27. Сушка топлива

Для улучшения размола топлива, хранения и транспорта пыли, а также интенсификации ее зажигания и горения топ­ливо подсушивают. Однако чрезмерная подсушка пыли не допускается по условиям самовозгорания и взрывобезопасности.

Различают сушку топлива по замкнутой и разомкнутой схемам. При замкнутой схеме отработавший в системе пылеприготовления сушильный агент вместе с пылью сбрасывают в топку. При разомкнутой схеме отработавшие сушильные газы сбрасывают в атмосферу. Примером замкнутой схемы сушки является индивидуальная система пылеприготовления с прямым вдуванием (рис. 7.1,6), примером разомкнутой схемы — центральная система пылеприготовления (рис. 7.1, а). После подсушки топлива в индивидуальной системе пылеприготовления с промежуточным бункером сушильный агент обычно сбрасывается в топку.

Влажность рабочего топлива W^р может быть представлена как сумма гигроскопической влажности W^гии внешней влажности W^BH. Значения W^ги для разных видов топлива различны. Так, для антрацитаW^ги= 2,5%,для подмосковного угля 7,5 %, а для торфа 11 %.

Для относительно сухих углей при внешней влажности, не превышающей 10 %, сушка топлива производится одновременно с размолом в мельничном устройстве путем подачи внутрь мельницы горячего воздуха или продуктов сгорания (рис. 7.2,а).

Для влажных топлив с внешней влажностью 15—20% частичная предварительная подсушка топлива может осуществляться непосредственно перед мельничнымустройством в коротких сушильных трубах. Окончательнаядосушка топлива проводится в мельнице в процессе размола (рис. 7.2,6).

Для высоковлажных топлив с внешней влажностью более 20 % возможно применение предварительной сушки топлива в отдельном сушильном устройстве с разомкнутой сушкой, т. е. с выбросом отработавшего сушильного агента вместе с водяными парами в атмосферу (рис. 7.2,в).

Для предварительной подсушки топлива перед мельницей применяют различные типы сушилок: газовые барабанные, паровые трубчатые, пневматические(трубы-сушилки), с кипящим слоем и др.

Значительно интенсивнее, чем в обычных сушилках, протекает сушка при совмещении ее с размолом топлива, что связано с резким увеличением при этом поверхности угля.

В настоящее время в большинстве случаев подсушка топлива проводится в основном в самом мельничном устройстве, часто в сочетании с короткой трубой-сушилкой, располагаемой перед мельницей. Значение конечной влажности пыли может быть принято по рекомендациям справочной литературы. Так, например, влажность подсушенной пыли АШ должна быть W^пл = 0,5-l %; подмосковного угля — W^пл = 11-16 %; торфа —W^пл = 35-40 %. По условиям взрывобезопасности конечная влажность пыли сланцев, а также бурых углей, у которыхW^ги<0,4 W^p, не должна быть ниже гигроскопической. Для бурых углей с W^ги≥0,4 W^pи каменных углей влажность пыли не должна быть менее 50 % гигроскопической. Для фрезерного торфа требуется, чтобы W^пл>25 %.

28 Снижение содержания оксидов азота и серы в продуктах сгорания

При сжигании в топках котлов угольной пыли, как и при сжигании газового и жидкого топлив, образуются различные оксиды азота, оказывающие вредное влияние на организм человека и животных. По данным Я.Б. Зельдовича, скорость образования оксида азота подчиняется следующей закономерности:

где О₂, NO и N₂ — содержания кислорода, оксида азота и азота в газовой смеси; τ — время.

