту печи сверху шнеком непрерывно подается отработанный уголь с влажностью не более 25% (выгруженный из адсорбционной колонны уголь отделяется от избытка воды на ленточном вакуум-фильтре или вибросите). Попадая в массу раскаленного кипящего слоя, уголь практически мгновенно высушивается и нагревается до общей температуры слоя. Избыток слоя через специальный перелив попадает в трубу, по которой удаляется из шахты в теплообменник, а затем в бункер-приемник отрегенерированного адсорбента. Регенерация угля в кипящем слое при 700—750°С продолжается около 20 мин. В соответствии с этим загрузку отработанного и выгрузку отрегенерированного активного угля ведут с такой интенсивностью, чтобы среднее время пребывания частиц адсорбента в слое было не менее 20—30 мин. Потери активного угля от истирания и обгара составляют 5—10% (для угля КАД— 10—15%).[ ...] Схема установки для сжигания ила в кипящем слое показана на рис. 11-91. Ил подают в печь на слой песка, где он просушивается, истирается и сгорает при 590—780 °С. Дымовые газы поступают в теплообменник, где охлаждаются воздухом, подаваемым воздуходувкой из теплообменника. Нагретый воздух подают в печь для создания псевдоожижениого слоя и поддержания горения. Дымовые газы после теплообменника поступают в циклон, где отделяются твердые частицы, а затем — в поверхностный абсорбер, орошаемый водой. Очищенные газы выбрасывают в атмосферу. Вода из абсорбера поступает в отстойник, где отделяется зола. Осадок се в виде пульпы направляют па вакуум-фильтр. Фильтрат и воду из отстойника возвращают в абсорбер. Полученную золу используют как минеральное удобрение или для изготовления строительных материалов.[ ...] Оптимальная температура процесса горения составляет приблизительно 850 °С, что позволяет резко снизить образование оксидов азота. Реализация этого способа сжигания топлива дает ряд и других преимуществ. Так, трубы поверхностей нагрева котла, находящиеся в непосредственном контакте с кипящим слоем, имеют коэффициент теплоотдачи к ним более высокий, чем при радиационном теплообмене.[ ...] Для дожигания летучих веществ под кипящим слоем создается фурменный пояс, в котором для поддержания устойчивости процесса горения и достижения полного обжига механических частиц температура газов поддерживается до 1000°.[ ...] За прошедшие 10-15 лет прошли проверку в производственных условиях печи различных конструкций: с кипящим слоем; камерные с механическими форсунками; с барботажными горелочными устройствами; с пневматическими и ротационными форсунками, барабанные. Состояние работ по проектированию, строительству и освоению УСН приведено в табл. 10. Печи с кипяшим слоем не нашли применения, так как при опытно-промышленной проверке не обеспечивалась их устойчивая работа ввиду отсутствия предварительного подогрева воздуха, требуемого для создания кипящего слоя, и нарушался процесс горения.[ ...] Грануляция кальциево-аммониевой селитры в грануляторах кипящего слоя испытана в промышленных условиях при концентрации раствора 40%. Эта концентрация и определяет минимальную степень концентрирования упариваемых растворов. По-видимому, наиболее экономично производить упаривание в аппаратах погружного горения, доводя концентрацию раствора до 60—70%, т. е. до такой предельной величины, при которой охлаждение раствора до 20—25° С не вызывает массовой кристаллизации.[ ...]
Сверху на загрузку через форсунки или дозаторы подаются отходы. Горение осуществляется в камере 5. Вода, попадающая в кипящий слой, почти мгновенно испаряется. Турбу-лизованная раскаленная поверхность кипящего слоя с движущимися во всех направлениях твердыми частицами не дает образовываться крупным сферическим каплям, мгновенно разрушает их до мельчайших капель, что значительно увеличивает суммарную поверхность испарения. Наличие крупных частиц или слипшихся агломератов шлама создает условия для частичного горения отходов, например нефтеот-ходов внутри слоя, так как они тонут в слое. Среднее время существования крупных частиц составляет около 30 мин. Дымовые газы, содержащие минеральные механические примеси, очищаются в циклоне 6. Выгрузка пыли производится шнеком 7.