РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Особенности подготовки кородревесных отходов к сжиганию совместно с углём в котле БКЗ-320-140 ПТ-5 с жидким шлакоудалением

К.т.н. А.Н. Кудряшов, доцент, заведующий кафедрой теплоэнергетики; к.т.н. Н.Е. Буйнов, доцент; А.Д. Мехряков, магистрант, ФГБОУ ВПО «Иркутский национальный исследовательский технический университет», г. Иркутск

Введение

Сжигание кородревесных отходов (КДО) в топочных камерах котлов с жидким шлакоудалением на сегодняшний день является инновационной задачей. В мировой практике отсутствуют наработки по сжиганию кородревесных отходов на таком составе оборудования, однако решение данной задачи позволяет решить ряд экологических и экономических вопросов, таких, как сокращение залежей кородревесных отходов на территории лесозаготовительных предприятий, сокращение выбросов серы и др., что также повлечёт увеличение надежности работы оборудования ввиду снижения интенсивности сернистой коррозии, минимизация топливных издержек.

В период с 25 июля по 8 августа 2014 г. на котле БКЗ-320-140 ПТ-5 ст. № 7 филиала ТЭЦ-6 ПАО «Иркутскэнерго» проводилась работа по изучению возможности транспортирования по тракту топливоподачи и размола в реконструированных системах пылеприготовления котла кородревесных отходов в смеси с ирбейским бурым углём, а также в чистом виде и совместном их сжигании в котле.

Предпосылками к реализации данного проекта явилось наличие большого количества отходов от основного производства Братского лесопромышленного комплекса, а также отходов от мелких деревоперерабатывающих предприятий г. Братска.

В исследовании дается оценка работы по обследованию тракта топливоподачи для возможности подачи кородревесных отходов котла БКЗ-320-40 ПТ-5 ст. № 7 филиала ПАО «Иркутскэнерго» Иркутской ТЭЦ-6 при сжигании непроектного топлива КДО в смеси с ирбейским углём, а также в чистом виде.

Исследование различных способов сжигания топлива от реконструированных систем пылеприготовления

В процессе проведения работ были опробованы разные схемы подачи КДО в котёл (через сбросные горелки, только через муфельную горелку и совместно через муфельную горелку и сбросную горелку) и способов сжигания топлива (уголь в чистом виде, уголь в смеси с КДО, КДО в чистом виде) от реконструированных систем пылеприготовления указанного котла.

Котёл БКЗ-320-140 ПТ-5 – вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, закрытой П-образной компоновки, с уравновешенной тягой, с жидким шлакоудалением, предназначен для работы на ирша-бородинском и назаровском углях Канско-Ачинского бассейна. На котле установлены замкнутые системы пылеприготовления (СПП) с промежуточным бункером пыли и сушкой топлива смесью топочных и уходящих газов. Котёл оснащен четырьмя индивидуальными СПП с молотковыми мельницами ММТ-1500/2510/750 с центробежными сепараторами производительностью 28 т/ч каждая (вентиляция мельницы 26-36 тыс. м3/ч), пылевым циклоном, шнековым питателем сырого угля (ПСУ), бункером сырого угля (БСУ) емкостью 520 т, бункером пыли емкостью 270 т.

Подача топлива от пылепитателей УЛПП-1 производительностью 5 т/ч к 8 прямоточно-щелевым горелкам для котла БКЗ-320-140 ПТ-5 осуществляется по пылепроводам диаметром 89 мм системой ПВКр (пыль высокой концентрации под разрежением). Горелки расположены по тангенциальной схеме в один ярус на отметке +7,85 м.

Отбор сушильного агента производится из верхней части топочной камеры котла. Отбирающиеся на сушку и транспортировку топлива дымовые газы имеют температуру в пределах 900-1100 °С в зависимости от состояния загрязнения экранов, режима работы котла. Для регулирования температуры сушильного агента, по условиям работы газозаборных шахт в устье газозабора, предусмотрен подвод «холодных» дымовых газов от дымососа рециркуляции (ДРГ) с температурой 150-170 °С.

Для организации улучшения выхода жидкого шлака котла на отметке +7300 на боковых стенах топки установлены две муфельные горелки. Подача ПВКр производится от существующих пылепитателей. На одну муфельную горелку работает один пылепитатель. Транспорт пыли осуществляется воздухом, тяга создается паровым эжектором, установленным в горелке.

