Версия для печати
English (United Kingdom)Русский (Russian Federation)
659328, Россия, Алтайский край, г.Бийск, ул.Шадрина, 38
E-mail: keem1@mail.ru
(3854) 400 - 357

400 - 359

Тел/факс:

Модернизация котлов с топками слоевого горения твердого топлива

Введение

ЗАО "Экоэнергомаш" работает в направлении сжигания низкосортного твердого топлива и отходов сельхоз перерабатывающих предприятий с момента своего создания.

На сегодняшний день мы выпускаем котлы, работающие на твердом топливе с топочными устройствами собственной конструкции, которые имеют положительные отзывы при эксплуатации и обеспечивают низкий уровень выбросов вредных веществ.

В нашей номенклатуре имеются котлы, работающие на альтернативных видах топлива, таких как отходы различных сельхоз культур (лузга подсолнечника, гречихи, проса, сорго, отруби пшеницы, солома и др.) и отходы лесоперерабатывающих предприятий, имеются ввиду именно отходы а не технологическая щепа и товарные пеллеты.

История технических решений по модернизации котлов со слоевыми решетками

Говоря о проблеме слоевого сжигания твердого топлива, следует заметить, что задачи по его модернизации в связи с его низкой эффективностью, были поставлены достаточно давно, еще в 70 годах прошло столетия в СССР был взят курс на повышение эффективности производства. продукции. В рамках решения этой задачи были освоены технологии, носящие условное название "кипящий слой" (к таким технологиям относятся топки типов "ТНУ", "ВТКС", "НТКС", "ЦКС" и ряд других топок). Так же предлагались и другие технические решения, например для замены газа и мазута предлагалась технология сжигания водоугольного топлива, которое так же рассматривалась как альтернатива слоевому сжиганию, но основной упор в то время был сделан именно на технологии "кипящего слоя".

Если рассматривать технологию кипящего слоя с точки зрения альтернативы слоевому сжиганию, то она, как и все решения имеет свои плюсы и минусы, к безусловным плюсам можно отнести более высокий КПД котлов и более низкие эмиссии вредных выбросов. Из недостатков следует отметить удельное повышение энергозатрат на производство тепловой энергии, более высокие требования к эксплуатации, в том числе и к обслуживающему персоналу и наличия ряда ограничений по применяемому топливу, что впрочем, свойственно всем топочным процессам.

Многолетний опыт эксплуатации котлов показал, что при правильном выборе, основанном на технических характеристиках применяемого топлива, топки типа "кипящий слой" могут достаточно успешно эксплуатироваться и обеспечивать требуемые показатели.

Наши предложения по сжиганию топлив в кипящем слое. Технология ФКС

Считаем одним из перспективных направлений развития промышленной и коммунальной энергетики внедрение высокоэффективных схем организации топочного процесса в форсированном низкотемпературном кипящем слое (ФКС). Данная технология обеспечивает стабильное горение в объёме слоя и в надслоевом пространстве. Она позволяет осуществлять сжигание практически любых топлив и горючих отходов при относительно низкой температуре (800-1000 оС) без спекания слоя.

Основным отличием ФКС от других типов кипящего слоя является высокая (3-10 м/с) скорость ожижения - форсировка слоя. При этом низкий механический недожог (менее 1,5-2,5%) обеспечивается благодаря расширению сечения топочного надслоевого объёма к верху. Это способствует возврату крупных частиц в слой (рециркуляции) и уменьшению выноса мелких частиц. ФКС не имеет погружённых в слой поверхностей нагрева и связанных с этим проблем. Надёжная работа экранных труб в зоне динамического воздействия слоя обеспечивается применением эффективных средств защиты от абразивного износа.

