- •Природоохранные технологии на тэс
- •Содержание
- •Предисловие
- •Введение
- •1.Современные технологические способы подавления оксидов азота
- •1.1. Этапы развития котельной техники России
- •1.2. Двухступенчатое сжигание.
- •Отрицательные последствия применения двухступенчатого сжигания
- •Опыт компании «Mitsui Babcock» по усовершенствованию двухступенчатого сжигания
- •1.3. Внедрение метода трехступенчатого сжигания на угольных электростанциях в России и снг
- •1.4. Усовершенствование метода трехступенчатого сжигания
- •1.5. Концентрическое сжигание
- •1.6.Подача воды или пара в зону горения.
- •Практическая реализация снижения nOx за счет впрыска пара
- •1.7. Опыт мэи по подавлению оксидов азота впрыском воды в зону горения
- •1.8. Рециркуляция дымовых газов
- •2. Сжигание топлив в кипящем слое
- •2.1. Сжигание твердых топлив в топках котлов, с классическим кипящим слоем
- •2.2. Топки с циркулирующим кипящим слоем
- •2.2.1. Отечественные котлы с циркулирующим кипящим слоем
- •2.2.2. Котлы с циркулирующим кипящим слоем под давлением
- •2.2.3.Зарубежные котлы с кипящим слоем (промышленный опыт)
- •Котлы с кипящим слоем, эксплуатируемые в сша
- •Применение котлов с цкс для сжигания сланцев
- •1.3.Сжигание твердых топлив с использованием аэрофонтанных предтопков
- •3. Плазменная технология
- •4. Разработка новых конструкций топочных камер для сжигания углей
- •4.1. Вихревые топки с жидким шлакоудалением
- •4.2.Принцип технологии вихревого низкотемпературного сжигания
- •4.2.1. Экономичность вир технологии
- •4.2.2. Экологические показатели
- •4.2.3.Надежность и маневренность
- •4.2.4. Результаты испытаний модернизированного котла пк-38 (ст. № 3а) Назаровской грэс
- •4.3.Пылеугольный котел с кольцевой топкой для крупных энергоблоков
- •5.Низкоэмиссионные горелочные устройства
- •5.1. Газомазутные малотоксичные горелки Классификация малотоксичных горелок
- •5.2. Зарубежные разработки малотоксичных горелок
- •5.2.1.Опыт внедрения малотоксичных горелок фирмой «Бабкок-Вилькокс»
- •5.2.2. Опыт внедрения малотоксичных вихревых горелок в Великобритании
- •5.2.3.Малотоксичные горелки, разработанные в Японии
- •5.3.Опыт внедрения малотоксичных зарубежных горелок в России
- •5.4. Работы вти по созданию малотоксичных горелок
- •5.4.1.Вихревые горелки вти
- •5.4.2. Работы вти по применению предварительной термоподготовки угольной пыли для создания горелочных устройств /6–9./
- •5.5. Разработки Томь-Усинской грэс и кгту по созданию горелочного устройства для снижения оксидов азота при сжигании газовых и длиннопламенных каменных углей в топках с жидким шлакоудалением
- •6.Термическая подготовка углей перед сжиганием в условиях тэс
- •6.1.Термическая подготовка углей в термоциклонных предтопках
- •6.2. Разработки эниНа
- •6.3. Разработки СибВти
- •6.4.Термическая подготовка углей с помощью плазменного газификатора
- •6.5. Работы Политехнического института сфу по применению предварительной термической подготовки углей в условиях тепловой электростанции для снижения оксидов азота.
- •7. Сжигание водотопливных суспензий
- •7.1. Современное состояние технологии сжигания водотопливных суспензий
- •7.2.Основные технологические характеристики водотопливных суспензий /5/.
- •7.3. Опыт применения водоугольных суспензий
- •7.3. Суспензионное топливо для мазутных тэс и котельных /5/.
- •7.4. Опыт применения водомазутных эмульсий на энергетических котлах тгмп - 314 и тгм - 96 тэц - 23 оао « Мосэнерго» /7/.
- •7.5.Разработки института «Новосибирсктеплоэлектропроект».
- •7.6. Исследования мэи (Технический университет) по применению водомазутных эмультсий для улучшения технико-экономических и экологических характеристик котельных агрегатов
- •7.7. Технико-экономическая перспективаиспользования суспензионного угольного топлива /5/.
