Sagorevanje goriva u fluidizovanom sloju

Savremeni razvoj energetske industrije i pogoršanje ekološke situacije u svijetu zahtijevaju traženje i razvoj naprednijih i ekološki prihvatljivih tehnologija za sagorijevanje čvrstih goriva.

Jednom od perspektivnih područja koja osiguravaju ekološku prihvatljivost upotrebe čvrstih niskokvalitetnih goriva u elektranama budućnosti treba smatrati njihovo sagorijevanje u kotlovima sa pećima s fluidiziranim slojem različitih modifikacija: klasičnim, cirkulirajućim, šikljajućim zrakom. korištenje uređaja za izbacivanje zraka, jer se na taj način značajno smanjuje SO 2 i NO x je već u fazi sagorijevanja.

1.one. Sagorevanje čvrstih goriva u ložištima kotlova sa klasičnim fluidizovanim slojem

Rice. 1.1. Dijagrami instalacija sa fluidiziranim slojem: a - klasični fluidizirani sloj: b - cirkulirajući fluidizirani sloj; c - fluidizirani sloj pod pritiskom; 1 - glavni vazduh; 2 - dovod goriva; 3 - sekundarni vazduh; 4 - izlaz pepela; 5 – povrat prijenosa; 6 - proizvodi sagorevanja; 7 - ciklon; 8 – grejna površina; 9 - turbina i kompresor

Na sl.1.1. prikazan je dijagram peći sa klasičnim fluidiziranim slojem s mjehurićima. U fluidiziranom sloju s mjehurićima pri atmosferskom pritisku, ugalj (ili drugo čvrsto gorivo) se sagorijeva u sloju čvrstih tvari (obično krečnjaka) koji se fluidizira zrakom za izgaranje ispod sloja. Sloj se zagrijava toplim zrakom ili plinovima pomoću posebnog plinskog plamenika. Kotlovi sa fluidizovanim slojem projektovani su tako da temperatura ležišta bude u rasponu od 815-870 o C. Mogućnost rada na niskim temperaturama dovodi do nekoliko prednosti. Zbog niske temperature za vezivanje SO 2 kao sorbens mogu se koristiti jeftini materijali kao što su krečnjak i dolomit. Kada se krečnjak ili dolomit dodaju u sloj, reakcija između CaO i SO 2 proizvodi CaSO 4 . Ovisno o sadržaju sumpora u gorivu i količini sorbenta, emisije SO2 mogu se smanjiti za 90% ili više. Termalni dušikovi oksidi nastaju na temperaturama iznad 1300 o C. Kako temperatura opada, brzina reakcije formiranja NOx uvelike opada. Na temperaturama od 815–870 o C, količina NOx formiranog u fluidiziranom sloju je mnogo manja nego u tradicionalnim kotlovskim postrojenjima koja rade na višim temperaturama.

Tehnologija sagorevanja u fluidizovanom sloju (FB) ima niz prednosti u odnosu na sagorevanje čvrstih goriva u prahu.

To bi trebalo uključivati:

- jednostavnost dizajna;

– mogućnost sagorevanja nekvalitetnog uglja;

– sigurnost u radu;

– nepostojanje mlinova za fino mljevenje;

– vezivanje SO 2 i SO 3;

– suzbijanje NO x (do 200 mg/m3).

Zbog intenzivnog miješanja dolazi do izjednačavanja temperature u cijelom fluidiziranom sloju, pa se sloj može smatrati izotermnim. Grejne površine uronjene u fluidizovani sloj imaju veoma visok koeficijent prenosa toplote. To je olakšano uništavanjem graničnog sloja na površini izmjenjivača topline, kao i direktnim kontaktom čestica s površinom koja odvodi toplinu.

Nedostaci ove tehnologije sagorijevanja uključuju abrazivno trošenje grijaćih površina koje se nalaze u sloju; visoke vrijednosti mehaničkog sagorijevanja, ograničavajući kapacitet kotlovskih jedinica opremljenih pećima s fluidiziranim slojem na 250 t/h. Veći kotlovi zahtijevaju veće rešetke, što otežava osiguravanje ujednačene brzine puhanja.

Idealno gorivo za kotlove sa fluidiziranim slojem je uljni škriljac, koji ima visoku reaktivnost, visok sadržaj pepela, što određuje veliku masu materijala, a samim tim se stabilizuje temperatura sagorevanja, brzo se suši gorivo i dobro izgara.

Pri korištenju niskopepelnog uglja Kansk-Achinsk potreban je veliki dodatak inertnog materijala. Izgaranje uglja s visokim sadržajem soli alkalnih metala je vrlo povoljno za korištenje u pećima s fluidiziranim slojem, kada praktički nema isparavanja soli. Dakle, postaje moguće uključiti takozvani "slani" ugalj u energetski sektor.

Primjer za to je industrijsko iskustvo uvođenja fluidiziranog sloja za sagorijevanje šljake "slanog" uglja u Sjedinjenim Državama.

Godine 1986, Babcock-Wilcox je pretvorio kotao na mehanički pogon u TE Montana Dakota u postrojenje s fluidiziranim slojem. Ovaj kotao je prvobitno projektovan za parni kapacitet od 81,9 kg/s (295 t/h) pri pritisku od 9 MPa i temperaturi od 510 o C za sagorevanje mrkog uglja iz ležišta Belak.

