Водоугольное топливо

0
125

В настоящее время очень актуальной темой является применение
альтернативных, возобновляемых, нетрадиционных источников энергии – но
все это перспективные источники, а в практическом плане необходимо
сосредоточиться на традиционных источниках и, в том числе, на
возвращении в энергетику угля.

Уголь значительно дешевле мазута и газа. Энергия от сжигания
угля получается дешевой, так как использование угля на ТЭС определяет
обрастание основной технологической цепи электростанции: сжигание угля
в топке котла и получение пара, с помощью турбины вращающего
электрогенератор, энергия от которого выдается в систему целым букетом
вспомогательных и дополнительных узлов, в том числе обеспечивающих
разгрузку, хранение, приготовление и подачу на сжигание. Сюда входят
железнодорожное хозяйство, вагоноопрокидыватели, тракты топливоподачи с
узлами пересыпок, дробилками, бункерами, мельницами и пылесистемами. И
перерабатывается угля сотни, а то и тысячи тонн в час. Уголь же
рассыпается, самовозгорается, пылит, а пыль взрывается, в следствие
чего появляются системы пылеподавления, аспирации, гидросмыва с
очистными сооружениями. Такие дополнительные узлы увеличивают объемы и
стоимость строительства ТЭС, усложняют работу эксплуатационного
персонала, не обеспечивая стопроцентной гарантии безопасности и
нормальных санитарно-гигиенических условий работы.

Следовательно возвращение угля в энергетику должно
сопровождаться использованием новых технологии, которые позволят
максимально использовать преимущество угля, а так же минимизировать
сложность его применения.

Важным решением для угольной энергетики может стать переход от
прямого сжигания угля в различных топочных устройствах на приготовление
из углей различных качеств, в том числе и из отходов углеобогащения,
водоугольного топлива.

С начала 70-х годов прошлого века в ряде стран, в том числе в
США, Канаде, Италии и Китае, ведутся работы по исследованию и созданию
опытно-промышленных, демонстрационных и коммерческих установок по
производству и использованию ВУТ.

В Китае тематикой по ВУТ занимаются три
научно-исследовательских центра, работают 6 заводов по производству
ВУТ, на котельных и электростанциях, сжигающих ВУТ, производится до 2
млн. кВт энергии, планируется строительство крупного завода по
производству ВУТ, утраивающего его производство.

Технология приготовления водоугольного топлива за рубежом, в
том числе и в Китае, традиционная и состоит из двухступенчатого мокрого
помола угля в шаровых мельницах, подмеса пластифицирующих и
стабилизирующих химических присадок, подачи полученного продукта на
хранение и последующее сжигание в камерных топках котлов. Данная
технология была реализована в 80-е годы прошлого века и у нас в составе
опытно-промышленного комплекса «Белово – Новосибирская ТЭЦ-5». Однако
опыт не был доведен до конца, но определенные результаты принес,
подтвердив оптимистические надежды на водоугольное топливо и выявив его
недостатки, а именно:

  • громоздкая, затратная и сложная технология приготовления ВУТ с
    большим разбросом фракционного состава, нестабильными характеристиками
    пластичности и необходимостью ввода химических добавок;
  • негативные результаты сжигания ВУТ в камерной топке котла
    большой мощности из-за низкого ресурса работы сопел форсунок (40
    часов), необходимости постоянной подсветки факела и наличия
    значительного недожога топлива (более 15%).

Перспективность водоугольного топлива основывается на
кавитатационной технологии приготовления этого топлива,
характеризующейся высоким уровнем местного динамического
компрессионного и температурного воздействия на обрабатываемый материал
(до 2000оС и 25000 атм). В результате твердый компонент смеси (уголь)
измельчается до заданной степени дисперсности, а суспензия приобретает
новые свойства, выгодно отличающие ее от получаемой традиционным
способом, в том числе:

  • стабильность на протяжении длительного времени (контрольные
    образцы выдерживаются около трех лет) и пластичность без каких?либо
    присадок при достигнутом содержании твердого до 70%;
  • полностью высушенное или частично обезвоженное топливо
    переходит при добавлении воды в состояние устойчивой суспензии без
    механического побуждения;
  • топливо не увеличивает объема при замерзании, а после размораживания восстанавливает свои исходные свойства.

Качественные показатели кавитационного водоугольного топлива (в
дальнейшем – КаВУТ) получены в результате лабораторных исследований
образцов топлива, приготовленного на действующей установке
производительностью 30 т/час. Такая установка применялась в течение
двух лет на Енисейском ЦБК и обеспечивала водоугольным топливом
котлы-утилизаторы целлюлозно-бумажного производства, на ней удалось
провести промышленный эксперимент по приготовлению КаВУТ, было
переработано 39 тонн угля марки СС и получены следующие результаты:

  • удельные показатели по энергозатратам (30 кВт*ч/т угля) соизмеримы с энергозатратами альтернативных вариантов;
  • расход металла рабочих органов кавитаторов (до 100 г/т угля)
    значительно ниже (400*1000 г/т), чем при мельничном помоле,
    изготавливаются они из чугуна или простых сталей, и затраты на них
    составляют 1 (один) рубль на тонну переработанного угля.
  • Проработаны проекты узлов приготовления КаВУТ различной производительности, в результате анализа которых определены:
  • удельные затраты на приготовление КаВУТ – 69 руб/т (2,66
    долл.). Для сравнения в Китае при традиционной технологии приготовления
    ВУТ, удельные затраты на приготовления ВУТ – до 25 долл.
  • компактность установки, характеризующаяся удельным объемом здания установки приготовления КаВУТ – 40?50 м3/т в час. Для сравнения аналогичный показатель традиционной технологии составит 1000м3/тн в час.