- •8. Пассивные методы снижения токсичности дымовых газов при сжигании топлив
- •8.1. Химические методы очистки дымовых газов от оксидов серы
- •Мокросухой способ
- •Мокрый известняковый способ.
- •Озоновый способ
- •8.2.Химические методы очистки дымовых газов от оксидов азота
- •Технология сша
- •9. Золоулавливание на тэс
- •10. Мероприятия по снижению шума от оборудования тэс
- •11. Дымовые трубы тэс
- •Высота трубы, м 120 150 180 240 330
- •12. Защита водоемов от загрязнения сточными водами
- •12.1.Храктеристика сточных вод
- •12.2. Наиболее прогрессивные технические решения при эксплуатации электростанций «Мосэнерго» за счет внедрения кавитационных технологий.
- •Заключение
- •Список использованных источников Предисловие
- •К разделу № 1
- •К разделу № 2
- •К разделу № 3
- •К разделу № 4
- •К разделу №5
- •К разделу № 6
- •К разделу № 7
- •К разделу № 8
4.1. Вихревые топки с жидким шлакоудалением
Вихревая топка с жидким шлакоудалением была предложена в ЦКТИ Головановым Н.В.
В соответствии с этой технологией производится модернизация котла с размещением в его нижней части вихревой топки с горизонтальным вихрем. Высокая теплонапряженность в вихревой камере позволяет проводить топочный процесс с жидким шлакоудалением, что способствует эффективному сжиганию углей даже таких «тяжелых» марок, как «Т» и «СС2 ССР», и промпродукта обогатительных фабрик с одновременным снижением выбросов оксидов азота.
Первый опытно-промышленный парогенератор с высокотемпературной вихревой топкой был изготовлен Белгородским заводом энергетического машиностроения для ТЭЦ ЦКТИ Санкт-Петербурга. В процессе сжигания были опробованы топочные мазуты, природный газ, донецкие, кузнецкие и экибастузские угли. Общая наработка на этом парогенераторе составила свыше 100 тыс. часов.
Работоспособность вихревой топки была проверена на котлах с сверхкритическими параметрами пара на Луганской ГРЭС. Опытно-промышленный парогенератор с вихревой топкой (ПВТ) с диаметром вихревой топки 4000 мм был изготовлен ПО «Красный котельщик» г. Таганрога. Основное топливо – донецкий АШ и каменный уголь, топочный мазут и газ.
Результаты успешных испытаний такого ПВТ позволили осуществить проект двух более мощных ПВТ паропроизводительностью 500 т/час, которые были установлены на Ростовской ТЭЦ-2. Подольский машиностоительный завод (ЗИО) изготовил секционированную вихревую топку для блока 500 МВт Назаровской ГРЭС, который отработал с вихревой топкой свыше 100 тыс. ч. и продемонстрировал её высокую эффективность, маневренность, устойчивый выход жидкого шлака при использовании низкосортных шлакующихся углей Канско-Ачинского бассейна.
Поскольку на Новосибирской ТЭЦ идет поставка большого спектра непроектных топлив и эта ситуация далее будет только усугубляться, возникла необходимость реконструкции парогенератора БКЗ-320 с целью выбора более эффективных топочного и горелочного устройств, обеспечения надежной и экономичной работы котла при сжигании топлив практически любого качества с минимальными выбросами оксидов азота.
Предложен вариант реконструкции БКЗ-320-140 под вихревую технологию сжигания с использованием результатов физического и математического моделирования, опытно-промышленных испытаний котла ТПЕ-427 и корпуса Б котла П-49, как наиболее подкрепленного экспериментально-теоретическими данными и техническими решениями.
