Диссертация (Исследование сжигания эстонских сланцев с непроектными топливами), страница 9

Рабочие характеристики котла при сжигании сланца 4,84 МДж/кг исланца по адекватной модели54Рисунок 4.2. Рабочие характеристики котла при сжигании сланца 6,64 МДж/кг исланца по адекватной модели55Массовое паросодержание среды навыходе из экономайзера, %5650403020100-10-20-30130,0217,0292,0320,0Паропроизводительность котла, т/чадекватная модельСланец 4,84 МДж/кгСланец 6,64 МДж/кгРисунок 4.3.

Массовое паросодержание среды на выходе из экономайзерапри сжигании сланцев с теплотой сгорания 4,84 и 6,64 МДж/кг и сланца поадекватной моделиОднако обеспечить нормальную работу котла в указанных диапазонахнагрузок не удается в силу следующих причин. Так при нагрузках свыше 220 т/чдля сланца калорийностью 4,84 МДж/кг и нагрузках свыше 240 т/ч для сланцакалорийностью 6,64 МДж/кг расчетные расходы воздуха, подаваемого в топку, иуходящих газов начинают превышать максимальную производительностьтягодутьевых машин.Кроме того при нагрузках более 170 т/ч для сланца калорийностью4,84 МДж/кг и более 230 т/ч сланца калорийностью 6,64 МДж/кг расчетнаястепень кипения в экономайзере превышает допустимые 25%.Следовательно, нормальная работа котла с номинальными параметрамипара ВД и НД и сушильно-мельничной системы при сжигании сланца спониженной теплотой сгорания может быть обеспечена только в диапазоненагрузок 130÷170 т/ч для сланца калорийностью 4,84 МДж/кг и в диапазоне57130÷230 т/ч для сланца калорийностью 6,64 МДж/кг (табл.

4.3). МаксимальныйКПД котла в этих условиях составит 77,5% и 80,1% соответственно и снижается сувеличением нагрузки. Для обеспечения большей паропроизводительности котланеобходимо совместное сжигание сланца с полукоксовым газом.Таблица 4.3Области нормальной работы котельной установки на сланце спониженной теплотой сгоранияПараметрСланец 1Сланец 2Теплота сгорания сланца, МДж/кг6.644.84Нормальная работа в диапазоне нагрузок, т/чПараметры пара ВД и НД130-320Не более 300Рабочие параметры котла130-230Не более 170СМСНе более 300Не более 220ТДМНе более 250Не более 220Вся котельная установка130-230130-170КПД котла в рабочем диапазоне80.1-79.177.5-77.4нагрузок, %Следует отметить, что в настоящее время в котле сжигается сланецкалорийностью 7 МДж/кг и выше, при этом фактические расчетные значенияпаросодержания среды на выходе из экономайзера превышают предельныезначения x = 25%.

При таких значениях паросодержания максимальные нагрузкикотла при сжигании сланца калорийностью не выше 6,64 МДж/кг без подсветкиполукоксовым газом могут быть увеличены до 210÷250 т/ч.Оценка экологических показателей работы котла при сжигании сланцевс пониженной теплотой сгорания. Как показали проведенные расчетныеисследования (см. табл. А.2), адиабатная температура при сжигании сланцевсущественно ниже 1500С (1800 К), что практически исключает образование«термических» оксидов азота. Таким образом, эмиссия NOX при сжиганиисланцев будет определяться величиной «топливных» оксидов азота.

