Диссертация (Исследование сжигания эстонских сланцев с непроектными топливами), страница 18

Со снижением расхода топлива128происходит более глубокое охлаждение продуктов сгорания и температура навыходе из топки снижается менее 1000°С. Степень кипения среды на выходе изэкономайзера уменьшается до 25÷26% и ниже. Уменьшение расхода продуктовсгорания снимает ограничения по производительности тягодутьевых машин.Степень кипения на выходе изэкономайзера, %50403020100-10-20-300102030405060708090Доля дополнительного топлива по теплу, %Dвд = 130 т/чDвд = 217 т/чDвд = 292 т/чDвд = 320 т/чРисунок 6.5. Массовое паросодержание среды на выходе из экономайзера присжигании торфа и сланца калорийностью 4,84 МДж/кгТемпература уходящих газов снижается до уровня менее 215°С. При этом засчёт снижения содержания серы в сжигаемой смеси топлив не должнопроисходить увеличение низкотемпературной коррозии.Ограничение по получению необходимой тонины помола возникает толькопри большой доле сланца.

Это объясняется тем, что фрезторф является легкоразмалываемым топливом.По сути, главным ограничением при сжигании торфа вместе со сланцамипри нагрузке котла ниже 217 т/ч является снижение температуры горячеговоздуха до 320÷340°C. Это вызывает необходимость подсветки пылевого факелаполукоксовым газом.129Степень кипения на выходе изэкономайзера, %403020100-10-20-300102030405060708090Доля дополнительного топлива по теплу, %Dвд = 130 т/чDвд = 217 т/чDвд = 292 т/чDвд = 320 т/чРисунок 6.6. Массовое паросодержание среды на выходе из экономайзера присжигании торфа и сланца калорийностью 6,64 МДж/кгРеализацияданногопроектанецелесообразнаиз-заненадёжнойинеэкономичной работы котла при сжигании торфа, а также из-за необходимостиполной замены оборудования пылесистем.

Это приведёт к очень большимобъемам и срокам реконструкции котла при наличии риска шлакования котла намаксимальных нагрузках, трудностями обеспечения взрывобезопасности работыкотла и пылесистем, расходов рассматриваемых топлив в заданных пропорциях(по теплу), нестабильностью состава и калорийности фрезерного торфа.6.2. Исследование возможности использования соломы в качестведополнительного топлива при совместном сжигании сланцев с пониженнойтеплотой сгоранияВ данном разделе производились тепловые расчеты котла при совместномсжигании сланца с низшей теплотой сгорания соответственно 4,84 и 6,64 МДж/кг130и соломы для четырех нагрузок 130, 217, 292, 320 т/ч.

Характеристики соломыполучены от Эстонской электростанции и представлен в табл. 6.3.Коэффициенты загрязнения ε и тепловой эффективности  поверхностейнагрева, а также параметр М, учитывающий характер распределения температурыгазов по высоте топки и зависящий от относительного местоположениямаксимума температуры пламени, принимались по адекватной модели котла порекомендациям [70].Таблица 6.3Характеристики соломыПараметрНизшая теплота сгорания нарабочую массу, МДж/кгВлажность, %Азот, %Углерод, %Сера, %Водород, %Кислород, %Зольность, %Выход летучих Vdaf, %Солома15.410.3240.77441.7240.3965.63436.3244.82465Следует особо отметить, что свойства соломы сильно зависят от местапроизрастания, времени года и погоды, почвы и удобрения. Например,содержание хлора в рано убранной соломе почти в 4 раза выше, чем в поздней.При этом максимальное содержание хлора может достигать 0,97%, и это сильновлияет на коррозию поверхностей нагрева.

