Разработка и внедрение вихревых топок для сжигания угля (НОВОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. 2007 № 12)

Д.т.н. Е.М. Пузырев, заместитель директора по проектированию, А.М. Шарапов, директор, М.А. Шарапов, генеральный конструктор, К.С. Афанасьев, главный инженер проекта, ЗАО НПП «Экоэнергомаш», г. Бийск

В предыдущих публикациях [1, 2] уже рассказывалось о реализации проектов реконструкции котлов на основе вихревых топок для сжигания измельченных растительных и древесных отходов. При сжигании топлива содержащего большое количество мелких и парусных частиц и состоящих на 70-95% из летучих частиц такие топки зарекомендовали себя как высокоэффективные. В то же время не следует забывать, что в различных регионах основным видом топлива остается угольное, которое в свою очередь относится к трудносжигаемым видам. В слоевых угольных котлах с поворотными, подвижными и другими типами колосниковых топок часто механический недожог топлива достигает 40-50%, из-за чего кучи шлака по внешнему виду иногда трудно отличить от складированного угля. Решение этой проблемы заключается в разработке более эффективных угольных топок и котлов, обеспечивающих глубокое выжигание горючих и высокие экологические показатели. В результате проведенных научно-исследовательских и конструкторских работ, как один из вариантов, была предложена топка использующая факельно-слоевую схему организации топочного процесса (см. рисунок). В такой топке могут сжигаться растительные отходы («в факеле») и уголь («в слое») как по отдельности, так и совместно.

Впервые факельно-слоевая схема была реализована в паровых котлах КЕ-4-14 ОСВ Барнаульского маслобойного завода в 1997 г. Основным топливом для котлов является лузга подсолнечника, а резервным – рядовой уголь. Подача топлива осуществляется раздельно: уголь загружается шурующей планкой, а лузга дозируется питателем и вдувается в топку воздухом с помощью эжектора. Сжигание топлива реализуется по следующей схеме: уголь используется для растопки котла и в период профилактики основного оборудования завода, лузга – при работе оборудования по переработке подсолнечника. Процесс горения начинается в вихревой топке и на колосниках топки ТШПМ-2 и заканчивается в топочном объеме котла. Топка ТШПМ-2 оборудована механизированной шуровкой горящего слоя, что упрощает выгрузку шлака и существенно улучшает условия эксплуатации котлов. Модернизированные котлы имеют и недостатки – существует вероятность затягивания процесса горения в бункер угля при работе котлов только на лузге. Данная проблема решается изменением конструкции бункера серийно выпускаемой топки ТШПМ-2 и перекрытием дутья в первой зоне колосникового полотна.

Благодаря вихревой аэродинамике горение и выгорание угля и лузги имеет повышенную стабильность и эффективность. Недожог угля не превышает 5-8%.

Дальнейшее развитие схемы вихревых топок получило в проектах реконструкции переведенных в водогрейный режим котлов ДКВрВ-4-13 ДВОШп и КЕВ-4-14 ДВОШп, установленных и работающих с 2004 г. в котельной предприятия ОАО «Алейскзернопродукт» (Алтайский край). В реконструированных котлах, вихревые топки также расположены над топками с шурующей планкой (ТШПМ-1,5). Существующие бункеры угля разделены на две части: в левую секцию конвейером загружается уголь, а в правую пневмотранспортом подается лузга. Уголь дозируется питателем ПТЛ-400 и подается в топку шнеком РТ-250. Лузга дозируется шлюзовым питателем и подается в топку с помощью эжектора.

Совмещение топки с шурующей планкой и вихревой топки также как и в предыдущем примере позволило существенно снизить недожог топлива и обеспечить стабильность процесса горения угля.

Успешность и высокая эффективность проведенных реконструкций получила дальнейшее развитие при реконструкции парового котла ДКВр 20-13ГМ с заменой мазута дробленым углем. Котел имеет следующие особенности:

• используется факельно-слоевое сжигание в имеющемся топочном объеме с дожиганием уноса в потоке острого дутья. За счет глубокого выжигания горючих из угля, топочный процесс обеспечивает экономичность и высокие экологические показатели;
• объединение слоевого и факельного сжигания обеспечивает взаимное поддержание горения и однородное заполнение топки факелом. При этом обеспечивается равномерное тепловосприятие топочных экранов, что повышает надежность и облегчает условия работы трубной системы котла;
• активная аэродинамика и форсирование топочного процесса минимизируют содержание горящего топлива и в совокупности с непрерывной регулируемой подачей топлива обеспечивают управляемость топки и соответственно возможность автоматизаций;
• шурующая планка механизирует шуровку слоя и выгрузку шлака. Благодаря этому котел легко автоматизируется и требует минимума затрат ручного труда.

Полученные на практике результаты и показатели следующие:

• выгрузка золы (до 90%) из топки ТШПМ осуществляется в виде шлака. Шлак хорошо выгоревший (фото). По анализам проб, проведенным НИЦ ПО «Бийскэнергомаш», содержание горючих в шлаке около 1,5%, что недостижимо при использовании типовых схем сжигания дробленого угля;
• перед подачей в топку рядовой уголь измельчается молотковой дробилкой. Для шламов и отходов угля мельче 13-25 мм дробления не требуется, они могут подаваться без подготовки.

По отзывам эксплуатирующей организации реконструированный котел (новое обозначение: ДКВр-20-13ШпВТ) несет отопительную и технологическую нагрузку с октября 2005 г. Котел быстро растапливается и легко управляется. Обслуживание не требует больших затрат ручного труда. Износа поверхностей нагрева в вихревой топке не отмечается. Выбросы из дымовой трубы не видны даже вблизи. По замерам «Центра лабораторного анализа и технических измерений по Алтайскому краю» Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в июне 2006 г. определено:

• температура уходящих дымовых газов – 134 С;
• концентрация ангидрида сернистого (SO2) – 0,036 г/м3 и общий выброс – 0,389 г/с (при норме 3,586 г/с);
• концентрация оксидов азота (NOx) – 0,011 г/м3 и общий выброс 0,125 г/с (при норме 2,45 г/с);
• концентрация окиси углерода (СO) – 0,472 г/м3 и общий выброс 5,1 г/с (при норме 8,43 г/с);
• концентрация золы – 0,0852 г/м3 и общий выброс 0,92 г/с (при норме 1,789 г/с).

На основании проведенных работ по моделированию вихревых топок и имеющегося опыта были разработаны методики расчета и проектирования котлов с вихревыми топками для различных горючих отходов и углей. При этом затраты окупаются за счет экономии топлива и вовлечения отходов в топливный баланс предприятия, а срок окупаемости может составить до 0,5-1,5 лет.

Литература

1. Пузырев Е.М., Шарапов А.М., Шарапов М.А., Разработка вихревых топок для древесных отходов // Новости теплоснабжения. 2005. № 5. C. 30-32.
2. Шарапов А.М., Шарапов М.А., Пузырев Е.М. Котлы для сжигания измельченных растительных отходов // Новости теплоснабжения. 2004. № 7. С. 31-32.

Иллюстрации

Рисунок. Котел КЕ 4-14 ОСВ с механизированной топкой типа «шурующая планка» ТШПМ-2:

1. вихревая зона горения лузги
2. колосники угольной топки

Фото. Шлак глубоко выгоревший.