Термическая подготовка углей в термоциклонных предтопках

В нашей стране разработана и внедрена технология предварительной термической подготовки углей в термоциклонных предтопках (ТЦП). На рисунке.4.1. приведена конструктивно-компоновочная схема ТЦП. В работе [1] достаточно подробно рассмотрено применение технологии термоподготовки углей в ТПЦ для некоторых ТЭЦ г. Новосибирска.

Термоподготовка топлива в термоциклонных предтопках позволяет путем предварительной частичной газификации угля получить высокореакционную газовзвесь, легковоспламеняющуюся и эффективно горящую в топке котлоагрегата. Эта технология термоподготовки позволяет обеспечить: снижение выбросов оксидов азота на 30 – 50 %; повысить К.П.Д. топочной камеры котла на 1 – 3 % при сжигании низкореакционных топлив.

Сущность технологии заключается в установке у топки котлоагрегата одного или нескольких цилиндрических предтопков, через которые пропускается поток низкореакционного топлива в виде угольной пыли.

Этот поток пыли с воздухом при тангенциальном вводе в цилиндр образует устойчивый вихрь, обтекающий по спирали внутреннюю стенку цилиндра. В центральную часть цилиндра аксиально вводится поток инициирующего высокореакционного топлива с воздухом, расход которого достаточен только для сжигания инициирующего топлива. Выделившееся при сгорании инициирующего топлива тепло прогревает угольно-пылевой вихрь до температуры 800 – 1000 ^оС, при которой производится частичная газификация топлива.

Продукты газификации и высокореакционные активные частицы твердого топлива, прошедшие термоподготовку, а также продукты сгорания инициирующего топлива выводятся из предтопка и поступают в топочную камеру котельного агрегата, где осуществляется их сжигание.

Эта технология может быть реализована в различных вариантах в зависимости от вида основного и инициирующего топлива. Обычно в качестве инициирующего топлива используют природный газ, мазут или высокореакционные угли, например, канско-ачинские. Технология термоподготовки в термоциклонных предтопках прошла апробирование на Мироновской ГРЭС на котле ТП-230-3, что показало высокую её эффективность – повышение полноты сгорания низкореакционного угля на 20 %, что сокращает расход мазута на половину.

На Рязанской ГРЭС (котел П-59) были проведены испытания термоциклонного предтопка с целью оптимизации конструктивных и режимных параметров установки термической подготовки. В качестве основного топлива в предтопке использовался подмосковный бурый уголь, в качестве инициирующего топлива – мазут М 100.

Данная технология испытана на некоторых новосибирских ТЭЦ. Была изучена возможность применения этой технологии для котлов ПК-10,ТП-9, ТП-170 и ТП-81, в которых сжигается кузнецкий каменный уголь марок Т и СС и окисленный. Для котлов ПК-10 и ТП-9 из-за отсутствия природного газа в качестве инициирующего топлива предлагается использовать канско-ачинский уголь. Для всех перечисленных котельных агрегатов получены удовлетворительные результаты, свидетельствующие о снижении выбросов оксидов азота и повышении экономичности их эксплуатации.

Основными недостатками технологии с ТЦП являются:

– усложнение системы подготовки топлива к сжиганию;

– необходимость создания двух потоков топлива (рабочего и инициирующего);

– организация дополнительного паровоздушного дутья;

– затраты на термоподготовку с ТЦП сопоставимы с затратами в системе серо -и азотоочистки для традиционных энергоблоков, которые, как известно, являются очень дорогостоящими.

Рис. 4.1. Конструктивно-компоновочная схема термоциклонного предтопка (ТПЦ) горизонтального (а) и вертикального (б) исполнения

По нашему мнению, термоподготовка в ТЦП будет экономически оправдана при сжигании малореакционных твёрдых топлив, когда действительно необходимо применение высокореакционного инициирующего топлива, каковым может прекрасно служить угли Канско-Ачинского бассейна.

Разработки ЭНИНа

Сотрудниками Энергетического института (ЭНИН) им. Г.М. Кржижановского разработаны два типа установок высокоскоростного пиролиза канско-ачинских углей: с применением комбинированного теплоносителя и с термоконтактным коксованием топлива в кипящем слое.

На рисунке 4.2 представлена одна из принципиальных технологических схем термической подготовки углей с комбинированным теплоносителем при его комплексном использовании на современных ТЭС, разработанные в Энергетическом институте им. Г.М Кржижановского.

Рис. 4.2. Принципиальная схема комплексного использования топлива на электростанции в аппаратурном оформлении ЭНИН: 1 – бункер сырого топлива;

2 – углеразмольная мельница; 3 – циклон сухой пыли; 4 – реторта нагрева топливной пыли; 5 – циклон горячей топливной пыли; 6 – камера смешения горячей пыли с теплоносителем; 7 – реактор-пиролизер; 8 – циклон горячего кокса;

9 – технологическая топка; 10 – котел

Схема отработана на опытно-промышленных установках Калининской ТЭЦ и на Красноярском заводе «Сибэлектросталь». Схема термоконтактного коксования углей отработана на опытно-промышленной установке производительностью 6 т/ч в г. Екатеринбурге. На территории Красноярской ТЭЦ-2 была построена энерготехнологическая установка по полукоксованию углей Канско-Ачинского бассейна производительностью один миллион тонн угля в год (175 т/ч), но, к великому сожалению, установка не была пущена в работу.

Влажный уголь проходит стадию дробления, а затемразмалывается в молотковой мельнице с одноввременной подсушкой дымовыми газами. Пылегазовая смесь из мельниц поступает в циклоны, где угольная пыль отделяется от дымовых газов и направляется в реторту нагрева. В реторте угольная пыль смешивается с дымовыми газами , поступающими из технологической топки, в результате чего нагревается дотемпературы 520 – 570 К.Образовавшаяся пылегазовая смесь поступает в циклон, из которого угольная пыль подается в камеру смешения реактора-пиролизёра. Низкокалорийный газ направляется в топочную камеру котла, а горячий полукокс поступает в реактор.

В реакторе образуется парогазовая смесь, состоящая из газа, смол, пирогенетической воды и полукокса. Парогазовая смесь направлявляется в отделение газоочистки и конденсации.

В результате получается газ, содержащий примерно поровну СО и СН₄, Н₂, около 12% СО₂, остальное – балласт и смолы. При пиролизе канско-ачинских углей выход смол может достигать 40 – 50 % по потенциальной теплоте угля.

Прцесс термического разложения угля в реакторе происходит при атмосферном давлении. Твёрдым теплоносителем является пылевидный кокс, нагретый до температуры 900 – 1200 К в технологической топке за счет его частичного сжигания с малым избытком воздуха.

Сжигание полукокса на котлах БКЗ-320 Красноярской ТЭЦ-1 и на полупромышленной установке кафедры ТЭС ПИ СФУ показало целый ряд его преимуществ по сравнению с исходным канско-ачинским углем, а именно:

– снижение оксидов азота в 2 – 2,5 раза;

– уменьшение загрязнения поверхностей нагрева топочной камеры и конвективных поверхностей нагрева котла.

Анализ предлагаемых технологий, разработанных в ЭНИНе, имеет целый ряд недоработок, которые в настоящее время не позволяют их применить для ТЭС.

Не представляется возможной, по условиям взрывобезопасности транспортировка горячего полукокса к горелкам котлов, которые будут расположены на приличном от пиролизных установок расстоянии. По технологическим условиям работы горячий (660 ^оС) полукокс имеет очень грубый помол, и его требуется домолоть на мельницах ТЭС, что также взрывоопасно. В связи с этим требуется разработка таких технологических схем и устройств, термическую подготовку в которых можно было проводить в условиях действующей тепловой электростанции. Более подробно этот вопрос рассмотрен в параграфе 4.4.