Способи спалювання твердого палива. Топкові пристрої котлів і способи спалювання палива. Камерні пиловугільні топки
ТИПИ топкового пристрою.
Топковий пристрій, або топка, будучи основним елементом котельного агрегату, призначена для спалювання палива з метою виділення укладеного в ньому тепла і отримання продуктів згоряння з якомога більшою температурою. У той же час топка служить теплообмінних пристроєм, в якому відбувається тепловіддача випромінюванням із зони горіння на більш холодні навколишні поверхні нагрівання котла, а також пристроєм для уловлювання і видалення деякої частини осередкових залишків при спалюванні твердого палива.
За способом спалювання палива топкові пристрої діляться на шарові і камерні. У шарових топках здійснюється спалювання твердого кускового палива в шарі, в камерних топках - газоподібного, рідкого і пилоподібного палива в підвішеному стані.
В сучасних котельних установках зазвичай використовуються три основних способи спалювання твердого палива (рис. 14): шаровий, факельний, вихровий.
Шарові топки. Топки, в яких проводиться шарове спалювання кускового твердого палива, називаються шаровими. Ця топка складається з колосникових грат, що підтримує шар кускового палива, і топкового простору, в якому згорають горючі леткі речовини. Кожна топка призначена для спалювання певного виду палива. Конструкції топок різноманітні, і кожна з них відповідає певному способу спалювання. Від розмірів і конструкції топки залежать продуктивність і економічність котельної установки.
Мал. 14. Схеми процесів спалювання палива: а - шарового, 6 - факельного, в - вихрового
Шарові топки для спалювання різноманітних видів твердого палива ділять на внутрішні і виносні, з горизонтальними і похилими колосниковими гратами.
Тонкі, розташовані всередині обмурівки котла, називають внутрішніми, а розташовані за межами обмурівки і додатково прибудовані до котла, - виносними.
Залежно від способу подачі палива і організації обслуговування шарові тонкі поділяють на ручні, напівмеханічні і механізовані.
Ручними топками називають ті, в яких всі три операції - подача палива в топку, його шурування и- видалення шлаку (вогнищевих залишків) з топки - виробляються машиністом вручну. Ці топки мають горизонтальну колосникові грати.
напівмеханічними топками називають ті, в яких механізовані одна або дві операції. До них відносять шахтні з на¬
Клон колосниковими гратами, в яких паливо, завантажене в топку вручну, в міру прогорання нижніх шарів переміщається по похилих колосників під дією власної маси.
механізованими топками називають ті, в яких подача палива в топку, його шурує і видалення з топки вогнищевих залишків.
ряс 15 Схеми топок для спалювання твердого палива в шарі.
а-з ручною горизонтальної гратами, б-з забрасивателем на нерухомий шар, в - з шурующей планкою, г - з похилою гратами, д - вертикальної, е-з ланцюгової гратами прямого ходу, ж - з гратами зворотного ходу з забрасивателем виробляються механічним приводом без ручного втручання машиніста.
Паливо в топку надходить безперервним потоком.
Шарові топки для спалювання твердого палива (рис. 15) ділять на три класи:
топки з нерухомою колосникових гратами я нерухомо л ежащім на ній шаром палива, до яких відносять топку, з ручною горизонтальної гратами (рис. 15, а і б). На цій решітці можна спалювати всі види твердого палива, але внаслідок ручного обслуговування її застосовують під котлами паропродуктивністю до 1-2 т / год. Топки з забрасивателем, в які безперервно механічно завантажують свіже паливо і розкидають його по поверхні колосникових грат, встановлюють під котлами паропродуктивністю до 6,5-10 т / ч топки з нерухомою колосникових гратами і переміщається по ній шаром палива (рис. 15, в, гід), до яких відносять топки з шурующей планкою і топки з похилою гратами. У топках з шурующей планкою паливо переміщається вздовж нерухомої горизонтальної колосникових грат спеціальною планкою особливої \u200b\u200bформи, що здійснює зворотно-поступальний рух по колосникових гратах.
Застосовують їх для спалювання бурого вугілля під котлами паропродуктивністю до 6,5 т / год
в топках з похилою гратами свіже паливо, завантажене в топку зверху, але міру згоряння під дією сили тяжіння сповзає в нижню частину топки.
Такі топки застосовують для спалювання деревних відходів торфу під котлами паропродуктивністю до 2,5 т / год швидкісні шахтні топки системи В. В. Померанцева застосовують для спалювання кускового торфу під котлами паропродуктивністю до 6,5 т / год для спалювання деревних відходів під котлами паропродуктивністю 20 т / ч топки з рухомими механічними колосниковими гратами (рис. 15, е і ж) двох типів: прямого і зворотного ходу.
Ланцюгова решітка прямого ходу рухається від передньої стінки в сторону задньої стінки топки. Паливо на колосникові грати надходить самопливом. Ланцюгова решітка зворотного ходу рухається від задньої до передньої стінки топки. Паливо на колосникові грати подається забрасивателем. Топки з ланцюговими колосниковими гратами застосовують для спалювання кам'яного, бурого вугілля і антрахщтов під котлами паропродуктивністю від 10 до 35 т / год.
Камерні (факельні) топки. Камерні топки (рис. 16) застосовують для спалювання твердого, рідкого і газоподібного палива. При цьому тверде паливо має бути попередньо размолото в тонкий порошок в спеціальних пилоприготувальних установках - вуглерозмельних млинах, а рідке паливо - розпорошено на дуже дрібні краплі в мазутних форсунках. Газоподібне паливо не вимагає попередньої підготовки.
Факельний спосіб дозволяє спалювати з високою надійністю і економічністю найрізноманітніші і низькосортні види палива. Тверді палива в пилоподібному стані спалюють під котлами паропродуктивністю від 35 т / год і вище, а рідке і газоподібне під котлами будь паропродуктивності.
Камерні (факельні) топки представляють собою прямокутні камери призматичної форми, які виконуються з вогнетривкої цегли або вогнетривкого бетону. Стіни камери згоряння зсередини покривають системою кіпятільних труб - топковим водяними екранами. Вони являють собою ефективну поверхню нагріву котла, воспрінрмаюшую велику кількість тепла, випромінюваного факелом, в той же час захищають кладку топкової камери від зносу і раз-рушення під дією високої температури факела і розплавлених шлаків.
За способом видалення шлаку факельні топки для пилоподібного палива поділяють на два класи: з твердим і рідким шлакоудалением.
Камера топки з твердим шлакоудалением (рис. 16, а) знизу має воронкоподібну форму, звану холодної лійкою 1. Краплі шлаку, що випадають з факела, падають в цю воронку, тверднуть внаслідок нижчої температури в воронці, гранулюють. в окремі зерна і через горловину 3 потрапляють в шлакопріемное пристрій 2. Камеру топки б з рідким шлакоудалением (рис. 16, б) виконують з горизонтальним або злегка похилим подом 7, який в нижній частині топкових екранів має теплову ізоляцію для підтримки температури, що перевищує температуру плавлення золи. Расплавленний_ шлак, ви¬павшій з факела на під, залишається в розплавленому "стані і випливає з топки через річку 9 в шлакопріемную ванну 8, наповнену водою, твердне і розтріскується на дрібні частинки.
Топки з рідким шлакоудалением ділять на однокамерні і двокамерні.
У двокамерних топка розділена на камеру горіння палива і камеру охолодження продуктів горіння. Камеру горіння надійно покривають тепловою ізоляцією для створення максимальної температури з метою надійного отримання рідкого шлаку.
Факельні топки для рідкого і газоподібного палива іноді виконують з горизонтальним або злегка похилим подом, який іноді не екранують. Розташування пальників в котельній камері роблять на передній і бічних стінках, а також по кутах її. Пальники бувають прямоструминними і завіхріваюшімі.
Спосіб спалювання палива вибирається залежно від виду і роду палива, а також паропродуктивності котельного агрегату.
3.2 Горіння газоподібного палива
Мінімальна температура, при якій відбувається займання суміші, називається температурою займання. Значення цієї температури для різних газів неоднаково і залежить від теплофізичних властивостей горючих газів, змісту пального в суміші, умов запалювання, умов відведення теплоти в кожному конкретному пристрої і т.д.
Горючий газ в суміші з окислювачем згорає в факелі. Розрізняють два методи спалювання газу в факелі - кінетичний і дифузний. При кінетичному спалюванні до початку горіння газ попередньо змішується з окислювачем. Газ і окислювач подаються спочатку в змішує пристрій пальника. Горіння суміші здійснюється поза межами змішувача. При цьому швидкість горіння не повинна перевищувати швидкості хімічних реакцій горіння tгор \u003d tхім.
Дифузійне горіння відбувається в процесі змішування горючого газу з повітрям. Газ надходить в робочий об'єм окремо від повітря. Швидкість процесу буде обмежена швидкістю змішування газу з повітрям tгор \u003d tфіз.
Сильною стороною дифузійного методу спалювання можна назвати такі його властивості:
Висока стабільність вогню при зміні теплових навантажень;
Відсутність проскока полум'я;
Рівномірність температури по довжині полум'я.
До недоліків дифузійного цього методу спалювання відносяться:
Імовірність термічного розпаду вуглеводнів;
Потреба у великих топкових обсягах;
Низька інтенсивність горіння, ймовірність неповного згоряння газу.
Кінетичний метод спалювання характеризується тим, що до місця горіння подається повністю підготовлена \u200b\u200bвсередині пальника газоповітряна суміш, згораючи в короткому факелі блакитним прозорим конусом. Таким чином, згоряння палива здійснюється на поверхні цього конуса, який і називається фронт кінетичного горіння.
До переваг такого методу спалювання відносять:
Мала ймовірність хімічного недожога;
Невелика довжина полум'я;
Висока температура факела.
Необхідність стабілізації газового полум'я є недоліком кінетичного методу спалювання газу.
Крім цього існує змішане (дифузійно-кінетичний) горіння. При цьому газ попередньо змішується з деякою кількістю повітря, потім отримана суміш надходить в робочий об'єм, де окремо подається інша частина повітря.
У топках котельних агрегатів в основному використовують кінетичний і змішаний способи спалювання палива.
Газові пальники можуть бути класифіковані за такими ознаками:
а) по довжині утворюється факела на довгополум'яне і короткопламенном;
б) по світності полум'я на світиться або слабосветящіхся факел;
в) по теплоті згоряння палива, що спалюється газу на пальники для висококалорійних і низькокалорійних газів;
г) по тиску перед пальником на низько- і високонапорние;
д) за кількістю підвідних трубопроводів на одно- і двопровідні і т. д.
Одним з істотних ознак є спосіб змішування палива, що спалюється газу з повітрям, необхідним для горіння. За цією ознакою пальника можна розділити на наступні три типи:
1) Пальники без попереднього змішування газу з повітрям. Газ і повітря, в необхідному для горіння кількості, подаються окремо через відповідні канали пальника. Горюча суміш утворюється в факелі в процесі турбулентного змішування газу і повітря після виходу їх з пальника. Для прикладу в якості пальника такого типу можна навести трубчасту пальник для низькокалорійних газів (рисунок 1). Газ надходить через газовий колектор і приєднані до нього труби, а повітря через протилежний колектор в міжтрубний простір. Змішання відбувається в струменевих потоках на виході з труб.