[ ...] Одним из перспективных методов являетоя создание котлов о топками кипящего слоя (КС), в которых ожигается раздробленный Уголь (о частицами 8-10 мм) о добавкой в зону горения сорбента аерниотых соединений - известняка или доломита.[ ...] Обезвоженный осадок транспортером подается через загрузочный бункер в печь. Попадая в кипящий слой песка, температура которого 750—800°С, осадок интенсивно перемешивается, измельчается вследствие взаимного-трения частиц и соударения их с частицами песка. В кипящем слое проие-ходит испарение влаги и горение осадка. Продолжительность процесса составляет 1—2 мин. Образовавшаяся зола выносится из печи с потоком отходящих газов, которые по газоходу поступают в воздухоподогреватель (рекуператор), затем в мокрый золоуловитель и далее дымососом выбрасываются в атмосферу. Основная масса воздуха на создание кипящего слоя и обеспечение горения подается воздуходувкой через рекуператор под колосниковую решетку печи. В том случае когда собственной теплотворной способности осадка недостаточно для поддержания процесса горения, в печь-через горелку вводится дополнительное топливо. Воздух на горение, вторичное дутье, а также на охлаждение газов в газоходе поступает от вентилятора. Для восполнения потерь песка в кипящем слое служит песковы» бункер.[ ...] На рис. 5 приведена схема этой установки, состоящей из вертикальной печи, в которую насосом в кипящий спой, нагретый до 800 С, подается шлам. Дымовые газы, имеющие температуру 900 С, охлаждаются в воздухоподогревателе возду -хом, идущим на горение, и с температурой 500 С поступают в циклон. Подогретый воздух большей частью используется для создания кипящего слоя, а остальная его часть подается как вторичный воздух для дожигания горючих газов в шахте печи.[ ...] Установки с газообразными теплоносителями содержат аппараты погружного горения (АПГ), аппараты кипящего слоя, скрубберы и сушилки. В качестве теплоносителей используются продукты сгорания топлива либо нагретый воздух. В последнее время ведутся работы по созданию схем опреснения, включающих в себя адиабатные установки с контактным газовым головным подогревателем [41].[ ...] После разогревания песка с помощью запальной горелки до 750— 800 °С начинают подачу в кипящий слой отходов, где последние смешиваются с песком и в процессе движения истираются. В результате хорошей теплопроводности песка отходы начинают быстро гореть равномерно во всем объеме кипящего слоя. Выделяющееся при этом тепло обеспечивает поддержание песка в горячем состоянии, что позволяет работать в автогенном режиме без подвода дополнительного топлива для обеспечения режима горения.[ ...] Работа установки основана на принципе создания «кипящего» (взвешенного) слоя активируемого материала. Для активации и регенерации используется бескислородная смесь водяного пара и продуктов горения природного или карбюраторного газа, которая образуется в напорной топке печи.[ ...] Главное достоинство нового способа - увеличение коэффициента использования топлива. При этом резко снижается требование к качеству самого топлива: топочное устройство с кипящим слоем - каталитический генератор - может эффективно использовать самые низкосортные, высокозольные угли. Кроме того, в кипящем слое достигается высокая эффективность процесса горения и теплообмена, что позволяет в несколько раз уменьшить габариты и металлоемкость генератора по сравнению с существующими агрегатами на тепловых станциях. И, наконец, использование генератора резко снижает выбросы в атмосферу вредных продуктов сгорания угля - оксида углерода и оксидов азота.[ ...] На рис. 2.76 приведена принципиальная технологическая схема переработки стоков НПЗ. Установка состоит из трех отдельных установок: шестикорпусной вакуумной выпарной станции, аппарата погружного горения и аппарата кипящего слоя. Многокорпусная выпарная установка имеет значительно лучшие экономические показатели по сравнению с аппаратом погружного горения, однако здесь образование накипи на поверхности нагрева не позволяет концентрировать стоки до конечной концентрации, превышающей 100 кг/м3, поэтому доупаривание стоков до концентрации 500—600 кг/м3 осуществляется в аппарате погружного горения.