2.2. Топки с циркулирующим кипящим слоем
Наиболее активно в последние годы развивается технология циркулирующего кипящего слоя (ЦКС), благодаря которой можно создавать крупные энергетические котлы. Котлы с ЦКС намечено построить для экстремально тяжелых топлив: экибастузском, подмосковном буром (Sр = 2,5 %), антраците ухудшенного качества. Эти котлы должны обеспечить эффективное сжигание низкосортных топлив в широком диапазоне изменения нагрузок без использования газообразного и жидкого топлива на подсветку, а также максимальное снижение выбросов оксидов серы и азота.
Установки с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) работают аналогично пузырьковому кипящему слою. Однако скорость газов в ЦКС обычно намного выше, чем в пузырьковом кипящем слое: 5,2–7,2 и 1,83–3,65 м/с. Вследствие интенсивной внутренней циркуляции ЦКС пригоден для трудносжигаемых топлив с малым выходом летучих веществ. Кроме того, поскольку в первичной зоне отсутствует расслоение твердого материала, в системе могут быть использованы более мелкие частицы известняка, что приводит к лучшему связыванию серы. Двумя важными преимуществами ЦКС являются легкость управления нагрузкой и возможность проектирования установок для широкого спектра топлив, хотя каждая конструкция приспособлена для конкретного топлива.
2.2.1. Отечественные котлы с циркулирующим кипящим слоем
Работы по созданию мощных отечественных котлов с ЦКС начаты с 1987 года и выполнены большим коллективом организаций: ВТИ, НПО ЦКТИ, СКБ ВТИ, По «Сибэнергомаш», Казниинэнергетики, УПИ, МЭИ. Сжигание топлива в ЦКС благодаря низкой температуре (850–900 oС) обеспечивает снижения выхода оксидов азота, а при добавлении известняка происходит подавление оксидов серы.
Расход известняка составляет 3–6 кг. на 1 тонну натурального топлива или на котел паропроизводительность 500 т/час – 0,2–0,4 т/час. Количество известняка может быть уменьшена для топлив с повышенным содержанием щелочноземельных соединений, например для углей Канско-Ачинского бассейна, минеральная часть которых содержит до 40 % и более соединений кальция и магния.
Воздух подается двумя вентиляторами. Вентилятор первичного дутья подает воздух через решетку в топку и в псевдогидрозатворы. Вентилятор вторичного воздуха подает воздух в топку на трех уровнях.
Котлы с ЦКС выполнены по одной схеме: топочная камера с размещением в ее верхней части поверхностей нагрева пароперегревателя, циклонов и вынесенного конвективного газохода, в котором размещены экономайзер и воздухоподогреватель. После циклонов зола через золовой затвор возвращается в нижнюю часть топочной камеры. Твердые частицы несгоревшего топлива выносятся из топки и возвращаются через циклоны снова в слой. Горячая зола после циклона направляется во внешние охладители золы.
Первичный золоуловитель представляет собой сепаратор ударного типа, состоящий из расположенных в шахматном порядке U-образных элементов (швеллерковый сепаратор), подвешенных к крыше котла, которые образуют лабиринт на пути газа и твердых частиц (рис 2.3). Два первых ряда золоуловителя расположены в топке перед входом в горизонтальный газоход. Уловленная в них зола возвращается в топку вдоль задней стенки. Твердые частицы, собранные другими рядами сепаратора (в горизонтальном газоходе), отправляются в бункер и возвращаются в нижнюю часть топки через четыре L-клапана
Последние служат для управления содержанием материала в топке путем регулирования перепуска из бункера в топку. Организация двухступенчатой первичной сепарации с внутритопочным швеллерковым сепаратором уменьшает значение необходимой внешней циркуляции частиц.
Рис.2.3. Швеллерковый сепаратор:1 – газ и твердые частицы; 2 – твердые частицы, возвращаемые в топку; 3 – твердые частицы, возвращаемые в бункер хранения
Этот вид топок используется для котлов тепловой мощностью от 20 до 500 МВт. В рамках федеральной программы «Экологически чистая энергетика» разработан и реализуется проект сооружения опытно-промышленного котла с ЦКС типа Е-220-9,8-540 АФН ОАО «Белэнергомаш» для сжигания АШ, на Несветай ГРЭС. Котел рассчитан на эффективное сжигание низкореакционного АШ с Q» =4100–500 ккал/кг с зольностью 40 % и содержанием серы до 2 %, без подсветки мазутом во всем эксплуатационном диапазоне нагрузок, при минимальных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу (снижение выбросов серы на 90 %, a NOx – не более 300 мг/м3).
Принципиальным преимуществом котла является возможность его размещения в габаритах существующей котельной ячейки без использования дорогостоящих систем азото- и сероочистки.
Котел является прототипом для технического перевооружения многочисленных электростанций России, сжигающих низкосортные твердые топлива с малой реакционной способностью, высоким содержанием золы, влаги, серы. Очень важно, что в таком котле возможно сжигание различных топлив по виду и качеству, без существенных изменений эксплуатационных и со значительным улучшением экологических показателей.
В котле применена технология ЦКС с компактными сепараторами ударно-инерционного типа (рис.2.3) которая успешно использована на ряде котлов фирмы «Бабкок-Вилькокс» (США).
Рис. 2.4. ГРЭС с котлами с ЦКС на АШ ухудшенного качества: 1 – комплекс по переработке золы; 2 – угольное и известняковое хозяйство; 3 – котел с ЦКС; 4 – паровая турбина; 5 – золоуловитель;6 – генератор; 7 – дымосос; 8 – дымовая труба
Аналогичные котлы разработаны и для других ТЭС: ЕП-250-16,8-545 БКФН для подмосковного угля и кузнецкого угля марки «Т»; Е-170-9,8-540-ДФН для торфа (рис.2.4).