Диссертация (Исследование сжигания эстонских сланцев с непроектными топливами), страница 10

А.3-А.6 и на Рисунке 4.5(для сланца с Qнр = 4,84 МДж/кг) и табл. А.7-А.10 и Рисунке 4.6 (для сланца с Qнр= 6,64 МДж/кг). В обоих случаях при увеличении доли сжигаемого полукоксовогогаза происходил ряд принципиальных изменений в работе котла.С ростом доли сжигаемого полукоксового газа увеличивается адиабатнаятемпература горения и, как следствие, возрастает лучистое тепловосприятиетопки. Температура газов на выходе из топки несколько увеличивается насредних и максимальных нагрузках котла. На минимальных нагрузках наоборотпроисходит некоторое ее снижение (Рисунки 4.5, 4.6) в связи со значительнымуменьшением объемов продуктов сгорания.

В свою очередь конвективнаясоставляющая тепловосприятия в поверхностях нагрева уменьшается за счетснижения расходов воздуха, подаваемого на горение, и соответственно расходовпродуктов сгорания в газовом тракте котла.Рисунок 4.5. Рабочие характеристики котла при совместном сжигании сланца калорийностью4,84 МДж/кг с полукоксовым газом в зависимости от доли полукоксового газа (по теплу)63Рисунок 4.6. Рабочие характеристики котла при совместном сжигании сланца калорийностью6,64 МДж/кг с полукоксовым газом в зависимости от доли полукоксового газа (по теплу)6465Врезультатеэтихразнонаправленныхэффектовсростомдолиполукоксового газа температура перегрева пара ВД и НД на разных нагрузкахлибовозрастает(намаксимальныхнагрузках),либоуменьшается(наминимальных нагрузках).

Далее по газовому тракту температуры продуктовсгорания однозначно снижаются (Рисунки 4.5, 4.6), что приводит к дальнейшемуснижению тепловосприятия конвективных поверхностей нагрева уже из-зауменьшения температурных напоров.Из-за увеличения тепловосприятия испарительных поверхностей нагревапаросодержание среды на выходе из последней ступени экономайзера снижается.В итоге экономайзер из «кипящего» становится «некипящим» (Рисунки 4.7, 4.8).При этом момент такого перехода происходит при меньших долях сжигаемогополукоксового газа на меньших нагрузках. На минимальных нагрузках котлаМассовое паросодержание среды навыходе из экономайзера, %экономайзер перестает быть кипящим даже при работе только на сланце.50403020100-10-20-30-40-500102030405060708090Доля дополнительного топлива по теплу, %Dвд = 130 т/чDвд = 217 т/чDвд = 292 т/чDвд = 320 т/чРисунок 4.7.

Массовое паросодержание среды на выходе из экономайзера наразных нагрузках при совместном сжигании сланца калорийностью 4,84 МДж/кг сполукоксовым газом в зависимости от доли полукоксового газа (по теплу)Массовое паросодержание среды навыходе из экономайзера, %6650403020100-10-20-30-40-500102030405060708090Доля дополнительного топлива по теплу, %Dвд = 130 т/чDвд = 217 т/чDвд = 292 т/чDвд = 320 т/чРисунок 4.8.

Массовое паросодержание среды на выходе из экономайзера наразных нагрузках при совместном сжигании сланца калорийностью 6,64 МДж/кг сполукоксовым газом в зависимости от доли полукоксового газа (по теплу)По этим же причинам температура горячего воздуха с увеличением долисжигаемого полукоксового газа уменьшается (Рисунки 4.5, 4.6). Тем не менее, этоне должно сказаться на процессах воспламенения и выгорания топлива, т.к.значениятемпературыгорячеговоздухаприлюбойнагрузкибольшерекомендуемого в [70].В итоге имеет место снижение температуры уходящих газов, которое тембольше, чем больше доля полукоксового газа и соответственно увеличиваетсяКПД котла.