Međutim, visok sadržaj jedinjenja natrijuma u elektrofilterskom pepelu doveo je do jakog zguranja peći i prljanja pregrijača. Prije rekonstrukcije sa uređajem s fluidiziranim slojem, snaga je bila ograničena na 50 MW sa projektom od 72 MW. Kako bi se izbjeglo zgurivanje i prljanje grijaćih površina i osigurao potpuni rad, korišten je fluidizirani sloj. Novo postrojenje s fluidiziranim slojem dimenzija 12,2 x 7,9 m ugrađeno je u stari kotao uz minimalne promjene na površinama sita pod pritiskom. Rešetka za distribuciju vazduha i njeni okolni zidovi hlađeni su vodom. Pregrijač i isparivač su postavljeni u sloj kako bi se obezbijedio potreban kapacitet pare i pregrijavanje pare i ograničavanje temperature sloja na 815 o C. Brzina plina u sloju je bila 3,7 m/s, a dubina sloja u radnom stanju 1,37 m. Kada je postrojenje pušteno u rad, zrak je dovođen kroz osam sekcija. S obzirom na to da je mrki ugalj Belakh visoko reaktivno gorivo, nije predviđena rekuperacija elektrofilterskog pepela. Uzimajući u obzir nizak sadržaj sumpora i visok sadržaj alkalnih komponenti u gorivu, kao materijal sloja korišten je pijesak. Kotao je pušten u rad u maju 1987. Sada ovaj blok nosi opterećenje od 80 MW u odsustvu troske i površinske kontaminacije. Izmjerene koncentracije NO x bile su 0,14 g/MJ.

dr.sc. A.M. Sidorov, direktor,
dr.sc. A. A. Skryabin, zamjenik direktora za nauku,
A.I. Medvedev, tehnički direktor,
F.V. Shcherbakov, glavni inženjer,
Istraživački centar za Bijskenergomaš, Barnaul, Altajska teritorija

O izvodljivosti upotrebe peći sa prisilnim niskotemperaturnim fluidiziranim slojem

Obećavajući pravac u razvoju industrijske i komunalne energetike je uvođenje visoko efikasnih shema za organizaciju procesa sagorijevanja u prisilnom niskotemperaturnom fluidiziranom sloju (FCF). Ova tehnologija obezbeđuje stabilno sagorevanje u zapremini sloja iu prostoru iznad sloja. Omogućava sagorevanje gotovo bilo koje vrste goriva i zapaljivog otpada na relativno niskoj temperaturi (800-1000°C) bez slojnog sinterovanja.

Za peći sa klasičnim fluidiziranim slojem s mjehurićem tipične su niske stope ukapljivanja i, shodno tome, ne baš visoka termička naprezanja mreže za distribuciju zraka (do 3 MW/m2). Procesi se izvode u masi sloja. Izgaranje iznad sloja zbog brzog hlađenja dimnih gasova brzo prestaje, pa se sav mlaz mora dovoditi ispod sloja. Zona iznad sloja i rešetke peći se koriste sa niskom efikasnošću, višak toplote iz sloja se mora ukloniti grejnim površinama koje su uronjene u njega. Kao rezultat toga, ložišta s klasičnim ležajem imaju veliku površinu i glomazna su. Osim toga, rad uronjenih površina je praćen njihovim intenzivnim abrazivnim habanjem. Uprkos niskom nivou temperature sloja, čak i kratkotrajni prekid ukapljivanja ili lokalno povećanje temperature je opasan zbog sinterovanja čestica sloja. Ovo unaprijed određuje uski raspon kontrole.

Glavna razlika između FCC-a i drugih tipova fluidiziranog sloja je visoka (3-10 m/s) brzina fluidizacije - forsiranje sloja. Istovremeno se osigurava nisko mehaničko potsagorijevanje (manje od 1,5-2,5%) zbog širenja poprečnog presjeka nadslojnog volumena peći prema vrhu. To doprinosi vraćanju velikih čestica u sloj (recirkulacija) i smanjenju uklanjanja malih čestica. FCC nema grijaće površine uronjene u sloj i probleme povezane s njim. Pouzdan rad ekranskih cijevi u području

Dinamički efekat sloja je osiguran upotrebom efikasnih sredstava zaštite od abrazivnog habanja.

Forsiranje rešetke za distribuciju zraka pruža sljedeće prednosti:

• ■ obezbjeđuje male dimenzije rešetke i reaktora sa fluidiziranim slojem i, shodno tome, povoljne uslove za modernizaciju i rekonstrukciju instalirane opreme, niske cijene i niske troškove remonta;
• ■ omogućava sagorevanje goriva grubljeg usitnjavanja, u poređenju sa klasičnim fluidizovanim slojem; u stvari, za mrki ugalj, maksimalna veličina komada može doseći 30-50 mm;
• ■ obezbeđuje pouzdaniji rad sloja prema uslovima nastanka, a samim tim i širi opseg regulacije opterećenja.

FCS tehnologija podrazumijeva rad ležišta u načinu gasifikacije goriva pri stvarnim vrijednostima viška zraka α<1,0. Величина избытка определяется калорийностью и видом топлива и может составлять 0,3-0,7 (для бурых углей больше). Это позволяет еще более уменьшить габариты реактора и снизить затраты на подачу воздуха под решетку. Высвободившийся воздух увеличивает долю вторичного дутья, необходимого для дожигания уноса и продуктов газификации, - до 70%, что позволяет организовать активное вихревое движение топочных газов, способствующее повышению эффективности сгорания топлива. Теплонапряжение воздухораспределительной решетки в расчете на поданное топливо может достигать 10-15 МВт/м2.

FCC tehnologija za pojačavanje mreže za distribuciju zraka bliska je cirkulirajućem fluidiziranom sloju (CFB) i ima sljedeće prednosti:

■ mogućnost ugradnje FKS kotlova u standardne kotlovske ćelije;

■ nedostatak šljake grejnih površina;

■ dobre performanse FKS peći u poređenju sa mehanizovanim slojevitim pećima u pogledu cene, veka trajanja, pouzdanosti i održavanja;

■ nedostatak opreme za mlin;

■ sposobnost sagorevanja širokog spektra goriva i zapaljivog otpada;

■ širok spektar opcija za regulaciju radnih parametara FKS kotlova i visoka stabilnost nosivosti, što omogućava njihovu upotrebu u kombinaciji sa parnim turbinama;

■ visoke ekološke performanse u smislu emisije oksida sumpora i azota.