Еще одним из выявленных недостатков опытно-промышленного сжигания
ВУТ на Новосибирской ТЭЦ-5 оказались условия горения этого топлива, 40
часов работы сопла форсунки, необходимость подсветки факела газом или
мазутом, большой недожог топлива вместе со сложностью традиционной
схемы подачи водоугольного топлива на сжигание (потребность в
обеспечении высокого – 16 атм – давления вязкого топлива и
агента-распылителя). В КНР при больших объемах производства и сжигания
ВУТ наиболее ответственным считается процесс сжигания.

Имеющиеся сложности со сжиганием ВУТ происходят из
необходимого условия распыления суспензии до микронных размеров (120
мкм) на входе в топку. Но уже никого не удивляет «кипящий слой», и уже
апробировано сжигание ВУТ в кипящем слое на небольшой котельной при
Воскресенском химкомбинате.

Учитывая ограниченность стационарного кипящего слоя по
диапазону теплопроизводительности, с одной стороны, и необходимость
поддерживания в нем достаточно низких (до 1000 С) температур, с другой,
предлагается новая схема сжигания водоугольного топлива, состоящая из
двух ступеней.

  1. топка (реактор) со стационарным кипящим слоем, работающим в
    низкотемпературном режиме сжигания и газификации части топлива в
    условиях недостатка окислителя и снятии части выделяющегося в слое
    тепла на нагрев вторичного воздуха вне зоны реагирования.
  2. камерная топка высокотемпературного сжигания основной массы
    топлива, прошедшего транзитом через кипящий слой и модифицированного
    под воздействием создающихся в его объеме термохимических условий, а
    также дожигание продуктов газификации.

Такая схема позволяет обеспечивать:

  • низкий уровень генерации окислов азота, что обуславливается
    предварительной обработкой топлива в существенно восстановительной
    среде стационарного кипящего слоя, способствующей выделению топливного
    азота в молекулярном состоянии;
  • предельное выгорание топлива (в смеси газообразного и
    пылевидного материала) во второй ступени, обусловленное высокими
    температурами горения при оптимальном избытке, рациональном
    распределении и высокой температурой вторичного воздуха.

Предлагаемая схема сжигания как комбинация кипящего слоя и объемного
сжигания похожа на топки с ЦКС, но использование в качестве топлива
водоугольной композиции позволяет:

  • существенно снизить размер частиц материала кипящего слоя с
    соответствующим снижением на выходе из него скоростей газа и размера
    выносимых частиц топлива до уровня, который обеспечивает их полное
    сгорание в камерной части топки, исключив необходимость рециркуляции;
  • существенно сдвинуть долю реагирования топлива в объем
    кипящего слоя за счет газификации его водой, входящей в состав
    суспензии, обеспечив горение в камерной части топки, в основном смеси
    летучих компонентов горючей части угля и газообразных продуктов
    газификации с выносимой из слоя недогазифировавшей при низкой
    температуре слоя частью высокореакционного коксового остатка.

В котлах малой и средней мощности объемная часть топки рекомендуется
традиционной, а для больших котлов, производительностью от 700 тонн
пара в час и выше, объемную часть топки целесообразно принять
кольцевой, что позволит снизить высоту котла на 15–18%, его веса и
стоимости почти на 30% по сравнению с котлами, оборудованными топками
ЦКС.

По результатам последнего стендового сжигания КаВУТ на полигоне в Раменском было отмечено и занесено в протокол:

  • отметить качества нового топлива, выгодно отличающие его от
    традиционных видов благодаря особенностям технологии его приготовления
    и способа сжигания с газификацией в кипящем слое;
  • высокую эффективность процесса сжигания при активной роли воды, входящей в состав КаВУТ;
  • нечувствительность процесса сжигания к качеству исходного
    угля и универсальность топочного устройства в отношении КаВУТ из углей
    любых марок, включая антрацит и отходы углеобогащения;
  • хорошую управляемость и возможность автоматизации процесса сжигания КаВУТ;
  • экологическую чистоту, взрыво- и пожаробезопасность процессов хранения, транспортировки и сжигания.

Удобно технологически и выгодно экономически производить КаВУТ из
высоковлажных углей (не надо сушить, чтобы сжечь в пылеугольной топке и
не много нужно добавлять воды, чтобы сделать КаВУТ) или из увлажненных
отходов углеобогащения.

Эксперименты по получению КаВУТ из отсевов, обезвоженного кека
вакуум-фильтра, шлама отстойника обогатительной фабрики разреза
Черниговский и кека фильр-прессов ЦОФ «Беловская» Кемеровской области
(из углей Ж, ГЖ, КС шахт Чертинская, Распадская и разреза Бачатский),
теплотворная способность проб КаВУТ находилась в диапазоне от 3000
кКал/кг до 1200 кКал/кг. Но все горело и в камерной топке, но особенно
хорошо – в топке с кипящим слоем.

Хотя в своей аргументации в пользу КаВУТ в основном упор идет
на выгоды энергетики, первыми эти доводы услышали угледобытчики, а
именно то, что в топливо можно превратить отходы углеобогащения.
Количество таких отходов таково, что из 1 млн. т. переработанного на
обогатительных фабриках угля в отвалы уходит топлива, достаточного для
выработки 20 МВт электроэнергии. И это при всех стараниях по
совершенствованию технологий обогащения.

В случае масштабного ориентирования на КаВУТ можно,
существенно упростив технологию углеобогащения, отделяя нужное
количество концентрата, все остальное превращать в КаВУТ тут же, на
обогатительной фабрике, получая на выходе два продукта: концентрат и
КаВУТ и никаких отходов.

Рассчитанная цена такого нового продукта должна устроить и производителей, и потребителей.  //www.vemiru.ru

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.