Малюнок 1 - Трубчасті пальника для низькокалорійних газів
Ці пальники застосовують для спалювання низькокалорійних газів в великих кількостях і в пічної техніці, коли потрібно мати розтягнутий світиться факел з більш рівномірною тепловіддачею по довжині робочого простору печі.
2) Пальники попереднього змішування. Пальники, що працюють за принципом кінетичного спалювання, застосовують у випадках, коли потрібно спалювати газ з високим тепловим напругою обсягу і перетину камери порядку (10-40) 103 кВт / м 3 до (50-80) 103 кВт / м 2 з мінімальним хімічним недожогом і з коротким слабосветящіхся полум'ям. Попереднє змішання здійснюється в змішувачах, з яких підготовлена \u200b\u200bсуміш надходить в пальник. До цього типу належать тунельні та інші типи пальників однорідної газоповітряної суміші, одержуваної попереднім змішуванням газу з повітрям в змішувачах різної конструкції.
У теплоенергетиці широкого поширення набули інжекційні пальники тунельного типу (малюнок 2), які забезпечують авторегулювання постійного співвідношення витрат газу і повітря і допускають спалювання запилених газів. Пальники більш термостійкі і володіють підвищеною пропускною здатністю при малих опорах.
Малюнок 2 - Інжекційні пальника з керамічним тунельним каналом
а - одно провідна пальник з одноканальним тунелем; б - двухпроводная пальник з могоканальним тунелем
При високому тиску палива, що спалюється газу застосовують одне провідні пальника (рисунок 2а) з ежекцію повітря з атмосфери, а при спалюванні газу низького тиску - двопровідні пальника (рисунок 2б) з примусовою подачею повітря. Широке поширення отримали також однопровідні інжекційні пальники, в яких циліндрична камера змішання закінчується не керамічною каналом, а металевим ділянкою дифузор - конфузор.
3) Пальники з частковим змішуванням. Ці пальники забезпечені укороченими змішувачами, в яких відбувається часткове змішання. Змішання триває і завершується в факелі в процесі горіння.
Пальники, що працюють за цим принципом, широко застосовуються в енергетиці для спалювання природні газів.
У пальниках з частковим змішуванням для низькокалорійних газів, зокрема в пальнику ВНІІМТ для доменного газу (малюнок 3), через порівнянних витрат газів і повітря гази і повітря подаються чергуються плоскими потоками через канали в форкамеру, в каналах якої починається змішання і горіння. Процес змішування і горіння триває і завершується в вихідних каналах. Перетин тунелю пальника визначається за кількістю продуктів згоряння і швидкості їх, прийнятої в межах 30-40 м / с.
Малюнок 3 - Пальник для доменного газу
На закінчення слід зазначити особливість дифузійного виду горіння, пов'язану з наявністю хімічної неповноти горіння. У дифузійному ламинарном полум'я температура досягає максимального значення в зоні горіння. Що випливає з пальника газ до надходження в зону горіння нагрівається за рахунок тепла, що поширюється від полум'я як теплопровідністю, так і за допомогою дифузії гарячих продуктів згоряння. Деякі гази, як, наприклад, водень і окис вуглецю є теплостійкими і при нагріванні до температур 2500-3000 про До зберігають свою молекулярну структуру. Горіння теплостійких газів відбувається в прозорому факелі бледноголубой кольору.
Гази, що містять вуглеводневі сполуки, є тепло нестійкими. У разі спалювання цих газів нагрів в відновлювальної зоні під час відсутності кисню викликає їх розкладання з утворенням сажі і водню. Розкладання углеводородосодержащіх газів протікає тим інтенсивніше, чим вище температура, при цьому одночасно зростає частка утворюються важких, складних, важко спалюваних вуглеводнів. Наприклад, розкладання метану починається при температурі близько 680-700 ° С. При нагріванні без доступу повітря до 950 ° С розкладається 26% метану, а при нагріванні до 1150 ° С - 90%.
Знаходяться в полум'я дрібнодисперсні частинки сажі і вільного вуглецю, розміри яких надзвичайно малі і складають десяті частки мікрона, розжарившись за рахунок виділився при горінні тепла, випромінюють більш-менш яскраве світло, викликаючи світіння полум'я.
Дифузійне горіння частинок протікає порівняно повільно, в результаті чого частина вільного вуглецю і важких вуглеводнів не встигає згоряти і у вигляді сажі залишає факел. Наявність вуглецю згідно рівноваги С + СО 2 \u003d\u003d 2СО викликає утворення СО. Кількість вуглецю, важких вуглеводнів і СО, присутніх в продуктах згоряння, визначає величину хімічного недожога.
3.2 Горіння рідкого палива
Основним рідким паливом, використовуваним в теплоенергетиці і промислової теплотехніки є мазут. В установках невеликої потужності також використовують суміш технічного гасу зі смолами.
Найбільше застосування отримав метод спалювання в розпиленому стані. Цей метод дозволяє значно прискорити його згоряння і отримати високі теплові напруги обсягів топкових камер внаслідок збільшення площі поверхні контакту палива з окислювачем.
Процес горіння рідкого палива можна розділити на наступні стадії:
1) нагрівання і випаровування палива;
2) утворення горючої суміші;
3) займання горючої суміші від стороннього джерела (іскри, розпеченій спіралі і т.п.);
4) власне горіння суміші.
Визначення теоретичного і дійсного витрати повітря на горіння палива Горючі речовини палива взаємодіють з киснем повітря в певному кількісному співвідношенні. Витрата кисню і кількість виходять продуктів згоряння розраховують за рівняннями горіння, які записують для 1 кмоля кожної горючої складової.
На котлах потужних газомазутних енергоблоків без застосування будь-яких заходів при роботі на газі концентрація NО x в продуктах згоряння знаходиться в межах 650-1050 мг / м 3.
Технологічні методи придушення NО x засновані на зниженні температури і вмісту кисню в зоні активного горіння, а також створення в котельній камері зон з відновлювальної середовищем, де продукти неповного горіння, вступаючи у взаємодію з утворюється оксидом азоту, призводять до відновлення NО x до молекулярного азоту.
На підставі експериментальних даних і наявного практичного досвіду можуть бути рекомендовані до впровадження наступні основні технологічні методи зниження NО x в газомазутних котлах:
Впровадження режимів з малими значеннями α;
При ступінчастому спалюванні - зниженими α на межі появи хімічної неповноти згоряння;
Рециркуляція димових газів через пальники в суміші з повітрям;
Двоступенева спалювання палива, що може бути реалізовано в конструкції пальників або в топці в цілому;
Триступінчасте спалювання палива (найбільш доцільно застосовувати для нових котлів);
Застосування спеціальних пальників;
Впорскування води (знижує NО x на 20-25%, але призводить до зменшення ККД котла приблизно на 0,8%);
Двухсветние екрани (для нових котлів);
Спеціальні методи спалювання (наприклад, киплячий шар);
Зниження температури гарячого повітря;
Двоступінчастим спалюванням газу досягнуто зниження оксидів азоту 40%;
Одночасному застосуванні декількох технологічних методів вдається при спалюванні газу знизити викиди NОx в 4-5, а іноді і більше разів;
Оскільки при спалюванні газомазутного палива утворилися NОx - це в основному термічні оксиди азоту, то, як правило, внутрітопочние заходи спрямовані на зниження локальних температур і надлишків повітря.
Зниження надлишків повітря, що подається для горіння палива, зменшує утворення як термічних, так і паливних NОx;
Максимальний ефект зниження виходу NОx спостерігається при введенні димових газів разом з повітрям або по окремих каналах пальників.
Найбільш універсальним методом придушення NОx для газомазутних котлів є метод ступеневої спалювання.
При багатоярусному розташуванні пальників ефективним засобом зниження викидів оксидів азоту є Нестехіометричні спалювання палива, яке реалізується за рахунок організації двох зон горіння, що відрізняються коефіцієнтом надлишку окислювача і температурою. У першій зоні зниження освіти NОx відбувається за рахунок зниження діючої концентрації кисню в зоні горіння з α< 1 (α = 0,9÷0,95), а во второй зоне - за счет снижения температуры в ядре факела при сжигании топлива с α > 1,0 (α \u003d 1,25 ÷ 1,35) при підтримці загального надлишку повітря на рівні α "т \u003d 1,05.
При роботі на газі і одночасному застосуванні рециркуляції димових газів, ступеневої спалювання і вприскування води в топку вдалося знизити концентрацію NО x в продуктах згорання з 1,05 до 0,18 г / м 3 (майже в 6 разів);
При одночасному застосуванні ступеневої спалювання і перерозподілу палива і повітря по ярусах пальників концентрація NО x знижена з 0,34 до 0,19 г / м 3 (в 1,8 рази) при роботі на газі і з 0,29 до 0,15 г / м 3 (в 1,9 рази) при роботі на мазуті;
При застосуванні рециркуляції димових газів в розмірі 20% концентрація NО x знижена з 0,3 до 0,15 г / м 3 (в 2 рази);
При одночасному застосуванні ступеневої спалювання газу і рециркуляції димових газів концентрація NО x знижена з 0,26 до 0,085 г / м 3 (в 3 рази);
Позитивною властивістю безполуменевий пальників є те, що продукти згоряння після них містять істотно менше найбільш шкідливих продуктів недожога - оксидів вуглецю СО і азоту N0;
Попередній підігрів мазуту до 200 ÷ 250 ° С (у порівнянні з нормальним режимом підігріву до 130 ° С) дозволяє знизити виходNО x в 2-3 рази.
Наведені дані та аналіз інших матеріалів показують, що досягнутий результат залежить від типу котла, вихідного рівня концентрацій NО x і застосовуваного технологічного способу придушення. Кращі результати дає одночасне застосування ступеневої спалювання і рециркуляції димових газів.
3.3 Горіння твердого палива
Процес горіння складається з наступних стадій:
1) підсушування палива і нагрівання до температури початку виходу летючих речовин;
2) займання летючих речовин і їх вигоряння;
3) нагрівання коксу до займання;
4) вигорання горючих речовин з коксу. Ці стадії іноді частково накладаються одна на іншу.
Технології підготовки і спалювання вугілля розвивалися протягом XIX і XX століть у міру збільшення обсягів його промислового споживання.
На сьогоднішній день застосовується безліч технологій підготовки та спалювання вугілля. Однак практичний інтерес представляють технології, що поєднують в собі як високу економічну ефективність, так і високу екологічну чистоту.
До таких технологій слід віднести:
псевдофакельное спалювання пилеугольновоздушной суміші;
смолоскипна спалювання угольноводяной суспензії;
спалювання вугілля в киплячому шарі;
низькотемпературний вихровий спосіб спалювання;
Технологія стадийно-ступеневої спалювання пилоподібного вугілля;
Технологія спалювання твердого палива в високотемпературному
циркулюючому киплячому шарі (ВЦКС).
Розглянемо ці технології більш докладно.