С уменьшением температуры резко снижается равновесная концентрация оксида азота и увеличивается время, необходимое для достижения этой концентрации. Для котлов, имеющих в топочной камере температуру 1400— 1500 °С, время пребывания газов в несколько десятков раз меньше времени, необходимого для достижения равновесной концентрации оксида азота. Количество образовавшегося здесь оксида азота достигает 5—15 % равновесного количества. С изменением коэффициента избытка воздуха меняется содержание оксидов азота в продуктах сгорания. Наибольшее их образование происходит при коэффициенте избытка воздуха

где Qр—теплота сгорания топлива;V_в⁰ — теоретический расход воздуха;Т_макс — теоретическая температура горения; Е — энергия активации; с_т — средняя теплоемкость продуктов сгорания. Например, при сжиганин АШ максимальное количество оксидов азота имеет место при α= 1,18.

Условиями, способствующими образованию и сохранению оксидов азота, являются высокие начальные концентрации азота и свободного кислорода в газовой смеси, высокая температура смеси, увеличение времени пребывания смеси при высокой температуре, быстрое охлаждение смеси. При сжигании АШ в топках котлов содержание оксидов азота составляет 0,25—1 г/м³ и более. Большой выход оксидов азота в топках котлов связан с быстрым охлаждением продуктов сгорания, протекающим со скоростью 500—2000 °С/с.

Степень перехода малоактивного оксида азота NO в ядовитый диоксид азота NО₂зависит в основном от температуры и парциального давления кислорода. При температуре выше 800 °С равновесная смесь будет состоять преимущественно из оксида азота, а при температуре ниже 200 °С — из диоксида азота. В пределах 200—800 °С возможно существование оксида и диоксида азота.

В условиях работы котлов с учетом времени пребыва­ния продуктов сгорания в газоходах равновесного состояния для газа не обеспечивается. Практически продукты сгорания перед дымовой трубой содержат 98—99 % оксида и 1—2 % диоксида азота.

Ориентировочно концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания можно определить по эмпирической зависимости И. Я. Сигала:

гдеC_No₂ —суммарная концентрация оксидов азота (в пересчете на диоксид азота), г/м³; А — коэффициент, принимаемый равным 0,184 при определенииq_v в кВт/м³;D_э — эквивалентный диаметр топочной камеры, м;q_v — объемная плотность тепловыделения в топке, кВт/м³;α_т — коэффициент избытка воздуха в топке (горелке).

Зависимость (8.6) справедлива для малых значений α_т (1,03—1,16). При α_т>1,2 концентрация NО₂ становится обратно пропорциональной α_т.

Снижение содержания оксидов азота в уходящих газах котлов при сжигании топлива достигается снижением температуры в топке (особенно локальных ее значений), сжиганием топлива с минимальными а и др. Для этого применяют двухступенчатое сжигание топлива, используют вместо вихревых прямоточные горелки, дающие ухудшенное смесеобразование, применяют рециркуляцию газов. Уменьшение содержания оксидов азота в газах обеспечивается также при применении топок с пересекающимися струями, впрыском воды в зону интенсивного горения и др.

При сжигании твердого топлива содержащаяся в нем сера выделяется в основном в виде SО₂ и в значительно меньших количествах в виде SО₃. Образование SО₃, как и при сжигании жидкого топлива, способствует наличие в продуктах сгорания избыточного кислорода. Серная кислота, образующаяся при взаимодействии SO₃ с водяными парами, вызывает коррозию низкотемпературных поверхностей нагрева. Содержание серного ангидрида существенно повышает температуру точки росы (до 140 °С), что ограничивает глубину охлаждения газов и снижает экономичность котельной установки. Для уменьшения содержания в продуктах сгорания серного ангидрида сжигание твердого топлива ведут с относительно небольшим избытком воздуха.

При совместном присутствии в атмосферном воздухе веществ, обладающих суммарным вредным воздействием на человека (NО₂, SО₂,SO₃,NH₃и др.), сумма их относительных концентраций не должна превышать единицы:

где 0,085; 0,5; 0,25; 0,2 — соответственно предельно допус­тимые концентрации (ПДК) в атмосферном воздухе для NО₂, SО₂,SO₃,NH₃, мг/м³. Установлены также нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ.