Шлакование и загрязнение поверхностей нагрева котельных агрегатов при сжигании канско-ачинских углей

На протяжении нескольких десятилетий освоение канско-ачинских углей остается актуальной проблемой топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. отводит Канско-Ачинскому бассейну наряду с Кузбассом статус федерального значения в обеспечении энергетической безопасности и социально-экономического развития страны ее регионов [11]. При всех сценариях реформирования и модернизации ТЭК роль углей Канско-Ачинского бассейна будет непрерывно возрастать. Прежде всего, это определяется уникальностью угольного бассейна, заключающейся в сочетании колоссальных запасов, удобного географического положения угленосных площадей, благоприятных горно-геологических условий залегания и строения угольных пластов, кондиционных свойств угля, в том числе с учетом потенциальных выбросов в окружающую среду, что создает предпосылки получения одного из самых дешевых натуральных топлив. Последнее особенно важно в связи с окончанием «газовой паузы» в теплоэнергетике [35].

Многолетний опыт экплуатации котельных агрегатов, работающих на канско-ачинских углях, показал, что происходит интенсивное шлакование топочных экранных и загрязнение ковективных поверхностей нагрева.

Повышенное содержание кальция в минеральной части канско-ачинского угля приводит при его сжигании к образованию в летучей золе больших количеств свободного оксида кальция. Поэтому даже незначительное присутствие в дымовых газах оксидов серы приводит к образованию прочных натрубных сульфатносвязанных отложений.

По этой причине котельные агрегаты, работающие на углях канско-ачинского бассейна не могут нести номинальной нагрузки, а это в свою очередь приводит к недовыработке электрической и тепловой энергии, увеличению затрат на собственные нужды и на проведение ремонтов и, как следствие, значительно снижается коэффициент использования установленной мощности энергетического оборудования тепловой электростанции.

Изучению механизма образования и упрочнения натрубных отложений при сжигании КАУ посвящено огромное количество исследований. Подробный анализ работ по этому вопросу был сделан, И. С. Дерингом, А. С. Завориным, И. К. Лебедевым, А. А. Отсом, М. С. Шарловской и др. [35-40]. Большой объём работ по изучению шлакующих свойств КАУ проведен сотрудниками ВТИ [40 и др.].

Для решения этой проблемы, в свое время, было предложено на некоторых ТЭС (в частности на Назаровской ГРЭС) провести довольно дорогую реконструкцию топочных камер котлоагрегатов с переводом их на жидкое шлакоудаление. На реконструированных котлах ПК-38 снизилась скорость роста прочносвязанных отложений на высокотемпературных поверхностях нагрева, но одновременно возросла их прочность и значительно увеличилась концентрация оксидов азота в уходящих дымовых газах.

По мнению Заворина А.С. [35] «исследования преобразований минеральной части КАУ в различных условиях сжигания … надо рассматривать как необходимый элемент развития направления экологически чистой теплоэнергетики». В связи с этим он обозначает две крупные проблемы освоения КАУ для энергетических целей с учетом свойств минеральной части:

1. Выделение комплекса теплофизических процессов при физико-химических превращениях минеральной части как физической основы совершенствования технологий энергетического использования КАУ.

2. Разработка экспериментально обоснованной прогностической модели теплофизических процессов в минеральной части углей применительно к технологиям теплотехнического сжигания.

Однако, несмотря на большое количество работ и несомненные успехи в отдельных направлениях этой области, до решения проблемы шлакования и загрязнения поверхностей нагрева котлоагрегатов ещё далеко. В настоящее время нет общей теории механизма шлакования и загрязнения, знание которой могло обеспечить необходимые меры по эффективному использованию котельной техники.

Для конкретного решения проблемы шлакования и загрязнения поверхностей нагрева котлов при сжигании КАУ необходимо:

– выполнить обобщение многочисленных результатов исследований по изучению механизма образования натрубных отложений при сжигании углей Канско-Ачинского бассейна. В результате обобщения следует разработать метод определения конструктивных решений размещения пароперегревательных поверхностей нагрева, что даст возможность уже на стадии проектирования заложить основы эффективной работы высокотемпературных поверхностей нагрева котельных агрегатов

– усовершенствовать технологию сжигания КАУ, в связи с чем необходимо проведение исследований, направленных на разработку научно-обоснованных технических решений, применение которых позволяет воздействовать на процессы с участием минеральных компонентов.