книги из ГПНТБ / Энергетическое использование фрезерного торфа

использованию золы в сельском хозяйстве; извлечению редких элементов и т. д. Решение этих вопросов, очевид­ но, в ближайшее время позволит рассматривать золу, получаемую при сжигании топлив, как ценнейший ма­

в ближайшее время в комплекс цехов электростанций войдут и такие, как цехи строительных конструкций, ко­ торые в качестве сырья будут использовать золу, полу­ чаемую при сжигании топлив в топках котлов.

Однако для использования золы топлив на различные нужды народного хозяйства она должна обладать опре­ деленными качествами. В некоторых случаях введением небольших количеств добавок представляется возмож­ ным получить золу требуемого качества. Так, например, специальные добавки к топливу или в продукты сгора­ ния могут уменьшить загрязнение поверхностей нагрева.

В некоторых случаях при получении гранулата, кото­ рый используется в качестве легкого наполнителя при изготовлении бетона, необходимо, чтобы содержание го­ рючих в уносе было не менее 7—12% (иначе для агло­ мерации золы потребуется затрата специального топ­ лива).

. С другой стороны, известно, что для теплотехников наибольшие трудности при сжигании топлив представля­ ет именно максимальное снижение горючих в уносе, для чего требуется повышать тонкость помола пыли, что в свою очередь влечет за собой расход электроэнергии на помол. .

В последнее время в ФРГ и США организованы специальные коллективы с участием теплотехников, химиков, минералогов и дру­ гих специалистов для исследования золы.

Круг вопросов, которые необходимо решать комплексно: поведе­ ние неорганической части топлива в процессе горения (шлакование), загрязнение поверхностен нагрева, золовон износ и коррозия поверх­ ностей нагрева; улавливание и утилизация минеральных остатков топлива (зола, шлак, гранулат); влияние запыленного потока на теплопередачу; регулирование параметров пара в условиях перемен­ ного загрязнения поверхностен нагрева н т. д.

Если для очистки газов от летучей золы существует много способов (электростатические фильтры, механи­ ческие и мокрые золоуловители, а в последнее время исследуется возможность улавливания золы с помощью ультразвука), то для очистки газов от S02 и SO3 или предварительной" очистки топлив от серы применяются только химические методы.

103

Однако современная техника очистки дымовых газов от сернистых соединений очень дорога, и по расчетам ТЭП выгоднее ограничивать мощности электростанций и строить две станции вместо одной, чем сооружать спе­ циальную сероочистительную установку.

Во всех случаях мощность электростанций будет ли­ митироваться условиями загрязнения атмосферы за счет

94—95%; четырехпольных — 96—97%; комбинированных золоуловителей — 98%.

Для надлежащего рассредоточения газов, содержа­ щих сернистые газы и летучую золу (даже при наличии на электростанциях золоуловителей), необходимо стро­ ить высокие дымовые трубы, которые для мощных элек­ тростанций должны иметь высоту 250 м и выше.

Степень рассеивания дымовых газов зависит не толь­ ко от высоты трубы, но II ряда других факторов (скоро­ сти ветра, градиента температур атмосферы в вертикаль­ ной плоскости, местной турбулентности атмосферы, гра­ нулометрического состава золы, выходной скорости газа, зависящей в свою очередь от температуры и количества газов и пр.). При благоприятных условиях выбрасывае­ мые примеси дымовыми трубами соответствующей высо­ ты рассредоточиваются на расстоянии до 1 0 0 . км.

Основными золоулавливающими установками на мощ­ ных электростанциях будут электрофильтры, так как на­ дежная работа, например, мокрых золоуловителей не может быть обеспечена из-за возможности коррозии пульпо- и трубопроводов при закислении воды в обрат­ ном цикле или из-за образования отложений в насосах, трубопроводах, в соплах и форсунках при избытке ще­ лочи [Л. 84].

С увеличением степени улавливания золы электро­ фильтрами стоимость последних сильно возрастает.