Расчетныеметодики[76-78]достаточнохорошопозволяютоценитьобразование«топливных» оксидов азота при содержании азота в топливе Np  0,5%. Как видно58из табл. 4.1 содержание азота в указанных сланцах существенно ниже. В связи сэтим оценка производилась по формуле, приведенной в [79]:NOX  kконв NOXmax , мг/м3где kконв – коэффициент конверсии, определяемый по Рисунку 4.4; NOXmax –максимально возможное значение концентрации «топливных» оксидов азота(приведенныхкконцентрациикислорода6%),мг/м3,определяетсяпосоотношению:NOmaxX32640  N p.Vг0  0,4 V 0Расчетные значения NOmaxбудут равны 468,7 и 146,1 мг/м3 соответственноXдля сланцев 4,84 МДж/кг и 6,64 МДж/кг. Коэффициент конверсии, в соответствиис Рисунком 4.4 будет находиться в диапазоне kконв = 0,81÷0,93 для сланца4,84 МДж/кг с Np = 0,0448% и kконв = 0,95÷0,98 для сланца 6,64 МДж/кг сNp = 0,0179%.Таким образом, концентрация оксидов азота составит 380÷440 мг/м3 присжигании сланца 4,84 МДж/кг и 140÷145 мг/м3 при сжигании сланца 6,64 МДж/кг.Необходимо отметить, что значения степени конверсии, приведенные на Рисунке4.4 были получены для углей и нуждаются в уточнении для сланцев.Рисунок 4.4.

Степень конверсии топливного азота в оксиды азота59Экспериментальные данные, полученные при испытаниях котла в период12-13 марта 2014 г. и 16-20 июня 2014 г. показали, что выбросы оксидов азота присжигании сланца находятся в диапазоне 285÷320 мг/м3 (при О2 = 6%). Этизначения достаточно близки к значениям, приведенным в [7] для котла ТП-101,которые составляют 250 мг/м3 (при О2 = 6%). Следует отметить, чтохарактеристики сланцев, сжигаемых во время испытаний (см. табл. 4.4),отличались от рассматриваемых сланцев теплотой сгорания 4,84 МДж/кг и6,64 МДж/кг. Для концентрации оксидов азота 285÷320 мг/м3 и содержании азотав сланцах NР = 0,06÷0,09% расчетная степень конверсии будет составлятьприблизительно kконв = 0,5÷0,65.Таблица 4.4Некоторые характеристики сланцев в период испытанийПараметрТеплота сгорания, Qнр , МДж/кгЗола Ap (без (СО2)кр), %Сера Sp, %Азот Np, %12 марта 2014 г.7,41147,61,240,0618 июня 2014 г.7,22347,41,240,09По результатам проведенной оценки расчетная концентрация оксидов азотав продуктах сгорания для приведенных выше условий будет составлять140÷170 мг/м3 для сланцев 6,64 МДж/кг и 280÷300 мг/м3 для сланцев 4,84 МДж/кг(при О2 = 6%).

Бóльшая эмиссия оксидов для сланца с теплотой сгорания4,84 МДж/кг объясняется тем, что содержание материнского азота в нем в 2,5 разабольше, чем в сланце калорийностью 6,64 МДж/кг. Кроме того из-за меньшейтеплоты сгорания расход данного сланца при одинаковой нагрузке больше на 30%и более.В соответствии с [59] по выбросам NOX требуется снижение концентрацийдо 200 мг/м3, т.е. примерно на 40-50%. Для достижения этой цели может бытьиспользовано ступенчатое или нестехиометрическое сжигание сланцев [79, 80].Оценка содержания оксидов серы и твердых частиц в продуктах сгораниясланцев производилась в соответствии с расчетными методиками [76, 77] безучета установленных систем сероочистки и золоудаления.60Проведенные расчеты показали, что для сланца 4,84 МДж/кг концентрацииоксидов серы в пересчете на О2 = 6% составили 1330 мг/м3, а для сланца6,64 МДж/кг – 1236 мг/м3.

Концентрация оксидов серы без учета сероочистки,согласно экспериментальным данным составляет 2000÷2300 мг/м3 (при О2 = 6%).Меньшиезначенияконцентрацийоксидовсеры,посравнениюсэкспериментальными данными, объясняются пониженным содержанием Sp всланцах 4,84 МДж/кг и 6,64 МДж/кг и большим объемом продуктов сгорания,получаемым при их сжигании.На котле смонтирована установка сероочистки с применением технологииNID.