В проект реконструкции по варианту вихревой топки ЦКТИ с ЖШУ закладывается следующее:
– условный диаметр вихревой камеры принимается 5,76 м (равен глубине топки БКЗ-320);
– ширина топочной камеры 11,59 м по осям труб;
– углы раскрытия диффузора: переднего – 20°, заднего – 30°;
– площадь выходного сечения диффузора – 40 % от диаметрального сечения камеры горения;
– площадь горелочных амбразур – 5 % от площади наибольшего сечения вихревой камеры;
– устанавливается на фронтовой стенке 8 прямоточных горелок под углом 15° к горизонту;
– сброс сушильного агента осуществляется через специальный канал горелки в верхней ее части;
– пыль от бункера к горелкам подается по системе транспорта пыли высокой концентрации;
– принята замкнутая система пылеприготовления с газовой сушкой топлива и одной ступенью пылеотделения в циклоне;
– предусмотрены 1 двухсветный экран, а также 20 ширм, образующих перегреватель первой и второй ступени;
– для обеспечения бесшлаковочной работы котла устанавливаются следующие системы очистки:
а) для экранов камеры охлаждения – маловыдвижные аппараты водяного типа ОВМ (10 шт.);
б) для очистки топочных ширм и пароперегревателя – глубоковыдвижные аппараты парового типа ОГ-8 (12 шт.);
в) для очистки конвективной шахты - дробеочистка;
г) для очистки экономайзера второй ступени - газоимпульсная обдувка.
Основные достоинства варианта реконструкции котла БКЗ-320 под вихревую технологию сжигания низкозольного березовского угля следующие.
За счет установки двухсветного экрана достигается минимальная температура газов на выходе из топки 1067 °С и номинальная нагрузка 320 т/ч. При такой температуре выходных газов, как показали расчетные обоснования и опытные сжигания на ТПЕ-427, обеспечивается бесшлаковочный режим котла при нагрузке 320 т/ч. Последнее подтверждается опытом эксплуатации котла ТПЕ-427 на березовском угле, где была доказана длительная и надежная работа при существующих системах очистки на режимах до 360 т/ч. Стабилизация загрязнений при сжигании назаровского угля гарантируется при температуре газов на выходе до 1200 °С. Выбранный для тепловых расчетов коэффициент тепловой эффективности экранов, равный 0,35, получен при работе ТПЕ-427 на березовском угле. Следует принять во внимание, что на ТПЕ-427 задняя поверхность топки, включая топочные ширмы, не имеет очистки. При реконструкции БКЗ-320 под ПВТ вся топочная камера будет подвержена очистке, что приведет к дополнительному положительному снижению температуры газов на выходе. Достигается высокая степень выгорания, так как по опыту эксплуатации ТПЕ-427 в диапазоне нагрузок 360–420 т/ч при оптимальном избытке воздуха в 1,15 она составила 98,5 %. Размещение сбросных сопел для сушильного агента выше основных горелок приводит, как это было проверено на стендах ИТ СО РАН, к надежному его догоранию.
Реализуется уровень теплонапряжений в камере горения – 0,78∙106 Вт/м3 и в поперечном сечении – 3,69∙106 Вт/м2.
В реконструируемом котле БКЗ-320, как показывает опыт эксплуатации ТПЕ-427, гарантируется надежный режим жидкого шлакоудаления в диапазоне нагрузок (0,4–1,0)Дн (Дн – номинальная производительность). Последнее обусловлено управляемой аэродинамической структурой газовых потоков, расположением зоны максимальных температур в районе шлаковой летки, режимом избирательной сепарации минеральных компонентов при шлакообразовании в ПВТ.
Выбранные углы раскрытия диффузора (на основе продувок, опыта эксплуатации котла П-49 НГРЭС) не приводят к зашлаковыванию экранных поверхностей диффузора.
На реконструированном котле БКЗ-320 гарантируются значения выбросов NOx в диапазоне 240–300 мг/нм3, которые уже были достигнуты на котле ТПЕ-427 после замыкания пылесистемы при эксплуатационных избытках воздуха за водяным экономайзером 1,17–1,2. Обеспечение такого уровня NOx связано с двухступенчатостью сжигания пыли и подачей части ее в приосевую зону камеры горения с избытками воздуха 0,8–0,9, а также с применением пыли высокой концентрации.
