Журнал «Новости теплоснабжения», www.ntsn.ru
К. И. Мишина, генеральный директор ООО «Петрокотел-ВЦКС», г. Санкт-Петербург (доклад на конференции «Малые и средние ТЭЦ. Современные решения», 7-9 сентября 2005 г.).
Тепло- и электроснабжение в России имеет большое социальное значение. Любые сбои в обеспечении населения и других потребителей теплом негативным образом воздействуют на экономику страны и усиливают социальную напряженность.
Несмотря на то, что основой внутреннего спроса на топливо является природный газ, опережающими темпами во всех вариантах развития промышленности прогнозируется рост спроса на уголь, что в свою очередь будет обусловлено повышением уровня его технологической и ценовой конкурентоспособности(рис. 1). В этих условиях необходимо обеспечить приоритет нового надежного и экономичного отечественного теплогенерирующего оборудования на базе новых современных технологий сжигания твердого топлива.
Основы технологии ВЦКС
ВЦКС (высокотемпературный циркулирующий кипящий слой) — это одно из развивающихся направлений сжигания твердого топлива в котлах теплоэнергетики. Эта технология привлекает внимание по причине готовности к немедленному внедрению, простоте в эксплуатации и позволяет расширить диапазон сжигаемого топлива, коммерчески выгодного в конкретной экономической ситуации.
Основным элементом котлов ВЦКС является узкая наклонная подвижная решетка, которая служит для распределения первичного воздуха (40-60%) и транспортировки шлака (рис. 2). Решетка расположена в зольном отделении котельной, что позволяет увеличить высоту топочной камеры, а следовательно объем, необходимый для улучшения циркуляции частиц топлива.
Топочная камера по высоте имеет разделительный трубный экран. За экраном находится осадительная камера, выполняющая роль «горячего» циклона для улавливания и осаждения частиц. Весь унос (до 1/3 от расхода топлива) возвращается на дожигание в активную зону горения топки, которая находится сразу за экраном. Благодаря этому возвращаемый унос не успевает остыть и имеет температуру около 700 ОС.
Часть уноса, не уловленного в осадительной камере, улавливается в конвективных газоходах (с возвратом в топку) и далее — в прямоточном циклоне (улавливание грубых фракций золы). В качестве заключительной санитарной ступени очистки служат батарейные циклоны.
Вторичный воздух подается соударяющимися струями с боковых стен топки. Струи растекаются над решеткой, образуют «завесу» и, препятствуя быстрому выносу частиц топлива из топки, способствуют контакту частиц с раскаленным шлаком, что не только существенно снижает потери тепла с механическим недожогом, но и уменьшает массовый выброс летучей золы.
Топливо из бункера подается на разгонную плиту и, скатываясь по ней, попадает в активные зоны горения на решетку. Чаще всего котлы работают на рядовом угле, т.е. предварительная подготовка топлива (например, дробление) отсутствует. Поскольку решетка узкая, то подача топлива в ВЦКС не требует пневмомеханических забрасывателей для равномерного распределения топлива по всей ее длине. Кипящий слой на узкой решетке сам равномерно распределяет и перемешивает подаваемое топливо.
В котлах ВЦКС сжигается практически любое твердое топливо: каменные и бурые угли, их отсевы, древесные отходы (табл. 1).
Переход с одного топлива на другое происходит без остановки котла простой переналадкой воздушного режима.
При сжигании качественного топлива в котле ВЦКС (в отличие от слоевого) можно получить мощность котла 1,5 Дном. Таким образом, переведя на ВЦКС два слоевых котла, можно получить мощность равную трем котлам, а следовательно при дефиците тепла уже не потребуется расширение котельной.
Низкореакционные высокозольные угли не могут гореть в слоевых котлах, т.к. куски топлива неподвижно лежат на широкой решетке и находятся в инертной среде своих продуктов горения (СО2). В ВЦКС топливо находится во взвешенном состоянии, где каждая частица омывается свежим окислителем. Низкокачественное угольное топливо (отсев, мелкофракционное) успешно сжигается в таких котлах также благодаря достаточной высоте топочного пространства и, соответственно, достаточному времени пребывания в топке выгорающих частиц.
Древесные отходы (щепа, опилки, кусковая древесина) для сжигания в котлах ВЦКС могут иметь размер до 150 мм. Различное твердое топливо может сжигаться как совместно, так и попеременно.
Следует также отметить, что технология ВЦКС не требует вспомогательного топлива, как для растопки котла, так и подсветки.
Реконструкция слоевых котлов
Перевод слоевых котлов на ВЦКС осуществляется за счет достаточно простой реконструкции путем:
□ замены широкой решетки слоевой топки на узкую решетку ВЦКС, размещения ее в зольном отделении (при его наличии);
□ установки фронтового и поворотного экранов топочной камеры.
Котлы ВЦКС имеют те же габаритные размеры, как и слоевые котлы соответствующего типа, кроме высоты, которая увеличивается на 20-25%. Для обеспечения необходимой кипящему слою высоты топочного пространства топочное устройство ВЦКС опускается под котел в зольное отделение котельной, а сам котел не поднимается и остается на своем месте — в своей собственной котельной ячейке. Сохранение габаритов котлов ВЦКС обеспечивает возможность размещения их в котельных типовых проектов.
Общий вес котла снижается за счет замены слоевого топочного устройства на топочное устройство ВЦКС и исключения из технологии таких металлоемких и ненадежных механизмов, как роторные забрасыватели топлива. В качестве примера в табл. 2 приведены данные по изменению веса котла КЕ-25-14С после реконструкции.
Работа по реконструкции слоевого котла состоит:
□ из проекта (1,5-2 мес.);
□ изготовления комплекта реконструкции (около 2 мес.);
□ монтажных работ (2-3 мес.).
Преимущества применения технологии
Котлы ВЦКС имеют следующие преимущества перед типовыми слоевыми котлами:
□ повышение производительности котла в 1,5 раза;
□ использование местных дешевых видов топлива;
□ расширение диапазона используемого топлива (в одном котле ВЦКС может сжигаться практически любое твердое топливо: уголь и его отсевы, древесные отходы);
□ повышение надежности (в 5 раз меньше колосников, отсутствие пневмо-механических забрасывателей топлива — самого ненадежного узла слоевых котлов);
□ повышение эксплуатационного КПД до 85-87% против 70-75% у типовых слоевых котлов;
□ возможность организовать многоступенчатое улавливание и возврат в топку на дожигание мелких частиц топлива и золы, тем самым снизить концентрацию твердых выбросов в атмосферу в 5-6 раз по сравнению с типовым слоевым сжиганием;
□ возможность применения внутритопочных методов снижения выбросов оксидов азота (NОх) до 150-200 мг/м3 газа (более чем в три раза);
□ повышение маневренности котла, т.е. расширение диапазона регулирования нагрузки от 20 до 150% мощности.
Котлы ВЦКС опробованы в многолетней успешной эксплуатации. Сочетание привычного для персонала котельной принципа сжигания топлива на подвижной решетке (как на слоевой) и преимуществ ВЦКС оказалось очень важным. Такое сочетание дает эффект, как в плане быстрого освоения новой технологии, так и в плане надежности работы котла.