Реальные условия воспламенения коксового состава частицы топлива в топке котла

Камеры

Процесс выгорания частицы топлива в объеме топочной

Процесс выгорания частиц твердого топлива является очень сложным, поскольку пылинки топлива находятся в общем объеме многофазных сред с различной плотностью и степенью сжимаемости. Весь процесс горения пыли в камерной топке делится на отдельные этапы: прогрев частиц топлива до воспламенения летучих; горение собственно летучих; воспламенение и горение коксового остатка [31, 32, 34, 35].

Частица твердого топлива с t = 150¸200 ⁰С, выходя из горелки в топочное пространство, увлекается потоком, сначала, чистого воздуха, а затем, по мере удаления от устья горелки, смесью топочных газов. При движении частица попадает в равномерный или турбулентный потоки разной интенсивности; сталкивается с другими частицами. Вероятность и количественная оценка столкновений определяется по концентрации частиц в потоке. Например, для АШ концентрация частиц в газовом потоке примерно равна 0,14¸0,17 кг/м³ или (0,84¸0,70)10¹⁰ шт./м³ при среднем диаметре частиц 30 мкм. Частицы имеют разные размеры (для АШ в среднем 20¸30 мкм).

При выходе частиц твердого топлива из устья горелки в топочное пространство происходит подвод конвективного и радиационного тепла от факела. В связи с этим, испаряется влага (при температуре более 100 ⁰С) и выходят летучие из частицы при t> 500 ⁰С, что сопровождается процессами окисления с выделением тепла, которое расходуется на дальнейший нагрев частицы и подаваемого с пылью воздуха. Процесс прогрева частицы топлива сопровождается реакциями термического разложения угля, в результате которых частицу покидают в виде летучих О₂, СО₂, СО, Н₂, СН₄, С_mH_n и др. Начальная температура термолиза по данным [31, 33] оценивается t_H = 320¸370 ⁰C; конечная - t_K = 820¸870 ⁰С. Основными элементами летучих в угле являются водород Н₂ и кислород О₂. Покидая твердую частицу топлива, где углерода в органической массе 60¸95 %, кислород окисляется до СО₂ и СО, а водород образует углеводородные смеси, из которых первым в ряду стоит метан СН₄. В результате горения метан выделяет наибольшее количество теплоты, по сравнению с другими углеводородами одинаковыми по массе. Поэтому, предположив, что при термолизе угля образуется только метан, мы определим максимальное количество тепла, выделяющееся при окислении углеводородов.

Летучие выгорают раньше, чем воспламеняется коксовый остаток - основной источник тепла твердого топлива. Максимальная концентрация летучих и продуктов их сгорания в пограничной оболочке при выходе из частицы с повышением температуры во многом зависит от размеров частицы. Несмотря на то, что основным источником тепла у твердых топлив является углерод, выход летучих играет существенную роль при воспламенении факела. Горючие летучие осуществляют подвод тепла q, ускоряющий прогрев и воспламенение частицы. Поэтому предположим, что ранний нагрев частицы происходит только за счет выгорания летучих, т.е. нет температурного влияния окружающей среды. При этом примем, что осуществляются только два вида химических реакций

С + О₂ = СО₂ + q₁; где q₁ = 33,9 МДж/кг;

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О + q₂; где q₂ = 35,8 МДж/м³.

Отсюда можно определить наибольшее количество тепла, кДж, образовавшегося в результате выгорания летучих, покидающих частицу топлива

где - плотность водорода, кг/м³;

, - массовые доли, кг, кислорода и водорода в частице топлива; их можно найти из уравнений

где - количественное содержание кислорода и водорода в летучих топлива, %;

- количество золы в топливе на рабочую массу, %;

- масса частицы топлива, кг.