Последнее объясняется как снижением температуры уходящих газов,так и уменьшением их количества, что в сумме существенно уменьшает потеритеплоты с уходящими газами q2.Расчетные исследования показали, что совместное сжигание сланцев спониженной теплотой сгорания и полукоксового газа несмотря на изменениепроцессов лучистого и конвективного теплообменов вдоль газового тракта котла67(табл. 4.6) в целом позволяет обеспечить нормальную работу котла сноминальными параметрами пара ВД и НД во всем рабочем диапазоне нагрузок(130÷320 т/ч).Таблица 4.6Приращение энтальпии рабочего тела в пароперегревательных поверхностяхкотла ТП-101 на номинальной нагрузке при сжигании разных топлив, кДж/кгТопливоНРППАдекватная модель насланце 6,92 МДж/кгСланец 6,64 МДж/кгСланец 4,84 МДж/кгСланец 6,64 МДж/кг(50%) + ПГ (50%)Сланец 6,64 МДж/кг(40%) + ПГ (60%)Сланец 4,84 МДж/кг(40%) + ПГ (60%)Сланец 4,84 МДж/кг(30%) + ПГ (70%)ШПП ШПП ШПП ШПП ШПП ШПП ШПП ШППIIIIIIIVVVIНД I НД II255,37 80,3852,3548,3047,29 143,40 156,98 291,85 152,43232,91 71,10191,54 70,7446,6546,3443,7243,8142,87 135,01 143,73 282,96 143,3943,00 141,76 154,64 283,46 146,44279,47 79,6952,3247,6146,61 135,46 145,83 282,06 145,49295,03 80,0752,6647,5146,50 131,98 143,23 273,41 141,85279,64 78,8651,6847,2346,24 135,19 148,54 275,12 145,31298,68 79,5252,2347,2246,22 131,10 145,19 265,47 141,22Анализ результатов позволил определить для сланцев пониженнойкалорийности диапазоны долей полукоксового газа (по теплу), обеспечивающиенадежную и эффективную работу котла и котельной установки во всем диапазонерабочих нагрузок.

Данные доли составляют 60÷70% при сжигании сланцакалорийностью 4,84 МДж/кг (Рисунок 4.9а) и 50÷60% при сжигании сланцакалорийностью 6,64 МДж/кг (Рисунок 4.9б).Очевидно,чтосухудшениемкачествосланцавозрастаетдоляполукоксового газа. Так на минимальной нагрузке 130 т/ч возможна нормальнаяработа котла на сланце с долей полукоксового газа (по теплу) в диапазоне 0÷70%для сланца с калорийностью 4,84 МДж/кг и в диапазоне 0÷60% – для сланцакалорийностью 6,64 МДж/кг. При большей доли полукоксового газа наминимальной нагрузке температуры перегрева пара ВД и НД становятся нижедопустимого предела 500С (Рисунки 4.5, 4.6).

Это объясняется уменьшениемрасхода продуктов сгорания вследствие чего, происходит снижение скоростипродуктов сгорания и соответственно уменьшается конвективная составляющая.Рисунок 4.9. Области нормальной работы котла ТП-101 при совместном сжигании сланцакалорийностью 4,84 МДж/кг (а) и 6,64 МДж/кг (б) с полукоксовым газом6869По мере увеличения нагрузки вплоть до максимальной 320 т/ч минимальнаядоля полукоксового газа определяется из условия обеспечения степени кипенияна выходе из экономайзера x  25% (Рисунки 4.7, 4.8).Также на максимальных нагрузках свыше 250 т/ч дополнительнымограничением становится производительность тягодутьевых машин, т.е. дымососаи дутьевого вентилятора.Для рекомендуемых долей полукоксового газа (по теплу) КПД котластановится выше на 0,75÷1,7%, чем при сжигании проектного сланца исущественно выше, чем при сжигании сланцев пониженной калорийности(табл.

4.7). Последнее объясняется как снижением температуры уходящих газов,так и уменьшением их количества, что в сумме существенно уменьшает потеритеплоты с уходящими газами q2. Также увеличивается надежность работы котла, иснижаются потери на собственные нужды в связи с уменьшением концентрациизолы и объёма продуктов сгорания.Таблица 4.7Области нормальной работы котельной установки при совместном сжиганиисланца пониженной калорийности с полукоксовым газомПараметрСланец 1Теплота сгорания сланца, МДж/кг;6.64(50÷60%)(оптимальный диапазон доли газа по теплу)Нормальная работа в диапазоне нагрузок, т/чПараметры пара ВД и НД130÷320Рабочие параметры котла130÷320СМС130÷320ТДМ130÷320Вся котельная установка130÷320КПД котла в рабочем диапазоне нагрузок, %84,16÷85,06Сланец 24.84(60÷70%)130÷320130÷320130÷320130÷320130÷32084,18÷85,3Оценка экологических показателей работы котла при совместномсжигании сланцев с пониженной теплотой сгорания и полукоксового газа.Оптимальнымспособоморганизациисовместногосжиганиясланцаиполукоксового газа является установка дополнительных горелочных устройствполукоксовогогаза.реконструкциикотлаЭтоипозволит минимизироватьвспомогательногонеобходимыйоборудованияиобъемобеспечить70эффективное и надежное горение обоих топлив в заданном соотношении во всемдиапазоне нагрузок.Спозицииэкологическойбезопасностиустановкадополнительныхгорелочных устройств полукоксового газа является приемлемым вариантомреконструкции, так как позволит обеспечить требуемые нормативы по выбросамоксидов азота за счет реализации конструктивных и режимных мероприятий,направленных на снижение эмиссии NOX.Концентрация оксидов азота при сжигании сланцев с теплотой сгорания4,84 МДж/кг и 6,64 МДж/кг в качестве единственного топлива по результатампроведенной оценки (см.