Технология ФКС подразумевает работу слоя в режиме газификации топлива при фактических избытка воздуха α < 1,0. Величина избытка определяется калорийностью и видом топлива и может и составлять 0,3-0,7 (для бурых углей больше). Это позволяет ещё более уменьшить габариты реактора и снизить затраты на подачу воздуха под решётку. Высвободившийся воздух увеличивает долю вторичного дутья, необходимого для дожигания уноса и продуктов газификации, до 70%, что позволяет организовать активное вихревого движения топочных газов, способствующее повышению эффективности сгорания топлива. Теплонапряжение воздухораспределительной решётки в расчёте на поданное топливо может достигать 10-15 МВт/м2.

Технология ФКС, по форсировке воздухораспределительной решётки близка к циркулирующему кипящему слою (ЦКС). По сравнению с ЦКС, внедрение технологии форсированного кипящего слоя требует значительно меньших капитальных затрат.

Особенно привлекательны варианты внедрения ФКС, связанные с реконструкцией котельных. Они позволяют сохранить и использовать большую часть установленного оборудования, значительно сократить капитальные затраты и, следовательно, являются доступными для большинства предприятий промэнергетики и коммунального хозяйства. При этом вложенные средства быстро окупаются, повышается рентабельность. 

 

Водогрейный котел с топкой ФКС

Технология ФКС наиболее адаптирована к топливам ухудшенного качества, таким как:

-древесные отходы, включая отходы производства мебели, древесно-волокнистых и древесно-стружечных плит, щепу, дробленый горбыль и в том числе перепревшие и переувлажненные;

-местные топлива, включая переувлажненные и высокозольные бурые и каменные угли, фрезерный торф, высокозольные отходы углеобогащения;

-очаговые остатки (шлак и провал) от слоевых котлов.

Котлы данного типа являются высокоэкономичными установками, позволяющими при высоком КПД сжигать «трудные» для других котлов виды топлива и при этом они полностью удовлетворяют экологическим требованиям по выбросу вредных веществ в атмосферу.

 

Монтаж парового котла с топкой ФКС

Преимущества технологии ФКС

• сжигаются низкосортные, высокозольные, влажные топлива и отходы производств имеющих энергетическую ценность, которые невозможно сжигать традиционными способами;

• возможность встраивания котлов в типовые котельные ячейки;

• повышение единичной мощности энергоисточника;

• высокая маневренность котла;

• повышение КПД установок за счет более полного выгорания топлива;

• исключается очистка поверхностей нагрева котла (паровая обдувка и т.п.);

• улучшается культура производства за счет:

  1) исключения движущихся цепных решеток,

  2) исключения дорогостоящего мельничного оборудования необходимого при камерном сжигании;

• появляется возможность полной автоматизации работы топки и дистанционного управления котлом из отдельного помещения;

• экологические показатели работы удовлетворяют самым жестким экологическим требованиям.

• широкие возможности по регулированию параметров котла и высокая стабильность несения нагрузки позволяет использовать котлы совместно с паровыми турбинами.

 

Перевод котла на топку ФКС с увеличением паропроизводительности

Наши предложения по сжиганию твердого топлива в высокофорсированных топках с вихревым дожиганием

Опыт эксплуатации котлов нашего производства, как слоевых так и с "кипящим слоем" а также вихревых технологий применяемых нами при сжигании биотоплива, подсказал нам возможность скомбинировать данные технологии в одно топочное устройство, к мысли о создании которого нас подтолкнула просьба заказчика организовать совместное сжигание угля и биотоплива, обладающее рядом преимуществ по отношению к классическому "кипящему слою". Данная топка классифицируется как "высокофорсированная слоевая топка с вихревым дожиганием". Топки в части колосникового полотна конструктивно напоминают слоевые топки с добавлением технологии вихревого горения над слоем топлива. В отличие от классических слоевых топок топка с вихревым дожиганием позволяет работать как на низкосортных топливах так и на углях марок Д и Г а так же и на антрацитах при этом только перераспределяются характеристики дутьевого воздуха и устанавливается (или демонтируется в зависимости от выбранного заказчиком вида топлива зажигательный пояс).