Так, при т]= 98% стоимость электрофильтров составляет 20% стоимости котельной установки; при увеличении к. и. д. с 98 до 99,5% стоимость электрофильтров увеличивается на 60—80% (Л. 851.

Поэтому представляет интерес повышение к. п. д. электрофильтров изменением электрической проводимо­ сти пыли, применяемый в зарубежной практике. Эти из­ менения свойств пыли достигаются с помощью присадок

104

к дымовым газам различных веществ (паров РЬО, ам­ миака, паров серной кислоты, S03 и пр.).

Присадка S03 к газам наиболее целесообразна для топлив малосериистых, т. е. таких как торф.

С увеличением мощности электростанций увеличива­ ется и удельная стоимость системы золоудаления, по­ скольку возникает необходимость в сооружении мощных золоотвалов, которые, как правило, оказываются на зна­ чительных расстояниях от станций.

В большинстве случаев на мощных электростанциях применяется гидравлическое золоудаление (ГЗУ). При эксплуатации 'ГЗУ большие трудности возникают из-за ■отложений в трубопроводах карбоната кальция. Причи­ ной этих отложений является взаимодействие свободной щелочи, находящейся в золе (преимущественно извести), с бикарбонатом кальция, находящимся в воде [Л. 87, 8 8 J.

При замкнутых системах ГЗУ карбонатные отложе­ ния не образуются, так как в этом случае циркулируемая в системе вода не содержит бикарбоната кальция.

На процесс карбонатных отложений значительное влияние оказывает температура [Л. 89]. Увеличение тем­ пературы приводит к интенсификации процесса отложе­ ний, поэтому сброс различных горячих технологических вод в систему ГЗУ недопустим.

Основным мероприятием для предотвращения отло­ жений может служить умягчение воды системы ГЗУ, однако это средство является очень дорогим. Эффектив­ ных мер по предотвращению отложений в системе ГЗУ пока не найдено.

Средством очистки труб от уже образовавшихся от­ ложений может служить промывка труб раствором 5%- ной соляной кислоты, но при большой длине пульпопро­

105

йодов это мероприятие оказывается также очень доро­ гим. Поэтому в настоящее время для очистки труб ис­ пользуют механические способы, например с помощью пневматического вибратора-турбины [Л. 90].

Сжатый воздух (р = 6 кгс/см2) приводит в колебательное движе­ ние неуравновешенный ротор турбины с л =4 000 об/мин. Колебания создают вибрацию стенок трубопровода, что вызывает отскакивание отложении от стенок трубы. Таким способом за 7 дней был очищен золопровод длиной 100 м.

На ТЭЦ Уральского автозавода при сжигании челябинского угля после двух лет эксплуатации карбонатные отложения в трубах до­ стигли толщины 40—50 мм. Здесь для очистки трубопроводов от отложненй применили следующий способ [Л. 91].

Участок трубопровода длиной 1 км прогревался паром в течение 10—12 ч. После прогрева трубопровода в него одновременно пода­ вали воду с большой скоростью и сжатый воздух (р= 7 кгс/см2). Отложения от резкого охлаждения отскакивали от труб и выноси­ лись сжатым воздухом.

Этот способ очистки труб применяется на этой ТЭЦ уже не­ сколько лет.

Немаловажным вопросом для электростанций, сжи­ гающих высокозольные топлива, является рациональная организация золоотвалов.

Например, при сжигании эстонского сланца с зольностью 45% (с содержанием в золе до 50% свободной извести) на электростан­ ции М,л = 1 млн. кет требуется ежегодно удалять до 4 млн. т золы.

На Прибалтийской ГРЭС [Л. 92] применили заполнение золо­ отвалов не на площади, а по конусу (аналогично формированию терриконов).

По первому способу под два золоотвала была отведена площадь в 1000 га, при этом срок их заполнения золой по расчету равняется

Существенный эффект в отношении снижения как за­ трат, так и повышения эксплуатационной надежности системы ГЗУ может быть получен при использовании новых синтетических материалов.