3.3.1 Псевдофакельное спалювання
Підготовка вугілля до даного способу спалювання полягає в сухому помелі вихідного палива з вологістю до 21 відсотка в відцентрових млинах до отримання однорідних вугільних частинок із середнім розміром (дисперсністю) 50-300мкм, що утворюють вугільний пил.
Приготована пил надходить в вібруючий збірний Букер-сепаратор, де вугільні частинки розміром більше 70 мкм відводяться назад в млин, а частинки з розміром 50-70 і менш мкм всмоктуються струменевим апаратом, прокачувати підігріті (до температури +300 ° С і більше) повітрям, готуючи при цьому суху пилеугольновоздушную суміш (ПУВС).
Далі ПУВС подається повітрям до паливних пальників зі зниженим виходом оксидів азоту.
За допомогою пальників суміш розпилюється в топковому об'ємі і запалюється, утворюючи факел, схожий на мазутовий. Для первинного нагріву вугільних частинок і постійної підтримки процесу горіння під кореневу частину факела непре-
ривно подається невелика кількість рідкого або газоподібного палива, утворюючи підсвічування.
Псевдофакельное горіння вугілля має гомогенний характер, в результаті чого сумарна площа контакту пального і окислювача максимально можлива, а коефіцієнт надлишку повітря для організації горіння даного виду палива - мінімальний і становить не більше 1,3.
Розглянута технологія підготовки та спалювання вугілля показала свою високу еколого-економічну ефективність в котлах великої потужності ТЕС Великобританії, зокрема Eggborough і Longannet, і в котельних установках великих ТЕС Франції, США, Канади і Тайваню.
Технологічний процес псевдофакельного спалювання вугілля постійно вдосконалюється в експериментальних центрах MitsuiBabcock і Ratcliffe, розташованих в Шотландії та Англії.
3.3.2.Факельное спалювання
Вперше цей спосіб спалювання вугілля був запропонований, розроблений і випробуваний в Росії. Підготовка вугілля до спалювання включає помел вихідного палива в кульових або барабанних млинах до отримання однорідних вугільних частинок розміром не більше 40-50 мкм.После цього отримана вугільний пил змішується з прісною водою і готується грубодисперсна углеводяная суспензія (УВС), що включає 65-70 відсотків вугілля і 30-35 відсотків води. Далі УВС гвинтовими насосами подається на форсунки паливних пальників, які розпилюють суспензію в топку котла у вигляді факела.
Як розпилюючи середовища застосовується як пар, так і повітря. Займання факела углеводяной суспензії проводиться мазутом, що подаються розпалювальної форсункою, і після досягнення її сталого гомогенного горіння подача мазуту припиняється, і Розпалювальна форсунка відключається. Подальше горіння УВС йде без підсвічування.
Коефіцієнт надлишку повітря при спалюванні вугілля зазначеним способом становить не більше 1,2. Технологія факельного спалювання углеводяной суспензії підтвердила свою високу еколого-економічну ефективність в енергетичних котлах Беловского ГРЕС і Новосибірської ТЕЦ-5 (Росія).
Крім того, дана технологія спалювання вугілля застосовується в США, Канаді, Японії, Швеції, Китаї та Італії. В даний час Китай активно просуває представлену технологію підготовки та спалювання вугілля на світовому енергетичному ринку.
3.3.3 Спалювання в киплячому шарі
Для реалізації способу спалювання вугілля в киплячому шарі проводиться дроблення палива до отримання частинок розміром не більше 25-30 міліметрів.
Подрібнений вугілля подається транспортером в бункер, з якого за допомогою скребкового живильника подається в район першої дутьевой зони решітки.
Одночасно частина повітря (близько 60 відсотків), підігрітого в воздухоподогревателе, дутьевим вентилятором нагнітається в дуттьові зони під колосникові грати через зазори між колосниками для формування високотемпературного киплячого шару і організації процесу згоряння вугілля.
Що залишився повітря (близько 40 відсотків) подається в сопла вторинного дуття для допалювання продуктів неповного згоряння і створення спеціальної аеродинаміки в котельній камері, а також на роботу повітряного струминного апарату, що повертає горючі компоненти на дожигание.
У разі спалювання вугілля в киплячому шарі горіння носить гомогенно-гетерогенний характер.
Повний виділення енергії в киплячому шарі забезпечується всіма палаючими в ньому вугільними частинками. Коефіцієнт надлишку повітря при спалюванні в киплячому шарі становить 1,3. Найбільша ефективність даного способу спалювання досягнута в котельних установках середньої і малої потужності.
Для практичної реалізації даного способу спалювання вугілля необхідно дообладнати котли топками високотемпературного киплячого шару.
3.3.4 Низько-температурне вихровий спалювання
Даний спосіб спалювання вугілля вперше запропонований, розроблений і впроваджений російськими інженерами і вченими.
При реалізації цього способу перед подачею на горіння вугілля піддається поглибленому помолу з отриманням вугільних частинок максимальним розміром до 10-25 міліметрів. Первинне повітря в зону горіння нагнітається знизу по осі топки і закручується.
Вугільні частки транспортуються до зони горіння вторинним, повітряним потоком, утворюючи угольновоздушную суміш, яка подається в вихровий потік первинного повітря пальниками, розташованими під кутом до осі топки.
Перше займання суміші здійснюється газом, дизельним паливом або мазутом за допомогою якого запального форсунки, потім процес згоряння вугільних частинок йде у вигляді турбулентного факела без підсвічування. У топці котла організовуються дві зони горіння, рознесені по висоті: вихрова і прямоточна.
Вихрова зона є основною і займає нижню частину внутрішнього обсягу топки від гирла холодної воронки до пальників. Прямоточная зона горіння розташовується над вихровий зоною.
У нижньому обсязі топки (вихровий зоні) організовується обертальний рух газового потоку з горизонтальною віссю обертання. Гарячі вугільні частинки і гарячі топкові гази циркулюють в вихровий зоні і відводяться з неї в район пальників, через які відбувається підведення в топку нової, свіжої порції паливо-повітряної суміші.
Змішуючись з гарячими частинками і газами, нова порція змолоти вугілля швидко прогрівається і запалюється, забезпечуючи стійке горіння в топці.
Горіння палива рівномірно розподілено по всьому об'єму топки і не залежить від зміни навантажень на котел.
Таке спалювання вугілля знижує максимальну температуру в ядрі факела і вирівнює температурне поле по всьому об'єму горіння.
Коефіцієнт надлишку повітря при зазначеної технології спалювання вугілля становить не більше 1,3. Технологічний процес підготовки і низькотемпературного вихрового спалювання вугілля тривалий час використовується на енергетичних котлах середньої та великої потужності енергетичних об'єктів Росії, наприклад на Іркутської ТЕЦ-10 і Усть-Ілімськ ТЕЦ.
Вихід летких речовин у різних палив починається при різних температурах: у торфу при 550-660 0ДО, у бурого вугілля при 690-710 0ДО, у худого вугілля і антрациту при 1050-1070 0ДО.
Топкові пристрої котлів можуть бути шарові - для спалювання крупнокускового палива і камерні - для спалювання газоподібного, рідкого і твердого пилоподібного палива. Деякі з варіантів організації топкових процесів представлені на малюнку 4. Шарові топки бувають з щільним і киплячим шаром, камерні підрозділяються на факельні і циклонні.
Малюнок 4 - Схеми організації топкових процесів
При спалюванні в щільному шарі повітря для горіння проходить через шар, не порушуючи його стійкості, тобто сила тяжіння частинок палива більше динамічного напору повітря.
При спалюванні в киплячому шарі через підвищену швидкості повітря порушується стійкість частинок в шарі, вони переходять в стан «кипіння», тобто переходять у завислий стан. При цьому відбувається інтенсивне перемішування палива і окислювача, що сприяє інтенсифікації процесу горіння.
При смолоскипна спалюванні паливо згорає в обсязі топкової камери, для чого частинки твердого палива повинні мати розмір до 100 мкм.
При циклон спалюванні частки палива під впливом відцентрових сил відкидаються на стінки камери згоряння і, перебуваючи в закрученому потоці в зоні високих температур, повністю вигорають. Допускається розмір часток більший, ніж при факельній спалюванні. Мінеральна складова палива у вигляді рідкого шлаку видаляється з циклонічної топки безперервно.
3.3.5 Технологія стадийно-ступеневої спалювання пилоподібного вугілля
Технологія стадийно-ступеневої спалювання пилоподібного вугілля з використанням низькоемісійних прямоточних пальників забезпечує досягнення гранично низьких викидів окислів азоту. Дана технологія і конструкція пальника призначені і рекомендуються для пилоподібного спалювання кам'яного і бурого вугілля в котлах теплових електростанцій і великих котелень. Нова технологія дозволяє:
Зменшити викиди NOx до рівня 350-400 мг / м3%;
Забезпечити високу економічність і стабільність горіння при низькій емісії СО;
Зменшити шлакування і корозію екранів топки.
Система трехступенчатого спалювання є одним з напрямків в розвитку технології нізкоеміссионного спалювання. Суть системи полягає в організації в топковому просторі трьох зон. У нижній зоні спалюється 70..85% всього палива з надлишком повітря близьким до одиниці або нижче. Вище цієї зони в топку подається решта палива (15 ... 30%) з надлишком повітря значно нижче одиниці. Ще вище, в третій зоні, в топку подається решта повітря (15 ... 25%) з метою допалювання продуктів хімічного і механічного недожога, утворених в попередніх зонах.
Запропонована схема триступінчатого спалювання з газовим відновлювальних паливом забезпечує досягнення викидів NOx нижче 300 мг / м3, що в 2 рази нижче, ніж при звичайному спалюванні таких же вугілля.
Малюнок 5 - Система трехступенчатого спалювання
3.3.6 Технологія спалювання твердого палива в високотемпературномціркулірующем киплячому шарі (ВЦКС).
Єдиною на сьогодні технологією, яка дозволяє ефективно спалювати низькосортне тверде паливо, є технологія т.зв. киплячого шару, коли частинки вугілля знаходяться в підвішеному стані, що забезпечує їх швидке і повне згоряння.
В даний час основною технологією спалювання низькосортних і / або дрібнофракційних вугілля в парових та водогрійних котлах малої та середньої потужності (потужністю до 35 МВт) в Російській Федерації визнана одна з найбільш рентабельних технологій киплячого шару - технологія високотемпературного циркулюючого киплячого шару (ВЦКС), яка зводить до розумного мінімуму обсяг комплектації обладнанням і вартість робіт, зберігаючи при цьому всі переваги «класичного» киплячого шару.
Технологія ВЦКС є однією з модифікацій передового методу спалювання палива в киплячому шарі і зберігає всі основні його гідності, а саме:
Здатність спалювати практично будь-які марки вугілля, включаючи відсівання і Штиби;
Низький рівень шкідливих викидів;
Значно більш високійк.п.д. в порівнянні з фактичним к.к.д. шарових котлів на аналогічному паливі;
Висока маневреність (30 -100% від номінальної продуктивності).
