Автореферат (Исследование сжигания эстонских сланцев с непроектными топливами), страница 3

Также10из-за увеличения расхода топлива действующая СМС не обеспечит необходимуюразмольную производительность во всем рабочем диапазоне нагрузок прииспользовании сланцев с теплотой сгорания 4,84 МДж/кг.Адиабатная температура при сжигании сланцев с пониженной теплотойсгорания существенно ниже 1500°C, что практически исключает образование«термических» оксидов азота. Таким образом, эмиссия NOX будет определятьсяокислением материнского азота топлива, доля которого в рассматриваемых сланцахсоставляет всего 0,02÷0,05%. Расчетные оценки показали, что содержание оксидовазота в продуктах сгорания будет составлять 170÷300 мг/м3.

Расчетные оценкиэмиссии оксидов серы показали, что, несмотря на существенное увеличение расходатоплива, валовые выбросы SOX снизятся на 20÷30% по сравнению с текущимизначениями (2000÷2300 мг/м3). Это обусловлено пониженным содержанием серы всланцах с пониженной теплотой сгорания.Анализ результатов проведенных расчетных исследований позволилопределить, что надежная и эффективная работа котла и котельной установки в целомна сланце с теплотой сгорания не более 6,64 МДж/кг без использованиядополнительного, более калорийного топлива невозможна (табл.

4).Таблица 4ррПараметрСланец с Q н = 6,64 МДж/кгСланец с Q н = 4,84 МДж/кгполукокполукокДополнительноебурыйбурыйсовыйсовыйтопливоугольугольгазгазОптимальныйдиапазон доли50÷60% 45÷55%60÷70% 60÷70%доп. топлива потеплу, %Нормальная работа в диапазоне нагрузок, т/чПараметры пара130÷320 130÷320 130÷320 130÷300 130÷320 130÷320ВД и НДРабочие130÷230 130÷320 130÷300 130÷170 130÷320 130÷310параметры котлаСМС130÷300 130÷320 130÷320 130÷220 130÷320 130÷320ТДМ130÷250 130÷320 130÷320 130÷220 130÷320 130÷320Вся котельная130÷230 130÷320 130÷300 130÷170 130÷320 130÷310установкаКПД котла врабочем79,1÷84,2÷83,5÷77,4÷84,2÷84,0÷диапазоне80,185,184,777,585,385,0нагрузок, %В связи с этим далее рассматривалась возможность надежной и эффективнойработы котла при совместном сжигании сланцев с пониженной теплотой сгорания идополнительного топлива – полукоксового газа и бурого угля.Расчетные исследования совместного сжигания сланцев с пониженнойтеплотой сгорания и полукоксового газа показали, что, несмотря на изменениепроцессов лучистого и конвективного теплообмена вдоль газового тракта котла, этопозволяет обеспечить нормальную работу котла с номинальными параметрами пара11ВД и НД во всем рабочем диапазоне нагрузок.

Анализ результатов позволилопределить для сланцев с пониженной теплотой сгорания диапазоны оптимальныхдолей полукоксового газа по теплу (табл. 4), которые составляют 60÷70% присжигании сланца с теплотой сгорания 4,84 МДж/кг (Рисунок 1, а) и 50÷60% присжигании сланца с теплотой сгорания 6.64 МДж/кг (Рисунок 1, б). Длярекомендуемых долей полукоксового газа (по теплу) КПД котла становится выше на0,75÷1,7%, чем при сжигании проектного сланца и существенно выше, чем присжигании сланцев с пониженной теплотой сгорания.Минимальную долю полукоксового газа ограничивает максимальнаяпроизводительность ТДМ и значения температуры пара в промежуточных точках,выходящие за установленные пределы.

В свою очередь максимальная доляполукоксового газа (по теплу) ограничивалась возможностью обеспечениятемпературы перегрева пара ВД и НД и опасностью загрязнения поверхностейнагрева в опускном газоходе (Рисунок 1).Рисунок 1. Области нормальной работы котла ТП-101 при совместном сжиганиисланцев с теплотой сгорания 4,84 МДж/кг (а) и 6,64 МДж/кг (б) с полукоксовым газомОптимальным способом организации совместного сжигания сланца иполукоксового газа является установка дополнительных малоэмиссионныхгорелочных устройств полукоксового газа. Это позволит минимизироватьнеобходимый объем реконструкции котла и вспомогательного оборудования,обеспечить эффективное и надежное сжигание обоих топлив в заданном соотношенииво всем диапазоне нагрузок и достичь требуемого уровня по эмиссии оксидов азота.Для дополнительного снижения выбросов NOX следует предусмотреть рециркуляциюдымовых газов перед воздухоподогревателем в дополнительные горелки илиреализацию двухступенчатого сжигания (OFA).12Расчетные оценки показали, что из-за большого содержания сероводорода вполукоксовом газе эмиссия оксидов серы будет увеличиваться с ростом доли газа идля оптимальных долей газа возрастет на 27÷60% по сравнению с работой котла насланце в настоящее время.