ОРГРЭС проводит исследования по использованию для отдельных элементов ГЗУ различных материалов (применение каменного литья, легированных чугунов, капрона и пр.).

На Средне-Уральской ГРЭС и Егоршинской ГРЭС внедрены золошлакопроводы из деревянных труб и полу­ чен положительный опыт их эксплуатации. Однако ши­ рокое внедрение новых материалов пока на электростан­ циях отсутствует. В частности, можно было бы широко использовать стеклопластики и пр.

1 6

5-6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОЛЫ И ШЛАКА

В ряде случаев зола топлив может быть использована при изготовлении строительных материалов; в качестве удобрений для улучшения структуры почв; при получе­ нии магнетитовых концентратов; при сооружении авто­ мобильных дорог, асфальтированных площадок; при за­ сыпке болот, при укреплении грунтов для повышения его морозостойкости и т. д.

Проблема использования золы топлив оказалась на­ столько важной, что в 1959 г. при ЕЭК ООН была создана специальная подкомиссия по использованию ле­ тучей золы, в которой приняло участие 2 0 стран.

В Польше общее использование золы составляет ~ 1 0 %, и используется она главным образом для полу­ чения высококачественного пористого бетона [Л. 94].

В Я’понии примерно 400 тыс. тзолы ежегодно исполь­ зуют для замены части цемента, причем отмечается, что прочность бетона с добавкой золы превосходит во многих случаях -прочность бетона без золы [Л. 95].

ВСША, Великобритании и Франции зола широко используется при строительстве плотин, автомобильных дорог, каналов и стабилизации грунта.

В1962 г. в ФРГ на электростанциях было получено

для изготовления различных строительных материалов. Шлаки и гранулат используют для изготовления шлако­ вых блоков; летучую золу — для приготовления газобе­ тона, а в смеси со шлаком или гранулятом — для изго­ товления золо-известковых кирпичей, в качестве отошающей добавки для цемента и при производстве прес­ сованных штучных стройматериалов, а также при соору­ жении шоссейных дорог [Л. 8 6 ].

ВАнглии в 1962 г. было использовано 1,4 млн. т летучей золы, в том числе две трети ее использовано при строительстве шоссейных дорог, остальное количество для производства стройматериалов.

ВАнглии летучая зола используется для приготов­ ления бетона, изготовления кирпича и блоков, в качест­ ве легкого заполнителя (после ее агломерации). Шцроко используется летучая зола в дорожном строительстве. Отмечается, что зольный бетон отличается повышенной сопротивляемостью разрушительному влиянию сульфа­ тов и морской воды.

107

Например, на электростанции Tilburg имеется специальная уста­ новка для изготовления железобетонных конструкций [Л. 86].

В некоторых случаях можно получать летучую золу требуемых свойств путем введения различных добавок. При приготовлении гидравлических добавок для произ­ водства цемента из летучей золы удаляют нежелатель­ ные примеси — грубые фракции и окись железа.

Исследования показывают [Л. 97], что при производ­ стве зольного бетона наличие несгораемых частиц в золе вредно влияет на качество бетона (ухудшает затверде­ вание бетона). Однако в случае агломерации золы для получения из нее легкого заполнителя для бетона, нао­ борот, желательно, чтобы в золе содержалось некоторое количество горючих (7—12%), в противном случае необ­ ходимо к золе добавлять топливо [Л. 98].

Полученный заполнитель бетона имеет плотность, в 2 раза меньшую, чем гравий. Такой бетон позволяет применять более легкие металлоконструкции и, следова­ тельно, экономить металл. Правда, допустимая нагрузка для таких бетонов несколько меньшая, чем для бетона

снаполнителем — гравием [Л. 99].

ВФРГ разрабатывают новые методы получения по­ ристого материала из жидкого шлака с кристаллической структурой. Высокая пористость достигается хорошим

перемешиванием жидкого шлака с мелкозернистым ба­ зальтовым туфом или другим каким-либо вулканическим материалом с высоким содержанием кристаллизацион­ ной воды [Л. 8 6 ].