Учитывая, что при сжигании сланцев калорийностью 4,84 МДж/кг и6,64 МДж/кг расход топлива достаточно сильно возрастает, валовые значениявыбросов оксидов серы при их сжигании составит 70÷80% от текущего уровня. Изэтого следует, что расход реагента для сероочистки возрасти не должен.Концентрациялетучейзолывпродуктахсгораниядосистемзолоулавливания за счет большего значения зольности составит 133,6 г/м3 длясланца 4,84 МДж/кг и до 97,1 г/м3 для сланца 6,64 МДж/кг, что достаточно близкок текущим значениям. Следует также учесть, что объем продуктов сгоранияповысится, что приведет к повышенной нагрузке на систему золоудаления.Нормативное значение по выбросам золы для котла составляет 20 мг/м3.

Такимобразом, эффективность систем золоудаления должна составлять 99,985% длясланца 4,84 МДж/кг и 99,979% для сланца 6,64 МДж/кг.В итоге нормальная работа котла с номинальными параметрами пара ВД иНД и сушильно-мельничной системы при сжигании сланца с пониженнойтеплотой сгорания может быть обеспечена только на пониженных нагрузках: вдиапазоне 130÷170 т/ч для сланца калорийностью 4,84 МДж/кг, в диапазоне130÷230 т/ч для сланца с калорийностью 6,64 МДж/кг. Для обеспечения большейпаропроизводительности котла необходимо совместное сжигание сланца с болеекалорийным топливом.614.2. Исследование работы котла и котельной установки при сжиганиисланцев с пониженной теплотой сгорания совместно с полукоксовым газомВ качестве дополнительного топлива с большей теплотой сгорания (посравнению со сланцами) в первую очередь следует рассмотреть возможностьиспользованияполукоксовогогаза.ВнастоящеевремянаЭстонскойэлектростанции периодически утилизируют полукоксовый газ, сжигая его внебольших количествах (до 7% по теплу) совместно со сланцем.

Планируемоеувеличение переработки сланцев и соответственно производства полукоксовогогаза диктует необходимость его сжигания на электростанции в существеннобóльших объемах. В связи с этим необходимо исследовать работу котла с позицийнадежности, эффективности и экологической безопасности при совместномсжигании сланца с пониженной теплотой сгорания и полукоксового газа.В этой связи была поставлена задача определения рабочих диапазоновэксплуатации котла при сжигании сланцев с теплотой сгорания 4,84 и6,64 МДж/кг совместно с полукоксовым газом, доля которого по теплу меняетсяот 10 до 90%.

При этом, безусловно должны выполняться требования кпараметрам работы котла и котельной установки, оговоренные в главе 3.Характеристики сланца приведены ранее в табл. 4.1, а полукоксового газа – втабл. 4.5.При выполнении тепловых расчетов котла на совместное сжигание сланца иполукоксового газа коэффициенты загрязнения ε и тепловой эффективности поверхностей нагрева принимались по адекватной модели котла на сланце, какосновного топлива, в соответствии с [70].

Параметр М, учитывающий характерраспределениятемпературыгазовповысотетопкиизависящийототносительного местоположения максимума температуры пламени, определялсяпо [70] с учетом долей тепловыделения основного и дополнительного топлив.В расчетах регулирование температуры острого и промежуточного параобеспечивалось работой ППТО и всеми имеющимися впрысками в тракт ВД, а62также изменением избытков воздуха. При этом аварийный впрыск в тракт НД врасчетах не использовался, поскольку он предназначен для защиты выходногопакета ШПП НД.Таблица 4.5Состав полукоксового газаНаименование величиныСодержание, % обДиоксид углерода CO210,98Сероводород H2S3,2Азот N23,66Монооксид CO7,32Водород H213,73Кислород O20,09Аргон Ar0,09Метан CH413,73Этан C2H69,15Этилен C2H49,15Пропан C3H83,66Пропен C3H67,35Бутан ∑C4H101,55Бутен ∑C4H84,71Другие углеводородные соединения11,63Низшая теплота сгорания, МДж/нм349,8Результаты тепловых расчетов приведены в табл.