Крім того, технологія ВЦКС в порівнянні з «класичним» низькотемпературних киплячому шаром (НТК) має низку додаткових переваг, особливо при реконструкції діючих котелень, мало придатних для установки габаритного обладнання - додаткових систем подачі і видалення з топки інертна (піску) і не завжди мають можливість використовувати газ або мазут для розпалювання котлів.
До цих додаткових переваг ВЦКС слід віднести наступні фактори:
Для освіти киплячого шару не потрібно спеціального інертного матеріалу, шар формується з частинок вугілля, коксу і золи;
Відсутність інертною засипки дозволяє істотно знизити робочу висоту шару, тому не потрібно застосування високонапірного вентилятора;
Замість характерної для «класичного» киплячого шару нерухомої повітророзподільної решітки використовується рухома похила решітка-транспортер, що збирається зі стандартних колосників, однією з функцій якої є транспортування шлаку в канал шлако-золовидалення (ШЗУ);
Велика частина золи палива вивантажується з решітки разом зі шлаком завдяки ефекту агломерації золи в ВЦКС (т.зв. ефект Годеля), що різко знижує ймовірність зашлаковиваніе поверхонь нагріву котла і знижує навантаження на золоуловлювальної обладнання, тобто забезпечує різке зниження твердих викидів в атмосферу;
Попереднього розігріву шару не потрібно, розпал котла ВЦКС потужністю до 35 МВт може здійснюватися без застосування пускових газо-мазутних пальників і резервного палива, тобто аналогічно розпалювання звичайного шарового котла - від багаття;
Циркуляція матеріалу шару забезпечується без застосування великогабаритних «гарячих циклонів» з водяним охолодженням;
Обмеження за фракційним складом палива не такі високі, допускаються наявність шматків до 30 мм;
Залежно від компонування котла решітка ВЦКС може встановлюватися під котлом як з нахилом в сторону фронтового екрану (прямий хід колосникового полотна), так і з нахилом в сторону заднього екрану (зворотний хід полотна);
Експлуатація та обслуговування топок ВЦКС в цілому не дуже відрізняється від експлуатації та обслуговування звичайних шарових топок, що сприяє швидкому освоєння нової технології персоналом котельні.
При реконструкції котла на ВЦКС можливе підвищення його номінального навантаження на 20 - 40% в залежності від виду та якості палива, що спалюється.
К.К.Д. котла після реконструкції на ВЦКС підвищується, як правило на 10-15% (до 85 87%) і більше порівняно з фактичними к.к.д. котла до реконструкції, а рівень шкідливих викидів знижується, як мінімум, 1,5 - 2 рази.
Малюнок 6 - Схемний вид котла типу ДКВР з топкою ВЦКС
Зниження шкідливих викидів в атмосферу досягнуто в основному за рахунок зміни структури палива, що спалюється і впровадження на теплоелектростанціях технологічних методів і режимних заходів.
Кількість твердих речовин, що викидаються в атмосферу, визначається зольністю палива, повнотою згоряння горючої маси, глибиною золоочісткі.
Зниження SO2 в димових газах промислової теплоенергетики здійснюється двома шляхами:
1) попереднє видалення сірки з палива;
2) очищення димових газів в ході або після процесу спалювання палива.
При спалюванні вугілля з коефіцієнтом надлишку повітря 1,05-1,2 ступінь очищення димових газів від оксидів азоту досягає 60-70%;
Зниження шкідливих викидів оксидів сірки SO 2 в топках з киплячим шаром;
При зниженні коефіцієнта надлишку повітря з 1,18 до 1,04 можна домогтися зниження NO x з 325 мг / м 3 до 190 мг / м 3;
Технологія стадийно-ступеневої спалювання пилоподібного вугілля з використанням низькоемісійних прямоточних пальників забезпечує досягнення гранично низьких викидів окислів азоту.
Нова технологія дозволяє:
· Зменшити викиди NOx до рівня 350-400 мг / м3%;
· Забезпечити високу економічність і стабільність горіння при низькій емісії СО;
· Зменшити шлакування і корозію екранів топки.
Триступінчатого спалювання з газовим відновлювальних паливом забезпечила досягнення викидів NO x нижче 300 мг / нм³, що в 2 рази нижче, ніж при звичайному спалюванні таких же вугілля;
Використання технології ВЦКС (високотемпературний циркулює киплячий шар) забезпечує:
· Зниження викидів золи без застосування дорогих і громіздких апаратів очистки газів (за рахунок повернення золи-винесення);
· Зниження викидів NOx за рахунок багатоступінчастого горіння;
· При спалюванні малосірчистого вугілля зниження викиди оксидів сірки до допустимого рівня без застосування спеціальних способів сіркоочистки;
· При спалюванні високосірчистих вугілля придушення оксидів сірки простим і найменш витратним способом - незначною присадкою до палива вапнякової добавки.
Зниження викидів СО 2 при технології неповної газифікації з утворенням напівкоксу становить приблизно 35% в порівнянні з традиційною технологією спалювання палива. Цей ефект досягається за сет депонування вуглецю в напівкоксу.
Застосування технології газифікації дозволяє в окремих випадках на 96% скоротити викид основних забруднюючих речовин (для діоксиду сірки - на 96%, для оксидів азоту - на 84%, для пилу - на 83%) і знизити соціальний збиток від їх викидів в сумі на 96 %.
Для зниження викидів окислів сірки в атмосферу при спалюванні низькосортного вугілля рекомендується спільне спалювання вугілля і біомаси, в тому числі, і у вигляді біогранули.
6.1 Вплив складу палива і умов спалювання на екологічні характеристики котельні установки
Антропогенне забруднення атмосфери в останні десятиліття набуло глобального характеру. Джерелами забруднення атмосфери служать теплоенергетика, промисловість, нафто- і газопереробки, транспорт, сільське господарство. Кожен з цих джерел, кожна галузь виробництва пов'язані з викидами тих чи інших речовин. Сучасна енергетика - велика високорозвинена галузь промисловості, тісно пов'язана з усіма галузями економіки.
Вплив енергетики на біосферу проявляється на всіх стадіях виробництва енергії: при добуванні і транспортуванні ресурсів, при виробництві, передачі та споживання енергії.
Наприклад, витяг вугілля пов'язано зі зміною ландшафту, з утворенням шахт, кар'єрів, відвалів; транспорт вугілля - з втратами, розсіюванням твердих частинок в грунт і в атмосферу. При спалюванні органічного палива утворюються оксиди вуглецю, сірки, азоту, сполуки свинцю, сажа, вуглеводні, в тому числі канцерогенні (наприклад, бенз (а) пірен С 20 Н 12), та інші речовини в твердому, рідкому і газоподібному стані. Передача електроенергії призводить до утворення потужних електромагнітних полів поблизу ліній електропередачі. Робота енергетичних установок неминуче пов'язана з викидами теплової енергії.
Крім того, з користування вилучаються великі площі земель, особливо при спорудженні гідроелектростанцій.
Вплив теплових електростанцій ТЕС на навколишнє середовище залежить від використовуваного палива. При спалюванні твердих видів палива в атмосферу надходять летюча зола, частки незгорілого палива, сірчистий і сірчаний ангідриди, оксиди азоту, фтористі з'єднання. У золі містяться різні токсичні сполуки - миш'як, двоокис кремнію, оксид кальцію та інші. Використання рідких видів палива (мазуту) виключає з відходів виробництва тільки золу. При цьому відпадає проблема золоотвалов, які займають значні території і є джерелом постійних забруднень атмосфери в районі станції. При спалюванні природного газу істотним забруднювачем є оксиди азоту, але в середньому вони на 20% нижче, ніж при спалюванні твердих видів палива. Це пояснюється не тільки властивостями самого палива, але і особливостями його спалювання. Таким чином, екологічний збиток від шкідливих впливів ТЕС на навколишнє середовище в разі використання газу буде мінімальним в порівнянні з іншими видами палива.
Через високого рівня розвитку промисловості 93% всіх газових викидів зосереджено в Північній півкулі Землі. Основна частина продуктів згоряння всіх видів палива (90%) викидається на площі близько 3% від поверхні планети - в Європі, Японії та Північній Америці. З газоподібних речовин в найбільших кількостях викидається вуглекислий газ і чадний газ, які утворюються при згорянні палива (вугілля, нафти, газу, автомобільного палива та ін.). Самі токсичні сполуки, що викидаються в атмосферу, - діоксид сірки і оксиди азоту.
Щорічний світовий викид цих газів складає більше 255 млн. Т. Якби один з найбільш токсичних оксидів - сірчистий ангідрид - не переробляється вищі рослини, то за 20 років все вищі тварини загинули б. Джерелами діоксиду сірки та оксидів азоту є вугільні ТЕЦ, промислові підприємства, автотранспорт. В повітрі ці гази реагують з парами води, утворюючи сірчану і азотну кислоту. В результаті в окремих регіонах випадають опади, кислотність яких в 10-1000 разів перевищує нормальну. Кислотним вважається дощ, який має рН менше 5,6.
Забруднення атмосферного повітря має серйозні наслідки. Створюється загроза здоров'ю людини, нормальному функціонуванню екосистем. Для нормального функціонування і стійкості екосистем і біосфери в цілому не слід перевищувати певні навантаження на них. У зв'язку з цим необхідно вести пошук найбільш чутливих ланок в екосистемах, знайти показники, відповідні найбільш сильнодіючим чинникам, а також джерела такого впливу. Ці заходи входять в систему екологічного моніторингу, під яким розуміють єдину систему засобів і методів безперервного спостереження за станом навколишнього середовища і систему прогнозування результатів антропогенного впливу на неї. До завдань моніторингу входить спостереження за станом біосфери, оцінка та прогноз стану навколишнього середовища, виявлення факторів і джерел антропогенного впливу, обгрунтування рішень щодо раціонального використання природних ресурсів, регулювання процесу природокористування. Організація моніторингу повинна вирішувати як локальні завдання спостереження за станом окремих екосистем, так і завдання планетарного порядку, т. Е. Передбачати систему глобального моніторингу.
Теплоенергетика лідирує за сумарними викидами забруднюючих речовин в атмосферу. Її частка в сумарних викидах забруднюючих речовин промисловості від стаціонарних джерел досягла в 2009 р 21,7%. У 2010 р викиди забруднювачів склали 5,37 млн. Т, що нижче рівня 1990 р на 2,3 млн. Т. У 2005 р викиди забруднювачів склали 3,9 млн. Т, що нижче за рівень 2004 р на 56 тис. т Збереження стійкої тенденції скорочення викидів обумовлено збільшенням до 64% \u200b\u200bчастки природного газу в структурі паливно-енергетичного балансу (ПЕБ). Крім того, підвищується екологічна культура експлуатації теплових станцій, здійснюється впровадження на ТЕС технологій, спрямованих на підвищення ефективності діючих золоуловлювальної установок. З метою забезпечення нормативної бази щодо зниження впливу на атмосферу від енергетичних установок розроблений і введений в дію ГОСТ Р 50831-95 «Установки котелень. Технічне обладнання. Загальні вимоги », в якому встановлені нормативи питомих викидів для нововведених котельних установок, що відповідають світовим стандартам.
