Тепловая энергетика

Технология подготовки и сжигания твердого топлива на тепловых электрических станциях

Высокоэффективное сжигание низкореакционных высокозольных углей в котлах тепловых электростанций (ТЭС) является одной из важнейших и актуальных проблем энергетического комплекса. Актуальность проблемы обусловлена тем, что геологические запасы таких углей разведаны на много лет вперед, при этом объемы добычи энергетических углей будут сохраняться в обозримом будущем. Исходя из этого, были определены и в настоящее время эксплуатируются в России около 200 котлов различной мощности сжигающих высокозольные угли АШ.

Примеры ТЭС центральной части России, работающие на твердом топливе

Новочеркасская ГРЭС	Рязанская ГРЭС
Троицкая ГРЭС	Череповецкая ГРЭС

Сжигание угля на тепловых электростанциях производится в виде угольной пыли с подсветкой мазутом и природным газом. При совместном сжигании угля АШ, имеющего низкий выход летучих (3 — 5 %) и высокую зольность (30 — 50%), с мазутом имеет место механический недожог угля и наличие вредных выбросов в атмосферу.

Масштабность проблемы состоит в том, что доля мазута в тепловом балансе котла достигает 30 % при суточном потреблении высокозольных углей действующими блочными котлами ТЭС.

Использование углей с высоким содержанием летучих (свыше 16 %) в котлах ТЭС, предназначенных для сжигания углей марки АШ, из-за специфики технологического процесса, конструкции котельного агрегата и условиям взрывной и пожарной безопасности не допускается без коренной реконструкции котлов.

Пути решения проблем сжигания низкореакционных твердых топлив на тепловых электростанциях

Реакционность твердых топлив характеризуется таким параметром, как содержание горючих летучих в топливе. Выход и горение горючих летучих влияет на разогрев коксового состава твердого топлива, на его воспламенение и горение. При факельном горении в пылеугольных топках котлов твердого топлива с недостатком горючих летучих в нем энергетики вынуждены применять подсветку факела. Как при растопке пылеугольных котлов, так и для стабилизации горения (подсветки) пылеугольного факела в мировой и отечественной практике используют природный газ или топочный мазут. В мире на эти цели расходуют более 50 млн т мазута в год. По оценкам только на станциях РАО «ЕЭС России» ежегодно сжигают более 5 млн т мазута. Повсеместное снижение качества энергетических углей требует увеличения расхода мазута на тепловых электростанциях, в то время как из-за углубления переработки нефти и других причин объемы производства мазута в России сокращаются.

Совместное сжигание угля и, обладающего более высокой реакционной способностью мазута, ухудшает эколого-экономичeские показатели котлов: на 10-15% повышается механический недожог топлива и на 2-5% снижается КПД-брутто, возрастает скорость высокотемпературной коррозии экранных поверхностей, снижается надежность эксплуатации котельного оборудования, на 30-40% увеличивается выход оксидов азота и серы (за счет более высокого содержания серы в мазуте), появляются выбросы канцерогенной пятиокиси ванадия.

Известные методы снижения расхода мазута при сжигании низкосортных углей: реконструкция горелочных устройств, раздельное и смешанное сжигание угля и подсветочного топлива — мазута, высокий подогрев воздуха и пылевоздушной смеси, утонение помола и др. – не решают проблему сокращения расхода жидкого топлива, особенно на стадии растопки котлоагрегата.

Применение природного газа в качестве основного или дополнительного топлива, несмотря на его более высокую экологичность, далеко не всегда возможно.

Снижение доли участия мазута и газа в топливном балансе пылеугольных котлоагрегатов остается очень актуальной задачей теплоэнергетики.

Таким образом, проблема использования низкореакционных топлив может решаться различными путями рассмотренными выше:

• Предварительной газификацией твердого топлива и переводом сжигания пыли в топке котла на сжигание генераторного газа, что может быть полезным и в том случае, когда газомазутные котлы потребуется переводить на работу с твердым топливом.
• Созданием условий более лучшего воспламенения и горения пылеугольной смеси, что в свою очередь решается применением специальных устройств интенсифицирующих процесс воспламенения и горения пыли (например, плазмотронов и создание электромагнитных полей повышающих активность окисления органической части топлива путем ионизации газов и частиц); применением более тонкого (сверхтонкого) помола повышающем активную поверхность окисления твердых частиц пыли топлива.
• Применением, кроме мазута и природного газа, добавок (в том числе и наномодифицированных добавок) позволяющих увеличить реакционную способность пылеугольных частиц топлива.

Использование наноматериалов при сжигании твердого топлива

Технология основана на двух принципах:

1. Более тонкий помол малой доли топлива с помощью центробежной эллиптической мельницы позволяющей получать на выходе частицы топлива размером 50-70 мкм. Измельчение твердых тел в высокоэффективных активаторах — измельчителях, одновременно с уменьшением размера частиц, приводит к образованию качественно новой поверхности, повышению реакционной способности, а, следовательно, и к ускорению процесса взаимодействия с водородом или кислородом.

Схема реализации технологии приготовления твердого топлива на ТЭС

2. Интенсификация процессов воспламенения и горения низкореакционного твердого топлива, основаного на внедрении в процесс сжигания наноструктурированных углеродных материалов, активирующих окислитель топлива. Интенсификация позволит улучшить динамику воспламенения и горения горючих летучих веществ антрацитового штыба, а так же увеличит скорость выгорания углерода коксового остатка.

Основные результаты:

• замена подсветки природного газа нанодобавками в котлах ТЭС;
• снижение расхода топлива на 12 — 15 %;
• снижение удельных затрат по производству электроэнергии на 10%;
• уменьшение вредных выбросов электростанций.

Область применения результатов:

• тепловые электрические станции, работающие на твердом топливе;
• котельные установки промышленных производств и тепловых сетей.

Буклет, содержащий информацию о научно-технических разработках ООО НПП «Донские технологии», можно получить по ссылке.

Рубрика: Текущие НИР и ОКР