В настоящее время на котле может сжигаться смесь из углей, а именно: жеронского, ирша-бородинского и ирбейского. Угли относятся к III группе взрывоопасности (по шкале ВТИ) [3]. Ирбейский уголь по своим характеристикам отличается от справочного значения и по составу ближе к проектному ирша-бородинскому углю. Основным отличием от ирша-бородинского угля является меньшая влажность (~28%).

Согласно данным, предоставленным ТЭЦ-6, предполагаемые к поставке КДО имеют следующие основные характеристики: Wr = 25%; Ar = 0,25%; Sr = 0,036%; Qri = 3305 ккал/кг.

Исходные КДО представляют собой плоскую щепу размером: 30-120 мм длиной, 5-20 мм шириной и 2-10 мм толщиной.

Инструментальные обследования проводились в соответствии с общепринятой методикой «Союзтехэнерго» и [2], а также согласно методическим рекомендациям, приведенным в [1], и др. Для обеспечения возможности опытного сжигания КДО и угольной пыли в топке котлоагрегата ст. № 7 на размол и подачу КДО реконструированы две системы пылеприготовления с переходом на прямое вдувание (СПП 7А и 7Б). Системы пылеприготовления 7В и 7Г остаются в существующем исполнении, при этом для заполнения бункера пыли БП-7А с ним соединена течка циклона Ц-7В [4].

Следует отметить, что номинальная производительность котла на угольной пыли с запасом обеспечивается работой двух СПП, в связи с чем при использовании КДО предполагается попеременная работа одной СПП на угле и одной СПП на КДО.

Соединение течки циклона Ц-7В с бункером пыли БП-7А выполнено трубопроводом равного с существующим диаметра: 325х8 мм. При этом угол наклона к горизонту составляет 55° и обеспечивает нормальный (без зависаний) сход угольной пыли в бункер [5].

Подача КДО в топку котла осуществляется через системы пылеприготовления 7А и 7Б путем соединения тракта «ММТ-7А→Ц-7А» с трактом «Ц-7А→МВ-7А», «ММТ-7Б→Ц-7Б» с трактом «Ц-7Б→МВ-7Б». Данные перемычки выполнены трубопроводами, одинаковыми с существующими сечениями и с плавными поворотами. При установке перемычек часть трактов с циклонами Ц-7А и Ц-7Б отглушены.

Система сжигания КДО сконструирована таким образом, чтобы были опробованы 3 варианта подачи и сжигания КДО в котле:

1. Подача КДО через пылепроводы к сбросным горелкам № 2 и № 8 при работе СПП 7А;

2. Подача КДО через пылепровод к сбросной горелке № 5 и муфельную горелку № 1 при работе СПП 7Б;

3. Подача КДО только через муфельную горелку № 1 при работе СПП 7Б.

Пылепровод от сбросной горелки № 3 мельничного вентилятора МВ-7Б заведен в муфельную горелку № 1 через центральный канал, при этом полностью демонтирован канал аксиального воздуха и пылепровод ПВКр [5].

На угольном складе ТЭЦ было заготовлено 300 т щепы (КДО). Данная щепа складировалась возле загрузочного бункера № 4 угольного склада. Загрузка КДО в загрузочный бункер осуществлялась бульдозером. Во время первой загрузки КДО в загрузочный бункер наблюдалось значительное зависание щепы на решётке с размером ячейки 400х400 мм, а также в самом загрузочном бункере. При этом нормальному ссыпанию КДО на ленточный дозатор мешала направляющая задняя стенка, установленная на входе в дозатор.

После демонтажа задней направляющей стенки в загрузочном бункере № 4 КДО стали ссыпаться лучше, но происходили зависания на скатах в местах изменения угла наклона стенок загрузочного бункера. Для устранения зависаний приходилось вручную ворошить щепу как на решётке, так и в загрузочном бункере. После загрузочного бункера № 4 КДО попадают на ленточный дозатор, оборудованный весами. Ленточный дозатор сбрасывает топливо на ленточный конвейер ЛК11 топливоподачи.