[ ...] Обезвреживание солесодержащих сточных вод, количество которых на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях составляет 5—10%, вызывает наибольшие технические и экономические трудности. Электродиализ, обратный осмос, ионный обмен пока применяют только для извлечения отдельных видов специфических загрязнений и глубокой доочистки сточных вод с умеренным содержанием солей. Упаривание иод вакуумом используют в основном для опреснения морской воды. При обессоливании сточных вод оборудование работает в более тяжелых условиях, чем при опреснении морской воды, так как упаривание надо доводить до 90—95% по сравнению с 40—50% при опреснении морской воды. Обезвреживание сточных вод проводят в два этапа: на первом их упаривают под вакуумом до концентрации солей около 30 г/л (кратность упаривания примерно 12), на второй упаривают рассол с помощью аппаратов погружного горения до концентрации 250 г/л. После этого рассол обезвоживают в аппаратах кипящего слоя до остаточной влажности 2%. Водные конденсаты используют для подпитки котлов ТЭЦ, соли подвергают захоронению.[ ...] Установка термического обезвреживания соленых сточных вод состоит из трех отделений: отделения содо-известкового умягчения; вакуумной выпарной станции; отделения получения сухих солей. Принципиальная схема установки приведена на рис. 35. Содо-известковое умягчение, включающее зернистую меловую затравку (избыточная подача соды — 6 мэкв/л), предотвращает отложение накипи на греющих поверхностях и способствует удалению из воды эмульгированных нефтепродуктов. Обезвреживание сточных вод проводится в два этапа: упаривание в вакууме до концентрации солей около 30 г/л (кратность упаривания около 12) и упаривание рассола с помощью аппаратов погружного горения до концентрации солей 250 г/л. После этого рассол обезвоживается в аппаратах кипящего слоя до остаточной влажности 2% с выбросом парогазовой смеси в атмосферу. Производительность первого и второго отделений по сточным водам равна 320 м3/ч (два параллельных потока), третье отделение рассчитано на переработку до 65 м3/ч рассола.[ ...] ru-ecology.info Способ сжигания в кипящем слое
Изобретение может использоваться в промышленных и энергетических котлах для высокоэффективного сжигания измельченных твердых топлив и горючих отходов. Способ сжигания в кипящем слое, заключающийся в подаче первичного дутья и последующем вводе вторичного дутья в надслоевой объём из участков набегания потока в сторону застойных зон, тангенциально к условному телу вращения, причем участки набегания потока и расположенные под ними застойные зоны в профиле надслоевого объема формируют обмуровкой и/или топочными экранами. Часть вторичного дутья вводят отдельно и/или совместно с топливом и уносом, уловленным за топкой. Изобретение обеспечивает повышение эффективности сжигания топлива и увеличение эффективности использования дутья. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в промышленных и энергетических котлах, сжигающих твердое топливо и горючие отходы. Известен способ сжигания в кипящем слое [1, гл. 5.5] с подачей первичного дутья и последующим вводом вторичного дутья, улавливанием и дожиганием уносимых частиц кипящего слоя в циклоне и их возвратом в кипящий слой. На сегодня это наиболее эффективный и экологически чистый, так называемый способ сжигания в циркулирующем кипящем слое, имеет несколько модификаций [1], например, по схеме Альстрем [1, рис. 5. 36, стр. 240]. Недостатками этого способа являются дорогостоящая конструкция высокотемпературного циклона, плохое перемешивание и низкая эффективность использования вторичного дутья в надслоевом объеме топки. Процессы горения завершаются лишь в циклоне.Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу, выбранным в качестве прототипа, является способ сжигания в кипящем слое [2], с подачей первичного дутья под слой и последующим вводом вторичного дутья с противоположных сторон тангенциально к условному телу вращения в надслоевом объеме топки. Вихревое течение в виде условного тела вращения создает перемешивание и повышает эффективность использования вторичного дутья в надслоевом объеме топки.