 

Паровой котел с высокофорсированной топкой с вихревым дожиганием

Наличие вихревого дожигания над слоем топлива, создаваемым тангенциальными соплами вторичного дутья, и применение специального газовыпускного устройства позволяет удержать в топочном объеме частицы несгоревшего топлива практически любых размеров и полностью исключить унос. Большое количество дутьевых зон первичного воздуха под колосниковое полотно позволяет обеспечить необходимый прогрев топлива до температуры горения, выделить зоны горения топлива и зоны охлаждения шлака, в том числе и за счет подачи дутьевого воздуха по зонам с разной температурой что значительно повышает устойчивость горения низкосортных и влажных топлив. Наличие камеры дожигания топлива за топочным объемом, с системой подвода третичного воздуха, позволяет обеспечить полное дожигание топлива. 

 

Монтаж парового котла с высокофорсированной топкой с вихревым дожиганием

Котлы с описанной выше топкой эксплуатируются с 2007г., за 6 лет показали надежность работы и большую гибкость по сжигаемому топливу.

При реконструкции существующих котлов на технологию слоевого горения с вихревым дожиганием заменяется слоевая решетка, выделяются в существующем топочном объеме котла собственно топка и камера дожигания за счет установки дополнительного топочного экрана. Реконструированные котлы обеспечивают реальный КПД на уровне 85-93% содержание СО до 250 мг/м3 и NOx до 200 мг/м3 и содержание пыли на входе в санитарный золоуловитель, не более 2000 mg/Nm3.


Биотопливо

ЗАО "Экоэнергомаш" за свою почти двадцатилетнюю историю работы в области сжигания отходов сельхоз переработки и лесопиления выполнила ряд проектов по переводу котлов на сжигание биотоплива и имеет линейку котлов собственной конструкции на биотопливе паропроизводительностью от 1 до 35 т/ч.

Сжигание древесных отходов

Такой широко используемый термин как "биотопливо", включающий в себя все виды растительных топлив от скорлупы кокосов до соломы, мы в своей работе вынуждены разделять на более конкретные виды топлива. Что можно продемонстрировать на примере древесины, мы рассматриваем отдельно, чистую технологическую щепу и отходы деревопереработки, которые в свою очередь считаем целесообразным классифицировать, в зависимости от геометрических размеров, опилками, щепой и при большом содержании в щепе окорка (древесной коры) кородревесными отходами (КДО). Это связано с тем, что по той же топливоподаче нами применяются различные технические решения. При этом большое значение имеет влажность древесины, и пород деревьев идущих на сжигание.

На предприятиях России для сжигания древесных отходов традиционно применяются в котлах модификации топки профессора В.В. Померанцева. Они рекомендованы для сжигания технологической щепы с невысокой влажностью и малым содержанием опилок и абсолютно не приспособлены для сжигания КДО. Для их использования ряд предприятий производят модифицированные варианты данной конструкции, так например, устанавливают изотермический выносной предтопок "шахтного" типа с двумя гидравлическими толкателями. Верхний гидравлический толкатель уменьшают вероятность зависания топлива, а нижний толкатель играет роль шурующей планки для исключения кратерного горения топлива. Применение толкателей и шурующих планок не устраняет главного конструктивного недостатка данного типа топок, нестабильность горения высоковлажного низкосортного топлива и интенсивного шлакования при сжигании сухих опилок или при сжигании высокосмолистых топлив.

Наши предложения по сжиганию КДО

Полностью лишена "недостатков" свойственных при сжигании КДО топкам системы Померанцева котлы с топками типа "наклонно переталкивающая решетка". Но у этих топок есть свои "недостатки", такие как, невозможно сжигать мелкие опилки и шлиф пыль, высокая первичная стоимость и высокие эксплуатационные затраты.

Считаем данную конструкцию топочного устройства приемлемой в случае, когда невозможно организовать дополнительное измельчение отходов крупных размеров (до 300 мм).