Изначально по программе испытаний планировалось опробовать сжигание КДО в смеси с ирбейским бурым углём в пропорции 50/50. Получение смеси должно было производиться в следующем порядке: загрузка КДО проводится в загрузочный бункер № 4, одновременно с этим ленточный дозатор № 4 подает КДО на ленточный конвейер ЛК11, при этом определяется масса топлива. Через загрузочный бункер № 2 подается ирбейский уголь, который по ходу движения транспортировочной ленты с КДО дозируется с помощью ленточного дозатора № 2 сверху на слой щепы. Контроль над соблюдением пропорции ведется по массе загружаемого топлива с помощью весов, установленных под ленточными дозаторами. Далее смесь проходит последовательно: узел пересыпки УП4, ЛК6, УП6, ЛК2А/2Б, дробильный комплекс ДК, ЛК7А/7Б, УП2, ЛК3А/Б, башню пересыпки и по ЛК4А/Б загружается в БСУ № 13. Перемешивание КДО с углём происходит в узлах пересыпки и дробилке мелкого дробления (ДМД). Таким образом планировалось приготовление первой порции смеси массой около 50 т. Однако нестабильная подача КДО (зависание в загрузочном бункере) на ЛК11 не позволила приготовить требуемую пропорцию. Получившаяся смесь имела пропорцию приблизительно 70/30 (70% – уголь, 30% – КДО).

Смесь КДО с углём, подаваемая питателем сырого угля (ПСУ), представлена на рис. 1. Наблюдение за смесью топлива в ПСУ показало некачественное перемешивание КДО с углём: периодически поступал чистый уголь.

Рис. 1. Смесь угля и КДО в ПСУ.

Рис. 2. Подача чистых КДО в ПДУ.

Стоит отметить, что из-за нестабильной подачи малой плотности КДО весы часто «не чувствовали» поступающих КДО. Это приводит к тому, что процесс загрузки КДО в бункере сырого угля (БСУ) крайне сложно контролируется.

При поступлении смеси с долей угля 50% и выше наблюдалась нормальная проходимость по тракту БСУ–ПСУ–ММТ без зависаний; при снижении доли угля в смеси менее 50% периодически происходило зависание в районе штыревых затворов и «штанах» БСУ (отметка 12-15 м).

В связи с невозможностью обеспечения качественного смешения КДО и угля в необходимой пропорции было принято решение о подаче для размола в пылесистемах 7А и 7Б и сжигании КДО в чистом виде. Подача чистого КДО в СПП показана на рис. 2.

Вследствие открытой компоновки угольного склада происходило увлажнение КДО атмосферными осадками, что повышало влажность КДО с 26% (в начале испытаний) до 39 %. Повышение влажности КДО ухудшало проходимость по тракту топливоподачи (забивание течки в узле пересыпки УП6) и способствовало зависанию в БСУ. Забивание течки происходило из-за ее прямоугольной формы, что приводило к появлению дополнительных зон для торможения прохождения КДО. Течки в других узлах пересыпки имеют круглое сечение. Данное обстоятельство, в свою очередь, приводило к привлечению больших человеческих ресурсов (ручного труда) для увеличения проходимости по тракту топливоподачи и исключения зависания КДО в БСУ. Также по тракту топливоподачи при подаче КДО наблюдались незначительные просыпи КДО на пол в узлах пересыпки, что при гидравлической уборке полов и смыве КДО в систему гидросмыва может привести в дальнейшем к забиванию трубопроводов. При поступлении чистых КДО по ЛК4Б в БСУ происходило зависание на входе в бункер из-за расположенной там решётки. В дальнейшем решётка была убрана.

При хранении КДО на открытом складе наблюдалось парение над штабелем. Для уменьшения зависания КДО в БСУ было принято решение об установке двух вибраторов на БСУ 13Б на отметках 15,2 и 10,5 м. Места установки вибраторов схематично показаны на рис. 3. Установка вибраторов с автоматическим периодическим включением в работу позволила уменьшить зависание КДО в БСУ, однако полностью исключить зависание в районе штыревых затворов не удалось в связи со сложной геометрией течек БСУ 13Б, а также геометрией коробов после штыревых затворов на входе в ПСУ. Для исключения зависания КДО были убраны штыревые затворы, через гнезда которых периодически случались просыпи КДО на пол.

Рис. 3. Эскиз БСУ № 13 с установкой вибраторов.