Великими джерелами забруднення навколишнього середовища є нафтогазові родовища і магістральні трубопроводи. Забруднення грунту, грунтових і поверхневих вод нафтою і її компонентами, високомінералізованими пластовими і стічними водами, шлаками відбувається також на стадії підготовки нафтогазового сировини до переробки. При цьому в атмосферу надходить значна кількість компонентів нафти, нафтової газ і продукти його згоряння.
Газова промисловість. Обсяги викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря від стаціонарних джерел за 1995-2008 рр. скоротилися більш ніж в 3 рази (без урахування викидів метану). Слід зазначити, що, незважаючи на проведену роботу щодо зниження забруднення атмосферного повітря, викиди забруднюючих речовин по газовій промисловості склали в 2007 р більше 590 тис. Т. Основною причиною є аварії на магістральних газопроводах, що відбуваються внаслідок старіння обладнання та відсутність коштів на капітальний ремонт . Збільшення навантаження на навколишнє середовище обумовлено переважно зростанням викидів метану, з урахуванням якого викиди забруднюючих речовин в 2009 р склали 1,83 млн. Т Емісія метану і вуглекислого газу в газовій галузі відбувається на всіх стадіях технологічного процесу. Домінуючий вплив надає газотранспортна система, на частку якої припадає 70% всіх викидів.
Вугільна промисловість. Викиди шкідливих речовин в атмосферу вугільною галуззю за період 1995-2009 рр. знизилися в 1,5 рази. Її частка у викидах промисловості становить 4,8% (2007 р.) У 2009 р загальний обсяг викидів забруднювачів в атмосферне повітря склав 450 тис. Т
Використання метану вугільних пластів в енергетичних установках дозволить знизити витрати на теплопостачання і поліпшити екологічну ситуацію в житлових селищах за рахунок відмови від спалювання вугілля. У порівнянні з іншими енергоносіями вугілля містить найбільшу кількість сірки - 0,2-7,0%, мазут - 0,5-4,0%, дизельне паливо - 0,3-0,9%, природний газ - незначну частку.
В умовах зростаючого дефіциту природних ресурсів, збільшення масштабів і кількості техногенних аварій і катастроф найважливішим напрямком розвитку ПЕК є підвищення ефективності використання ПЕР, зниження негативного впливу діяльності ПЕК на навколишнє природне середовище з метою запобігання екологічній катастрофі і створення умов для переходу на енергозбереження.
ТЕС працюють на органічному паливі, в якості якого використовують порівняно дешеві вугілля та мазут. Ці види палива - непоправні природні ресурси. Основні енергетичні ресурси в світі сьогодні-вугілля (40%), нафта (27%), газ (21%). Однак цих запасів, за деякими оцінками, вистачить, відповідно, на 270, 50 і 70 років, і це за умови, що людство буде витрачати їх з тією ж швидкістю, що і сьогодні. Спалювання палива на ТЕС пов'язано з утворенням продуктів згоряння, що містять летючу золу, частки недогоревшей пилоподібного палива, сірчистий і сірчаний ангідрид, оксиди азоту і газоподібні продукти неповного згоряння, а при спалюванні мазуту, крім того, сполуки ванадію, солі натрію, кокс і частки сажі . У золі деяких палив є миш'як, вільний діоксид кремнію, вільний оксид кальцію і ін. Переклад з твердого палива на газове веде до значного подорожчання виробленої енергії, не кажучи вже про дефіцит і того, і іншого. Крім того, це не вирішить проблеми забруднення атмосфери. Переклад установок на рідке паливо істотно зменшує золообразованіе, але практично не впливає на викиди окису сірки, так як мазути, що застосовуються в якості палива, містять більше 2% сірки. При спалюванні газу в димових викидах також міститься оксид сірки, а вміст оксидів азоту не менше, аніж при спалюванні вугілля. Так як не вистачає якісного палива, ТЕС працюють на низькосортному. У процесі згоряння такого палива утворюються забруднюючі речовини, які виводяться в атмосферу з димом і потрапляють в грунт із золою. Крім того, що ці викиди несприятливо впливають на навколишнє середовище, продукти згоряння викликають випадання кислотних опадів і парниковий ефект, який загрожує нам засухами.
Одним з факторів впливу вугільних ТЕС на навколишнє середовище є викиди систем складування палива, його транспортування, пилоприготування та золовидалення. При транспортуванні і складуванні можливо не тільки пилове забруднення, але і виділення продуктів окислення палива. Для золошлаковідвалів потрібні значні території, які довгий час не використовуються, і є осередками накопичення важких металів і підвищеної радіоактивності, які повітряним шляхом або ж з водою потрапляють в біосферу.
Крім того, відбувається значне потепління водойм при скиданні в них теплої води, що супроводжує ланцюговим природним реакцій: заростання водойм водоростями, порушення кисневого балансу, що створює загрозу для життя мешканців річок і озер.
Значні площі земель поблизу водоймищ відчувають підтоплення в результаті підвищення рівня ґрунтових вод. Ці землі, переходять в категорію заболочених. У рівнинних умовах підтоплені землі можуть становити 10% і більше від затоплених. Знищення земель і властивих їм екосистем відбувається також у результаті їх руйнування водою (абразії) при формуванні берегової лінії. Абразійні цикли зазвичай тривають десятиліттями, мають наслідком переробку великих мас грунтів, забруднення вод, замулення водосховищ.
Основними факторами впливу ТЕС на гідросферу є викиди теплоти, наслідком яких можуть бути: постійне локальне підвищення температури у водоймі; тимчасове підвищення температури; зміна умов льодоставу, зимового гідрологічного режиму; зміна умов паводків; зміна розподілу опадів, випарів, туманів.
На ТЕС з охолоджувальною водою скидається від 4 до 7 кДж теплоти на кожен 1 кВт · год виробленої електроенергії. За санітарними нормами теплові скиди не повинні підвищувати власну температуру водойми більш ніж на 5 ° в зимовий час і 3 ° в літній.
Джерелами забруднення атмосфери є виробничі стоки і викиди продуктів згоряння.
До стічних вод ТЕС належать такі води: містять нафтопродукти, після обмивки поверхонь нагріву парових котлів, скидні після установок хімічного очищення, консервації та промивок устаткування, а також систем гидрозолоудаления. Кількість стічних вод, що містять нафтопродукти, не залежить від потужності станції і типу обладнання, хоча при використанні рідкого палива воно трохи вище, ніж для ТЕС на твердому паливі. У той же час в основному кількість їх залежить від якості монтажу та експлуатації обладнання електростанції. Удосконалення конструкції устаткування, ретельне дотримання правил його експлуатації дозволяють знизити до мінімальних значень кількість вступників в стічні води нафтопродуктів, а застосування різного типу пасток і відстійників дозволяє виключити їх попадання в навколишнє середовище. Забруднюючі домішки викидів електростанцій впливають на біосферу району розташування підприємства, піддаються різним перетворенням і взаємодій, а також осідають, вимиваються атмосферними опадами, надходять в грунт і водойми. Крім основних компонентів, що утворюються в результаті спалювання органічного палива (вуглекислого газу і води), викиди ТЕС містять пилові частинки різного складу, оксиди сірки, оксиди азоту, фтористі з'єднання, оксиди металів, газоподібні продукти неповного згоряння палива. Їх надходження в повітряне середовище завдає великої шкоди, як всіх основних компонентів біосфери, так і підприємствам, об'єктам міського господарства, транспорту і населенню міст. Наявність пилових частинок, оксидів сірки обумовлено вмістом в паливі мінеральних домішок, а наявність оксидів азоту - частковим окисленням азоту повітря в високотемпературному полум'я. Найбільш високою біологічною активністю володіє діоксид азоту, який подразнює дихальні шляхи і слизову оболонку ока. Також велику екологічну небезпеку для людини становлять важкі метали. Потрапляючи в організм у великих кількостях, протягом короткого часу вони можуть викликати гостре отруєння, а при хронічному впливі малих доз протягом тривалого часу може проявитися канцерогенну дію миш'яку, хрому, нікелю і т.д. При перерахунку на смертельні дози в річних викидах ТЕС потужністю 1 млн. КВт міститься алюмінію та його сполук понад 100 млн. Доз, заліза-400 млн. Доз, магнію -1,5 млн. Доз. У викидах вугільних ТЕС містяться також оксиди кремнію і алюмінію. Ці абразивні матеріали здатні руйнувати легеневу тканину і викликати таке захворювання, як силікоз, яким раніше хворіли шахтарі. Зараз випадки захворювання силікоз реєструються у дітей, які проживають поблизу вугільних ТЕС. Поряд зі збільшенням вуглекислого газу, відбувається зменшення частки кисню в атмосфері, який витрачається на спалювання палива на теплових станціях.
6.2 Гранично допустимі концентрації шкідливих викидів котелень за вимогами СанПіН
Вплив на тваринний і рослинний світ надає забруднення атмосфери окисом сірки (), яка руйнує хлорофіл рослин, може призвести до пошкоджень листя і хвої. Вплив окису вуглецю () на людину і тварин полягає в тому, що вона, з'єднуючись з гемоглобіном крові, дуже швидко позбавляє організм кисню і призводить до порушення нервової системи. Оксиди азоту знижують прозорість атмосфери і сприяють утворенню смогу. Токсичністю відрізняється пентаксід ванадію (), що входить до складу золи мазуту. Ця речовина викликає подразнення дихальних шляхів у людини і тварин, розлад кровообігу та нервової системи, а також порушення обміну речовин.
Бенз (а) пірен - своєрідний канцероген, який здатний викликати онкологічні захворювання. Тому проектування і спорудження електростанцій ведуться з дотриманням вимог по гранично допустимих концентрацій основних викидів, що забруднюють атмосферу газами підприємств в атмосферному повітрі на рівні дихання людини (таблиця 2).
Таблиця 2 - Гранично допустима концентрація основних викидів, що забруднюють атмосферу газами ТЕС в атмосферному повітрі на рівні дихання людини
З огляду на величезний збиток, що заподіюється як навколишньому середовищу, так і людині, санітарним законодавством промислово розвинених країн встановлені гранично допустимі концентрації (ГДК) речовин, що забруднюють повітря, водойми і грунт. Для кожної країн рівні ГДК свої. Єдині міжнародні стандарти до сьогоднішнього дня не вироблені. Тим не менше, більшість країн (такі як Німеччина, Великобританія, Данія, Голландія, Італія, Угорщина, Польща, Росія, Норвегія, Фінляндія і т.д.) повсюдно прагнуть до зниження шкідливих викидів і посилення вимог до підприємств забруднюють навколишнє середовище.
ГДК - це норматив концентрації хімічної сполуки, яка при щоденному впливі протягом тривалого часу на організм людини не призводить до будь-яких патологічних змін в стані здоров'я людини, а також не порушує біологічного оптимуму для людини. Таким чином під шкідливим розуміють такий вплив, яке перевищує ГДК, а шкідливий викид - це викид певної речовини в кількості перевищує ГДК. ГДК шкідливих речовин (тобто речовин, які при контакті з організмом людини можуть призвести до виробничої травми, професійних захворювань або відхилень у стані здоров'я, або хімічна речовина, що викликає порушення в рості, розвитку або стан здоров'я організмів, в тому числі в ланцюзі поколінь) встановлюються в повітрі робочої зони, атмосферному повітрі і в воді водних об'єктів.