Наибольшая температура, до которой прогревается частица и окружающий ее воздух (или газы) при существующих потерях в топке котла (q₅ = 0,02¸0,05), определяется из уравнения

(2.4)

где с_ч, с_в - теплоемкости частицы и воздуха, осредненные по температуре, кДж/(кг К);

t_нч, t_нв - температуры топлива и воздуха на входе в зону горения, ⁰С; можно предположить, что при горении в топке котла низкореакционных топлив имеют место следующие условия: t_нч = 100¸150 ⁰С; t_нв = 350¸450 ⁰С;

q_ох - коэффициент, учитывающий охлаждение газов и частиц топлива за счет теплообмена с поверхностями нагрева топки котла;

m_в - масса воздуха, кг, поступающего в топку для сжигания одной частицы топлива массой m_ч; воздуха необходимо вводить в количестве:

где - коэффициент избытка воздуха в топке котла; для низкореакционного топлива типа АШ можно принять = 1,2;

- плотность воздуха, кг/м³.

Доля тепла, уходящая на нагрев пароводяной среды в поверхностях нагрева, как показывает тепловой баланс котла, составляет 30¸40 %; отсюда q_ох = 0,6¸0,7. Необходимо отметить, что при переменных режимах эта величина должна изменяться, т. е. при снижении тепловой нагрузки котла коэффициент q_ох будет возрастать.

Расчеты показывают, что для такого низкореакционного топлива каким является АШ нагрев топлива и воздуха от горения собственных летучих (V ^г = 4 %) произойдет до 550¸700 ⁰С в зависимости от предварительного подогрева топлива (100¸150 ⁰С) и воздуха (350¸450 ⁰С). Этого явно не хватает, чтобы воспламенить основной источник горения - коксовый состав частицы. Как известно [31], температура воспламенения кокса в составе различных топлив происходит при температурах 850¸900 ⁰С. Недостающее тепло частица получает излучением от других источников тепла (факела), или за счет подачи дополнительного более реакционного топлива (газа, мазута), имеющего меньшую температуру воспламенения, что и делается на тепловых электростанциях работающих на низкореакционных твердых топливах.

На рис. 2.4 представлены зависимости , рассчитанные по методике рассмотренной выше. При анализе принималось: коэффициент q_ох = 0,6; 0,7; предварительный подогрев воздуха t_нв = 350 ⁰С и зольность топлива Ар = 20, 30, 40, 50 %. В расчетах предполагается, что прогрев частицы топлива и окружающего его воздуха и газов происходит за счет горения от выхода летучих и при отсутствии других источников тепла. Анализ показывает, что для топлив с выходом летучих более 8 %, тепла, образующегося от горения собственных летучих, достаточно для воспламенения коксового остатка. Так при V ^г = 7¸8 % (полуантрациты и тощие угли) температура нагрева частицы и воздуха - газов достигает 870¸900 ⁰С, т.е. становится равной температуре необходимой для воспламенения и начала горения коксового состава частицы топлива. При V ^г = 10 % (практически все марки углей, кроме АШ, ПА и частично Т) конечная температура подогрева двухфазной среды «топливо - газы» составит @ 1100¸1200 ⁰С, что и обеспечивает устойчивое горение углерода твердого топлива.

При исследовании были приняты максимально возможные условия получения тепла от выгорания горючих летучих, покидающих частицу топлива. В реальных условиях таких возможностей может не оказаться и тогда можно ожидать, что в процессе горения летучих температура среды «топливо-воздух» будет повышаться до меньших значений, приведенных выше и на графиках (рис. 2.4).

С другой стороны, при анализе горения частиц твердого топлива, процесс выгорания летучих рассматривался в термически изолированной системе, чего в реальных условиях также не бывает. В топке котла всегда существуют дополнительные возможности прогрева, выходящего из горелки потока воздуха и топлива за счет излучений от ядра факела и конвективного подвода тепла от топочных газов, подсасываемых к устью горелки. Такой подвод дополнительного тепла, суммируясь с теплом от горения летучих, наоборот повышает температуру прогрева пылинок угля и воздуха, поступающих в топку котла, до момента воспламенения коксового остатка топлива. Поэтому можно предположить, что уравнение (2.4) дает приближенное значение температуры достаточно близкое к реальной.

Как показывает практика сжигания низкореакционного твердого топлива типа АШ в котлах ТП-110, ТП-210 и ТП-210А Новочеркасской ГРЭС для устойчивости сжигания угля необходимо подавать более 8 % природного газа или мазута. Этот факт подтверждает правильность приведенных выше выводов о том, что тепла от горения летучих такого топлива для воспламенения и сжигания углерода, как основного горючего угля, недостаточно.