 

Паровой котел с топкой типа "наклонно-переталкивающая решетка"

Для сжигания КДО нами изготавливаются котлы с вихревыми топками "горячего типа" с температурами в топке до 1100 оС. Котлы обеспечивают равномерное и стабильное горение топлива, что позволяет в отличие от традиционно применяемых в котлах различных модификаций топок скоростного горения или в классических слоевых топках, плавно регулировать тепловую нагрузку за счет изменения подачи топлива. В топках, за счет оптимальных геометрических параметров, расположения и ориентация сопел дутья, вихревой динамики потока обеспечивается высокая удерживающая способность еще несгоревшего топлива. 

 

Паровой котел с вихревой топкой работающий на КДО

При работе котлов показатели по вредным выбросам не превышают следующих значений, СО – 250 мг/м3, NOx - 250 мг/м3 и содержание твердой фракции, на срезе котла, не более 500 мг/м3.

Для обеспечения нужд ТЭЦ в паре энергетических параметров нами используются основные принципы вихревой топки, изложенные выше с применением подвижной колосниковой решетки для перемещения слоя топлива и удаления негорючих примесей и золы (ТЭЦ г. Смелый Украина). При этом производится перераспределение дутья под решетку, по высоте топочного объема заводятся дутьевые зоны. Устанавливается разделительный потолочный экран с газовыпускным окном, которое обеспечивает удержание несгоревших частиц топлива. Объем топки над разделительным экраном образует камеру дожигания. Подача дутья в камеру дожигания обеспечивает доокисление топочных газов.

 

Реконструкция парового котла ТС-20-3,9-440 на сжигание КДО с увеличением паропроизводительности до 30 т/ч


Сжигание отходов предприятий перерабатывающих сельскохозяйственные культуры

Утилизация в котлах растительных и древесных отходов, зачастую имеющих «отрицательную» стоимость, позволяет снизить себестоимость энергии и снять остроту экологических вопросов на предприятиях по переработке сельскохозяйственных культур. Это наиболее дешёвый, простой и эффективный способ кардинального решения проблемы защиты окружающей среды от загрязнения. Утилизация растительных отходов, в котлах обеспечивающих их высокоэффективное сжигание в вихревой топке – актуально, перспективно и экономически выгодно.

Если говорить о "биотопливе" в широком смысле слова, как принято в странах Евросоюза, то казалось что тут сложного, имеются возобновляемые источники энергии, такие как древесина, багаса, солома, сено, лузга подсолнечника, сорго, и т.д. Брикетируем их, загружаем в стандартный котел со слоевой топкой и сжигаем (в лучшем случае без подсветки газом или мазутом в худшем с подсветкой). Далее начинаются нюансы, о которых помалкивает менеджмент компаний пропагандирующих данные подходы к сжиганию биотоплива.

Во первых, топливо надо, высушить (а иногда и промыть от примесей перед сушкой), измельчить, изготовить брикеты, все это носит немалый характер затрат для "дешевого" топлива.

Во вторых, не все брикеты горят одинаково хорошо, если по брикетам из древесины нет вопросов, хотя сказать к слову, на их производство идет только высокосортная щепа, кородревесные отходы, гниль вывозятся на свалку. Брикеты из соломы, или лузги подсолнечника горят гораздо хуже их цена за килограмм значительно ниже, хотя по калорийность они мало уступают древесным.

В третьих, различный минеральный состав золы, который изменяется в зависимости от района произрастанию даже у одной и той же культуры играет решающую роль в сжигании биотоплива, особенно капризны в этом плане отходы переработки подсолнечника, пшеницы.

В четвертых, экологические показатели котлов с сжиганием топлива на слоевой решете оставляют желать лучшего, и не отвечают жестким требованиям принятым в ряде европейских стран.

Так же зола топлива растительного происхождения содержит большое количество щелочных металлов, имеет низкие температуры плавления и возгонки, что способствует, особенно при работе котла с газовой подсветкой, возможности образования значительных отложений золы в топке, котельных пучках и экономайзере, и в том числе особо прочных.