Istovremeno, u odnosu na CFB, uvođenje tehnologije prisilnog fluidiziranog sloja zahtijeva znatno niže kapitalne troškove.

Posebno atraktivne opcije za implementaciju FCS povezane su s rekonstrukcijom kotlarnica. Oni vam omogućavaju da zadržite i koristite većinu instalirane opreme, značajno smanjuju kapitalne troškove i stoga su pristupačni za većinu industrijskih energetskih i komunalnih preduzeća. Istovremeno, uložena sredstva se brzo isplate, profitabilnost se povećava.

Tipično, osnova za uvođenje FCC tehnologije je:

■ novogradnja sa mogućnošću rada na niskokvalitetnom uglju;

■ potreba da se osigura pouzdano snabdijevanje toplotom i električnom energijom (na primjer, zamjenom goriva, proširenjem asortimana korištenog uglja, korištenjem lokalnih goriva niske kvalitete ili zapaljivog otpada);

■ potrebu smanjenja troškova goriva zamjenom jeftinijim ili povećanjem efikasnosti njegovog sagorijevanja;

■ potrebu zamjene zastarjele dotrajale opreme;

■ potreba za odlaganjem zapaljivog otpada, kao što su otpad od pripreme uglja, prerade drveta i drveta, šljake iz stratifikovanih kotlova itd.

Iskustvo u radu kotlova sa FCS

Do danas smo zajedno sa nizom preduzeća realizovali uvođenje peći sa FCS na više od 50 objekata. Kao primjere predstavljamo, po našem mišljenju, najzanimljivije od njih.

Primer 1. Rekonstrukcija Chita CHPP-2 sa prevođenjem slojevitih kotlova na sagorevanje uglja Kharanor u fluidizovanom sloju. U periodu 1999-2003. Po FCS tehnologiji izvršena je kompletna rekonstrukcija Chita CHP-2 sa prevođenjem slojevitih kotlova TS-35 na sagorevanje mrkog uglja Kharanor (Qn=2720 kcal/kg; Ap=13,2%; Wr=40 %) u fluidiziranom sloju.

Potreba za rekonstrukcijom nastala je zbog niske efikasnosti slojevitih kotlova i značajnih troškova popravke. Osim toga, zadatak je bio povećati produktivnost kotla do 42 t/h.

Rekonstrukcija je zahvatila sljedeće kotlovske jedinice:

■ promijenjen je profil donjeg dijela peći. Rešetka za lanac je demontirana, prednji i zadnji ekrani su prošireni prema dolje. Bočni zidovi su obloženi teškom oblogom na visini od rešetke za raspodjelu zraka do ose rashladnih ploča, ekrani bočnih zidova su ostali nepromijenjeni;

■ Na rešetki za distribuciju vazduha se postavljaju kape za razvod vazduha koje se skidaju, koje obezbeđuju ravnomernu fluidizaciju sloja, i dve cevi za odvođenje sloja, ohlađene vodom, za uklanjanje šljake;

■ za potpalu kotla u posebnoj vazdušnoj komori ispod rešetke ugrađuje se uređaj za potpalu. Vrući plinovi koji nastaju prilikom sagorijevanja dizel goriva zagrijavaju sloj odozdo i osiguravaju paljenje uglja koji se dovodi u peć. Nakon stabilnog paljenja uglja u sloju, uređaj za paljenje se isključuje;

■ na prednjem i zadnjem zidu peći postavljene su oštre mlaznice. Vazduh zagrejan u grejaču vazduha se dovodi do mlaznica standardnim ventilatorom VD-13,5×1000;

■ Dodatno su ugrađena dva visokotlačna ventilatora VDN-8,5-I×3000 kako bi se osiguralo ukapljivanje sloja;

■ proširen je drugi paket pregrejača duž toka gasa, koji se nalazi u rotacionom gasnom kanalu;

■ demontirao drugu kocku grijača zraka duž strujanja plina;

■ ekonomajzer kotla povećan za 3,5 petlje;

■ Proširene su lopatice standardnog dimovoda D-15.5, a motor je zamijenjen snažnijim, što je povezano sa povećanjem produktivnosti kotla sa 35 na 42 t/h.

Rekonstruisana peć sa FCS suštinski se razlikuje od tradicionalnih peći sa fluidizovanim slojem, i to:

■ velika brzina tečenja (do 9-10 m/s), Kakutopox CFB. Zbog intenzivnog miješanja nema neravnomjernosti temperature i koncentracije goriva po površini sloja. Materijal sloja se djelimično odvodi u zapreminu peći i intenzivno hlađen teče niz zadnje staklo natrag u sloj, hladeći ga. Zbog ponovljene cirkulacije materijala sloja unutar peći, osigurava se dobro sagorijevanje gorivih materija;

■ Samo 50-60% vazduha uključenog u sagorevanje se dovodi ispod rešetke, ostatak vazduha se dovodi kroz sekundarne mlaznice za mlaz. Nedostatak vazduha u sloju dovodi do delimične gasifikacije goriva i dvostepenog sagorevanja;

■ Sekundarni vazduh doveden kroz mlaznice koje se nalaze na prednjim i zadnjim zidovima peći formira snažan horizontalni vrtlog, koji doprinosi naknadnom sagorevanju gasova i uklonjenim sitnicama.