Недостатками прототипа является необходимость подачи в виде вторичного дутья большей части воздуха, так как для изменения характера течения, сильно загруженного выносимыми частицами потока из кипящего слоя, требуется гораздо больший импульс вторичного дутья, чем при обычном слоевом или пылеугольном сжигании. Подача большей части дутья в виде вторичного вызовет нарушение воздушного баланса и соответственно снизит эффективность топочного процесса, в том числе, из-за больших потерь с уходящими газами. С другой стороны, поддержание воздушного баланса (для топок с циркулирующим слоем доля первичного дутья составляет обычно [1] около 50% и более, а для пузырькового кипящего слоя более 70%) из-за увеличения за счет уносимых частиц плотности восходящего потока в 2-10 раза [1] не позволит организовать вихревое движение и эффективное перемешивание в надслоевом объеме. Кроме того, для симметричного расширяющегося канала по схеме, предложенной в прототипе [2], характерно [3, стр. 602, рис. 22.4. ] течение, перебрасывающееся от одной стенки к другой. Соответственно работа такой топки будет характеризоваться наличием пульсаций и пониженной эффективностью.Целью настоящего изобретения является повышение эффективности сжигания топлива и повышение эффективности использования вторичного дутья.Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу сжигания в кипящем слое, заключающемся в подаче первичного дутья и последующим вводом вторичного в надслоевой объем, вторичное дутье подают из участков набегания потока в сторону застойных зон тангенциально к условному телу вращения, а участки набегания потока и застойные зоны, расположенные под ними в профиле надслоевого объема, формируют обмуровкой и/или топочными экранами.Дополнительно предлагается часть вторичного дутья вводить так же тангенциально к условному телу вращения отдельно и/или совместно с топливом и уносом, уловленным за топкой.На чертеже показано вертикальное сечение профиля топочного устройства. Внизу на воздухораспределительной решетке 1 расположен кипящий слой 2 с подачей первичного дутья по тракту 3 от вентилятора 4. В надслоевом объеме 5 на участках 6 набегания (участок выделен стрелкой) потока установлены сопла 7 вторичного дутья. Сопла 7 вторичного дутья ориентированы тангенциально к условному телу вращения 8 (выделено пунктиром и заливкой) и направлены в сторону застойных зон 9 (выделены штриховкой).Профиль надслоевого объема образован обмуровкой 10 и/или топочными экранами 11. При этом в потоке требуемые участки 6 набегания и застойные зоны 9 формируются естественным образом по известным законам аэродинамики [3] в соответствии с геометрией топки (на выступах - участки набегания, за отступами - застойные зоны).Дымоходы топки имеют золоосадительные бункера 12 с эжекторами 13 возврата уноса, которые, как и система пневмозаброса топлива 14, трактами 15 вторичного дутья подключены к вентилятору 4. Имеются и другие элементы, необходимые для эксплуатации и обслуживания топки кипящего слоя.Предлагаемый способ сжигания в кипящем слое осуществляется следующим образом.На воздухораспределительной решетке 1 расположен кипящий слой 2. Частицы золы и горящего угля, разогретые до 800-1000°С, поддерживают в состоянии псевдоожижения и интенсивного перемешивания за счет подачи через слой первичного дутья от вентилятора 4 по тракту 3. Поток горящих газообразных продуктов горения и мелких выносимых частиц золы и кокса выносится в надслоевой объем 5 и далее отсасывается дымососом из установки.Профиль и геометрию надслоевого объема 5 формируют обмуровкой 10 и/или топочными экранами 11 с образованием, по крайней мере, одного участка 6 набегания потока и одной застойной зоны 9 под ним. Такая форма надслоевого объема 5 в соответствии с геометрией обеспечивает разворот и движение запыленного потока вдоль участка набегания 6 над застойной зоной 9.