4.5 Особливості спалювання твердого палива у пилоподібному стані

Тверде паливо при спалюванні в камерних топках попередньо подрібнюють і у вигляді пилу в суміші з повітрям подають у топкову камеру, де воно згоряє, знаходячись у потоці газів у зваженому стані. Перетворенням шматкового палива у вугільний пил досягається багаторазове збільшення поверхні реагування. Так, якщо шматочок вугілля діаметром 20 мм роздрібнити на частки розміром 40 мкм, то сумарна площа поверхні отриманих порошин буде в 500 разів більше поверхні вихідної частки. При збільшенні поверхні реагування істотно поліпшуються умови спалювання, тому що горіння твердого палива є гетерогенним процесом, що відбувається на поверхні частинок палива.

Основні переваги спалювання палива у пиловидному стані полягають у наступному:

1) можливість спалювання з досить високим ККД будь-якого палива, включаючи малореакційні антрацити, а також високовологе і високозольне вугілля і відходи вуглезбагачення;

2) практично необмежена за умовами спалювання палива одинична потужність котла;

3) повна механізація топкового процесу, легкість регулювання, можливість повної автоматизації топкового пристрою;

4) відсутність рухомих деталей у топці, що підвищує експлуатаційну надійність агрегату.

Недоліками спалювання палива в пилоподібному стані є:

1) складність, громіздкість і в більшості випадків висока вартість устаткування пилоприготування, а також значна витрата електроенергії на підготовку пилу ;

2) низька густина об'ємного тепловиділення в камері горіння. Це обумовлюється малою масовою концентрацією палива в одиниці об'єму такої топки, а також несприятливими умовами підведення окислювача до поверхні реагування і відводу продуктів згоряння внаслідок низької відносної швидкості палаючих часток у газоповітряному потоці.

4.6. Основні схеми пилоприготування

Готування вугільного пилу з шматкового палива здійснюється в системі спеціальних пристроїв, у яких послідовно здійснюються початкове грубе подрібнення палива на шматки розміром у кілька десятків міліметрів, сушіння і, нарешті, його розмел до пилоподібного стану з розміром часток у кілька десятків або сотень мікрометрів. Часто розмел і сушіння палива об’єднуються в одному пристрої.

Крупність палива після попереднього грубого подрібнення (у валкових і молоткових дробарках) впливає на наступні етапи його сушіння і розмелу. Зі збільшенням крупності палива зростає витрата енергії на готування пилу, збільшується знос деталей, а продуктивність млина знижується.

Після грубого подрібнення сирого палива з нього видаляються металеві предмети, що можуть потрапити в паливо при видобутку і транспортуванні.

Для розмелу палива застосовують центральні й індивідуальні системи пилоприготування (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Принципові схеми систем пилоприготування:

а – центральна; б – індивідуальна з прямим вдувом; в – індивідуальна з проміжним пиловим бункером; 1 – бункер сирого дробленого вугілля;

2 – сушарка; 3 – млин; 4 – центральний бункер готового пилу; 5 – насос для пилу; 6 – видатковий бункер; 7 – вентилятор; 8 – топка котла; 9 – проміжний бункер; 10 – шнек для пилу

Схема центральної системи пилоприготування показана на рис. 4.6, а. Попередньо підготовлене паливо з бункера сирого дробленого вугілля надходить у сушарку, далі — у млин, а потім у центральний бункер готового пилу. Пиловим насосом пил подається у видаткові пилові бункери котлів. З бункерів пил надходить у топкову камеру, куди також подається повітря вентилятором.

Позитивною особливістю центральної системи пилоприготування є незалежність розмелюючого устаткування від роботи котла. Млин може працювати періодично, але з повним навантаженням, коли питома витрата електроенергії на пилеприготування є найменшою. У топку котла подається пил, підсушений до заданої вологості. Разом з тим, центральне пилоприготування відрізняється складністю, високою початковою вартістю і значними експлуатаційними витратами. При такій схемі пилоприготування разом з сушильним агентом в атмосферу викидається і деяка кількість палива. Центральна система пилоприготування застосовується зараз для електрогененруючих блоків з потужністю більше 500…800 МВт. Доцільність її застосування повинна вирішуватися на основі техніко-економічних розрахунків.

Індивідуальна система пилоприготування характеризується готуванням пилу безпосередньо біля котельної установки з використанням для сушіння палива і його пневмотранспорту гарячого повітря або продуктів згоряння, що утворюються в котлі. Розрізняють індивідуальні системи пилоприготування з прямим вдмухуванням і з проміжним пиловим бункером.

Індивідуальна система пилеприготування з прямим вдмухуванням (рис. 4.6, б) характеризується жорстким зв'язком розмелюючого обладнання з котлом. Зміна навантаження котла вимагає і зміни режиму роботи розмелюючого обладнання. При роботі котла зі зниженим навантаженням млин (якщо він один) виявляється недовантаженим. У той же час при зменшенні продуктивності розмелюючого обладнання знижується і навантаження котла.

Індивідуальна система пилоприготування з проміжним пиловим бункером показана на рис. 4.6, в. У цьому випадку робота обладнання для пилоприготування незалежна від роботи котла, що є основним достоїнством цієї системи. Наявність проміжного пилового бункера підвищує надійність установки. Цьому сприяє також зв'язок розмелюючого обладнання окремих котлів за допомогою пилових шнеків, що дозволяють передавати пил у разі потреби від одного котла до іншого. В індивідуальній системі пилоприготування з проміжним бункером також є можливість повністю завантажувати розмелююче обладнання. Млиновий вентилятор знаходиться тут у більш сприятливих умовах у зв'язку з тим, що основна маса пилу через вентилятор не проходить. До недоліків схеми з проміжним пиловим бункером відноситься, зокрема, збільшення витрат на устаткування.

Індивідуальна система пилоприготування з прямим вдуванням знаходить застосування при спалюванні високореакційного бурого і кам'яного вугілля, що допускають грубий помел. Індивідуальна система пилоприготування з проміжним бункером використовується для потужних котлів при роботі на пісному і малореакційному вугіллі, що потребує тонкого розмелу.

Для покращення розмелу палива, збереження і транспорту пилу, а також для інтенсифікації її запалювання і горіння паливо підсушують.

Для розмелу палива застосовують різні розмелюючі пристрої (млини), що використовують у роботі принципи удару і розколювання, роздавлювання і стирання. На відміну від дробарок, де кратність подрібнення, тобто відношення розмірів шматка до подрібнення і після, доходить до 20, у млинах ця величина досягає 200—500.

Для готування вугільного пилу застосовують наступні млини: тихохідний кульовий барабанний млин ШБМ; середньоходовий млин СМ; швидкохідний молотковий млин ММ; швидкохідний млин-вентилятор MB.