ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Вирумааский

ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Вирумааский колледж
RAR0680 Сберегающие технологии
Макарова Карина
124354RDKR
Сжигание сланцев в кипящем слое как
сберегающая технология, позволяющая снизить
выбросы в атмосферу оксидов серы и азота
Доклад
Преподаватель: лектор А.А. Згуро
Кохтла-Ярве 2015
Сжигание твердых топлив в кипящем слое – новейшее направление в практике
топливосжигающих электростанций и находится в стадии развития. В настоящее время
практически внедрено три технологии сжигания в кипящем слое:
1. классический кипящий слой (применяется в основном в котлах малой
мощности),
2. циркулирующий кипящий слой,
3. кипящий слой под избыточным давлением. [2]
Сжигание сланца в кипящем слое более перспективно в циркулирующем кипящем слое
или в кипящем слое под избыточным давлением. Это определяется свойствами сланца.
Сланец – топливо, содержащее большoе количество минералов, поэтому зола сланца
выполняет роль кипящего слоя. [2]
Особенность цикрулирующего кипящего слоя состоит в том, что газы горения
выходящие из топки вместе с частицами золы направляются в сепаратор, где частицы
золы отделяются от газов и снова направляются в топку. Таким способом создается
циркуляционный контур твердой фазы, в котором поддерживается равновесие между
подаваемым в топку топливом и циркулирующей золой, что обеспечивается
непрерывным удалением частиц из сепаратора и золы со дна топки. [2]
Основная часть топки кипящего слоя – это топочная камера с решеткой распределения
воздуха, где мелкое топливо направляют или в непосредственно кипящий на решетке
слой, или в объем около кипящего слоя, туда же
соплами с большой скоростью
подается вторичный воздух. Стена топочной камеры экранирована поверхностью
теплообмена, существует возможность дополнительного использования объема
топочной камеры в виде размещения там обширной ширмовой поверхности нагрева.
Горение топлива, выделение теплоты горения, процессы в минеральной части и
образование золы происходят как в слое, так и в надслойном объеме и частично могут
продолжаться и после выхода из топки. [2]
В циркулирующем кипящем слое концентрация топлива низкая ( около 0,5 -2%),
поэтому теплота горения высвобождается распределенно по всему объему топки, это
уравновешивает воспринимаемое поверхностями нагрева тепло и по этой причине в
топке не возникает высокотемпературных зон и поэтому отсутствует надобность
раполагать в слое дополнительную поверхность нагрева.
2
Топку с циркулирующим кипящим слоем в настоящее время оборудуют «воздухкипящий слой» теплообменником, который установлен в обратном потоке частиц золы
из сепаратора, и особенностью которого является интенсивная теплоотдача от
кипящего слоя к расположенной там поверхности нагрева. [2]
При сжигании сланца в кипящем слое серу полностью связывают с золой и
поэтому двуокиси серы в уходящих газах практически нет. Таким образом, для
связывания серы не нужно ни абсорбент добавлять в топливо, ни чистить уходящие
газы от двуокиси серы. Это объясняется высоким мольным соотношением Са/S и тем,
что при термическом разложении карбонатных минералов образуется свободная
известь, которая является активным связующим серы. Это является серьезным
преимуществом технологии сжигания сланца в кипящем слое. При этой технологии
сжигания проявляются значительные её отличия от пылевидной технологии сжигания:
1. в температуре в топке,
2. во фракционном составе частиц золы в газоходах за топкой. [2]
В связи с необходимостью реконструкции Нарвских электростанций встал вопрос о
смене технологии сжигания топлива. Наиболее перспективным виделось освоение
технологии кипящего слоя, которая получила всеобщее признание. На крупных
котлостроительных заводах были построены сотни больших котлов, работающих на
различных видах топлива. Коэффициент полезного действия котлов с кипящим слоем
более высокий. [3]
Для окончательного принятия решения о выборе технологии сжигания были проведены
экспериментальные сжигания эстонского сланца в кипящем слое с использованием
опытного оборудования ведущих фирм. Первое экспериментальное сжигание было
проведено еще в 1994 г. на опытном оборудовании фирмы Ahlstrom (переименована в
дальнейшем в «Foster Wheeler») в Финляндии. Затем, в 1996 г. последовали опыты по
экспериментальному сжиганию на опытном оборудовании фирмы Lurgi в Германии и в
том же году в Канаде по заказу фирмы «ABB Combustion Engineering» на опытном
оборудовании Британского Колумбийского университета. И, наконец, в 1998 г.