Предположим, что прогрев частицы и ее оболочки происходит не только за счет выгорания летучих, но и начавшегося горения коксового остатка; тогда температуру нагрева частицы можно определить по уравнению (2.4), где количество тепла, получаемое пылинкой угля, рассчитывается по уравнению

где - масса углерода, кг, выгоревшая к моменту определения температуры частицы, которая рассчитывается по формуле

где - доля углерода, %, выгоревшая к моменту определения температуры частицы. При полном выгорании углерода ; - содержание углерода в топливе, %.

В процессе выгорания топлива пространство вокруг частицы насыщается продуктами сгорания; это, в основном, углекислый газ СО₂, на долю которого приходится более 75 % из образующихся вновь элементов, а также частично водяные пары Н₂О, окислы азота и серы NO, SO_2. Доминирующий продукт окисления при горении СО₂ имеет плотность большую, чем окружающий его воздух и его составляющие при одинаковых параметрах (смотри табл. 2.7., где представлены плотности элементов входящих в топочные газы). В изотермической среде диффузия воздуха и кислорода, как его составляющая часть, к поверхности частицы затруднена, что, несомненно, оказывает влияние на процессы горения топлива. Проникновение кислорода воздуха к поверхности частицы может быть улучшено только при определенной разности температур, когда температура углекислого газа в оболочке, окружающем частицу станет больше, чем температура внешнего воздуха и топочных газов. Нормальная схема изменений температур при переходе от частицы к топочным газам должна быть следующей: > > , где - температура на поверхности частицы, ⁰С; - осредненная температура в оболочке окружающей частицу, ⁰С; - температура в топке, ⁰С, т.е. с внешней стороны оболочки.

На рис.2.5 схематически представлен процесс выгорания частицы. Все пространство вокруг частицы условно поделено на три части: тело частицы 1; внутренняя часть пространства (оболочка) в непосредственной близости от частицы 2; внешняя среда 3. Здесь же показаны варианты возможных изменений плотности сред вокруг частицы (рис. 2.5).

Разность между температурами, ⁰С, во внутреннем, с повышенной концентрацией продуктов сгорания, и внешнем объемах оболочки, когда плотности газовых сред в этих пространствах выравниваются можно определить из уравнения

где , - плотности газов в непосредственной близости от частицы (внутренняя оболочка) и окружающих с внешней стороны соответственно взятых при одинаковой температуре t = 0 ⁰С (табл. 2.7), кг/м³.

На рис.2.6 представлен график изменений разности температур в зависимости от температуры топочных газов t ₃ при различных концентрациях углекислого газа СО₂ в объемах пространства вокруг частицы.

Таблица 2.7.

Характеристика продуктов сгорания топлив

Наименование	Молекулярная масса, кг / моль	Мольный объем м^3 / моль	Плотность кг / м^3
1. Воздух сухой	28,96	22,4	1,2928
2. Кислород О2	32,00	22,39	1,4289
3. Озон О3	48,00	21,6	2,22
4. Азот N2	28,016	22,4	1,25  1,257
5. Водород Н2	2,016	22,43	0,08987
6. Водяной пар Н2О	18,016	23,45	0,768
7. Метан СН4	16,042	22,36	0,7168
8. Углекислый газ СО2	44,011	22,26	1,9768
9. Окись углерода СО	28,011	22,4	1,25
10. Окись азота NО	30,008	22,39	1,34
11. Сернистый газ SО2	64,06	21,89	2,9263
12. Сероокись углерода СОS	60,077	22,1	2,72
13. Сероводород Н2S	34,08	22,14	1,539

В момент выхода воздуха и пыли из горелки, когда частица топлива только прогревается за счет горения собственных летучих и внешних потоков тепла от продуктов горения в объеме топки, имеющих высокую и стабильную температуру (1500¸1800 ⁰С), разность температур будет величиной отрицательной, диффузия воздуха к частице тем более затруднена. В этом случае горение летучих возможно только кислородом, адсорбированным в топливе, а также за счет подвода его путем молекулярной диффузии.