Primijenjena tehnička rješenja omogućila su značajno poboljšanje performansi kotla, a posebno:

■ poboljšati sagorijevanje goriva bez upotrebe skupih uređaja za separaciju i povratnog povrata koji se koristi u CFB kotlovima. Maksimalni gubici sa mehaničkim sagorevanjem ne prelaze 2,5%;

■ proširiti granicu regulacije temperature pregrijane pare zbog intenziviranja prijenosa topline u peći zbog horizontalnog vrtloga;

■ regulirajte temperaturu sloja promjenom protoka zraka ispod rešetke bez upotrebe uronjenih grijaćih površina. Prilikom prelaska na način rada plinifikacije, temperatura sloja se smanjuje. Ovisnost temperature sloja o strujanju zraka ispod rešetke ima izražen maksimum u tački njihovog stehiometrijskog omjera, s povećanjem ili smanjenjem zraka u sloju temperatura opada. Zahvaljujući tome, kotao nema ograničenja opterećenja zbog visoke temperature sloja;

■ postići umjereno trošenje konvektivnih površina, kao 60-70% ukupnog unosa je proboj relativno velikih čestica (100-1000 mikrona) koje nisu pale u horizontalni vrtlog, ostalo je vrlo fini pepeo, koji ima mali uticaj na habanje;

■ smanjiti emisije azotnih oksida za 2 puta (u odnosu na slojeve i peći na baklje). Zbog dvostepenog sagorevanja i niske temperature sloja u celom regulacionom opsegu opterećenja i sa eventualnim viškom vazduha u peći, maksimalna koncentracija NOx ne prelazi 200 mg/m3;

■ eliminisati značajne gubitke hemijskim sagorevanjem. Koncentracija ugljičnog monoksida zbog naknadnog sagorijevanja u vertikalnom vrtlogu ne prelazi 100 ppm.

Uporedne karakteristike kotla stanice br. 7 prije i poslije rekonstrukcije date su u tabeli 1.

Tabela 1. Karakteristike kotla st. br. 7 Chita CHPP-2.

Naziv parametra	Značenje
	Prije rekonstrukcije	Nakon rekonstrukcije
Produktivnost, t/h	35	42
Pritisak pare, MPa	3,8	3,8
Temperatura pare, °C	440	440
Temperatura napojne vode, °C	105	105
Gubitak toplote mehaničkim sagorevanjem, %	4,5	2,5
Bruto efikasnost kotla, %	82	86
Raspon regulacije opterećenja, %	40-100	52-100
Višak vazduha iza peći	1,4	1,3
Temperatura dimnih gasova, °S	175	180
Koncentracija CO (ne više), mg/m3	4000	100
Koncentracija NOX (ne više), mg/m3	450	200

Rezultati ispitivanja puštanja u rad pokazali su da je maksimalni izlaz pare kotla nakon rekonstrukcije ograničen učinkom dimovoda i iznosi 44 t/h. Poboljšava se punjenje peći pri opterećenjima iznad 35-38 t/h, smanjuje se sadržaj ugljičnog monoksida u plinovima.

Prema podacima rada, način rada peći rekonstruisanih kotlova karakteriše visoka stabilnost. Temperaturna odstupanja pregrijane pare u stacionarnom režimu su kratkotrajna i ne prelaze ±5 °C. Distorzije temperature po širini peći i pulsacije se ne primjećuju. Radna temperatura sloja je 820-980 °C.

Prilikom puštanja u rad otkriveno je da minimalna toplinska opterećenja koja osiguravaju samozagrijavanje sloja u potpunosti zadovoljavaju navedeni raspored za loženje kotla. Potrošnja uglja za održavanje minimalne temperature sloja iznosi oko 1,5 t/h, što je oko 15% potrošnje goriva kotla pri nazivnom opterećenju.

Paljenje kotla počinje sa dizel gorivom. Nakon stabilnog paljenja uglja u sloju na temperaturi od 500-550 °C, mlaznica za paljenje se isključuje, postavlja se minimalna potrošnja goriva, a kotao se nastavlja zagrijavati bez vanjskih smetnji u načinu sagorijevanja. Potrošnja dizel goriva za zagrijavanje sloja tokom paljenja iz hladne rezerve nije veća od 200 litara. Nakon što je kotao u praznom hodu manje od 6 sati, potrošnja dizel goriva se prepolovi. Kada kotao ne radi manje od 3 sata, potpaljivanje se vrši bez upotrebe tečnog goriva, dok se ugalj pali od toplote akumulirane u sloju. Umjesto dizel goriva može se koristiti lož ulje.

Tako je, kao rezultat rekonstrukcije, bilo moguće dobiti pouzdaniji i upravljiviji kotao sa bruto korisnošću od najmanje 4% većom nego prije rekonstrukcije. Pouzdanost, sigurnost i ekološke karakteristike nove peći ne samo da nisu inferiorne u odnosu na slojne i bakrene peći, već ih i nadmašuju.

Kako bi se spriječilo abrazivno trošenje grijaćih površina u kontaktu sa fluidiziranim slojem, u Chita CHPP-2 primijenjena je tehnologija navarivanja cijevi materijalom otpornim na habanje (Sl. 1).

S obzirom na jednostavnost konstrukcije i mogućnost sagorevanja bilo kojeg niskokvalitetnog goriva, novi uređaj za sagorevanje može biti pogodan za projektovanje i rekonstrukciju kotlova na prah i gas male i srednje snage. Prebacivanje kotlova na ugalj pomoću ove tehnologije ne samo da će uštedjeti tekuće gorivo za potpalu, već će i eliminirati potrošnju lož ulja za paljenje baklje. Udio loživog ulja koji se koristi u ove svrhe može se smanjiti za red veličine.

Primjer 2. Izgradnja kotlarnice sa tri kotla sa FKS pećima. 2003. godine AD "Amuragrocenter" je izgradio kotlarnicu sa tri kotla KE-10-14-225S za sagorevanje mešavine mrkog uglja (80%) i zobene ljuske (20%) sa FKS pećima.