Содержание летучих в соломеколеблется от 60% до 70% [92].В то же время температура плавления золы соломы значительно ниже(табл. 6.4), чем у золы сланцев. Размягчение золы соломы начинается уже приочень низких температурах (735÷840°C), что необходимо учитывать при выборетехнологии сжигания и наладке режима горения в топке.Одной из проблем использования соломы в качестве дополнительноготоплива на ТЭС является ее низкая плотность. У непрессованной соломы она131всего 30÷40 кг/м3, что удорожает транспортировку и складирование. Поэтомучаще всего солому поставляют в прессованном виде.Таблица 6.4Плавкостные характеристики золы соломы зерновых [92]ЗерноваякультураТемпература началадеформации золы, °CТемпература началаразмягчения золы, °CРожьПшеницаЯчменьОвес84010507657351150135010351045Температура началажидкоплавкогосостояния золы, °C1330140011901175При уборке зерновых влажность соломы обычно составляет 30÷60%, дляфакельного сжигания солома пригодна при влажности до 20%.

Поэтомупоступившую влажную солому надо подсушить до складирования или в складе[54]. Это предохранит ее от самонагревания и гниения при хранении, но при этомувеличивает капитальные и эксплуатационные расходы, связанные с ееиспользованием.По опыту использования «зеленых» топлив совместно с основным ихнадежное и эффективное сжигание возможно при небольшой доле биотоплива потеплу [51, 52]. В связи с этим в расчетах доля соломы (по теплу) какдополнительного топлива ограничивалась диапазоном 10÷30%. Результатырасчетов приведены в табл.

А.21(для доли соломы по теплу 30%) и на Рисунках6.9 и 6.10.Ранее в главе 4 было показано, что области нормальной работы котла насланцах с пониженной теплотой сгорания ограничены диапазонами рабочихнагрузок 130÷230 т/ч для сланца калорийностью 6,64 МДж/кг и диапазоном130÷170 т/ч для сланца калорийностью 4,84 МДж/кг (см. табл.

4.4). Однако всвязи с тем, что температуры плавления золы для соломы заметно ниже, чем усланца, в расчеты в соответствии с рекомендациями [70] были введеныдополнительные ограничения по температуре газов на выходе из топки на уровне1000С.Рисунок 6.9. Изменение рабочих характеристик котла при совместном сжигании сланцакалорийностью 4,84 МДж/кг и соломы в зависимости от нагрузки132Рисунок 6.10. Изменение рабочих характеристик котла при совместном сжигании сланцакалорийностью 6,64 МДж/кг и соломы в зависимости от нагрузки133134Расчеты показали, что использование соломы в качестве дополнительноготоплива с более высокой теплотой сгорания, чем рассматриваемые сланцы,несколько расширяет диапазоны рабочих нагрузок котла.

Причем чем большедоля соломы (по теплу), тем шире эти границы. Принятое ограничение потемпературе на выходе из топки не сузило диапазоны нормальной работыкотельной установки (табл. 6.5) по сравнению с работой сланцах с пониженнойтеплотой сгорания.Таблица 6.5Области нормальной работы котельной установки при совместном сжиганиисланцев пониженной калорийности и соломы (доля соломы по теплу 20÷30%)ПараметрСланец 1Теплота сгорания сланца, МДж/кг6.64Нормальная работа в диапазоне нагрузок, т/чПараметры пара ВД и НД130÷320Рабочие параметры котла130÷270СМС130÷320ТДМ270Вся котельная установка130÷270КПД котла в рабочем диапазоне нагрузок, %82,6÷81,4Сланец 24.84130÷320 260 250250130÷25080,9÷79,8Однако ввиду малого опыта факельного сжигания соломы и твердоготоплива в отечественной энергетике реализация данного способа связана с рядомрисков.Первый из них связан с возможным увеличением интенсивностишлакования поверхностей нагрева как в самой топке, так и на выходе из нее всвязи с малой изученностью свойств золы соломы, а также изменчивости еесостава, о чем уже упоминалось выше.Кроме того следует ожидать увеличенной по сравнению со сжиганиемсланцев эмиссии оксидов азота ввиду большего содержания материнского азота всоставе соломы и более высокой адиабатной температуры горения.