При нагреве от внешних источников тепла и тепла выгорания собственных летучих разность температур между оболочкой вокруг частицы и окружающей средой может установится такой, что плотности двух газовых сред выровняются (рис. 2.5,б), а затем и перераспределятся с таким условием, когда начнется диффузия к частице. Реально и внутренняя оболочка и внешняя окружающая среда взаимно насыщают друг друга углекислым газом, т.е. во внешней среде увеличивается содержание СО₂, а внутренняя оболочка уменьшает свою плотность за счет молекулярной диффузии О₂ из окружающей среды. Таким образом, два принятых пространства различаются только концентрацией углекислого газа, причем в окружении частицы концентрация СО₂ выше, чем во внешней среде. Например, при принятых = 1,6 кг/м³ и = 1,4 кг/м³ разность температур, при которой выравниваются плотности в указанных выше пространствах, должна быть = +253 ⁰С; в то время как при максимальном различии исходных плотностей между двумя принятыми средами = 1,96 кг/м³ и = 1,25 кг/м³ разность температур равна = +1008 ⁰С. Следует заметить также, что как только увеличивается диффузия воздуха к частице, то улучшаются условия выгорания углерода с поверхности частицы за счет лучших условий подхода кислорода к пылинке угля. При этом с одной стороны увеличивается содержание СО₂ в окружении частицы, что способствует повышению плотности во внутреннем объеме оболочки и ухудшению условий диффузии кислорода к частице. С другой стороны за счет генерации собственного тепла частица и внутренний объем оболочки повышают температуру, увеличивая, таким образом, разность температур между двумя средами (внутренней и внешней) и восстанавливая автоматически положительные условия диффузии. Отсюда, должно установится определенное критическое равновесие по концентрациям (а значит и плотностям) углекислого газа и температурам между внешним и внутренним объемами сред вокруг частицы, при котором возможно устойчивое горение коксового остатка топлива. При недостаточных условиях критического равновесия, горение топлива будет затухать; при избытке - наоборот выгорание кокса будет интенсифицироваться.

Воспламенение и выгорание коксового остатка частицы в топке котла при факельном способе сжигания низкореакционного топлива осложняется тем, что тепла при горении выхода летучих недостаточно, чтобы, во-первых, быстро разогреть частицу до условий воспламенения и, во-вторых, создать необходимую разность температур для положительной диффузии воздуха к поверхности частицы по условиям равновесия. Кислород имеет большую плотность, чем воздух атмосферы, но меньшую, чем углекислый газ. По мере выгорания топлива в топке котла концентрация кислорода уменьшается. Однако различие в плотностях газовых сред между пространствами вокруг частицы и внешнего окружения остается. Поскольку у низкореакционных топлив выгорание летучих заканчивается раньше, чем частица успеет разогреться до температуры устойчивого горения коксового остатка, то и температура частицы будет меньше температуры факела в топке. Таким образом, горение частицы низкореакционного топлива осложняется, во-первых, по причине неблагоприятного соотношения плотностей вокруг нее и, во-вторых, потому что концентрация кислорода в факеле по мере движения уменьшается. В таких условиях можно рассчитывать только на то, что частица получит необходимое количество тепла от дополнительных источников, т.е. со стороны ядра факела топки котла.

Описанные выше процессы горения твердого, низкореакционного топлива возникают в состоянии покоя или равномерного (ламинарного) движения частицы в потоке воздуха (или газов), что возможно при стационарном режиме работы котла. Как только скорость движения частицы становится неравномерной и нестационарной, у кислорода воздуха (и топочных газов в последующем) появляется возможность принудительного контакта с углеродом на поверхности частицы, т.е. обдув частицы воздухом резко интенсифицирует процесс выгорания углерода с поверхности топлива. Процесс выгорания коксового остатка может также активизироваться за счет локальных изменений температур в факеле и в объеме топки в целом. При факельном сжигании это возможно опять же за счет разумного использования турбулизации (завихрения) потока газов в топке.

Как известно [9, 37], при температуре t = 1200¸1500 ⁰С зольный балласт частицы оплавляется, превращая ее в круглый жидкий шарик, внутри которого может оказаться зашлакованный углерод, что в дальнейшем также ухудшает процесс выгорания частицы топлива. Таким образом, когда на выходе из зоны активного горения факела создается необходимая для положительной диффузии разность температур между частицей и внешним газом, углерод топлива оказывается частично зашлакованным и полностью выгореть уже не может.

При содержании летучих в топливе более V ^г >10 % температура нагрева частицы и пространства вокруг нее достигает значений t >1100 ⁰С при выгорании только собственных летучих. Если учесть, что существует также подвод тепла со стороны (лучистый и конвективный), то быстро возникают условия, когда температура частицы становится выше температуры окружающих топочных газов, и выравниваются плотности двух сред с большей и меньшей концентрацией углекислого газа вокруг частицы. Таким образом, угли различных марок (например, каменные, газовые, бурые и даже тощие и др.) не могут испытывать никаких трудностей при сжигании их факельным способом в камерной топке котла. Трудности при сжигании таким способом возникают только для антрацитов и полуантрацитов, у которых V ^г < 10 %.

Выше анализировался процесс нагрева и воспламенения коксового остатка только за счет выгорания летучих, выходящих из частицы топлива. Влияние высокой температуры ядра факела на прогрев частицы топлива не рассматривался. В дальнейшем проанализируем процесс нагрева, воспламенения и горения летучих и коксового остатка частицы при воздействии на нее внешнего, высокотемпературного ядра факела топки котла [43, 44].

При движении частиц угольной пыли от устья горелки к ядру факела они получают большое количество тепла за счет радиационного излучения и конвективного теплообмена от окружающего газового потока, подмешиваемого к воздушному, выходящему из каналов первичного и вторичного дутья горелки. При этом движении частицы происходит изменение как температуры окружающей частицу газовоздушной среды, так и фоновой температуры. Таким образом, все процессы, возникающие при движении и преобразованиях в горящей частице и вокруг нее, имеют нестационарный характер, что способствует горению. Все это создает трудности для теоретических исследований процессов нагрева, воспламенения и горения частиц топлива.

Процесс горения частицы топлива при исследованиях обычно делят на отдельные периоды: прогрев частицы до воспламенения горючих летучих, их горение, воспламенение и затем горение коксового состава топлива.

Процесс прогрева частиц угля различных марок, проведенный в работе [33], был исследован при температурах окружающего газа Т_г =827¸1327 ⁰С (1100¸1300 К), размерах частиц d_ч =150¸1000 мкм и содержании кислорода в газах О₂ = 21¸4 %. Температуры прогрева частиц в реальных условиях топочного пространства котла до воспламенения летучих, а затем коксового остатка частиц находятся в диапазоне этих температур. Средние размеры пылинок угля, сжигаемого в камерных топках котлов, значительно (в 2¸5 раз) меньше, чем исследовались в работе [33]. Однако, как отмечается в ней, время прогрева частиц в основном зависит от температуры окружающих газов Т_г и в меньшей степени от размеров частиц, тем более, что величина d_ч входит в эмпирические уравнения по определению времени прогрева и воспламенению горючих летучих и коксового состава твердого топлива. Например, при определении времени, с, прогрева частицы до воспламенения летучих используется эмпирическая зависимость

,

где - коэффициент, определяемый опытным путем для различных марок топлива, который по данным изменяется от 0,6 до 1,4;

- температура газов в топке котла, К;

- средний размер (диаметр) частицы, м.

Длительность горения летучих, с, определяется по эмпирической зависимости

,

где - опытный коэффициент, зависимый только от марки угля.

Продолжительность прогрева коксового остатка частицы топлива до его воспламенения определяется по уравнению [33]

,

где - опытный коэффициент;

- плотность топлива в воздушно-сухом состоянии, кг/м³; может быть определен по данным;

- содержание кислорода в газовоздушном потоке, %.

На выходе из горелки в воздухе содержание кислорода максимальное =21 %. По мере выгорании летучих и коксового состава угля содержание кислорода в газовоздушном потоке уменьшается. Таким образом, приняв в расчетах = 21 %, получим минимально возможное время прогрева коксового остатка частицы и, чем ближе к устью горелки рассматривается процесс, тем больше определяемая продолжительность прогрева коксового состава частицы до момента воспламенения приближается к реальному .