Na sl. 2 prikazana je ugradnja opreme na unaprijed pripremljene temelje građevinske konstrukcije kotlovskog tijela, a to je laki metalni okvir sa predproizvodnim "sendvič" zidnim panelima. Iskustvo u izgradnji kotlarnica ovog dizajna pokazuje mogućnost smanjenja punog ciklusa izgradnje kotlarnica toplotnog kapaciteta 15-30 Gcal/h za 5-6 mjeseci, isključujući demontažu.

Primjer 3. Izgradnja kotlovnice sa tri parna kotla za sagorijevanje mrkog uglja ležišta Itatsky. Rukovodstvo OJSC Altaivagon (Rubcovsk, Altajska teritorija) je 2005. godine odlučilo da izgradi sopstvenu kotlarnicu sa tri parna kotla KE-25-14-225PS (slika 3), diktirano ekonomskim razlozima. Kao rezultat izgradnje, preduzeće je dobilo sopstveni izvor energije, opremljen visokoefikasnim kotlovima napravljenim po FCS tehnologiji, sa efikasnošću od 84-87%, sagorevanjem jeftinog mrkog uglja ležišta Itatskoye (karakteristike uglja po radna težina: pH=3100 kcal/kg Wp=39% Ar =12%).

Za povećanje pouzdanosti i trajnosti grijaćih površina sita u zoni djelovanja fluidiziranog sloja korištene su dvije metode zaštite cijevi od abrazivnog habanja (slika 4). Na visini od 1 m od rešetke za distribuciju zraka, na cijevi su pričvršćene obloge od livenog gvožđa (ChKh16, tvrdoća 400-450 HV, radna temperatura do 900 ° C), na visini od 1 m od obloga, sloj samofluksujuće legure PR-NH17SR4-40/100 zaštićen je raspršivanjem plina (debljina nanesenog sloja - od 0,5 do 1,4 mm, tvrdoća - 418 HV). Kao što iskustvo pokazuje, ova zaštita jamči pouzdan rad sitastih cijevi.

Šema kotla KE-25-14-225PS prikazana je na sl. pet.

Kotao je opremljen automatskim sistemom upravljanja koji obezbeđuje sva redovna podešavanja, zaštite i alarme za kotlove male i srednje snage. Omogućava pokretanje kotla iz hladnog stanja i "vruće" rezerve i rad kotla u automatskom režimu.

Kotao KE-25-14-225PS, u skladu sa zahtjevima SNiP-a i tehnologije rada peći, opremljen je mjernim sistemom koji omogućava kontrolu i registraciju sljedećih parametara:

■ nivo (visina) sloja (kontrola);

■ nivo vode u bubnju (protok vode kroz kotao) (kontrola i registracija);

■ pritisak pare u bubnju (pritisak vode na ulazu i izlazu iz kotla) (kontrola);

■ pritisak vazduha u rešetki za distribuciju vazduha (kontrola);

■ razrjeđivanje u peći (kontrola);

■ razrjeđivanje na dimovodu (kontrola);

■ temperatura dimnih gasova (kontrola);

■ temperatura kreveta (kontrola i registracija);

■ temperatura zapaljivih gasova (kontrola);

■ temperatura vode na izlazu iz kotla u režimu tople vode (kontrola i registracija);

■ potrošnja pare (kontrola i registracija).

Upravni i kontrolni odbor je prikazan na sl. 6.

Svi sistemi automatizacije su kombinovani u jednu upravljačku šemu. Radno mjesto operatera (bojlera) nalazi se u posebnoj prostoriji. Može istovremeno kontrolisati nekoliko kotlova i drugu procesnu opremu.

Tabela 2. Rezultati ispitivanja rada kotla KE-25-14-225PS st. Br. 3 kotlarnica "Altaivagon", Rubcovsk.

Tabela 3. Rezultati industrijskog ispitivanja kotlova KV-F-11.63-115PS st. br. 1, 2 i 3 u centralnoj kotlovnici u Borzi.

Karakteristike	Art. br. 1		Art. br. 2		4,6	10,1	4,9	9,5	4,2	9,8
Potrošnja vode, m3/h	218	218	210	210	200	200
Koncentracija CO, mg/nm3 (a=1,4)	405	360	180	382	477	438
Koncentracija NOX, mg/Nm3 (oc=1,4)	347	353	235	409	297	207
Sadržaj zapaljivih materija u zahvatu, %	10	14,5	15,8	15,5	11,9	13
Potrošnja zraka u sloju, nm3/h	7200	13410	6900	13760	8210	12940
Ukupna potrošnja zraka za kotao, nm3/h	10000	20600	11000	22400	12000	20600
Temperatura fluidiziranog sloja, °C	765	810	726	792	742	792
Bruto efikasnost kotla, %	89,9	84,4	86,3	84,3	84,6	83,5
Specifična referentna potrošnja goriva, kg/Gcal	155,1	155,8	158,9	161,9	160,2	161,3

Napomena: gorivo - mrki ugalj: 0^=3012 kcal/kg; Ap=13,2%; Wp=35,9%.

Upravljanje i kontrola se vrši sa računara iz posebne prostorije putem mreže, ili sa ekrana osetljivog na dodir na kontrolnoj tabli. Pogled na kontrolnu tablu kotla je prikazan na sl. 7.

Rezultati ispitivanja kotla KE-25-14-225PS (tabela 2) pokazali su visoku efikasnost, niske emisije NOx (300-385 mg/nm3) i CO (80-300 mg/nm3). Sadržaj gorivih materija u zahvatu sa povećanjem opterećenja od 30 do 100% mijenjao se u rasponu od 10-21% uz odgovarajuću promjenu mehaničkog sagorijevanja od 1,59 do 3,87%. Efikasnost kotla u cijelom rasponu opterećenja varirala je u rasponu od 84,9-86,3%. Temperatura pare je bila 204–225 °C. Temperatura fluidiziranog sloja je u prosjeku iznosila 890 °C i osiguravala je pouzdan rad kotla bez šljake. Specifična referentna potrošnja goriva iznosila je 188,3 kg/MW.