Появляется возможность использования существующего топливоподготовительного и золошлакоулавливающего оборудования без существенных переделок. Облегченна работа существующих электрофильтров за счет уменьшения протока летучей золы из-за увеличенного коэффициента шлакоулавливания в топке до 50–60 %. Вариант реконструкции функционирующего ПГ под вихревую технологию сжигания позволяет использовать как строительную часть котельной ячейки, так и существующие вспомо-гательные системы котельной установки. Это убедительно показывается на рис. 2.47 по сопоставлению других альтернативных вариантов реконструкции котла БКЗ-320 НТЭЦ-3. Рассматривалась замена топки этого котла с ЖШУ: на ПВТ с
Рис. 2.47. Сопоставление вариантов реконструкции котла БКЗ-320 на вихревую топку ЦКТИ и тангенциальную топку («Сибэнергомаш»): 1 – БКЗ-320; 2 – вихревая топка ЦКТИ; 3 – тангенциальная топка («Сибэнергомаш»)
ЖШУ; тангенциальную топку (ТТ) «Сибэнергомаш» с СШУ. Для достижения приемлемых значений мехнедожога при использовании ТТ не хватает высоты существующего здания НТЭЦ-3, что требует заглубления низа топки, а это затрагивает систему гидрозолоудаления. К тому же невозможно использовать существующее топливопылеприготовительное оборудование без технических переделок. Работа электрофильтров серьезно осложняется увеличением потока летучей золы за счет снижения коэффициента шлакоулавливания. Более низкие температуры в тангенциальной топке при отключении хотя бы одной горелки (эффекты ПВЯ, Коанда). По этим причинам вариант реконструкции топки БКЗ-320 НТЭЦ-3 на ПВТ является предпочительным.
Парогенератор ТП-87 Новокемеровской ТЭЦ.
Рассмотрена проблема реконструкции парогенератора ТП-87 Новокемеровской ТЭЦ. Решение этой проблемы имеет большое значение, так как находящийся в эксплуатации в настоящее время парогенератор этого типа не удовлетворяет существующим санитарным нормам по выбросам оксидов азота. Помимо неудовлетворительных экологических показателей ТП-87 (концентрация выбросов оксидов азота более 1000 мг/м3), необходимо сжигать в одном и том же топочном устройстве различные по теплотехническим характеристикам виды кузнецких углей, что является сложной эксплуатационной задачей. Поэтому целью реконструкции является как существенное улучшение экологических характеристик, так и обеспечение экономичного сжигания широкой гаммы различных по свойствам углей.
Поставленная задача может быть решена с наименьшими затратами путем замены топки парогенератора ТП-87 на вихревую топку (ВТ). В пользу этого варианта говорит большой положительный опыт эксплуатации ВТ на ряде электростанций, в том числе Новосибирской ТЭЦ-3 и Назаровской ГРЭС, показавший достаточно высокие экологические и экономические характеристики, а также возможность сжигания широкой гаммы углей. Кроме того, данный вариант реконструкции использует имеющуюся на парогенераторе ТП-87 систему жидкого шлакоудаления (ЖШУ) и позволяет удачно вписаться в имеющиеся габариты реконструируемого ПГ ТП-87.
Достоинства варианта реконструкции с использованием вихревой топки сводятся к следующему:
– обеспечение малых выбросов оксидов азота за счет управляемой аэродинамики и процесса горения. Так, при сжигании березовского угля с тугоплавкой золой в котлах П-49 корпуса 7Б и ТПЕ-427, модернизированных на ВТ с разомкнутой пылесистемой без применения каких-либо средств подавления NOx, достигнуто содержание NOх = 400–500 мг/м3. После замыкания пылесистемы на котле ТПЕ-427 на Новосибирской НТЭЦ-3 и применения двухступенчатого сжигания топлива при нагрузках 250–280 т/ч уровень NOx составил 240–300 мг/м3, в то время как на соседних котлах с ЖШУ БКЗ-320-140ПТ при таких же нагрузках содержание NOx было 500–600 мг/м3;
– надежный выход жидкого шлака на ПВТ связан с управляемой аэродинамической структурой газовых потоков при изменении нагрузки и качества топлива, расположением зоны максимальных температур в районе шлаковой летки;
– возможность высокотемпературного, более экономичного, по сравнению с низкотемпературной тангенциальной топкой с СШУ, сжигания низкореакционных углей, когда даже значительного утонения помола недостаточно и дополнительно требуется более высокотемпературное сжигание;
– устойчивость вихревого движения в камере горения при отключении даже двух горелок;
– обеспечение в камере горения зон с избытком (α > 1) и недостатком (α < 1) воздуха;
–секционирование топочного объема, что позволяет эффективно управлять процессом горения;
–использование существующего топливопылеприготовительного оборудования без значительных переделок;
–фронтальное расположение горелок и сбросных сопел, что значительно упрощает компоновку воздушного тракта, пылепроводов сброса и ПВК, обеспечивает удобство в обслуживании и ремонте;
–малые габариты ПВТ, гарантирующие значительную экономию котельного металла, работающего под давлением, и позволяющие удачно вписаться в существующие габариты каркаса реконструируемого ПГ ТП-87;
–существенно облегченные условия работы применяемых электрофильтров за счет увеличения коэффициента шлакоулавливания в вихревой топке;
–применение существующей системы гидрозолошлакоудалеиия;
–использование традиционных систем очистки поверхностей нагрева от отложений;
– эффективное применение газоплотных экранных панелей;
– допустимый уровень эрозийного износа котельного металла;
– реализация системы подачи пыли высокой концентрации (ПВК);
– использование золы и шлака, прошедших высокотемпературную обработку, в качестве продукта с потребительскими свойствами.