Период до воспламенения горючих летучих топлива () характеризуется нагревом частицы от температуры угольной пылинки на выходе из горелки (100¸150 ⁰С) до температуры начала термолиза угля 350¸370 ⁰С. Время прогрева частицы и ее газовой части до воспламенения летучих составляет большую долю, чем само их горение. Естественно, предварительный нагрев частицы и ее газовой составляющей еще до выхода их из горелки уменьшает период прогрева до воспламенения как летучих, так и кокса. Поскольку период горения летучих () составляет всего десятую-тысячную доли от прогрева до их воспламенения, то влияние по содержанию летучих в топливе на топочные процессы незаметно. Однако количество летучих оказывает заметное влияние на воспламенение и начало горения коксового состава топлива.

Воспламенение коксового состава частицы, как основного источника тепла топлива (особенно для низкореакционных топлив) начинается при температурах 800¸1000 ⁰С и, во многом, зависит от разности температур между частицей и окружающим ее пространством. Устойчивое горение кокса возможно только тогда, когда температура на поверхности частицы станет выше, чем у ее окружения. Необходимая для этого разность температур 200¸250 ⁰С в топке котла может быть достигнута, если прогрев частицы до воспламенения коксового состава топлива () происходит раньше, чем заканчивается процесс горения летучих. В свою очередь прогрев частицы зависит также от температуры окружающего газа в топочном пространстве, от которого она получает тепло, в основном излучением.

На рис. 2.7 для кузнецких тощих углей в зависимости от размеров частиц d_ч при различных температурах газовой среды в топочном объеме (Т_г = 627, 777, 927 ⁰С) определены: изменения времени прогрева и горения летучих (кривые 1); изменения времени прогрева коксового состава частицы до момента его воспламенения при тех же температурах (кривые 2); условие, когда ()= (кривая 3, и точки А_кр). На рис.2.8 дана зависимость Т_г= f(d_ч) для различных марок твердых топлив при соблюдении условий, что ()= .

Учитывая зависимости, представленные на рис. 2.7 и рис. 2.8, можно отметить следующее. При наличии условий подвода тепла извне (например, излучением от ядра факела) более мелкие угольные пылинки, в отличие от крупных, прогреваются быстрее, чем заканчивается горение газовой составляющей твердого топлива () , что способствует созданию необходимой разности температур для диффузии кислорода воздуха к частице;

С увеличением температуры окружающего пространства Т_г условия для воспламенения кокса в частице ухудшаются, так как точка А_кр, при которой ()= , смещается в сторону уменьшения размеров пылинок;

При уменьшении содержания летучих в твердом топливе линия 3 (например, для АШ; рис.2.8) смещается влево; отсюда низкореакционные угли находятся в худшем положении по воспламенению коксового состава частиц, особенно с увеличением температуры в топочном объеме, а АШ является наихудшим топливом из всех существующих при использовании его в камерной пылеугольной топке;

Увеличение температуры пыли выходящей из горелки в топочное пространство уменьшает время прогрева частицы до воспламенения, как летучих, так и коксового состава, что не изменяет, в общем, положение т. А_кр на рис.2.7 для определенных температур газов относительно размеров частиц. Однако воспламенение кокса происходит ближе к горелке, где меньше влияние температуры ядра факела и больше концентрация кислорода в воздушном потоке, что улучшает процесс горения твердого топлива.

Для лучшего выгорания в камерной топке, низкореакционные твердые топлива (например, марки АШ) рекомендуется измельчать до более тонкой пыли (R₉₀ < 7 %) и подавать воздух в горелки, нагретый до более высоких температур (t > 400 ⁰С). Средний размер частиц пыли этого топлива составляет примерно 20¸30 мкм. Более тонкий помол топлива удовлетворяет условиям лучшего выгорания топлива. Пылинки малых размеров быстрее прогреваются, так, например, при скорости выхода потоков из горелки 20 м/с коксовый состав частиц средних размеров начинает гореть на расстоянии 1¸2 м. от сечения выхода их из горелки. На этом расстоянии частица прогревается от начальной температуры (100¸150 ⁰С) до воспламенения кокса 800¸1000 ⁰С. Воздух, перемешиваясь с продуктами сгорания, также нагревается до, примерно, таких же температур и только продолжающийся нагрев частиц за счет выгорания летучих создает необходимый для воспламенения кокса перегрев пылинок по отношению к окружающей ее газовоздушной среде. Однако из-за интенсивного перемешивания потоков и сильной радиации факела есть вероятность того, что воздух прогреется быстрее и до больших температур, чем частица, что затруднит создание необходимых условий для горения. Поэтому ранний прогрев частиц до выхода их из горелки в топку котла всегда выгоден.