Фирма Stralag (ФРГ) перешла к промышленному использованию гранулята жидкого шлака и летучей зо­ лы для дорожного строительства. Гранулят с фракциями О—5 мм используется в смеси с горячим битумом или каменноугольной смолой и различными заполнителями

слетучей золой.

ВСеверном Уэльсе при сооружении плотин и тунне­ лей для приготовления бетона используют золу в коли­ честве 60% по отношению к цементу [Л. 100].

Стеновой строительный материал изготавливают с содержанием золы в количестве 80—90% по отношению к вяжущему [Л. 101].

Строительный кирпич хорошего качества получают с использованием золы с глиной в пропорции соответст­ венно 60 : 40 [Л. 99].

108

Г Л А В А Ш Е С Т А Я

СЖИГАНИЕ ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА

Основными особенностями котельных агрегатов, пред­ назначенных для работы на фрезерном торфе, являются:

1. Предварительная подсушка топлива до поступле­ ния в топочное пространство (топки системы ВТИ — Мосэнерго, топка с шахтно-мельничной установкой и др.). Предварительная подсушка торфа вне топки должна обеспечивать конечную влажность торфяной пыли при­ мерно до 40%; при этой влажности фрезерный торф го­ рит устойчиво.

2 . Создание аэродинамических условий в топочной камере для интенсификации подсушки пыли и перемеши­ вания горючих компонентов. Благоприятные аэродинами­ ческие условия достигаются соответствующим конструк­ тивным выполнением горелки, конфигурацией топочной камеры и способом подвода воздуха в топку.

3. Экранирование топки из-за легкоплавкости золы торфа и вреднего воздействия ее на обмуровку топки. При относительно низкой теплоте сгорания торфа, пони­ жающейся с увеличением влажности, степень экраниро­ вания не должна быть слишком высокой (ф «85% ).

4.Отсутствие в зоне воспламенения экрана на перед-'' ней стенке топки. Это необходимо для обеспечения ин­ тенсивного воспламенения влажной смеси пыли и газов.

5.Тяго-дутьевая установка, рассчитанная на пропуск торфа максимальной влажности (№р=55-н57%)_.

6. Развитые хвостовые поверхности и малая поверх­

ность нагрева пароперегревателя.

7. Расчет топливоподающих механизмов по ухудшен­ ному качеству торфа в осенне-зимний период.

8 . Более низкий к. п. д. котельного агрегата по срав­ нению с агрегатами, работающими на более сухих топли­ вах.

6-1. ТОПКА С ШАХТНО-МЕЛЬНИЧНОЙ УСТАНОВКОЙ — ОСНОВНОЕ ТОПОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА

Наиболее распространенным топочным устройством для сжигания многобалластных топлив — сланца, торфа, бурых углей, каменных углей с повышенным выходом летучих веществ — является топка с шахтно-мельничной установкой.

109

Эти топки получили широкое распространение не только в Советском Союзе, но и за рубежом, особенно в ГДР, где в основном в качестве топлива используются бурые угли, близкие по своей характеристике к нашим бурым землистым углям (украинским н башкирским). Широко эти топки используются в Болгарин, Румынии, Югославии, где имеются большие залежи малометаморфизированных бурых углей и лигннтов.

Топка с шахтно-мельничной установкой отличается простотой конструккции обеспечивает получение достаточ­ но высоких теплотехнических показателей при высокой надежности работы. Эта топка является весьма универ­ сальной и без существенной реконструкции может быть легко переведена на сжигание другого видя топлива.

Шахтно-мельничная установка отличается малым рас­ ходом электроэнергии на размол, примерно 35—40% расхода электроэнергии на размол при шаровых бара­ банных мельницах, а пыль, получаемая при размоле в молотковой мельнице, отличается большей равномер­ ностью, чем в барабанной.

Шахтно-мельничная установка работает по индивиду­ альной схеме пылеприготовленпя с использованием в ка­ честве мелющего агрегата молотковой мельницы. Пыль, выдаваемая шахтно-мельничиой установкой, относитель­ но груба, поэтому в топках с этими установками сжигают топлива, имеющие выход летучих не менее 25—30%.

Топливо из бункера поступает в питатель, из которого по течке подается в нижшою часть сепарацнонноГі шахты, а затем в мельни­ цу (рис. 6-1).

Топливо в мельнице подсушивается горячим воздухом, подавае­ мым к мельнице, аксиально пли тангенциально. Полученная пыль выносится из мельницы за счет инерционных сил. приобретаемых частицами топлива при сходе с бил вращающегося ротора мельницы в сепарацнонную шахту.

Под действием гравитационных сил, а в некоторых конструкціи шахт центробежного эффекта крупные частицы из шахты выпадают обратно в мельницу и дополнительно размалываются. Готовая пыль отводится через амбразуру в топку. При обычной полой шахте вынос пыли заданной тонкости помола в топку регулируется изменением скорости восходящего потока воздуха в шахте.

По условиям сушки топлива количество воздуха, поступаемого в мельницу (первичного воздуха), состав­ ляет 65—70% всего количества, подаваемого в топку. Остальной воздух в количестве 35—30% подается из шлиц вторичного воздуха., расположенных под и над ам­ бразурой.

110

Тонкость помола в обычных полых шахтах, исполь­ зующих гравитационный способ сепарации отделения грубой пыли от мелкой, зависит от скорости пылевоздуш­ ной смеси в шахте. Чем больше скорость пылевоздушной смеси при данной влажности пыли, тем более крупная пыль выдается в топку. Производительность возрастает с увеличением количества воздуха, подаваемого в уста­ новку. Поэтому с точки зрения уменьшения затрат элек­ троэнергии на размол топлива желательно подавать в мельницу возможно большее количество сушильного агента. Этому же требованию соответствует и более глубокая подсушка пыли в мельничной установке. В ка­ честве сушильного агента обычно используется горячий воздух.

Аэродинамика топки с шахтно-мельничной установкой. Исследования по изучению аэродинамики шахтно-мель­ ничной установки были проведены в начале 1948 г., за­ тем продолжены в 1950, 1952, 1953 гг. Полученные пер­ вые результаты, а также и некоторые выводы из них [Л. 112—120] позднее подтвердились работами, проведен­ ными ВТИ (В. А. Гудемчук) и ЦКТИ (М. А. Наджаров, Р. Г. Зах, Д. Н. Ляховский) [Л. 13].

При движении газовых струн процесс смешения компонентов с различным энергосодержанием характеризуется выравниванием концентраций за счет молекулярной и турбулентной диффузии, а так­ же выравниванием кинетической и потенциальной энергии в резуль­ тате теплообмена или совершения работы. При этом главным фак­ тором процесса смешения является турбулентная диффузия и, следо­ вательно, основным видом энергии, участвующей в процессе смешения компонентов, является кинетическая энергия.

По мере удаления струи от выходного сечения скорости по ее сеченню убывают, а сечение ее возрастает, так как за счет турбу­ лентной диффузии и сил трения движущаяся струя вовлекает в дви­ жение все большие и большие массы окружающей среды. Кинетиче­ ская энергия струи при этом убывает, тогда как количество движе­ ния по сечению струи остается постоянным. На некотором расстоянии от выходного сечения струя размывается полностью, при­ чем, чем больше начальный диаметр истекающей струи, тем медлен­ нее затухают скорости по ее оси. Установлено, что для струй, дви­ жущихся навстречу друг другу, условия перемешивания улучшаются по сравнению с движением струи в неподвижной газовой среде.

Исследования показывают, что па процесс смешения струй ока­ зывают влияние: геометрическая форма и размер насадка, из кото­ рого вытекает струя, скорость движения и угол атаки взаимодей­ ствующих струй и плотность компонентов струи.

С увеличением скоростей смешиваемых струй и угла атаки про­ цесс смешения интенсифицируется. С уменьшением плотности среды, в которую истекает струя, путь смешения увеличивается.

112