состоялось экспериментальное сжигание сланца в кипящем слое с наддувом на
опытном оборудовании фирмы «ABB Carbon AB» в Швеции. Во всех перечисленных
опытах по сжиганию сланца принимали участие научные сотрудники Таллинского
технического университета и инженеры «Eesti Energia». [3]
3
Эксперименты показали, что технология сжигания в кипящем слое очень хорошо
подходит для сжигания эстонского сланца. Предпочесть следовало бы сжигание в
циркулирующем кипящем слое. Результаты экспериментов позволяют предположить,
что сжигание сланца в кипящем слое значительно улучшит условия работы
поверхностей нагрева котла – ощутимо снизят загрязнение поверхностей нагрева и
высокотемпературную коррозию (температуры в топке снижаются с 1400 °С до 800
°С). С позиции охраны окружающей среды особенно важно снижение выбрасываемого
в атмосферу количества SO2 (более чем в 100 раз), составляющее не более 15 мг/м3.
Сниженные температуры в топке уменьшат также связанные с разложением известняка
выбросы СО2 в атмосферу. [3]
Эффективность котла.
В конце 2003 г. на Эстонской электростанции был пущен первый энергоблок (два котла
с кипящим слоем) с хорошей возможностью маневра и легкоуправляемый.
Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке (215 МВт) составил 35–36
% (при пылевидном сжигании – 29–30 %) и удельный расход топлива 12,0 –
11,7МДж/(кВт/ч).
Высокая эффективность котлов с кипящим слоем по сравнению с котлами с
пылевидным сжиганием сланца объясняется:
1. меньшим разложением карбонатов. Если в котлах с пылевидным сжиганием
сланца разложение карбонатов достигает 95 %, то в новых котлах с кипящим
слоем благодаря значительному снижению температуры в топке (750800 °С) –
примерно 75 %;
2. высокой степенью связывания серы. Среднее значение связывания серы в котлах
с пылевидным сжиганием топлива составляет 80 %, а в котлах с кипящим слоем
– до 99,9 % (SO2 в горючих газах меньше 5 ррт).
Суммарный расчетный эффект от изменения разложения карбонатов и связывания серы
при низшей теплотворной способности сланца 8,2 – 8,6 МДж/кг составляет 0,33
МДж/кг, или примерно 4 %, что довольно велико.При сжигании сланца основными
выбросами в атмосферу являются: оксиды серы, азота, двуокись углерода, твердые
частицы (летучая зола) и НСL. [3]
Сжигание сланца в кипящем слое.
4
Характер горения сланца в циркулирующем кипящем слое с температурой в топке 750–
800 °С существенно отличается от пылевидного сжигания. Проведенные замеры
выбросов в окружающую среду показали, что концентрация SO2 практически близка к
нулю, концентрация NOx остается в среднем на уровне 150 мг/м3 и концентрация
твердых частиц в пределах 30 мг/м3 (оба значения при содержании кислорода 6 %).
Проанализированное на основании проб золы выгорание топлива близко к идеальному,
содержание вызывавших опасения сульфидов оказалось очень низким (меньше 0,16 %
в данной золе даже при температуре в топке ниже 800 °С). По составу топлива и
дымовых газов получена степень разложения карбонатов 75–80 %, что означает
снижение выбросов СО2 на 12–13 % по сравнению с пылевидным сжиганием.
При сгорании сланца в кипящем слое выбросы в атмосферу будут меньше, чем при
сжигании относительно влажного биотоплива. По сравнению с природным газом
основным отличием являются высокие выбросы СО2, которые все-таки находятся в тех
же пределах, что и при сжигании других видов твердого топлива. [3]
Рис.1. Котел с циркулирующим кипящим слоем со внутритопочным сепаратором
(Kukersiit-Eesti Põlevkivi" MTÜ GEOGuide Baltoscandia, Tallinn, 2006)
5
Использованная литература:
1. "Kukersiit-Eesti Põlevkivi" MTÜ GEOGuide Baltoscandia, Tallinn, 2006
2. Пути переработки горючих сланцев в химические продукты, Стрижакова, Ю.А.
Стр.86-90.
3. Применение котлов с ЦКС для сжигания сланцев, Автор отсутсвует
http://studopedia.org/3-33612.html [WWW] (23.11.2015)
6