Наши предложения по сжиганию отходов предприятий перерабатывающих сельскохозяйственные культуры

Для сжигания отходов предприятий перерабатывающих сельскохозяйственные культуры нами выпускаются специализированные котлы с вихревыми топками, конструкция котлов спроектирована на основе опыта эксплуатации более пятидесяти котельных установок различной производительности и параметров вырабатываемого пара.

Вихревые топки этих котлов относятся к "холодному типу", с температурами в топке до 950 0С, что исключает возгонку минеральной части золы топлива и как следствие исключается возможность шлакования поверхностей нагрева.

Теплонапряжение вихревых топок в наших котлах достигает 1,5…2 МВт/м2 при этом обеспечивается надежность работы котла.

В настоящее время безостановочный период работы котлов на очистку достигает 30…45 суток. При этом в наших ближайших планах увеличить срок безостановочной эксплуатации на срок от 6 до 12 месяцев.

 

Паровой котел работающий на лузге подсолнечника

Отличительная черта этих котлов это возможность безостановочной эксплуатации до 30 суток и гарантированные показатели по вредным выбросам СО, не более 250 мг/м3; NOx, не более 150 мг/м3 и содержание твердой фракции, на срезе котла, не более 750 мг/м3.

Длительная эксплуатация котельного оборудования показала высокую степень надежности принятых технических решений, в настоящее нами производятся котлы паропроизводительностью от 1 до 35 т/ч с давлением 1,4…4,0 МПа с перегревом до 400 0С, а так же водогрейные котлы от 1 до 25 МВт., при этом котлы обеспечивают КПД 89…92%.

Следует отметить, что различные виды отходов требуют различного подхода к организации процесса горения, так например топка разработанная для сжигания лузги подсолнечника не подходит для сжигания отрубей пшеницы или шелухи гречихи. Требуется внесение конструктивных изменений и проведение режимной наладки при смене топлива.

В качестве примера, в течение одного года, от обращения заказчика, полностью завершены проектные, монтажные и пуско-наладочные работы по строительству мини-ТЭЦ в городе Кировограде (Украина) с двумя котлами Е-16-24-350ДВ, работающими на лузге подсолнечника или природном газе (в качестве резервного топлива, на время отсутствия лузги). 

 

Здание ТЭЦ г Кировоград Украина

Таким образом выполнена первоочередная задача: утилизация отходов производства – подсолнечной лузги в количестве 135-140 тонн в сутки, и получение перегретого пара с абсолютным давлением 24 кгс/см2 и температурой 350ºС. В ближайшее время планируется установка паровой турбины мощностью 0,8МВт, что решит проблему утилизации избыточно вырабатываемого пара.

Котлы Е-16-24-350ДВ оснащены двумя, независимо работающими вихревыми топками, с общей камерой дожигания, входящей в состав топки и использует в качестве топлива лузгу подсолнечника.

Эпилог

Добившись за последние годы значительных успехов в области организации качественного сжигания, проблемных с точки зрения процесса горения топлив, мы не останавливаемся на достигнутом и продолжаем развивать достаточно эффективные на наш взгляд технологии. Так на примере сжигания лузги подсолнечника нами выпускаются уже третье поколение специализированных котлов, конструктивные изменения которых позволили последовательно снизить содержание в дымовых газах, непосредственно за котлом, оксида углерода с 1500 до 250 мг/м3 и содержание пыли с 2300 до 750 мг/м3.

Отличительная особенность в работе ЗАО "Экоэнергомаш" это гибкий подход к решению конкретных задач. Наше предприятие сегодня это собственное КБ и производственная база, но главное это наш дружный коллектив, состоящий из людей отработавших не один десяток лет в данной отрасли, плюс молодые энергичные специалисты, которые приходят к нам еще будучи студентами для прохождения производственных практик, выполнения дипломных проектов и остаются у нас работать.