Primjer 4. Rekonstrukcija kotlovnice zamjenom dotrajalih kotlova sa dva vrelovodna kotla sa FKS pećima. U 2005-2006 U gradu Mogoča, Zabajkalski kraj, rekonstruisana je stambeno-komunalna kotlarnica zamenom dotrajalih kotlova sa dva toplovodna kotla KEV-10-95PS (Sl. 8) sa FKS pećima za sagorevanje mrkog uglja Kharanor.

Glavne tehničke karakteristike kotla:

■ toplotna snaga 6,98 MW (6 Gcal/h);

■ pritisak ulazne vode ne veći od 0,8 MPa (8,0 kgf/cm2);

■ pritisak izlazne vode ne manji od 0,24 MPa (2,4 kgf/cm2);

■ temperatura izlazne vode ne veća od 95 °C;

■ Efikasnost kotla (bruto) 85,87%;

■ ukupna potrošnja goriva 2596 kg/h. Dizajnerska karakteristika kotla je prisustvo FKS peći, postavljene u donjem dijelu komore za sagorijevanje kotla, formirane zidovima od opeke koji se približavaju dnu. FKS ložište se sastoji od rešetke za distribuciju vazduha (površine - 2,4 m2) sa vazdušnom komorom na dnu, komore za paljenje sa mlaznicom, odvodne cevi sloja i uređaja za uklanjanje šljake. Kape od livenog gvožđa koje se mogu skidati postavljaju se na rešetku po redosledu hodnika. Zrak se dovodi ispod rešetke iz visokotlačnog ventilatora VDN 8,5×3000-I (17000 m3/h; 75 kW).

Sistem pripreme goriva osigurava dovod uglja veličine čestica do 25-30 mm u sloj. Dovod se u sloj vrši pomoću dva PTL 600 hranilica sa demontiranim rotorima.

Prije paljenja kotla, na rešetku za distribuciju zraka ubacuje se inertno punilo. Kao inertno punilo koristi se pijesak, fini drobljeni kamen ili šljaka frakcija od 1-6 mm. Visina izlivenog sloja je 250-350 mm.

Sistem za paljenje kotla uključuje rezervoar solarnog ulja, pumpu za gorivo, mehaničke i fine filtere, armature. Paljenje kotla vrši se zagrijavanjem sloja toplim plinovima koji se dovode ispod rešetke, a koji nastaju pri sagorijevanju tekućeg goriva u komori za potpalu. Temperatura ležišta tokom potpaljivanja se kontroliše promenom potrošnje goriva za potpalu.

Kako bi se smanjili gubici zbog mehaničkog sagorevanja, kotao je opremljen dvostepenim povratnim sistemom. Prva faza funkcioniše širenjem peći prema gore, što omogućava odvajanje najvećih čestica koje lete iz ležišta. Na nagnutim zidovima donjeg dela peći čestice se kotrljaju nazad u zapreminu fluidizovanog sloja. Konvektivni snop kotla djeluje kao druga faza. Zapaljive čestice uhvaćene u njemu vraćaju se u nadslojni prostor kroz linije pneumatskog transporta.

Kotao ima dvostepeno sagorevanje. Dio zraka (oko 70%) ulazi ispod rešetke za raspodjelu zraka. Preostali vazduh se kroz oštre mlaznice za mlaz uvodi u komoru za sagorevanje. I primarni i sekundarni vazduh se napajaju iz jednog ventilatora VDN 8,5×3000-I.

Iza kotla se nalazi dimovod DN-12,5 × 1500 (75 kW).

Do danas su instalirani kotlovi u funkciji, povratne informacije osoblja su pozitivne.

Primjer 5. Rekonstrukcija centralne kotlarnice ugradnjom tri stanične kotla sa FKS peći. 2006. godine rekonstruisana je centralna kotlarnica u Borzi ugradnjom tri nova toplovodna kotla KV-F-11.63-115PS, broj stanica 1,2 i 3. Šema kotla je prikazana na sl. devet.

Glavne karakteristike dizajna kotla:

■ toplotna snaga 11,63 MW (10 Gcal/h)

■ pritisak ulazne vode ne veći od 1,0 MPa (10,1 kgf/cm2);

■ hidraulički otpor kotlovske jedinice 0,18 MPa (1,8 kgf/cm2);

■ temperatura ulazne vode ne manja od 70 °C;

■ temperatura izlazne vode ne veća od 115 °C;

■ Efikasnost kotlovnice (bruto) 84%;

■ Procijenjena potrošnja goriva (Kharanor mrki ugalj) 4112 kg/h.

Rezultati industrijskih ispitivanja novih kotlova dati su u tabeli. 3.

Primjer 6. Izgradnja pilot industrijske elektrane za proizvodnju polukoksa od berezovskog mrkog uglja korištenjem FKS reaktora. 2006. godine u kotlarnici Razrez Berezovski 1 OJSC puštena je u rad pilot industrijska elektrana za proizvodnju polukoksa od berezovskog mrkog uglja (Qr=16168 kJ/kg, Ap=2,93%, Wr=34,1% ) uz održavanje toplotne snage kotla.

Jedinica je projektovana na bazi komercijalnog toplovodnog kotla KV-TS-20. Karakteristika instalacije je upotreba reaktora FKS.

Ugalj iz bunkera se dovodi u fluidizirani sloj kroz četiri otvora koji se nalaze na prednjoj strani kotla. U reaktoru na temperaturama od 580-700 ° C vrši se njegova piroliza, praćena sagorijevanjem hlapljivih tvari i finih tvari koje se izvode iz sloja. Vazduh ispod reaktorske rešetke se dovodi iz ventilatora visokog pritiska VDN-8,5×3000.

Iz reaktora polu-koks dobijen “prelivanjem” ulazi u cijevni hladnjak.