Рис.2.7. Зависимости времени прогрева и воспламенения летучих (1, 3, 5), и коксового состава (2, 4, 6) соответственно при температуре топочных газов 627⁰С, 777⁰С и 927⁰С, от размеров частиц топлива марки кузнецкие тощие угли; 7 – условие, когда временные периоды горения летучих и воспламенения кокса совпадают

Таким образом, для эффективного горения твердых, низкореакционных топлив, помимо тонкого измельчения и предварительного подогрева пыли до выхода ее в топку котла, не для всех марок топлива следует рекомендовать высокие температуры горения, которые присущи факельному сжиганию углей в камерной топке. Однако температура горения при этом не должна быть ниже температур воспламенения кокса.

В последнее время на проблемы сжигания низкореакционных углей оказывают влияние также требования по охране окружающей среды, которые заставляют усложнять существующие конструктивные схемы котельных установок и искать новые технологические решения использования твердых топлив. В связи с этим газификация топлива особенно актуальна. В настоящее время с учетом экологических требований известны две основные технологические схемы производства энергии из твердых топлив.

– Традиционные пылеугольные котлы с камерной топкой с установками по очистке от выбросов уходящих газов. Эти схемы, в основном, используются на отрабатывающих свой моторесурс электростанциях. При этом делаются различные попытки улучшения процессов сжигания за счет совершенствования конструкции и режимов работы.

Рис.2.8. Зависимость температуры горения от диаметра частиц при условии, когда время воспламенения и горения летучих равно времени воспламенения коксового состава для:

1. – антрацитового штыба; 2. – тощих углей; 3. – газовых углей; 4. – эстонских сланцев; 5. – слабоспекающихся; 6. – жирных; 7. – бурых углей.

– Новые перспективные технологические схемы с применением полной или частичной газификации топлива в слое, которые позволяют на порядок улучшать экологическую чистоту производства электроэнергии. При этом газификация углей менее зависима от качества топлива.

В настоящее время разрабатываются и осваиваются три вида технологических схем производства электроэнергии с газификацией твердого топлива.

1. Низкотемпературная газификация твердого топлива при температурах 800¸1100 ⁰С с дожиганием генераторного газа в объеме кипящего слоя и над ним (в том числе и циркулирующий кипящий слой). Этот способ уже доказал свою живучесть, и активно применяется во многих странах мира.

2. Высокотемпературная газификация твердого топлива при t= 1600¸1700 ⁰С в аэрошлаковом расплаве с выделением углерода в поверхностный слой, в котором происходит дальнейшая газификация и частичное выжигание горючих веществ. Сжигание основной части генераторного газа осуществляется в объеме топки над расплавом.

3. Газификация и выжигание твердого топлива в кипящем слое или в слое аэрошлакового расплава под давлением.

При использовании низкореакционного, высокозольного твердого топлива (например, марки АШ) рекомендуются технологические схемы с низкотемпературной и высокотемпературной газификацией, поскольку для успешного сжигания пылинки такого топлива в пылевидном факеле необходимо создавать не только вихревое (нестационарное) движение двухфазных сред, но и сложные температурные условия. При газификации и дальнейшем сжигании в низкотемпературном или высокотемпературном слое топлива (или расплава шлака), характеристики твердого топлива оказывают меньшее влияние на процессы горения, что способствует также повышению маневренности энергоагрегатов. Это условие особенно важно, так как тепловые электростанции в последнее время все в большей степени привлекаются к суточному регулированию нагрузок энергопотребления.

Дата добавления: 2017-02-01