Сжигание в высокотемпературном кипящем слое

Александр ЛЕОНОВ, директор ООО «Котлосервис», Клавдия МИШИНА, гендиректор ООО «Петрокотел-ВЦКС»

Уголь до сих пор остается основным или даже единственным видом топлива в большинстве регионов России. При этом качество угля, поставляемого для нужд энергетики, далеко не всегда высшее. Серийные же котлы со слоевыми топками, разработанные 30–40 лет назад для сжигания высококалорийных углей, практически не способны эффективно работать на низкокачественном топливе из за слабой устойчивости их воспламенения и неполного выгорания.

Задача эффективного сжигания проблемных видов топлива давно и успешно решается путем использования технологий кипящего и циркулирующего слоя. Однако внедрение этих технологий в традиционном виде на действующих котлах встречает ряд технических и экономических трудностей (необходимость установки пусковых горелок, сложной автоматики, мощных вентиляторов, «горячих» циклонов и т. д.) и не находит распространения в промышленной энергетике.

В Санкт-Петербурге разработан и успешно внедряется более простой, надежный и рентабельный вариант использования кипящего слоя. Это технология высокотемпературного циркулирующего кипящего слоя (ВЦКС), которая сводит к минимуму объем и стоимость реконструкции серийных котлов, сохраняя при этом все преимущества передовой технологии.

За основу в технологии ВЦКС была взята переработанная узкая наклонная подвижная решетка французской фирмы «Игнифлюид», применявшаяся на энергетических котлах мощностью 300 т/ч и более.

Реконструкция типовых слоевых котлов с переводом их на технологию ВЦКС позволяет повысить производительность котла на 50% (за счет интенсификации теплообмена в кипящем слое и установки дополнительных поверхностей) и тем самым снимать с той же площади котельной большее количество тепла.

Эта технология позволяет при реконструкции практически полностью сохранить традиционные конструктивные решения по котлам, системе шлакозолоудаления и автоматике, что значительно снижает общие затраты на проведение работ. При этом реконструкция сохраняет котел в своей ячейке на своем старом месте и не затрагивает вспомогательного оборудования.

Обычные слоевые топки требуют пневмо-механических забрасывателей (одного из самых ненадежных механизмов) для равномерного распределения топлива по всей площади широкой решетки.

Поскольку сжигание в ВЦКС происходит на узкой решетке, котлы ВЦКС оборудуются для подачи топлива простыми пневмо-гравитационными питателями без забрасывателей. Кипящий слой сам равномерно распределяет и перемешивает поданное топливо.

Эксплуатация котлов с топками ВЦКС не предъявляет высоких требований к квалификации обслуживающего персонала и практически ничем не отличается от типовых слоевых котлов.

В настоящее время разработаны, изготовлены и запущены в эксплуатацию десятки котлов ВЦКС мощностью от 1,5 до 50 МВт с высокой надежностью и КПД, недостижимыми для серийных слоевых котлов.

Все угли горят

Применение технологии сжигания твердых топлив в высокотемпературном циркулирующем кипящем слое (ВЦКС) в промышленной энергетике в последние годы расширяется благодаря возможности вовлечь в использование достаточно широкий диапазон дешевых местных углей низкого качества.

Отличительные особенности котлов на основе ВЦКС:

1. Кипящий слой формируется на узкой наклонной подвижной решетке, собранной из чугунных колосников.

2. Для образования кипящего слоя не требуется никаких специальных инертных материалов (песка, шамотной крошки и т. п.). Слой формируют частицы топлива, кокса и золы. Не требуется применение высоконапорного дутьевого вентилятора, т. к. отсутствие инерта позволяет снизить рабочую высоту кипящего слоя до 300 350 мм. Циркуляция материала слоя обеспечивается путем многоступенчатого осаждения и возврата в топку основной массы уноса без применения «горячих» циклонов.

3. Для розжига котлов не требуется применения пусковых горелок. Котел может разжигаться от костра.

4. Основная часть летучей золы выгружается вместе со шлаком прямо с решетки благодаря применению мощной системы возврата уноса и эффекту агломерации золовых частиц в ВЦКС.

5. Требования к фракционному составу топлива невелики: допускается наличие кусков до 50 мм.

6. Топливо в топку подается методом пневмо-гравитационного заброса, т. е. не требуется механических забрасывателей.

7. Сжигание топлива осуществляется в две ступени:

— непосредственно в кипящем слое, куда подается 40 60% воздуха, необходимого для горения (образуется зона пиролиза и газификации топлива);

— в надслоевом пространстве топочной камеры, куда мощными струями вдувается вторичный воздух (происходит полное дожигание продуктов газификации и тонких фракций топлива).

Как реконструировать котлы?

Перевод слоевых котлов на ВЦКС происходит путем простой реконструкции:

— замены широкой слоевой топки на узкую (из типовых колосников ТЛЗМ, валов, механизмов передачи) — от 300 до 800 мм в зависимости от теплопроизводительности котла;

— размещения топки ВЦКС в зольном отделении (при его наличии) для увеличения высоты топочного пространства;

— дополнительной установки фронтового, поворотного экрана и регистров охлаждения топки;

— использования одного питателя вместо двух забрасывателей.

Реконструкция котлов сохраняет типовые конструктивные решения серийно выпускаемых котлов со слоевым сжиганием, в результате чего технология ВЦКС имеет высокую степень готовности к внедрению.