книги из ГПНТБ / Энергетическое использование фрезерного торфа

На реакционную способность топлива влияют: харак­ теристика горючей массы (летучие вещества и коксовый остаток), состав минеральной части, физические свойст­ ва топлива (величина и характер пористости, грануло­ метрический состав), спекаемость и термоустойчивость топлива, состав реагирующей газовой фазы, давление, концентрация и температура окислителя, при которых идет реакция, и ряд других факторов.

Реакционная способность топлив с большим выходом летучих веществ, каким является торф, зависит от со­ держания, качества и кинетики их выхода. Реакционная способность кокса определяется в основном его пористо­ стью и, следовательно, величиной реакционной поверх­ ности.

Горючесть характеризует скорость загорания топлива и определяется химическими его свойствами (например, скорость загорания сланца значительно превышает ско­ рость загорания антрацита при одинаковых режимных условиях), тогда как воспламеняемость зависит п от ре­ жимных условий.

В отличие от горючести и воспламеняемости реакци­ онная способность топлива является физико-химической характеристикой. Основными суммарными реакциями горения являются:

Указанные химические реакции протекают параллель­ но и сильно зависят от таких физических явлений, как адсорбция и десорбция газов поверхностью углерода то­ плива, диффузия реагирующего газа к поверхности и в глубину частиц топлива, отвод продуктов горения от поверхности топлива и т. д. Кроме того, скорость реак­ ций зависит от температуры внешней поверхности частиц топлива и их пористости.

При низких температурах реакция горения водорода сопровождается сравнительно небольшим тепловым эф­ фектом, так как в это время значительное количество энергии идет па создание активные атЬмов и радикалов.

При температуре более 500 °С горение водорода ха­ рактеризуется реакцией цепного типа с сильно растущей! вследствие разветвления реакции концентрацией атомар­ ного водорода (реакция идет с сильным саморазгоном) ..

Наряду с атомарным водородом активными центра­ ми рассматриваемой цепной реакции являются такжеобразующиеся гидроокислы ОН и атомарный кислород с концентрацией выше равновесной. Активными центра­ ми реакции могут быть также перекиси водорода Н20 2.

Горение СО, так же как и Н2, имеет характер раз­ ветвленной цепной реакции, но осложняется параллельно протекающими реакциями. Так, сухая смесь СО с кис­ лородом или воздухом не реагирует до ^=700°С. Одна­ ко во влажной смеси или в присутствии атомарного во­ дорода СО может сгорать уже при /=150°С . Наличие воды или водорода обеспечивает образование гидроокис­ лов или атомарного водорода, являющихся возбудителя­ ми цепной реакции.

Наиболее медленно и сложно протекает горение угле­ водородов, которое также имеет разветвленный цепноймеханизм. Горение твердого углерода идет как гетеро­ генная реакция, характеризующаяся более низкими ско­ ростями по сравнению с гомогенной реакцией горенияі летучих веществ.

На выгорание коксового остатка, получаемого из раз­ личных топлив, сильно влияет выход летучих веществ,, так как последние, выделяясь в процессе термическогораспада, создают микропоры, увеличивая тем самым ре­ акционную поверхность коксового остатка. При значи­ тельном выходе летучих веществ и их горения кокс про­ гревается до относительно высоких температур, что ускоряет его выгорание. Кроме того, при большом выхо­ де летучих веществ уменьшается и абсолютное количест­ во получаемого кокса.

Как показывают исследования и практика использо­ вания топлив, основным фактором, определяющим реак­ ционную способность, горючесть и воспламеняемость то­ плив, являются горючие летучие вещества.

Практика сжигания высоковлажных топлив (бурых землистых углей типа башкирских и украинских, торфа) также показывает, что, несмотря на высокую влажность этих топлив (Т57р= 55^58% ), топочный процесс протека­ ет достаточно устойчиво. Поэтому изменение реакцион­ ной способности для различных -j-опдив цедесробразцс?

34

сравнивать с изменением выхода летучих веществ для этих топлив.

На рис. 2-13 приводится зависимость реакционной способности топлив R от выхода летучих Ѵг [Л. 120]. Указанная зависимость аналитически может быть опи­ сана формулой

2-6. ВЗРЫВАЕМОСТЬ ТОРФЯНОЙ ПЫЛИ

Для торфа, являющегося геологически незрелым то­ пливом, характерна повышенная взрывоопасность. В практике эксплуатации электростанций, сжигающих торф, бывали случаи взрывов с тяжелыми последствия­ ми-.