При всех указанных выше достоинствах данного варианта реконструкции следует особо подчеркнуть, что вариант с ПВТ имеет длительный опыт эксплуатации на бурых углях Канско-Ачинского бассейна, т.е. ВТ является отработанным топочным устройством, обеспечивающим надежное сжигание широкой гаммы канско-ачинских углей, в том числе и березовского угля с тугоплавкой золой.
Недостатки варианта реконструкции с использованием ПВТ:
– необходимость установки двухсветных экранов в камере охлаждения;
– усложненные условия работы опускных ширм и двухсветных экранов при их размещении в камере горения;
– недостаточная тепловая эффективность поверхностей нагрева верхнего (со стороны фронта) угла камеры охлаждения;
– наличие возвратных течений на заднем экране при нерасчетных режимах работы ПВТ, что приводит к зашлаковыванию в этих локальных местах. Температура на выходе газов из топки с ВТ 1150 °С близка к регламентному значению, а на нижнем срезе ширм она достигает 1225 °С. Оптимальной тониной помола угольной пыли для котла с ВТ считается: для СС 2 R90=12–15 %, для марки Т R90=5–6 %. Уровень NОх реконструированного ТП-87 под ВТ на номинальной нагрузке составляет менее 0,5 г/м3 (αт = 1,4) по сравнению с 1,1 г/м3 в существующем котле. Коэффициент тепловой эффективности экранов в топке достигает ~ 0,3, а двухсветных ~ 0,35. Таким образом, по варианту реконструкции котла ТП-87 на ВТ имеется развитая научная база, положительный опыт освоения ВТ на ряде угольных парогенераторов, а также возможность «вписаться» в имеющиеся габариты котла ТП-87 с использованием уже существующей системы ЖШУ и пылеприготовления, с обеспечением экологических, технико-экономических и других показателей.
Для дальнейшего освоения ПВТ ПО « Красный котельщик» разработал головной парогенератор типа Е-500-140 ВЖ, смонтированный на Новосибирской ТЭЦ-3 как ТПЕ-427. Парогенератор выполнен с газовой сушкой топлива.
Результаты длительного освоения ПВТ позволили получить необходимые данные для разработки более мощных парогенераторов на канско-ачинских и других низкосортных углях (800 МВт).
Таким образом, в России имеется положительный опыт эксплуатации ПВТ на ряде головных и серийных котлоагрегатов производительностью 500 т пара в час при сжигании природного газа и мазута на Ростовской ТЭЦ-2, Волгоградской ТЭЦ-3, Тобольской ТЭЦ.
На углях также получен позитивный результат экплуатации секционированной вихревой топки диаметром 6,2 м на модернизированном корпусе Б блока 500 МВт Назаровской ГРЭС при сжигании назаровского и березовского бурых углей с устойчивым выходом жидкого шлака, а также на опытном котле ТПЕ-427 производительностью 500 т пара в час Новосибирской ТЭЦ-3, где прошли испытания на широкой гамме сибирских углей различного качества.
Следует отметить, что ПВТ оказывают меньшее негативное воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционными котлами.
На котлах с высокотемпературным вихревым сжиганием за счет управляемой аэродинамики процесса горения, т.е. применения научно обоснованных способов сжигания топлива, удаётся достигнуть уровня выбросов оксидов азота до 300 мг/м.3, что существенно ниже, чем на многих котлах с твердым шлакоудалением.