Однако опытные данные совместного сжигания сланцев иполукоксового газа показывают, что эмиссия SOX не возрастает. Это вероятно связанос усилением связывания золой сланцев оксидов серы ввиду увеличения температурыфакела, что не учтено в расчетной методике.Таким образом, совместное сжигание сланца и полукоксового газа позволитобеспечить нормальную работу котла и котельной установки во всём диапазонерабочих нагрузок. Это сопровождается повышением КПД котла, снижением затрат наработу ТДМ и СМС. При снижении теплоты сгорания сланцев до 4,84 МДж/кг доляполукоксового газа по теплу может достигать 70%.Расчетные исследования работы котла и котельной установки в целом прииспользовании угля в качестве дополнительного топлива показали, что совместноесжигание сланцев с пониженной теплотой сгорания и рассматриваемого бурого угляпозволит обеспечить требуемую температуру перегретого пара по обоим трактам.Однако надежная работа котла на нагрузках близких к номинальнойневозможна ввиду того, что температура продуктов сгорания на выходе из топкипревышает допустимое значение 1100°C при любом соотношении сланцев и угля.

Темне менее, анализ полученных результатов позволил определить доли угля по теплу,при которых возможна надежная и эффективная работа котла и котельной установкив максимально большом диапазоне нагрузок (табл. 4). Для сланцев с теплотойсгорания 4,84 МДж/кг диапазон составляет 60÷70% и нагрузке до 310 т/ч(Рисунок 2, а), для сланцев 4,84 МДж/кг соответственно – 45÷55% и до 300 т/ч(Рисунок 2, б). При этом для рекомендуемых долей бурого угля КПД котла выше, чемпри сжигании проектного сланца на 0,2÷1,5%.Факторами, ограничивающими минимальную долю, стали значениятемпературы пара в промежуточных точках тракта, выходящие за установленныедиапазоны и производительность ТДМ. Максимальную долю угля по теплуограничивают температура газов на выходе из топки и перед поворотной камерой навысоких нагрузках и температура перегретого пара на минимальной нагрузке.Ввиду отсутствия методик оценки выбросов вредных веществ при сжиганиисмеси твердых топлив такая оценка проводилась из условия пропорциональногосодержания исследуемых компонентов в дымовых газах.

Оценка эмиссии оксидовазота показала, что практически для всех соотношений сланцев с углями имеет местопревышение предельного значения 200 мг/м3. Это обусловлено высоким содержаниемматеринского азота в угле и ростом адиабатной температуры с увеличением его долипо теплу. Для снижения выбросов оксидов азота необходима установкамалоэмиссионных горелок и двухступенчатое или нестехиометрическое сжигание.Концентрация оксидов серы за счет небольшого содержания серы в сланцах и буромугле по оценкам будет находиться в диапазоне 1200÷1350 мг/м3, что ниже текущихзначений.Использование непроектных твердых топлив, в частности рассматриваемогобурого угля, в качестве дополнительного топлива при сжигании сланца с пониженнойтеплотой сгорания в котле ТП-101 принципиально возможно. Однако сопряжено срядом трудностей, которые связаны с организацией совместной сушки и размола двухтоплив и их совместного сжигания в заданном соотношении, особенно с учетомнизкой температуры горячего воздуха.13Рисунок 2.

Области нормальной работы котла ТП-101 при совместном сжиганиисланцев с теплотой сгорания 4,84 МДж/кг (а) и 6,64 МДж/кг (б) с бурым углемВ пятой главе представлены расчетные исследования, задачей которыхявлялось определение условий, при которых возможна надежная и эффективнаяработа котла на полукоксовом газе в качестве основного топлива при выполнениисформулированных критериев.При переводе твердотопливного котла на газообразное топливо происходитсамоочистка поверхностей нагрева от загрязнений. Для учета данного процесса внормативных методах даны указания по снижению значений коэффициентовзагрязнения. По изменению значения коэффициента тепловой эффективности экрановтопки экр подобных указаний нет.

Тем не менее, понятно, что значениекоэффициента тепловой эффективности в этом случае будет больше, чем присжигании сланца, но меньше, чем при сжигании полукоксового газа и будетопределяться процессами самоочистки поверхностей нагрева в топке в процессепоследующей эксплуатации котла на полукоксовом газе.