ГДК РЗ - гранично допустима концентрація шкідливої \u200b\u200bречовини в повітрі робочої зони, мг / м 3.
ГДК МР - максимально разова концентрація шкідливої \u200b\u200bречовини в повітрі населених місць, мг / м 3.
ГДК СС - середньодобова гранично допустима концентрація (тобто концентрація забруднювача в повітрі не надає на людину прямого або непрямого шкідливого впливу при цілодобовому вдиханні), мг / м 3.
ГДК В - гранично допустима концентрація шкідливих речовин у воді водойм, мг / дм 3.
Більшість сучасних електростанцій змушені працювати в умовах фонових забруднень, що створюються як іншими підприємствами, так і власне середовищем району функціонування. При цьому фоновим забрудненням атмосферного повітря вважається забруднення без урахування викидів розглянутого підприємства. Тому при вивченні викидів конкретного джерела слід враховувати фонове забруднення по кожному інгредієнту.
Гранично допустимої визнана така концентрація, яка не робить на людину прямого або непрямого шкідливого і неприємного дії, не знижує працездатності, не впливає на його самопочуття або настрій. Взаємодія викидів з туманом призводить до утворення стійкого сильно забрудненого дрібнодисперсного хмари - смогу, найбільш щільного біля поверхні землі. Одним з видів впливу ТЕС на атмосферу є все зростаюче споживання повітря, необхідного для спалювання палива. Деякі шляхи вирішення проблем сучасної енергетики. Потрібно сказати, що дії ТЕС на навколишнє середовище значно відрізняються за видами палива.
Найбільш «чисте» паливо для теплових електростанцій - газ, як природний, так і одержуваний при переробці нафти або в процесі метанового бродіння органічних речовин. Найбільш «брудне» паливо - горючі сланці, торф, буре вугілля. При їх спалюванні утворюється найбільше пилових частинок і оксидів сірки. Хоча в даний час значна частка енергії виробляється за рахунок відносно чистих видів палива (газ, нафта), але закономірною є тенденція зменшення їх частки. За наявними прогнозами, ці енергоносії втратять своє провідне значення вже в першій чверті XXI століття. Тут доречно згадати вислів Д. І. Менделєєва про неприпустимість використання нафти як палива: «Нафта немає паливо - топити можна й асигнаціями». Не виключена ймовірність істотного збільшення в світовому енергобалансі використання вугілля. За наявними розрахунками, запаси вугілля такі, що вони можуть забезпечувати світові потреби в енергії протягом 200-300 років Можлива видобуток вугілля, з урахуванням розвіданих і прогнозних запасів, оцінюється більш ніж в 7 трильйонів тонн. При цьому більш 1/3 світових запасів вугілля знаходиться на території Росії. Тому закономірно очікувати збільшення частки вугілля або продуктів їх переробки (наприклад, газу) в отриманні енергії, а, отже, і в забрудненні середовища. Вугілля містять від 0,2 до десятків відсотків сірки в основному у вигляді піриту, сульфату закісного заліза і гіпсу. Для сполук сірки існують два підходи до вирішення проблеми мінімізації викидів в атмосферу при спалюванні органічних палив:
1) очищення від сполук сірки продуктів згоряння палива (сіркоочищення димових газів);
2) видалення сірки з палива до його спалювання.
До теперішнього часу по обох напрямках досягнуті певні результати. У числі переваг першого підходу слід назвати його безумовну ефективність - видаляється до 90-95% сірки - можливість застосування практично незалежно від виду палива. До недоліків слід віднести великі капіталовкладення. Енергетичні втрати для ТЕС, пов'язані з сіркоочистки, орієнтовно становлять 3-7%. Основною перевагою другого шляху є те, що очищення здійснюється незалежно від режимів роботи ТЕС, в той час як установки з сіркоочистки димових газів різко погіршують економічні показники електростанцій за рахунок того, що більшу частину часу змушені працювати в нерозрахованих режимі. Установки ж з сіркоочистки палив можна завжди використовувати в номінальному режимі, складируя очищене паливо.
Проблема зниження викидів окислів азоту ТЕС серйозно розглядається з кінця 60-х років. В даний час з цього питання вже накопичено певний досвід. Можна назвати наступні методи:
1) зменшення коефіцієнта надлишку повітря (так можна домогтися зниження вмісту оксидів азоту на 25-30%, зменшивши коефіцієнт надлишку повітря з 1,15 - 1,20 до 1,03);
2) руйнування оксидів до нетоксичних складових.
Для зменшення концентрації забруднюючих сполук в приземному шарі повітря котельні ТЕС обладнають високими, до 100-200 і більше метрів, димарями. Але це призводить також до збільшення площі їх розсіювання. В результаті великими промисловими центрами утворюються забруднені області протяжністю в десятки, а при стійкому вітрі - в сотні кілометрів.
6.2.1 Вплив забруднень атмосферного повітря на стан здоров'я людини
Вплив забруднень атмосферного повітря на стан здоров'я людини
На ТЕС основним джерелом забруднення є димові гази. Вміст шкідливих речовин в них визначає не тільки стан атмосфери, але багато в чому і стан грунту і водного басейну, впливає на життя флори і фауни і, звичайно, людини. Саме через атмосферні викиди навколо міст Ачинська, Назарово, Канска склалися ареали техногенного зміни навколишнього середовища діаметром до 20 ... 30 км, де сильно порушена структура грунтів, рослинності, біо- і мікроценоз. Особливо важка ситуація склалася в крупних промислових центрах Сибіру. В м Ачинськ, наприклад, тільки глиноземний комбінат викидає в атмосферу щорічно близько 160 тис. Т пилу, 22 тис. Т сірчистого газу, 14,5 тис. Т оксидів азоту. Аналогічна ситуація і в Новокузнецьку, Назарово, Прокопівську, Кемерово і ряді інших міст.
Бенз (а) пірен.
Бенз (а) пірен - хімічна сполука, представник сімейства поліциклічних вуглеводнів, речовина першого класу небезпеки.
Утворюється при згорянні вуглеводневого рідкого, твердого і газоподібного палива (в меншій мірі при згорянні газоподібного).
В навколишньому середовищу накопичується переважно в грунті, менше в воді. З ґрунту надходить в тканини рослин і продовжує свій рух далі в трофічного ланцюга, при цьому на кожній її щаблі зміст БП в природних об'єктах зростає на порядок.
Бенз (а) пірен є найбільш типовим хімічним канцерогеном навколишнього середовища, він небезпечний для людини навіть при малій концентрації, оскільки має властивість биоаккумуляции. Будучи хімічно порівняно стійким, бенз (а) пірен може довго мігрувати з одних об'єктів в інші. В результаті багато об'єктів і процеси навколишнього середовища, самі не володіють здатністю синтезувати бенз (а) пірен, стають його вторинними джерелами. Бенз (а) пірен надає також мутагенну дію.
Міжнародна група експертів віднесла бенз (а) пірен до числа агентів, для яких є обмежені докази їх канцерогенної дії на людей і достовірні докази їх канцерогенної дії на тварин. В експериментальних дослідженнях бенз (а) пірен був випробуваний на дев'яти видах тварин, включаючи мавп. В організм бенз (а) пірен може надходити через шкіру, органи дихання, травний тракт і трансплацентарним шляхом. При всіх цих способах впливу вдавалося викликати злоякісні пухлини у тварин.
Залежно від способу утворення газоповітряної суміші методи спалювання газу поділяються (малюнок нижче):
- на дифузійні;
- змішані;
- кінетичні.
Методи спалювання газу
а - дифузний; б - змішаний; в - кінетичний; 1 - внутрішній конус; 2 - зона первинного горіння; 3 - зона основного горіння; 4 - продукти згоряння; 5 - первинний повітря; 6 - вторинний повітря
При дифузійному методі спалювання до фронту горіння газ надходить під тиском, а необхідний для горіння повітря - з навколишнього простору за рахунок молекулярної або турбулентної дифузії. Сумішоутворення тут протікає одночасно з процесом горіння, тому швидкість процесу горіння в основному визначається швидкістю утворення суміші.
Процес горіння починається після контакту між газом і повітрям і освіти газоповітряної суміші необхідного складу. До струмені газу дифундує повітря, а з струменя газу в повітря - газ. Таким чином, поблизу струменя газу створюється газоповітряна суміш, в результаті горіння якої утворюється зона первинного горіння газу 2. Горіння основної частини газу відбувається в зоні 3, а в зоні 4 рухаються продукти згоряння.
Кошти, виділені продукти згоряння ускладнюють взаємну дифузію газу і повітря, в результаті чого горіння протікає повільно, з утворенням частинок сажі. Цим і пояснюється, що дифузійне горіння характеризується значною довжиною і світність полум'я.
Перевагою дифузійного методу спалювання газу є можливість регулювання процесу горіння в широкому діапазоні. Процес сумішоутворення легко управляємо при застосуванні різних регулювальних елементів. Площа і довжину факела можна регулювати дробленням струменя газу на окремі смолоскипи, зміною діаметра сопла пальника, регулюванням тиску газу і т. Д.
До переваг дифузійного методу спалювання відносяться: висока стійкість полум'я при зміні теплових навантажень, відсутність проскакування полум'я, рівномірність температури по довжині полум'я.
Недоліками цього методу є: ймовірність термічного розпаду вуглеводнів, низька інтенсивність горіння, ймовірність неповного згоряння газу.
При змішаному методі спалювання пальник забезпечує попереднє змішання газу тільки з частиною повітря, необхідного для повного згоряння газу, іншої повітря надходить з навколишнього середовища безпосередньо до факела. У цьому випадку спочатку вигоряє лише частина газу, змішана з первинним повітрям, а частина, що залишилася газу, розбавлена \u200b\u200bпродуктами згоряння, вигорає після приєднання кисню вторинного повітря. В результаті факел виходить більш коротким і менш світиться, ніж при дифузійному горінні.
При кінетичному методі спалювання до місця горіння подається газоповітряна суміш, повністю підготовлена \u200b\u200bвсередині пальника. Газоповітряна суміш згорає в короткому факелі. Перевага цього методу спалювання - мала ймовірність хімічного недожога, невелика довжина полум'я, висока теплопродуктивність пальників. Недолік - необхідність стабілізації газового полум'я.
Горіння палива є хімічний процес з'єднання його горючих елементів з киснем повітря, що протікає при високій температурі і супроводжується виділенням значної кількості теплоти. Залежно від виду палива розрізняють гомогенне, гетерогенний горіння і пульсуюче (ПУЛЬСАР). Гомогенне горіння відбувається в обсязі (в масі), при цьому паливо і окислювач знаходяться в однаковому агрегатному стані (наприклад, газоподібне паливо і повітря). Гетерогенне горіння протікає на поверхні розділу двох фаз, тобто при горінні твердого та рідкого палива. Розрізняють два способи горіння: в шарі кускового палива і в факелі пилоподібного палива (шарової і факельний способи спалювання). Газоподібне та рідке паливо спалюють тільки в факелі. Спосіб підведення повітря до палива має істотне значення при спалюванні його в факелі. Повний час згоряння т визначається часом сумішоутворення витребування і часом протікання хімічних реакцій горіння tк. Оскільки можливе накладення цих стадій процесів, повне час згоряння t \u003d витребування + tк.
