Сжигание твердых топлив в топках котлов, с классическим кипящим слоем

На рис.1.10 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 NO_x сильно уменьшается. При температурах 815 – 870 ºС количество NO_x, образовавшегося в кипящем слое значительно меньше, чем в традиционных котельных установках, работающих при более высоких температурах.

Рисунок 1.10 – 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

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 NO_x (до 200 мг/м³).

Благодаря интенсивному перемешиванию 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.

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.

К недостаткам этой технологии сжигания следует отнести: абразивный износ поверхностей нагрева, расположенных в слое; высокие значения механического недожега, ограничение мощности котельных агрегатов, оборудованных топками с кипящим слоем до 250 т/час.

Для более мощных котлов требуются решетки больших габаритов, что создает огромные трудности по обеспечению равномерной скорости дутья [30].