При повышении влажности КДО до 39% из-за зависания на отметке 13 м и периодической работы вибратора, установленного на отметке 15,2 м, происходило утрамбовывание влажного КДО в бункере. В связи с этим приходилось прикладывать неимоверные усилия и применять ручной труд, дополнительное оборудование для устранения зависания КДО в БСУ. Зависание КДО в БСУ увеличивало время работы системы пылеприготовления в холостом режиме, что давало перерасход электроэнергии на собственные нужды и приводило к подаче в топку котла нерегулируемого расхода холодных газов, неблагоприятно влияющих на процесс горения.

Нестабильность подачи топлива в котёл, особенно при планируемой доле КДО 20% по тепловой нагрузке, крайне неблагоприятна как для топочного процесса, так и для системы автоматического регулирования нагрузкой котла и стабильности снабжения паром потребителя. Помимо проблем с зависанием щепы в течках к ПСУ, наблюдалась запрессовка части КДО между пером последнего витка шнека и корпусом ПСУ (рис. 4).

Рис. 4. Запрессовка КДО в ПСУ.

Данная проблема возникала из-за того, что часть щепы не успевала ссыпаться через выходное окно ПСУ в течку молотковой мельницы (ММТ), а за счёт вращения шнека проталкивалась дальше и прессовалась на торцевой стенке. В процессе проведения испытаний приходилось приоткрывать последний люк ПСУ (над течкой в ММТ) для исключения напрессовывания КДО между последним витком шнека и торцевой стенкой ПСУ. Данное мероприятие за счёт создания разряжения помогало стабилизировать подачу КДО, но увеличивало присосы в систему пылеприготовления, что снижало критерий взрывобезопасности по содержанию кислорода (12%) в сушильном агенте при сушке топлива IV группы взрывобезопасности. В период проведения испытаний содержание кислорода составляло 10-11% (с учётом приоткрытого люка ПСУ). Запрессовка КДО в ПСУ приводила к остановке вращения шнека и прекращению подачи КДО в мельницу.

При работе мельничного вентилятора (МВ) возникали проблемы с пылением. Это было связано с тем, что при нормальной схеме работы МВ через него проходил слабозапыленный поток сушильного агента, а при реконструированной СПП через него проходит весь расход топлива (как КДО, так и уголь) с большими скоростями внутри вентилятора, что приводит к повышенному абразивному износу корпуса и рабочих колес. На рис. 5 показана щепа (КДО) после ММТ, отобранная из кучи, образовавшейся после пыления МВ.

Рис. 5. Размер щепы после ММТ.

По окончании испытаний были обследованы мельницы и мельничные вентиляторы на предмет износа и определения мест отложений КДО. Осмотр мельницы показал, что единственным местом отложений щепы в мельнице является металлоуловитель (рис. 6), где щепа прессуется в камере, но не мешает работе мелющих органов.

Рис. 6. Отложение измельчённых КДО в металлоуловителе ММТ-7Б.

За период испытаний каждая из мельниц, переведенных на использование КДО, находилась в работе ~ 100 ч. Износ мелющих органов незначительный: во время осмотра мельничного вентилятора 7Б были выявлены следы износа рабочего колеса, а также корпуса МВ (рис. 7). Отсутствие информации о первоначальном состоянии МВ, а также продолжительная работа МВ 7Б на прямом вдувании при срабатывании угля из БСУ № 13 не дают возможности сделать заключение о прямом воздействии КДО на износ оборудования реконструированных систем пылеприготовления. Для анализа влияния КДО на степень износа оборудования необходим более длительный период эксплуатации оборудования СПП на данном топливе.

Рис. 7. Износ рабочего колеса и корпуса МВ-7Б.

Выводы

В процессе проведения испытаний были опробованы разные схемы подачи КДО (через сбросные горелки, только через муфельную горелку и совместно через муфельную горелку и сбросную горелку) и сжигания топлива (уголь в чистом виде, уголь в смеси с КДО, КДО в чистом виде) от реконструированных систем пылеприготовления 7А и 7Б. В связи с тем, что во время испытаний был выявлен ряд проблем и особенностей в использовании КДО на котле БКЗ-320-140 ПТ-5 ст. № 7, необходимо:

1. Обеспечить предварительное измельчение КДО с помощью рубильной машины перед загрузкой в загрузочный бункер. При этом, возможно, отпадет необходимость в увеличении размера существующей ячейки решётки загрузочного бункера.