Пристрій, призначений для спалювання палива, називається топкою. Класифікація: за способом спалювання палива- шарові, камерні (факельні) і циклонні; в шарі спалюють тільки тверде паливо, а в інших випадках - тверде, рідке і газоподібне; по режиму подачі палива- з періодичної і безперервної подачею; по взаємозв'язку з котлом- внутрішні, т. Е. Що знаходяться всередині котла, виносні, що влаштовуються поза обігрівається котла; за способом подачі палива і організації обслуговування- ручні, напівмеханічні і механічні. Топки для шарового спалювання паливаможуть бути наступних різновидів: а) топки з нерухомою колосникових гратами і нерухомо лежить на ній шаром палива; б) топки з нерухомою колосникових гратами і шаром палива, що переміщається на ній; в) топки з рухомої гратами, що переміщує лежить на ній шар палива . Ручна топка з горизонтальною нерухомою колосникових гратами дозволяє спалювати всі види твердого палива при ручному обслуговуванні операцій завантаження, перемішування і видалення шлаку, застосовується в котлах паропродуктивністю 1-2 т / год. Топки з шурующей планкою: при ході вперед переміщує паливо з завантажувального бункерав глиб топки і скидає з решітки шлак, а при зворотному ході ворушить шар палива. а - ручна з горизонтальною колосникових гратами; б -топка з забрасивателем на нерухомий шар; в- топка з шурующей планкою; г- топка з похилою гратами; д- топка системи Померанцева; е - топка з ланцюгової механічної гратами; ж- то ж зворотного ходу і забрасивателем; з- камерна топка для пилоподібного палива; до- топка для спалювання рідкого і газоподібного палива Топки з похилою гратами. У них паливо завантажується в топку зверху, у міру згоряння під дією сили тяжіння сповзає в нижню частину топки, створюючи можливість для надходження в топку нових порцій палива (2,5-20 т / год). Швидкісні шахтні топки системи В. В. Померанцева застосовуються для спалювання кускового торфу під котлами паропродуктивністю до 6,5 т / год. Топки з рухомої гратами. До них відносяться топки з механічною ланцюгової гратами прямого і зворотного ходу. Ланцюгова решітка прямого ходу рухається від передньої стінки топки до задньої, при цьому паливо самопливом надходить на колосникові грати. (10-150 т / год). У камерних топках паливо спалюється в вигляді вугільного пилу. Його подають в суміші з повітрям в топку, де воно згоряє в підвішеному стані. камерні топкидля рідкого і газоподібного палива.Застосовують прямоточні і вихрові пальники. Робота топок характеризується наступними показниками: тепловою потужністю, тепловими навантаженнями колосникових грат і топкового обсягу, коефіцієнтом корисної дії.
Розрізняють три способи спалювання палива: шаровий, при якому паливо в шарі продувається повітрям і спалюється; факельний, коли паливно-повітряна суміш згоряє в факелі в підвішеному стані при переміщенні по котельній камері, і вихровий (циклонний), при якому паливно-повітряна суміш циркулює по обтекаемому контуру за рахунок відцентрових сил. Факельний і вихровий способи можуть бути об'єднані в камерний.
процес шарового спалювання твердого палива відбувається в нерухомому або киплячому шарі (псевдозрідженому). У нерухомому шарі (рис. 2.6, а) Шматки палива не переміщаються щодо решітки, під яку подається необхідне для горіння повітря. У киплячому шарі (рис. 2.6, б) Частки твердого палива під дією швидкісного напору повітря інтенсивно переміщаються одна щодо іншої. Швидкість потоку, при якій порушується стійкість шару і починається зворотно-поступальний рух частинок над гратами, називається критичної. Киплячий шар існує в межах швидкостей від початку псевдозрідженому до режиму пневмотранспорта.
Мал. 2.6. Схеми спалювання палива: а - в нерухомому шарі; б - в киплячому шарі; в - факельний прямоточний процес; г - вихровий процес; д - структура нерухомого шару при горінні палива і зміна a, Про 2 , СО, СО 2 і t по товщині шару: 1 - решітка; 2 - шлак; 3 - палаючий кокс;
4 паливо; 5 - надслойное полум'я
На рис. 2.6, д показана структура нерухомого шару. Паливо 4, зсипали на палаючий кокс, прогрівається. Виділяються летючі згоряють, утворюючи надслойное полум'я 5. Максимальна температура (1300 - 1500 ° С) спостерігається в області горіння коксових частинок 3.В шарі можна виділити дві зони: окислювальну, a\u003e 1; відновну, a< 1.
У окисної зоні продуктами реакції пального і окислювача є як СО 2, так і СО. У міру використання повітря швидкість освіти СО 2 сповільнюється, максимальне її значення досягається при надлишку повітря a \u003d 1. У відновної зоні через недостатню кількість кисню (a< 1) начинается реакция между СО 2 і палаючим коксом (вуглецем) з утворенням СО. концентрація СО в продуктах згоряння зростає, а СО 2 зменшується. Довжина зон в залежності від середнього розміру d до частинок палива наступна: L 1 = (2 – 4) d до; L 2 = (4 – 6) d до. На довжини зон L 1 і L 2 (в сторону їх зменшення) впливають збільшення вмісту летких горючих, зменшення зольності А р, Зростання температури повітря.
Оскільки в зоні 2 крім СО містяться Н 2 і СН 4, поява яких пов'язана з виділенням летючих, то для їх дожигания частина повітря подається через дуттьові сопла, розташовані над шаром.
У киплячому шарі великі фракції палива знаходяться в підвішеному стані. Киплячий шар може бути високотемпературного та низькотемпературного. Низькотемпературне (800 - 900 ° С) спалювання палива досягається при розміщенні в киплячому шарі поверхні нагрівання котла. На відміну від нерухомого шару, де розмір часток палива досягає 100 мм, в киплячому шарі спалюється подрібнений вугілля з d до£ 25 мм.
В шарі міститься 5 - 7% палива (за обсягом). Коефіцієнт тепловіддачі до поверхонь, розташованим в шарі, досить високий і досягає 850 кДж / (м 2 × год × К). При спалюванні малозольних палив для збільшення тепловіддачі в шар вводять наповнювачі у вигляді інертних зернистих матеріалів: шлак, пісок, доломіт. Доломіт пов'язує оксиди сірки
(До 90%), в результаті чого знижується ймовірність виникнення низькотемпературної корозії. Більш низький рівень температур газів в киплячому шарі сприяє зменшенню утворення в процесі горіння оксидів азоту, при викиді яких в атмосферу забруднюється навколишнє середовище. Крім того, виключається шлакування екранів, т. Е. Налипання на них мінеральної частини палива.
Характерною особливістю циркулюючого киплячого шару є наближення до роботи шару в режимі пневмотранспорту.
Камерний спосіб спалювання твердого палива здійснюється переважно в потужних котлах. При камерному спалюванні размолотое до пилоподібного стану і попередньо підсушене тверде паливо подають до частини повітря (первинного) через пальники в топку. Іншу частину повітря (вторинний) вводять в зону горіння найчастіше через ті ж пальника або через спеціальні сопла для забезпечення повного згоряння палива. У топці пиловидне паливо горить в підвішеному стані в системі взаємодіючих газоповітряних потоків, що переміщаються в її обсязі. При більшому подрібненні палива значно збільшується площа реагує поверхні, а отже, хімічних реакцій горіння.
Характеристикою розуміли твердого палива є питома площа F плповерхні пилу або сумарна площа поверхні частинок пилу масою 1 кг (м 2 / кг). Для частинок сферичної форми однакового (монодисперсні) розміру величина F плобернено пропорційна діаметру пилинок.
Насправді одержувана при розуміли пил має полідисперсний склад і складну форму. Для характеристики якості розуміли полідисперсної пилу поряд з питомою площею поверхні пилу використовують результати її просіювання на ситах різних розмірів. За даними просіювання будують зернову (або помольну) характеристику пилу у вигляді залежності залишків на ситі від размераячеек сіта.Наіболее часто використовують показники залишків на ситах 90 мкм і 200 мкм - R 90 і R 200. Попередня підготовка палива і підігрів повітря забезпечують вигоряння твердого палива в топці за відносно невеликий проміжок часу (кілька секунд) знаходження пилоповітряних потоків (факелів) в її обсязі.
Технологічні способи організації спалювання характеризуються певним введенням палива і повітря в топку. У більшості систем пилоприготування транспортування палива в топку здійснюється первинним повітрям, що є тільки частиною загальної кількості повітря, необхідного для процесу горіння. Подача вторинного повітря в топку і організація взаємодії його з первинним здійснюються в пальнику.
Камерний спосіб на відміну від шарового також застосовується для спалювання газоподібного і рідкого палива. Газоподібне паливо надходить в топку через пальник, а рідке - через форсунки в пульверизованим вигляді.
шарові топки
Топка з нерухомим шаром може бути ручний, напівмеханічний або механічною з ланцюгової гратами. механічної топкою називають шарове топковий пристрій, в якому всі операції (подача палива, видалення шлаку) виконуються механізмами. При обслуговуванні напівмеханічний топок поряд з механізмами використовується ручна праця. Розрізняють топки з прямим (рис. 2.7, а) І зворотним (рис. 2.7, б) Ходом решіток 1, приводяться в рух зірочками 2. Витрата палива, що подається з бункера 3, регулюється висотою установки шибера 4 (див. Рис. 2.7, а) Або швидкістю руху дозаторів 7 (рис. 2.7, б). У ґратах зі зворотним ходом паливо подається на полотно забрасивателем 8 механічного (рис. 2.7, б, в) Або пневматичного (рис. 2.7, г) Типу. Дрібні фракції палива згоряють в підвішеному стані, а великі - в шарі на решітці, під яку підводиться повітря 9. Прогрівання, займання і горіння палива відбуваються за рахунок теплоти, що передається випромінюванням від продуктів згоряння. Шлаки 6 за допомогою шлакоснімателя 5 (рис. 2.7, а) Або під дією власної ваги (рис. 2.7, б) Надходить в шлаковий бункер.
Структура палаючого шару представлена \u200b\u200bна рис. 2.7, а.область III горіння коксу після зони II підігріву надходить палива (зона I) Розташована в центральній частині решітки. Тут же знаходиться відновлювальна зона IV.Нерівномірність ступеня горіння палива по довжині решітки призводить до необхідності секційного підведення повітря. Велика частина окислювача повинна подаватися в зону III, Менша - в кінець зони реагування коксу і зовсім невелика кількість - в зону II підготовки палива до спалювання і зону Vвипалу шлаку. Цій умові відповідає поетапне розподіл надлишку повітря a 1 по довжині решітки. Подача однакової кількості повітря в усі секції могла б привести до підвищених надлишку повітря в кінці полотна решітки, в результаті чого його буде не вистачати для горіння коксу (крива a 1) в зоні III.