Сжиганиесоломы, в отличие от сланцев, будет также сопровождаться эмиссией токсичныххлоридов, содержание которых сильно влияет на коррозию поверхностей нагрева.Солома пригодна для сжигания, если ее влажность не превышает 20%.Соответственно на станции должен быть предусмотрен технологический процесс135предварительной сушки поступившей соломы, для чего может быть использованвоздух.Перед вводом в топку солома должна подвергаться измельчению.Использовать для этих целей существующие мельницы не рекомендуется из-завысокой вероятности их забивания стеблями соломы. Для этого целесообразноиспользовать шнековые измельчители [92]. Однако они не обеспечиваютнеобходимоекачествоподготовкисоломыдлясжиганияитребуемуюравномерность измельчения.

Но именно эти характеристики будут влиять напроцессы воспламенения и полного выгорания соломы, а также на интенсивностьшлакования поверхностей нагрева. В противном случае крупные частицы соломыне смогут полностью сгореть в объеме топочной камеры.Для реализации сжигания соломы в качестве дополнительного топливапотребуется следующая реконструкция котельной установки. Организациясистемыхранения,предварительнойподсушкииизмельчения соломы. Организациясистемыпневмотранспортаизмельченнойсоломывтопочную камеру. Разработка и установка на котле отдельных горелочных устройств дляподачи измельченной соломы.Таким образом, анализ результатов исследований показал, что с точкизрения совместное сжигание сланца с соломой позволяет несколько расширитьобласти надежной и эффективной работы котла и котельной установки посравнению со сжиганием сланцев с пониженной теплотой сгорания.

Однакосовместное сжигание сланцев и соломы может сопровождаться интенсификациейшлакования поверхностей нагрева, увеличением эмиссии оксидов азота,образованием хлорсодержащихсоединений итребует больших объемовреконструкции оборудования. В связи с этим использование соломы в качестведополнительного топлива не целесообразно.1366.3. Исследование возможности использования древесных опилок в качестведополнительного топлива при совместном сжигании сланцев с пониженнойтеплотой сгоранияВ данном разделе проводились исследования сжигания древесных опилок,состав которых приведен в табл. 6.6, со сланцами пониженной калорийности 4,84и 6,64 МДж/кг во всем диапазоне нагрузок.

При этом доля опилок (по теплу)принималась в диапазоне 10-30%.Таблица 6.6Характеристики древесных опилокПараметрНизшая теплота сгорания на рабочую массу, МДж/кгВлажность, %Азот, %Углерод, %Сера, %Водород, %Кислород, %Зольность, %Выход летучих Vdaf, %Опилки7.2654.7750.265522.91400.02252.65517.3432.02580В составе древесных опилок содержатся также в небольших количествахдеготь, смолы и фенолы, которые при определенных условиях могут из дымовыхгазов оседать на холодные поверхности нагрева и дымоходов с образованиемтрудно удаляемых отложений.Результаты тепловых расчетов котла приведены в табл. А.22 (для долиопилок по теплу 30%) и на Рисунках 6.11 и 6.12. Коэффициенты загрязнения ε итепловой эффективности  поверхностей нагрева, а также параметр Мпринимались в соответствии с адекватной моделью котла на сланце порекомендациям [70].Рисунок 6.11.

Изменение рабочих характеристик котла при совместном сжигании сланца калорийностью4,84 МДж/кг и опилок в зависимости от нагрузки137Рисунок 6.12. Изменение рабочих характеристик котла при совместном сжигании сланца калорийностью6,64 МДж/кг и опилок в зависимости от нагрузки138139Результатырасчетовсовместногосжиганиясланцевсопилкамикачественно и количественно оказались близки к аналогичным результатам,полученным при исследовании работы котла при использовании соломы вкачестве дополнительного топлива (см.