3 Экспериментальные исследования по сжиганию ирша - бородинского угля и его полукокса

Технология комплексной переработки углей КАбасса с использованием скоростного пиролиза, основоположником которой является З. Ф. Чуханов, была разработана с целью получения газообразных, жидких продуктов и облагороженного топлива − полукокса. Полукокс бурых канско-ачинских углей прошел успешные испытания как углеродистый восстановитель в металлургическом производстве [117]. Опыт по применению полукокса в качестве энергетического топлива отсутствовал. При пиролизе твердых топлив, как известно, происходят существенные изменения не только в органической, но и минеральной частях, что, по мнению ряда исследователей, может сформировать более приемлемые энергетические свойства полукоксов по сравнению с исходными углями [118-124].

Здесь приводятся результаты исследований, которые впервые рассматривают пиролиз не только как способ термохимической комплексной переработки КАУ, а в более широком смысле − как универсальную технологию по получению ценных продуктов, позволяющую обеспечить повышение эффективности энергетического использования углей Канско-Ачинского бассейна.

Для этого совместно с СибВТИ проводились сравнительные исследования по сжиганию ирша-бородинского угля и его полукокса на Егоршинской ГРЭС, Красноярской ТЭЦ-1 и на огневом полупромышленном стенде Политехнического института Сибирского федерального университета.

3.1 Сжигание кузнецкого угля и полукокса ирша-бородинского угля на Егоршинской грэс

Сжигание полукокса ирша-бородинского угля в промышленных условиях впервые проводилось на котле № 1 Егоршинской ГРЭС (ЕГРЭС). Котел типа «Стерлинг» ЛМЗ паропроизводительностью 50 т/ч оборудован индивидуальной пылесистемой с шаровой барабанной мельницей, имеет 4 барабана. Давление в барабане 18 бар. Температура перегретого пара 420 С. Теплонапряжение топочного объема 510⁵ кДж/м³, степень экранирования 17 %. На фронтальной стене расположены в один ряд четыре турбулентные горелки производительностью по 2 т/ч.

За время опытов проведено сжигание 600 т полукокса, полученного на Свердловской опытно-промышленной установке, имеющей следующие характеристики:

По выходу летучих веществ полукокс ирша-бородинского угля, полученный на ОПУ г. Екатеринбурга, близок к тощим кузнецким углям (V^daf = 8 – 11 %) и к экибастузскому (V^daf = 8,8 – 11,3 %). Теплотворная способность летучих веществ полукокса очень мала и составляет от 11300 до 11700 кДж/нм³. Температура воспламенения полукокса на 50 С выше, чем для исходного канско-ачинского угля и равняется 230 С. Реакционная способность по отношению к СО₂ для полукокса почти в 5 раз выше, чем для тощего кузнецкого угля. Установлены значительные изменения в составе и свойствах полукокса при хранении в открытых штабелях на ОПУ, а затем на Егоршинской ГРЭС. Содержание влаги увеличилось с 11,3 % до 21 % и более; кислород в горючей массе возрос с 3,34 % до 6,78 %; теплота сгорания, отнесенная к сухой массе полукокса, уменьшилась с 27400 до 23900 кДж. Такие изменения теплотехнических характеристик полукокса при открытом хранении снижают его эффективность как энергетического топлива. Высокая влажность полукокса привела к значительному увеличению удельного расхода электроэнергии на размол полукокса по сравнению с кузнецким углем (соответственно 25 – 35 кВт/т у.т. и 12 – 15 кВт/т у.т.) При проведении опытов подтвердилась склонность полукоксовой пыли к взрываемости. Имели место загорания отложений полукоксовой пыли в пылепроводах и сепараторе, а также взрывы пылевоздушной смеси.

Проведенные испытания показали надежное воспламенение полукоксовой пыли в объеме топочной камеры и устойчивость факела без подсветки мазутом в широком диапазоне нагрузок. Повышенная влажность полукоксовой пыли не препятствовала надежности и стабильности воспламенения. Минимальная устойчивость нагрузки котельного агрегата без подсветки на полукоксе составила 12 т/ч, на кузнецком угле – 16 т/ч.

Таким образом, реакционная способность полукокса, определяющая устойчивость факела и условия воспламенения, оказалась значительно выше, чем у кузнецкого угля, при практически одинаковых значениях выхода летучих веществ.

Содержание горючих в уносе для полукокса ниже, чем при сжигании кузнецкого угля (соответственно 10 – 17 % и > 20 %). При работе котла на полукоксе температура в топочной камере на уровне горелок составила 1400 С, перед пароперегревателем 800 – 850 С. Визуальный контроль за динамикой шлакования топки показал, что при нагрузке котла менее 50 % отложения шлака незначительны.

Шлак, отобранный из шлакового комода, рыхлый, светло-коричневого цвета. Содержание горючих в шлаке не превышало 0,7 %. Граница бесшлаковочного режима при сжигании полукокса КАУ – 25 – 26 т/ч, для кузнецкого угля – 28 т/ч.

Проведенные испытания подтвердили предположение, что при работе топки на полукоксе присутствуют специфические условия ее шлакования, но прогнозировать шлакование в полностью экранированных топках невозможно.

Анализ процесса загрязнения экранных и высокотемпературных поверхностей нагрева показал, что они покрыты золовыми отложениями, состоящими из первичного и вторичного слоев. Первичные отложения на трубах топочного экрана в зоне активного горения имели толщину 2 – 3 мм и были прочно связаны с металлом трубы. Содержание оксидов железа в них составляло около 11 %. Вторичные отложения на экранах толщиной 20 – 40 мм имели рыхлую структуру и при остановке котла самопроизвольно осыпались с поверхности труб.

Фронтальные отложения на змеевиках пароперегревателя также состояли из первичного и вторичного слоев. Содержание оксидов железа в прочном первичном слое несколько выше, чем в минеральной части исходного топлива, но немного ниже, чем в первичных отложениях топочных экранов. Вторичные отложения с первой петли пароперегревателя имели толщину порядка 20 – 45 мм, по прочности были слабоспекшиеся, содержание сульфатов (в пересчете на SO₃) в них составило менее 4 %.