2. Увеличить размер существующей ячейки (400х400 мм) приемной решётки загрузочного бункера на топливном складе (где будет происходить загрузка КДО) до 400х800 мм.

3. Провести реконструкцию загрузочного бункера, избежав резких изменений наклона стенок.

4. Изменить конструкцию течек в УП6 с прямоугольной формы на круглую, аналогично УП4 и УП2.

5. Обшить стенки БСУ, предназначенного для КДО, нержавеющей сталью или другим полимерным покрытием с целью уменьшения коэффициента трения и отсутствия зависания как КДО, так и угля.

6. Провести установку вибраторов на БСУ 13А на отметках 15,2 и 10,5 м для улучшения ссыпания КДО аналогично БСУ 13Б с возможностью управления машинистом котла со щита управления и по месту.

7. Разработать и внедрить побудительные устройства, исключающие зависание КДО внутри БСУ (механические или пневмомеханические).

8. Провести реконструкцию входа течки угля в ПСУ и увеличить размеры выходного окна из ПСУ в течку ММТ.

9. Для исключения износа рабочих колес и корпусов мельничных вентиляторов перейти на схему с предвключенными вентиляторами горячего дутья (ВГД).

10. Площадка для склада должна располагаться с наветренной стороны по отношению к источникам пыления, дымовым трубам и установкам с открытыми источниками огня. Требования противопожарной безопасности должны быть учтены при устройстве складов открытого хранения щепы. Древесная щепа подвержена саморазогреванию в результате деятельности микроорганизмов. Щепа в кучах начинает разогреваться сразу же после отсыпки. При возгорании щепы интенсивность горения зависит от скорости ветра и влажности древесины.

11. При хранении древесной щепы в БСУ бункер следует оборудовать приборами для измерения температуры и системами обнаружения газов. Обычно хранение в бункере до 5–7 дней не сказывается на потере щепой каких-либо эксплуатационных качеств.

12. Практические рекомендации по предотвращению самовозгорания:

– при хранении не смешивать топливо различного качества (например, различные виды сырья, виды топлива с различным размером фракций, виды топлива с различной влажностью);

– хранить топливо лучше в небольших кучах и небольшой период времени;

– не допускать наличия в щепе катализаторов температуры (коры, смазочных масел, металлических предметов);

– следить за ростом температуры в БСУ или на складе;

– в случае выявления процесса самовозгорания с высокой температурой (˃ 60°С), необходимо предпринять соответствующие меры по предотвращению риска открытого возгорания;

– никогда не поставлять топливо, имеющее высокую температуру и участки с возгоранием.

Литература

1. Трембовля В.И., Фингер Е.Д., Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. М.: Энергоатомиздат, 1991. 416 с.

2. Методика оценки технического состояния котельных установок до и после ремонта. РД 34.26.617-97. М.: Изд-во стандартов, 1997. 96 с.

3. Инструкция по обеспечению взрывобезопасности топливоподач и установок для приготовления и сжигания пылевидного топлива. СО 153-34.03.352-2003. М.: Изд-во стандартов, 2004. 54 с.

4. Кудряшов А.Н., Мехряков А.Д. Оценка возможности совместного сжигания кородревесных отходов с углём в котле БКЗ-320 ТЭЦ-6 ОАО «Иркутскэнерго» // Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. с междунар. участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири». Иркутск, 2015. Т. 1. С. 186–190.

5. Кудряшов А.Н., Мехряков А.Д. Совместное сжигание отходов древесного производства с углём // Сб. тр. Восьмой Международной научно-техн. конф. «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов». Благовещенск: Изд-во ЧП Сажинов А.А., 2015. С. 344–347.

А.Н. Кудряшов, Н.Е. Буйнов, А.Д. Мехряков, Особенности подготовки кородревесных отходов к сжиганию совместно с углём в котле БКЗ-320-140 ПТ-5 с жидким шлакоудалением

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения" №01 (197), 2017 г. , www.rosteplo.ru/nt/197

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Тематические закладки пользователей:

Tеги: биотопливо

Похожие статьи:

Программы Auditor