Tamo se ohladi na temperaturu od 100-120°C, uz pomoć sistema transportera, dovodi do skladišnog bunkera.

Kao rezultat termohemijske obrade uglja u reaktoru sa fluidizovanim slojem, dobija se polukoks (Qrn=27251-27774 kJ/kg, Ar=7,95-8,25%, Wr=4,2-3,42%).

Masinski prinos polukoksa je oko 25% potrošnje uglja koji se isporučuje u kotao.

Energetsko tehnološko postrojenje radi na optimalnim omjerima primarnog i sekundarnog zraka i dovedenog goriva, što omogućava da se dobije 20 Gcal/h topline uz minimalne gubitke topline i štetne emisije za ovaj dizajn i osigura stabilan prinos polukoksa. potreban kvalitet sa dobrim ekonomskim performansama. Procijenjeni period povrata troškova ulaganja nije duži od 17,5 mjeseci.

Rad na stvaranju moćnih domaćih kotlova sa CFB-ima započeo je 1987. godine, a izveo ih je veliki tim organizacija: VTI, NPO TsKTI, SKB VTI, Sibenergomash, KazNIIenergetiki, UPI, MPEI. Zbog niske temperature (850 - 900 o C), sagorijevanje goriva u CFB osigurava smanjenje izlaza dušikovih oksida, a dodavanjem krečnjaka potiskuju se oksidi sumpora.

Potrošnja krečnjaka je 3 - 6 kg po 1 toni prirodnog goriva ili po kotlu parnog kapaciteta 500 t/h - 0,2 - 0,4 t/h.

Količina krečnjaka može se smanjiti za goriva s visokim sadržajem zemnoalkalnih spojeva, na primjer, za ugljeve Kansk-Achinskog basena, čiji mineralni dio sadrži do 40% ili više spojeva kalcija i magnezija.

Vazduh se dovodi preko dva ventilatora. Primarni puhač uduvava vazduh kroz rešetku u peć i u pseudohidraulične zamke. Ventilator sekundarnog vazduha dovodi vazduh u peć na tri nivoa.

Kotlovi sa CFB se izrađuju po istoj shemi: komora za sagorijevanje sa grijaćim površinama pregrijača, cikloni i daljinski konvektivni dimnjak u kojem su u gornjem dijelu smješteni ekonomajzer i grijač zraka.

Nakon ciklona, ​​pepeo se vraća kroz otvor za pepeo u donji deo komore za sagorevanje. Čvrste čestice neizgorelog goriva se izvlače iz peći i kroz ciklone vraćaju nazad u ležište. Vrući pepeo nakon ciklona se šalje u vanjske hladnjake pepela.

Primarni hvatač pepela je udarni separator, koji se sastoji od raspoređenih elemenata u obliku slova U (separator kanala) okačenih na krov kotla, koji formiraju lavirint na putu gasa i čvrstih čestica (slika 1.2). Prva dva reda hvatača pepela nalaze se u peći ispred ulaza u horizontalni dimnjak. Pepeo zahvaćen u njima vraća se u peć duž zadnjeg zida. Čvrste čestice prikupljene u drugim redovima separatora (u horizontalnom dimovodu) šalju se u rezervoar i vraćaju na dno peći kroz četiri L-ventila

Sl.1.2. Separator kanala: 1 - gas i čvrste čestice; 2 - čvrste čestice vraćene u peć; 3 - čvrste čestice vraćene u skladišni bunker

Potonji služe za kontrolu sadržaja materijala u peći regulacijom premosnice od spremnika do peći. Organizacija dvostepene primarne separacije sa kanalskim separatorom unutar peći smanjuje važnost potrebne vanjske cirkulacije čestica.

Ova vrsta peći se koristi za kotlove toplotne snage od 20 do 500 MW. U okviru federalnog programa "Ekološki čista energija" razvijen je i sprovodi se projekat izgradnje pilot industrijskog kotla sa CFB tipa E-220-9.8-540 AFN AD "Belenergomaš" za sagorevanje pepela. u Nesvetai GRES. Kotao je projektovan za efikasno sagorevanje niskoreakcionog ASh sa Q nr = 4100 - 500 kcal/kg sa udelom pepela od 40% i sadržajem sumpora do 2%, bez paljenja loživim uljem u celom opsegu radnog opterećenja , uz minimalne emisije zagađujućih materija u atmosferu (smanjenje emisije sumpora za 90 %, a NO x - ne više od 300 mg/m 3).

Osnovna prednost kotla je u mogućnosti njegovog postavljanja u gabarite postojeće kotlovske ćelije bez upotrebe skupih sistema za prečišćavanje azot-sumpor.

Rice. 1.3. GRES sa kotlovima sa CFB na ASh degradiranog kvaliteta:

1 - kompleks za preradu pepela; 2 - industrija uglja i krečnjaka; 3 – kotao sa CFB; 4 - parna turbina; 5 - hvatač pepela; 6 - generator; 7 - odvod dima; 8 - dimnjak

Kotao je prototip za tehničku preopremu brojnih ruskih elektrana koje sagorevaju niskokvalitetna čvrsta goriva niske reaktivnosti, visokog sadržaja pepela, vlage i sumpora. Vrlo je važno da je u takvom kotlu moguće sagorijevati različita goriva po vrsti i kvalitetu, bez značajnih promjena u radnim performansama i uz značajno poboljšanje ekoloških performansi.

Kotao koristi CFB tehnologiju sa kompaktnim udarno-inercijalnim separatorima (slika 1.2), koja je uspješno korištena na brojnim Babcock-Wilcox (SAD) kotlovima.

Slični kotlovi su razvijeni i za druge termoelektrane: EP-250-16.8-545 BKFN za ugalj iz moskovske oblasti i Kuznjeck ugalj razreda "T"; E-170-9.8-540-DFN za treset (sl. 1.3).

