Циклонный предтопок как средство снижения вредных выбросов в атмосферу
Перспективной технологией, рассчитанной на использование угля с минимальным загрязнением окружающей среды, является так называемый «Комбастор TRW» — оригинальный циклонный предтопок с жидким шлакоудалением. Особенности этой технологии уже описаны как в отечественной [3.83, 3.84], так и в американской литературе [3.85, 3.86]. На рис. 3.75 показана опытно-промышленная установка, на которой специалисты американской фирмы TRW (штат Калифорния) отрабатывали оптимальные параметры комбастора.
Установка состоит из бункера угольной пыли, системы подачи пыли с высокой концентрацией, компактной циклонной камеры сгорания с жидким шлакоудалением, на входе в которую установлена камера предварительного горения для подогрева воздуха. Продукты неполного сгорания из комбастора TRW через короткий соединительный короб поступают к вторичной горелке и далее в основную топочную камеру котла.
Главным отличием комбастора TRW от горизонтальных и вертикальных предтопков, применявшихся на нескольких электростанциях СССР в 70-е годы XX в., является наличие предварительной камеры сгорания, в которую подаются часть топлива и воздух с температурой от 38 до 260 °С. В результате сгорания этой части топлива на входе в циклонную камеру комбастора получается газовоздушная смесь с температурой до 1000 °С. Эти высокотемпературные газы поступают в циклонную камеру тангенциально, а остальное топливо (в виде угольной пыли с R74 = 30 %) подается аксиально. Конструктивные особенности камеры обеспечивают сжигание большей части топлива в объеме, в отличие от отечественных горизонтальных циклонных предтопков, в которых сгорание дробленки происходило главным образом на шлаковой пленке.
|
|
|
В 1984 г. комбастор мощностью 12 МВт был пристроен к одному из котлов в технологической котельной завода фирмы TRW в г. Кливленд. Этот котел ранее был переведен на сжигание мазута, поэтому, кроме самого комбастора, на котле пришлось смонтировать систему размола и транспортирования угля. Основная программа эксплуатационных испытаний была проведена в течение 4000 ч при сжигании битуминозного угля из штата Огайо {Wr = 4%; Аг = 8,5 %; Vdaf = 41 %). Затем были проведены испытания установки при сжигании других углей, включая водоугольную суспензию с Wr = 31,7%. В общей сложности комбастор работал около 12 000 ч.
Опыты, проведенные при сжигании каменного угля на этом комбасторе, показали, что степень шлакоулавливания менялась от 80 до 95 %, концентрация оксидов азота в продуктах сгорания за комбастором (который работал с α = 0,7—0,9) составляла только 273 мг/м3 (при нормальных условиях и α = 1,4). Для снижения выбросов SO-, в переходный короб за комбастором из специального бункера подавался кальцийсодержащий сорбент. Измерения показали, что это мероприятие снижало выбросы диоксида серы в атмосферу на 55 %.
|
|
|
Успешный опыт эксплуатации кливлендского комбастора и дополнительные усовершенствования отдельных узлов позволили авторам перейти к полномасштабной установке, рассчитанной на энергетические котлы. В декабре 1989 г. Министерство энергетики США (DOE) включило в очередную программу по созданию новых технологий чистого использования угля в энергетике (ССТ-Ш) проект под названием «Healy Clean Coal Project». Этот проект предполагал строительство угольной ТЭС Healy на Аляске. Ввиду того что ТЭС Healy расположена недалеко от Национального парка и заповедника Denali, потребовалось принять все возможные меры для снижения вредных выбросов в атмосферу. Демонстрационный блок ТЭС Healy электрической мощностью 50 МВт решено было оснастить пылеугольным котлом с двумя комбасторами TRW, тепловой мощностью 102 МВт каждый. Кроме 1-й ступени сероочистки (подачи известняка в комбасторы) решено было за котлом, после трубчатого воздухоподогревателя, установить мокросухой абсорбер с распылением активного сорбента (рис. 3.76). Третьей ступенью очистки дымовых газов от SO2 должны были стать тканевые фильтры, на поверхности которых предполагалось дальнейшее взаимодействие диоксида серы и сорбента.
|
|
|
Цель демонстрационного проекта состояла в обеспечении эффективного сжигания местного угля при суммарной очистке дымовых газов от SO2 на 90 % и выбросов в атмосферу, не превышающих по диоксиду азота — 0,086 г/МДж B35 мг/м3); по твердым частицам — 0,00645 г/МДж A6 мг/м3).