При этом, во-первых, по известным законам аэродинамики [3] восходящий поток концентрируется под участком набегания 6, а в застойной зоне 9 формируется отрывное возвратное вихревое течение. Такая аэродинамика способствует хорошему перемешиванию потока, конвективному теплообмену с топочными экранами 11, сепарации и удержанию в топке частиц, вынесенных из кипящего слоя. Соответственно, предлагаемая подача вторичного дутья из участков набегания 6 через сопла 7 тангенциально к условному телу вращения 8 в сторону застойных зон 9 только усиливает вихревое течение, перемешивание, конвективный теплообмен, сепарацию и удержание в надслоевом объеме 5 частиц, вынесенных из кипящего слоя. При этом струи вторичного дутья легко пронизывают восходящий поток, концентрирующийся под участком набегания 6. Таким образом, доля вторичного дутья может быть малой и определяется независимо, прежде всего, из условий организации высокоэффективного топочного процесса. Во-вторых, богатые кислородом струи вторичного дутья легко проникают в объем условного тела вращения 8, застойную зону 9 и в корень восходящего из кипящего слоя 2 потока. Горение и топочные процессы равномерно распространяются во всем объеме топки.Подача дополнительного вторичного дутья по трактам 15 совместно с уносом из золоосадительных бункеров 12 через эжекторы 13 возврата уноса и совместно с топливом через систему пневмозаброса топлива 14 не только усиливает вихревое течение, но и насыщает надслоевой объем 5 горючими.В итоге по предлагаемому способу обеспечивается:высокоэффективное конвективное охлаждение и соответственно низкотемпературный режим топочного процесса;сепарация, удержание и заполнение надслоевого объема частицами;двухступенчатая схема сжигания с равномерным заполнением надслоевого объема и минимальной эмиссией вредных выбросов;повышение эффективности сжигания топлива;повышение эффективности использования вторичного дутья и соответственно минимумы избытков воздуха в топке и потерь тепла с уходящими газами.Таким образом, применение предлагаемого способа сжигания в кипящем слое по сравнению с прототипом [2] позволяет повысить эффективность сжигания топлива и увеличить эффективность использования вторичного дутья.ПРИМЕР. По предлагаемому способу НИЦ ПО “Бийскэнергомаш” проведена реконструкция на сжигания Березовского угля марки Б2 в топке кипящего слоя слоевого котла №1 типа КВ-ТС-20-150 ПВ. Котел установлен в пиковой котельной МУП “ОСП ЖКХ” г. Лесосибирска. С помощью установленного внутри топки экрана образован участок натекания и расположенная под ним застойная зона. В таблице дано сравнение показателей работы котла №1, выполненного по предлагаемому способу, и типового слоевого котла №2. Представленные данные показывают, что реконструированный котел №1 имеет лучшие, по сравнению с типовым котлом №2, показатели: высокий КПД, пониженные выбросы вредных веществ СО и NОх и минимальные избытки воздуха. Теплопроизводительность реконструированного котла практически в три раза выше, чем у типового слоевого котлаЛитература1. Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. М.: Энергоатомиздат, 1996.2. Авторское свидетельство SU № 1453118, F 23 С 6/04, опубл. 23.01.89, бюл. №3.3. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974.Формула изобретения 1. Способ сжигания в кипящем слое, с подачей первичного дутья и последующим вводом вторичного дутья в надслоевой объём из участков набегания потока в сторону застойных зон, тангенциально к условному телу вращения, причем участки набегания потока и расположенные под ними застойные зоны в профиле надслоевого объема формируют обмуровкой и/или топочными экранами.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть вторичного дутья вводят отдельно и/или совместно с топливом и уносом, уловленным за топкой.РИСУНКИ Рисунок 1www.findpatent.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
![Рис. 4,18. Доля серы, уходящей в виде 80 из <a href="/info/527811">опытной установки</a> для сжигания углей в кипящем слое диаметром 150 мм, при различных мольных отношениях Са/8 [88] (а) зависимость концентраций N0 и 80 при сжигании угля с выходом леггучих 29,1% и общим содержанием серы 0,62% на сухое топливо по схеме Циркофлюид по данным Ию [19] (б)](/800/600/http/mash-xxl.info/pic1/050062164107060062159073074227081042157200100078.png)