Status razmatranja projekta od strane Koordinacionog vijeća: Nije razmatrano. Objekti implementacije: Industrija, Kotlovi, RTS, KTS, CHP. Efekat implementacije:
- za objekat uštede na kapitalnim investicijama za izgradnju stanica do 10%, ušteda goriva, povećanje efikasnosti kotlovskih jedinica;
- za opštinu smanjenje potrošnje goriva, poboljšanje kvaliteta i pouzdanosti izvora toplote, smanjenje tarife za potrošače. .

Stacionarni kotao sa fluidizovanim slojem- stacionarni kotao za sagorevanje goriva u fluidizovanom sloju inertnog materijala, pepela ili mešavine sa postavljanjem dela grejnih površina u ovaj sloj.

fluidizovani sloj- fluidizirani sloj, stanje sloja zrnastog rasutog materijala, u kojem se pod utjecajem protoka plina ili tekućine (sredstva za ukapljivanje) koji prolaze kroz njega, čestice čvrstog materijala intenzivno kreću jedna u odnosu na drugu. U tom stanju sloj podsjeća na kipuću tekućinu, poprima neke od svojih svojstava, a njegovo ponašanje je u skladu sa zakonima hidrostatike. U K. s. postiže se bliski kontakt između zrnastog materijala i sredstva za ukapljivanje, što čini upotrebu C. s efikasnom. u aparatima hemijske industrije, gde je neophodna interakcija čvrstih i fluidnih faza (difuzija, katalitički procesi itd.).

Tabela prema OJSC "NPO CKTI"

			Količina	Thermal snaga, MW		Godina puštanja u rad
	naselje Pusi, Estonija, AS "Repo"				drevni otpad / škriljac
	naselje Juri, Estonija, kompanija AS "ELVESO"	novi bojler za toplu vodu			rezači treset/ drevni otpad
	naselje Kietavishkes, Litvanija, kompanija AB "DOMINGA HARDWOOD" (zajedno sa JSC "Kazlu Rudos Metalas")				drvni otpad
	Marijampole, Litvanija, "Marijampoles RK" (zajedno sa JSC "Kazlu Rudos Metalas")	(oprema novog kotla sa NTKS peći)			drevni otpad
	Selo Maksatikha, Tverska oblast, Maksatikha DOK	(rekonstrukcija postojećeg kotla)			drevni otpad
		(oprema novog kotla sa NTKS peći)			drevni otpad
	Plunge, Litvanija, AB "PLUNGES BIOENERGIJA" (zajedno sa JSC "Kazlu Rudos Metalas")	(oprema novog kotla sa NTKS peći)			drevni otpad
	Vileyka, Bjelorusija, Mini-CHP na bazi RK br. 3 (zajedno sa Axis Industries dd)	Novi parni kotao D=22 t/h, p=24 bara, t=350ºC			drevni otpad	trenutno - izvođenje puštanja u rad
	naselje V. Sinyachikha, regija Sverdlovsk, fabrika šperploče CJSC "Fankom"	Novi parni kotao Ep-20-2,4-350 DF			drevni otpad	trenutno - faza proizvodnje opreme

Glavne karakteristike sagorevanja goriva koje su svojstvene samo fluidizovanom sloju su:

Intenzivno miješanje čestica goriva mjehurićima plina, što omogućava izbjegavanje pojave značajnih temperaturnih izobličenja u sloju i, kao rezultat, troske;

Intenziviranje prijenosa topline iz fluidiziranog sloja na površine za prijenos topline (čestica čvrstog materijala, hlađenje na površini cijevi koju opere radni fluid, zbog razlike u gustinama, daje nekoliko redova veličine više topline od čestica gasa iste zapremine ohlađena na istu temperaturu, koeficijent prenosa toplote na cevi uronjene u fluidizovani sloj je ~250 W/m2K u savremenim pećima);

Intenziviranje sagorevanja čvrstog goriva (zbog povećanja specifične površine oksidacije i stalnog „obnavljanja“ njene površine, usled intenzivnog pulsiranja, rotacije, sudara, drobljenja i abrazije u najmanju prašinu).

Peći sa fluidizovanim slojem (sl. 1, 2) sagorevaju sitni mrki i kameni ugalj veličine grudica od 2 do 12 mm.

Temperatura sloja, kako bi se izbjegla troska, reguliše se uvođenjem pare u količini od 0,3-0,6 kg/kg. Paru je moguće zamijeniti vodom raspršenom prskalicama (potrošnja vode 0,2-0,3 kg/kg).

Nedostaci peći s fluidiziranim slojem su:

Uklanjanje ugljika do 20-30% ukupnog ugljika goriva (zbog toga se ove peći preporučuju za korištenje sa mogućnošću naknadnog sagorijevanja od 0-1 mm, u radnom prostoru kotla);

Zguranje prostora između mlaznica i samih mlaznica rešetki za distribuciju vazduha sa nedovoljnim dinamičkim pritiskom vazduha;

Abrazivno trošenje površina za prijenos topline je posebno veliko za one uronjene u fluidizirani sloj.

Rice. 1. Polugasna peć sa fluidiziranim slojem.

1 - bunker za gorivo; 2 - pužni ulagač; 3 - rešetka; 4 - kutija za dovod primarnog vazduha; 5 - dovod sekundarnog vazduha; 6 - zatvarač rezervoara; 7 - ventilator.

Rice. 2. Peć sa fluidizovanim slojem sa uronjenim izmenjivačem toplote.

1 - rešetka za raspodjelu zraka; 2 - izmjenjivač topline; 3 - dovod šljake; 4 - plamenik za paljenje; 5 - uređaj za nakupljanje i uklanjanje pepela; 6 - pužni transporter.

Da bi dodati opis tehnologije za uštedu energije do Kataloga, ispunite upitnik i pošaljite ga na sa oznakom "u katalog".