Основним недоліком топок з ланцюговими решітками є підвищені втрати теплоти від неповноти згоряння палива. Область застосування таких решіток обмежена котлами паропродуктивністю D \u003d 10 кг / с і паливами з вмістом летких \u003d 20% і наведеної вологістю.
Топки з киплячим шаром відрізняються зниженим викидом таких шкідливих сполук, як NO х, SO 2, малою вірогідністю шлакування екранів, можливістю (через низьку температури газів) насичення обсягу топки поверхнями нагріву. Недоліками їх є підвищена неповнота згоряння палива, високу аеродинамічний опір решітки і шару, вузький діапазон регулювання паропродуктивності котла.
Мал. 2.7. Схеми роботи ланцюгових решіток і типи забрасивателем палива: а, б - топки з прямим і зворотним ходом решіток відповідно; в, г - механічний і пневматичний забрасивателем;
1 - решітка; 2 - зірочки; 3 - бункер; 4 - шибер; 5 - шлакосніматель; 6 - шлак; 7 - дозатор палива; 8 - забрасивателем; 9 - підведення повітря; I - зона свіжого палива; II - зона підігріву палива;
III - область горіння (окислення) коксу; IV - відновна зона; V - зона випалу палива
Шарової спосіб спалювання палива характеризується відносно невисокими швидкостями процесу горіння, зниженою його економічністю і надійністю. Тому він не знайшов застосування в котлах великої продуктивності.
Камерні пиловугільні топки
Камерні пиловугільні топки складаються з пиловугільних пальників і камери згоряння.
топкової камерою називається пристрій, призначений для завершення процесу горіння та ізоляції його від зовнішніх умов.
пальники призначені для введення в топку і перемішування палива та повітря, забезпечення сталого займання і вигорання суміші. Вони повинні відповідати наступним вимогам: герметичність з'єднання з топкою; ремонтопридатність; забезпечувати стійке горіння на зниженою навантаженні і при використанні резервного палива (газу або мазуту).
Топки для спалювання твердих палив за способом виведення шлаків поділяють на топки з сухим шлакоудалением (рис. 2.8) і топки з рідким шлакоудалением (рис. 2.9).
На рис. 2.8 приведена принципова схема факельної (пиловугільній) топки з сухим шлакоудалением, де паливо згорає в підвішеному стані в обсязі топкової камери.
|
|
У топках з сухим шлакоудалением ядро \u200b\u200bфакела розташовується трохи нижче камери згоряння, покритої екранними поверхнями нагріву, що сприймають випромінюється продуктами згоряння і палаючим факелом теплоту і захищають стіни камери згоряння від впливу високих температур. Такі топки виконуються однокамерними з холодною воронкою в нижній частині. У зоні холодної воронки і в верхній частині топки температури продуктів горіння нижчі, ніж в ядрі факела. Зважені в потоці топкових газів частинки золи, потрапляючи з ядра факела в області щодо знижених температур, охолоджуються і тверднуть. Невелика частина золи (10 - 15% загальної зольності палива) випадає в шлаковий бункер, розташований під холодною воронкою. Решта зола несеться з продуктами згоряння в газоходи котла.
Топки з рідким шлакоудалением бувають однокамерні та двокамерні.
В однокамерних низ камери згоряння виконують у вигляді горизонтального або похилого пода. На висоті 4 - 5 м від пода екрани закривають теплоізоляційним матеріалом для зниження теплосприй, що дозволяє підтримувати поблизу пода топки високі температури 1500 - 1600 о С, при яких шлак знаходиться в рідкому стані. Рідкий шлак безперервно віддаляється через річку в шлакову ванну, заповнену водою.
У двокамерних топках процеси згоряння палива і охолодження продуктів згоряння розділені.
Принципові схеми двокамерних циклонних топок з рідким шлакоудалением показані на рис. 2.9.Основнимі складовими циклонним топок є вихрова камера горіння, що представляє собою циліндр з тангенціальним зосередженим або розосереджених введенням палива і повітря, і камера охолодження призматичної форми.
Паливо подають в вихрову камеру з первинним повітрям. Паливно-повітряну суміш через завихритель (равлика) вводять в центральну частину камери. По осі вводиться подріблена. Через тангенциально розташовані сопла надходить вугільний пил. Вторинне повітря подають в камеру тангенциально через сопла-щілини з великою швидкістю (понад 100 м / с), забезпечуючи рух паливних частинок до стінок камери. Утворені в циклонічної камері вихори сприяють інтенсивному утворенню паливно-повітряної суміші і горінню палива як в обсязі циклону, так і на його стінках. Між камерами згоряння і охолодження розташовується шлакоулавлівающій пучок футерованих (закритих теплоізоляційним матеріалом) труб, призначений для уловлювання розплавлених крапельок шлаку, що містяться в продуктах згоряння. Неуловленние частинки золи тверднуть в камері охолодження.
Стіни камери горіння для утеплення виконуються з ошипованних екранів, покритих вогнетривкої обмазкой (рис. 2.10), а стіни камери охолодження мають неутеплені гладкотрубние або плавникові екрани.
Залежно від принципу організації процесу введення пилоповітряної суміші пиловугільні пальника можна розділити на три типи: вихрові, прямоточні і плоскофакельние.
Принцип роботи вихровий пальники (рис. 2.11, а) Наступний. потоки первинного I і вторинного II повітря вводять в топку через кільцеві концентричні канали, в яких встановлені завіхрітелі. Напрямок крутки потоків однакове. Характерною особливістю такого перебігу є порівнянність за величиною всіх трьох складових швидкості: аксиальной (поздовжньої) w а, дотичній w t(Окружний) і радіальної w r.Наявність дотичній складової швидкості призводить до помітного розширення струменя, що утворює в просторі параболическое тіло обертання. У центральній внутрішньої частини 1струі утворюється зона розрідження, величина якої визначається втулкові ставленням т \u003d D о / D aі швидкістю потоків на виході з пальників.
Під дією перепаду тисків виникають зворотні струми високотемпературних продуктів згоряння, що забезпечують стабілізацію займання пилоповітряної суміші. При русі первинний I і вторинний II повітря перемішуються, і процес горіння поширюється на зовнішню поверхню 2струі.
Залежно від конструкції завихрителей розрізняють пальники равликову-лопаткові (рис. 2.12, в), Равликову-равликові (рис. 2.12, а), Для лопатки лопаточні, прямоточно-равликові (рис. 2.12, б) І прямоточно-лопаткові. У назві спочатку вказують тип завихрителя з первинного повітрю.
Мал. 2.12. Види вихрових пиловугільних пальників: а - равликову-равликову пальник;
б - прямоточно-равликову пальник ОРГРЕС; в - равликову-лопаткова пальник ЦКТИ - ТКЗ;
1 - равлик пилоповітряної суміші; 1 "- вхідний патрубок пилоповітряної суміші; 2 - равлик вторинного повітря; 2" - короб введення вторинного повітря; 3 - кільцевий канал для виходу пилоповітряної суміші в топку; 4 - те ж для вторинного повітря; 5 - основна мазутна форсунка;
5 "- Розпалювальна мазутна форсунка; 6 - рассекатель на виході пилоповітряної суміші;
7 - завіхрівающіе лопатки для вторинного повітря; 8 - підведення третинного повітря по осьового каналу; 9 - управління становищем розсікача; 10 - завихритель осьового потоку повітря;
11 - обмуровка топки; АБ - межа займання пилоповітряної суміші; В - підсмоктування топкових газів до кореня факела
В вихровий пальнику підводи первинного I і вторинного II повітря індивідуальні (рис. 2.11). Підведення вторинного повітря може бути як верхнім, так і нижнім, а підведення первинного повітря - тільки верхнім, що пояснюється необхідністю попередження відкладень пилу в пилепроводів. Канали первинного і вторинного повітря виконуються кільцевими концентричними.
Розкриття факела, кількість ежектіруемих газів, розподіл швидкостей, далекобійність в вихровий пальнику визначаються інтенсивністю закручування потоків, яка оцінюється параметром пкрутки, що залежать від конструкції завихрителя.
Через вихрові пальники доцільна подача всіх видів палива, крім фрезерного торфу. До недоліків цих пальників слід віднести: підвищену гідравлічне опір, конструктивну складність, необхідність виконання вихідний частини з жаростійких матеріалів, щоб уникнути її вигоряння, підвищену схильність до сепарації палива, трохи більший (в порівнянні з пальниками інших конструкцій) викид оксидів азоту в атмосферу.
У прямоточних пальниках на відміну від вихрових потоки первинного I і вторинного II повітря не закручуються і мають однонаправлений (попутне) рух (рис. 2.11, б). Дотична складова швидкості відсутній, а радіальна набагато менше поздовжньої складової.
Стабілізація займання здійснюється завдяки ежекції відпрацьованих газів 1 по периферії 2струі. Потрібна ступінь перемішування повітря досягається відповідним співвідношенням швидкостей первинного I і вторинного II повітря.
Опір прямоточних пальників менше, ніж вихрових, вони простіше у виготовленні, кількість які виникають оксидів азоту менше. До недоліків прямоточних пальників слід віднести більш високу далекобійність і гірші умови перемішування суміші в порівнянні з вихровими.
Область застосування прямоточних пальників - кам'яне і буре вугілля. Пальники попереднього перемішування, що мають камеру змішання, застосовують в основному для торфу і бурого вугілля.
Принцип роботи плоскофакельних пальників (рис. 2.13) заснований на використанні ефекту зіткнення двох струменів повітря, спрямованих під кутом один до одного. Далекобійність факела плоскофакельних пальників менше, ніж у прямоточних. Між струменями вторинного повітря і пальником утворюється «трикутник», в який подається паливо, займисті ежектіруемимі в нього розпеченими продуктами згоряння. В результаті роздавлювання струменів після зіткнення утворюється плоска струмінь, що володіє великою поверхнею. Внаслідок розширення струменя в одній площині і інтенсивної ежекції нею продуктів згоряння знизу і зверху швидкість струменя різко падає. Нахил факела регулюється зміною співвідношення витрат вторинного повітря, що подається в верхні і нижні сопла. Це властивість пальника використовується при зміні якості палива, що спалюється, а також навантаження котлоагрегату або режиму його роботи.
Топки для спалювання рідкого палива (мазуту)
В якості рідкого палива для промислових котлів застосовується в основному мазут. Для того щоб спалити мазут, його необхідно попередньо розпорошити для поліпшення умов випаровування, оскільки при спалюванні мазуту горять газоподібні продукти його випаровування. Для розпилювання та введення мазуту в топку використовують спеціальні пристрої, які називаються форсунками.
Топка для спалювання мазуту складається з топкової камери, лучевоспрінімающіх поверхонь нагріву і форсунок.
Камера згоряння і лучевоспрінімающіе поверхні нагрівання при спалюванні мазуту виконані так, що низ камери обмежений горизонтальним або злегка похилим піддоном. Сама камера виконана щодо менших розмірів, так як мазут можна спалювати при значно більш високому тепловому напрузі топкового простору, ніж пиловидне паливо. В котлах невеликої паропродуктивності під топки часто вже не екранують, щоб спростити виконання екранної системи.