Котлы с циркулирующим кипящим слоем под давлением

Работа котла под давлением характеризуется рядом положительных особенностей. Во-первых, полностью исключаются присосы воздуха в топку и газоходы, что приводит к уменьшению потери теплоты с уходящими газами; снижаются расходы электроэнергии на собственные нужды в связи с установкой дымососа меньшей производительности. Появляется возможность исключения дымососной установки, за счет использования только дутьевых вентиляторов. Существенно повышается теплообмен в конвективных газоходах за счет более высоких скоростей дымовых газов, что снижает металлоемкость поверхностей нагрева. Однако работа котла под давлением требует плотной обмуровки для обеспечения его герметичности и предотвращения выбивания продуктов сгорания в помещение котельного цеха.

Все котлы с кипящим слоем под давлением, сооружаемые в настоящее время в мире, базируются на технологии пузырькового кипящего слоя. В таких котлах в кипящем слое расположены пучки труб для съема тепла. По соображениям защиты пучков от абразивного износа скорость газов в слое не должна превышать 1 м/с.[33].

На рис. 1.13 представлена схема котла с циркулирующим кипящим слоем под давлением, разработанная ВТИ.

Рисунок 1.13 – котел с ЦКС под давлением: 1 – перегреватель; 2 – вторичный воздух;3 – уголь+доломит; 4 –первичный воздух; 5 –экономайзер; 6 – испаритель;
7 – третичный воздух

Топочная камера заключена в силовой сосуд и выполнена из газоплотных экранов. Внутри топки расположен двухсветный экран, разделяющий ее на две диагонально симметричные части, в каждой из которых находятся сама топка и теплообменный отсек. Топка и теплообменный отсек разделены двухсветным экраном, который в верхней части образует циклонный сепаратор.

Первичный воздух подается в топку с t = 285 ºC, P = 10 кгс/см². Вторичный воздух вводится в топку выше плотного кипящего слоя. Третичный воздух подается под воздухораспределительную решетку.

Уголь подается через патрубки топлива в нижнюю часть топки. Поток продуктов сгорания выносится в верхнюю часть топки и попадает в сепаратор, выполненный в виде горизонтального циклона 8. Продукты сгорания выводятся из топки через газовое окно 10, а зольные частицы через золоспускной канал 11, образованный двухсветным экраном и внешним экраном, поступают в теплообменный отсек 5.

В теплообменном отсеке 5 через воздухораспределительную решетку 3 подается третичный воздух с расходом, обеспечивающим пузырьковый режим псевдоожижения. Разные скорости газов создают разную плотность кипящего слоя в топке и теплообменном отсеке и, как следствие, разные статические давления в обеих камерах.

В результате перепада давлений зола через перепускные отверстия возвращается из теплообменного отсека в кипящий слой топки.

При движении частиц золы по контуру топка – циклон – теплообменный отсек – топка они используются как промежуточный теплоноситель, отдающий свое тепло настенным экранам и конвективным поверхностям нагрева (ширмам в топке и пучком в теплообменном отсеке). При к.п.д. горизонтального циклона 90 % кратность циркуляции золы равна десяти и тепла золы недостаточно для необходимого теплосъема в конвективных пучках теплообменного отсека мощных котлов при 100 %-ной нагрузке.

Котлы с кипящим слоем (промышленный опыт)

Фирма «Бабкок-Вилькокс» спроектировала и построила котел с ЦКС для блока мощностью 55 МВт для сжигания малореакционного каменного угля. Производительность котла 58,6 кг/с (210 т/ч) пара при давлении 10,7 Мпа и температуре 513 ºС. Ширина топки 9,1 м, глубина 4,6 м, высота 25,9 м. По всей высоте установлен двусветный экран, а в верхней части имеются пароперегревательные ширмовые поверхности нагрева (рис. 1.14). Установка пущена в эксплуатацию в 1991 году [34].

Рисунок 1.14 – Схема котла станции Эбенсберг: 1 – топка; 2 – дренаж слоя;
3 – охлаждение шнека; 4 – решетка (грохот); 5 – транспортировка плотной фазы;
6 – инжекторный бункер; 7 – вращающийся клапан; 8 – инжекторный шнек;
9, 10 – внутритопочный и внешний швеллерковые сепараторы; 11 – L-клапан;
12 – проход воздуха; 13 – сборник пыли из мультициклона; 14 – воздуходувка;15 – возврат из мультициклона;16 – продувочный клапан;17 – воздухоподогреватель; 18 – пакгауз

Топливо и сорбент подаются в слой через фронтальную стенку в нижней части топки. Зола и отработанный сорбент удаляются через дренажные трубы пода. Частицы улавливаются швеллерковым сепаратором и возвращаются в нижнюю часть топки через заднюю стенку. Первичный воздух подается через распределительную решетку, а вторичный вводится на уровнях приблизительно 1,8 и 3,7 м над решеткой.

Внутренняя часть топки до 6,7 м над решеткой покрыта тонким слоем высокопроводящего огнеупорного покрытия, удерживаемого на трубах с помощью ошиповки. Огнеупорный материал используется для защиты труб нижней части топки от коррозии и эрозии.

Остальная часть стен топки состоит из гладких труб. Для возврата частиц в топку в котле с ЦКС фирма использует сепаратор ударного типа. Первая ступень сепарации частиц состоит из нескольких рядов U-образных профилей, подвешенных в шахматном порядке к потолку котла. Твердые частицы, ударяясь в U-образный профиль, сепарируются и выходят в нижней его части. Сейчас используют две ступени таких сепараторов с большей суммарной эффективностью. Первая секция расположена в верхней части топки и возвращает частицы в нижнюю часть топки. Вторая секция расположена за топкой и над бункером уловленных частиц.

Известно 3 типа установок с ЦКС: Лурги, Альстрем, Циркофлюид (Бабкок). При использовании ЦКС решаются сразу проблемы, присущие котлам с пузырьковым КС не требуется большой площади колосниковой решетки; не ограничен диапазон регулирования; резко снижается величина механического недожога.

Первая фирма по выпуску котлов с ЦКС стала финская Альстрем.
С 1968 года эта фирма выпускает котлы с КС, а с 1979 года котлы с ЦКС марки Pyroflour. В 1982 году фирма Лурги сдала в эксплуатацию котел с ЦКС мощностью 84 Мвт по собственному проекту. Лурги использовала опыт обжига руд в кипящем слое. В Чехословакии разработкой котлов с ЦКС занимается предприятие Дукла.

Шведский центр Studsvik разработал конструкцию котла с ЦКС, где вместо горячего циклона использованы желобчатые профили, выполняющие роль лабиринтового сепаратора. Фирма Babcock (США) приобрела лицензию и производит эти котлы N = 100 МВт.

Анализируя всё вышеизложенное можно сделать вывод, что применение кипящего слоя для энергетического использования различных твердых топлив дает возможность значительного снижения оксидов азота, чего нельзя добиться при традиционном факельном сжигании.

Однако промышленное внедрение топок с кипящим слоем большой мощности технически трудно осуществимо, так как при этом значительно возрастает площадь газораспределительной решётки.

В связи с этим в настоящее время кипящий слой нашел достаточно широкое распространение только в промышленной теплоэнергетике.

Дата добавления: 2015-06-25