Взрыв происходит в результате образования очага горения, когда воспламеняется часть горючего, находя­ щегося в состоянии аэросмеси, причем сначала воспла­ меняется пыль не целиком, а только продукты пирогенетического ее разложения. Решающими факторами с точки зрения взрываемости пыли являются: ее концен­ трация, температура пиролиза и воспламенения летучих, качество их, тонкость помола пыли и пр.

Достаточно подробно этот вопрос разработан С. Л. Шагаловой {Л. 9—11]. Ниже даются основные вы­ воды ее работ. Следует заметить, что о механизме и характере взрыва топливных пылей в окисляющей среде существуют различные мнения.

Взрыв аэропыли, характеризуемый максимальным давлением, развиваемым при взрыве, Рмакс, и временем,

3* 35

в течение которого он происходит, Тмаке, зависит от мно­ жества факторов. В основном взрыв аэропылн зависит от химического состава горючего, концентрации пыли в окислителе, интенсивности воспламенителя, фракцион­ ного состава пыли и ее влажности, примеси инертной среды, температуры воспламенения аэровзвесп.

Исследования показывают, что особенно большое влияние оказывает на взрыв концентрация пыли в систе­ ме горючей смеси. С повышением тонкости помола веро­ ятность взрываемости пыли возрастает, так как сушиль­ ная поверхность пыли, увеличивающаяся с тониной по-

мола, повышает скорость ее пирогенетического разложе­ ния; с другой стороны, увеличивается также и поверх­ ность реагирования пыли с воздухом.

Взрывоопасность пыли зависит от ряда локальных причин, которые могут иметь место в эксплуатационных условиях (мощность источника воспламенения, турбу­ лентность аэроиотока и пр.).

Зависимости характеристик взрываемости пыли Рмакс Тмаке от концентрации пыли аэросмеси ц для раз­ личных топлив (рис. 2-14) показывают, что качествен­ ный характер примерно одинаков для всех минимальных концентраций пыли и составляет: для торфа 0,16— 0,18 кг/м3 воздуха (соответственно для избытка воздуха

36

сс=1,25); для бурых углей 0,215—0,25 кг/м3 воздуха (а — = 0,8-г-0,9); для каменных углей 0,32—0,47 кг/м3 воздуха (а = 0,44 ч-0,336). Взрыв является в основном реакцией неполного горения с участием в процессе только некото­ рой части топлива.

Эксперименты показывают, что в процессе воспламе­ нения участвует в основном летучая часть топлива (глав­ ным образом углерод летучих) и, следовательно, интен­ сивность взрыва определяется соотношением между кон­ центрацией газифицированных летучих и кислородом, участвующим во взрыве. При этом нижний предел взры­

Величина ц, выше которой взрыв невозможен, для различных топлив составляет: для торфа 13—16 кг/м3

(2-5)

где Слет= У— (H + O + Sn0T + N) — содержание углерода в летучих;. У— выход летучих из топлива;

37

Чем меньше величина |ВЛет, 'гем более взрывоопасно

системе, кгс/см3.

На рис. 2-17—2-23 приводятся зависимости различ­ ных факторов, влияющих на возникновение и интенсив­

Рис. 2-18. Влияние влажности топлива на Рманс

38

Взрывоопасность пыли уменьшается с увеличением ее влажности (рис. 2-18). Так, пыль бурых и каменных углей становится взрывобезопасной при р, а тор­ фяная пыль при ,1^>25чг30%, но этот вывод справедлив лишь для указанных пределов влажности.

Добавка инертной пыли к топливу резко изменяет параметры взрыва угольной пыли и слабо влияет на взрывоопасность торфяной пыли, что можно объяснить

Рис. 2-19. Влияние примеси инертной пыли на Рмакс при взрыве р.= 1,56 кг/лі3, 0част=О,О55 мм.

большим выходом летучих торфяной пыли, а следова­ тельно, относительно меньшим их отощением по сравне­

39

на развитие взрыва. Это может быть объяснено тем, что при высоких температурах СО2 вступает в эндотер­ мические реакции с продуктами горения. Влияние добав­ ки С02 на Рмакс приводится на рис. 2-22.

тинский.

Влияние температуры на параметры взрыва иллюст­ рируется на рис. 2-23, на основании которого можно сде­ лать вывод, что взрывоопасность ныли с увеличением температуры снижается (если исключена возможность

тлеющих очагов).

Для контроля запыленности помещения и оборудова­ ния, борьбы с пилением, в особенности на тракте углеподачи, а, следовательно, и уменьшения взрывоопасных условий необходимо выполнять ряд профилактических мероприятий [Л. 12].

К таким мероприятиям могут быть отнесены устрой­ ство аспирационных и душирующих установок, отсасы­ вающих пыль в месте пыления или позволяющих осу­ ществлять коагуляцию тончайшей взвешенной пыли с по­ следующим ее осаждением. В некоторых случаях обес­ пыливание достигается соединением запыленного места со всасывающей стороной, например, дробилки. Необхо­ димо систематически производить контроль запыленно­ сти воздуха и оборудования’ специальным прибором.

Основными мероприятиями для предупреждения взрывов в дробильно-мельничных установках являются:

1)тщательное наблюдение за температурой аэросме­ си за мельницей, не допуская при этом превышения уста­ новленного предела;

2)перевод системы при пуске и останове на холод­ ный воздух или добавка инертных газов (СОг, НгО, N2);

3)обеспечение надежного отключения неработающей системы от возможного попадания в нее горячего воздуха или газов через неплотно закрытые запорные устройства;

4)поддержание скорости потока не менее 25 м/сек;

5)тщательное заземление мельницы;

6)наличие в пылеприготовительной системе и котель­ ном агрегате взрывных клапанов.

ВНУТРИСТАНЦИОННЫЙ ТРАНСПОРТ ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА

3-1. ВЫБОР СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ

Выбор системы топливоподачи электростанции опре­ деляется рядом факторов: видом топлива, производи­ тельностью установки, расположением топливных скла­ дов, профилем местности, степенью стесненности пло­ щадки и пр. [Л. 13].

При работе электростанции на торфе приходится учи­ тывать необходимость перемещения больших его объе-

41

ков, неудовлетворительный сыпучие свойства торфа, обусловливаемые большой влажностью, склонностью к смерзанию и слеживанию. Все это не дает возможно­ сти иметь на тракте топливоподачи бункеров большой емкости, и запас топлива в них определяется обычно двухчасовой потребностью котла. Превышение указан­ ного предела приводит, как правило, к значительным трудностям в период эксплуатации котлоагрегата.

Во избежание перебоев в подаче топлива аварийный склад при станции должен иметь запас не менее трех­ суточной потребности топлива. Наличие небольшого за­ паса торфа в бункерах заставляет рассчитывать систему топливоподачи по максимальной зимней производитель­ ности котельной. При этом необходимо учитывать умень­ шение теплоты сгорания поставляемого торфа в отдель­ ные периоды, а следовательно, и соответственное увели­ чение его расхода. Коэффициент заполнения вагонов тор­ фом следует принимать равным 90%. В зимнее время продолжительность разгрузки вагонов может быть при­ мерно на 20—30 мин больше, чем в остальные периоды года.

Желательно доставлять торф непосредственно с места добычи его в бункера котельной в тех же вагонах. Это наиболее экономично из-за сокращения потерь на рас­ труску торфа. Тем не менее практически не всегда удает­ ся осуществить такую систему топливоподачи, и достав­ ляемый с болот торф подвергается перегрузке.

Торф с близлежащих болот обычно доставляется на электростанцию по колее шириной 750—1000 мм; при этом емкость вагонов колеблется в пределах 1,5—10 г. При нормальной железнодорожной колее применяются большегрузные саморазгружающиеся вагоны типов «гон­ дола» и «хоппер», причем наиболее целесообразнее ис­ пользовать вагоны первого типа.

На многих наших электростанциях, работающих на торфе, применяют вагоны небольшой грузоподъемности. Такое решение неудачно в экономическом отношении и оно имеет тот недостаток, что топливоподача всегда является «узким» местом станции. Там же, где использу­ ются большегрузные вагоны, работа топливоподачи про­ текает более спокойно.

Нормально при равномерной подаче ~ 1 5 —20% всего количества топлива проходит через склад, а остальные 80% подаются непосредственно в бункера котельной.

42