п. 4.1 настоящей работы) не будет превышать значений270÷300 мг/м3 (при О2 = 6%). В тоже время установка малоэмиссионныхгорелочныхустройств,реализующихпринципстадийногосжиганияполукоксового газа, позволит обеспечить в их факелах концентрацию оксидовазота менее 200 мг/м3.Длядополнительногоснижениявыбросовоксидовазотасогласнорасчетным оценкам следует предусмотреть рециркуляцию дымовых газов передвоздухоподогревателем в газовые горелки в размере R = 30% или подачу до 25%воздуха над основными горелками для реализации двухступенчатого сжигания(OFA).Учитывая это, можно сделать вывод, что при совместном сжиганииполукоксового газа и сланцев с теплотой сгорания 4,84 МДж/кг и 6,64 МДж/кгпри установке малоэмиссионных газовых горелок и внедрении мероприятийвозможно достижение выбросов NOX на уровне 200 мг/м3 (при О2 = 6%).Балансовые расчетные оценки показали, что эмиссия оксидов серы присовместном сжигании сланца и полукоксового газа увеличивается, что связано свысокой сернистостью газа.

Для оптимальных долей полукоксового газа(Рисунок 4.9) концентрация оксидов серы составит 2800÷3520 мг/м3, то естьвозрастет на 27÷60% по сравнению с работой котла на сланце в настоящее время.Однако в [81] приводятся опытные данные, которые показывают, что присовместном сжигании сланца и полукоксового газа концентрация оксидов серы в71дымовых газах не возрастает. Возможно, это объясняется активацией сланцевойзолы в высокотемпературном газовом факеле, в результате чего усиливается ееспособность связывать оксиды серы.

Поэтому при совместном сжигании сланцевс пониженной теплотой сгорания и полукоксового газа с долей более 40% (потеплу) для связывания диоксида серы ввода в установку NID дополнительногореагента может не потребоваться.Концентрация летучей золы без учета очистки газов с увеличением долиполукоксового газа будет снижаться, что благоприятно скажется на системезолоулавливания. Результаты оценки приведены в табл. 4.8.Содержание летучей золы уменьшается пропорционально доле сжигаемогополукоксового газа и составляет для рекомендуемых долей полукоксового газа45÷60 г/м3 и 43÷53 г/м3 соответственно для сланцев калорийностью 4,84 МДж/кг и6,64 МДж/кг.Таблица 4.8Результаты оценки выбросов летучей золы при совместном сжигании сланца иполукоксового газа (до очистки газов)ПараметрДоля полукоксовогогаза по теплу, %Значение010203040506070809010059,345,330,815,7043,132,922,411,40Сланец 4,84 МДж/кгКонцентрация золы(O2=6%), г/м3133,6 122,2 110,5 98,485,872,8Сланец 6,64 МДж/кгКонцентрация золы(O2=6%), г/м397,188,880,371,562,452,9Для реализации совместного сжигания сланцев с пониженной теплотойсгорания иполукоксовогогаза необходимоустановить дополнительныегорелочные устройства для сжигания полукоксового газа и организоватьдвухступенчатое сжигание (OFA) путем установки сопел для подачи воздуха надосновными горелками.724.3.

Исследование работы котла и котельной установки при сжиганиисланцев с пониженной теплотой сгорания совместно с углемАльтернативным вариантом дополнительного топлива для совместногосжигания с рассматриваемыми сланцами является использование угля, теплотасгорания которого значительно выше, чем у сланцев. При этом использованиетаких углей в действующих котлах ТП-101 при обеспечении требуемыхпараметров пара не должно приводить к существенному изменению илимодернизации действующих сушильно-мельничной системы и тягодутьевыхмашин.Предварительные экономические оценки, проведенные компанией EestiEnergia AS, показали, что с точки зрения приобретения и доставки одним изнаиболее приемлемых вариантов является бурый уголь кемеровского бассейна,разрез «Ново-Алтайский», теплота сгорания которого составляет 16,9 МДж/кг(табл.