Проектные работы были начаты в июле 1990 г., но только в ноябре 1991 г. было подписано соглашение между всеми участниками работы. По этому соглашению общие затраты на реализацию демонстрационного проекта оценивались в 242 млн долл. США, из которых 117,3 млн долл. (примерно 48 %) выделяло DOE, а остальные 124,7 млн долл. (около 52%) собрали заинтересованные организации: Администрация штата Аляска по промышленному развитию и экспорту, эксплуатирующая энергетическая компания Golden Valley Electric Association, инжиниринговая корпорация Stone and Webster, поставщик технологии сжигания угля TRW Inc., поставщик технологии сероочистки Babcock & Wilcox Company и поставщик угля Usibelli Coal Mine, Inc. Основным топливом на ТЭС была угольная смесь: 35 % рядового полубитуминозного (длиннопламенного) угля место- рождения Usibelli с содержанием серы 0,2 % и 65 % отходов обогащения этого угля.
|
|
|
Каждый из комбасторов имел внушительные размеры: наружный диаметр 2,7 м, длину около 4,7 м. Предкомбастор — первичная камера горения, в которую подавалось 25—40 % топлива, имел внутренний диаметр 1,6 м и длину также 1,6 м. На выходе из комбастора имелось устройство для удаления шлака в жидком виде и отвода продуктов сгорания в нижнюю часть топочной камеры котла. Здесь же был организован ввод сорбента для частичного связывания диоксида серы A-я ступень сероочистки).
Подготовка технической документации по демонстрационному проекту Healy была завершена в ноябре 1993 г., но строительные работы начаты только в мае 1995 г. В ноябре 1997 г. строительство энергоблока было завершено, и в январе 1998 г. котел с комбасторами TRW и системой сероочистки сдан в промышленную эксплуатацию.
Длительные опыты, проведенные при непрерывной работе котла в течение 18 сут, показали, что удельные выбросы NOx. составляют 0,108 г/МДж, а SO2 — 0,034 г/МДж, что соответствует концентрациям примерно 295 мг/м3 по NOx и 93 мг/м3 по SO2 (в пересчете на α = 1,4).
Предельно допустимые выбросы (ПДВ) диоксида серы по местному законодательству составляли 0,043 г/МДж, что примерно в 12 раз ниже, чем общенациональные ПДВ для США. Тем не менее принятая схема очистки дымовых газов в сочетании с использованием комбастора TRW, позволила уложиться в эти чрезвычайно жесткие нормы.
К концу первого года эксплуатации котел проработал более 4900 ч. В комбасторах за это время было сожжено 156 тыс. т смеси длиннопламенного угля и отходов углеобогащения, в результате чего был выработан 231 млн кВт • ч электроэнергии. Коэффициент использования установленной мощности энергоблока составил 44 %.
В январе 1999 г. во время планового останова котла была выполнена незначительная реконструкция одного из комбасторов для минимизации нарастания шлака в предкомбасторе и комбасторе. Кроме того, были установлены направляющие лопатки перед золоуловителем для уменьшения износа тканевого фильтра.
В июне 2000 г. участники работы представили заключительный отчет, но еще длительное время, до ноября 2001 г., решено было продолжать эксплуатационные наблюдения за эффективностью работы котла и уровнем выброса загрязнителей в атмосферу.
По результатам проведенных исследований сделан вывод, что проверенная на ТЭС Healy комплексная технология может быть широко использована как на энергетических, так и на промышленных котлах, причем внедрять ее можно не только при сооружении новых котлов, но и при реконструкции действующих. В последнем случае может быть решена задача сжигания угля на газомазутных котлах, так как комбастор обеспечивает высокую степень улавливания золы до поступления продуктов сгорания в топочную камеру.
Предварительные расчеты показали, что в случае перевода энергоблока мощностью 410 МВт с газа или мазута на твердое топливо потребуется оснастить котел 16 комбасторами тепловой мощностью 73,3 МВт каждый. Если разница в стоимости газа и угля будет составлять 56 долл./т у.т., то затраты на такую реконструкцию окупятся за 3 года [3.87].
По последним сведениям, фирма TRW уже заключила лицензионное соглашение с Китаем на поставку комбасторов для пылеугольных котлов.
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 91; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!