Особенности сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии

На современных тепловых электрических станциям твердое топли­во при сжигании в камерных топках предварительно измельчают и в виде пыли в смеси с воздухом вдувают в топочную камеру, где оно сгорает, находясь в потоке газов во взвешенном состоянии. Для пре­вращения крупных кусков влажного топлива в пригодную для сжига­ния сухую угольную пыль твердое топливо подвергают процессу под­готовки в системе пылеприготовления, заключающемуся в предвари­тельном грубом дроблении на куски в несколько десятков миллимет­ров, подсушке и дальнейшем размоле до пылевидного состояния с размером частиц в несколько десятков или сотен микрометров.

Превращением кускового топлива в угольную пыль достигается многократное увеличение поверхности реагирования. Так, если кусочек угля диаметром 15 мм раздробить на частицы размером 50 мкм, то суммарная площадь поверхности полученных частиц в 300 раз будет больше поверхности исходной частицы. При увели­чении поверхности реагирования существенно улучшаются усло­вия сжигания, так как горение топлива является гетероген­ным процессом (топливо и окислитель находятся в разных агре­гатных состояниях — соответственно в твердом и газообразном), происходящим на поверхности частиц топлива.

Основными преимуществами сжигания твердого топлива в пы­левидном состоянии являются следующие:

• возможность сжигания с достаточно высоким КПД любого топлива, включая малореакционные антрациты, а также высоко­влажные и высокозольные угли и отходы углеобогащения;

• практически неограниченная по условиям сжигания топлива единичная мощность котла;

• полная механизация топочного процесса, легкость регулиро­вания, возможность полной автоматизации топочного процесса;

• отсутствие подвижных деталей в топке, что повышает эксплу­атационную надежность агрегата.

Недостатками сжигания топлива в пылевидном состоянии яв­ляются:

• сложность, громоздкость и в большинстве случаев высокая стоимость оборудования пылеприготовления;

 • значительный расход электроэнергии на приготовление пыли, например, для антрацита составляющий 25... 30 кВт∙ч/т;

• низкие (0,1...0,3 МВт/м³) объемные плотности тепловыделе­ния в топке при факельном сжигании твердого топлива, что объяс­няется малой массовой концентрацией топлива в единице объема топки (20... 30 г/м³), а также неблагоприятными условиями подво­да окислителя к поверхности реагирования и отвода продуктов сгорания вследствие низкой относительной скорости горящих час­тиц в газовоздушном потоке.

Схемы пылеприготовления

Технологическая схема пылеприготовления

Поступающее на электростанцию твердое топливо имеет обыч­но куски размером до 200 мм и более и до подачи его в углеразмольные мельницы претерпевает ряд подготовительных операций собственно перед процессом размола.

Первичная обработка топлива заключается в удалении из него металлических предметов и щепы, далее следуют грохочение и дробление. Удаление металлических предметов (болтов, гаек, желез­нодорожных костылей и т.д.) необходимо для предотвращения поломки механизмов системы пылеприготовления с помощью магнитных сепараторов. С помощью щепоуловителей удаляют из топлива древесную щепу, попадающую в уголь в процессе его до­бычи, что предотвращает забивание элементов системы пылепри­готовления получающейся из щепы «древесной ватой».

При поступлении высоковлажных топлив наблюдается потеря его сыпучести, что приводит к «замазыванию» пылеприготовительных механизмов, заключающемуся в налипании сырого топлива на их стенки. Для предупреждения этого явления производят час­тичную подсушку топлива, снижая содержание его внешней влаги на 4... 6 %. В зимних условиях наблюдается смерзание влажного топ­лива и примерзание его к стенкам топливоподающих устройств. Для борьбы со смерзанием применяют отопление помещений все­го тракта топливоподачи от разгрузочного сарая, куда поступает топливо при разгрузке железнодорожных вагонов, до бункеров сырого угля у мельниц.

Освобожденный от металлических предметов уголь подвергает­ся грохочению для отделения крупных кусков топлива от мелких. Для этого топливо пропускают сквозь качающиеся сита-решетки с размером отверстий 10... 15 мм. Куски более 10... 15 мм направля­ются в дробилки, а куски меньшего размера — мимо дробилок. Качество дробления определяют путем рассева дробленого топли­ва на сите с размером ячеек 5x5 мм по величине остатка на сите в процентах от начальной массы пробы, обозначаемого R ₅ (здесь индекс «5» указывает на размер отверстия в сите в миллиметрах). Обычно дробление проводят так, чтобы остаток на сите с указан­ными ячейками составлял не более 20 %.

Для дробления топлива используют молотковые или валковые дробилки. В первом случае дробление топлива происходит за счет удара вращающихся молотков, шарнирно укрепленных на валу ротора. Валковые дробилки выполняют в виде вращающихся на­встречу один другому валков с насаженными на них шипами — зубьями.

Из дробилки топливо поступает в систему пылеприготовления, где подвергается интенсивной подсушке и размолу, в результате чего получается угольная пыль, которая пневмотранспортом по­дается к горелкам котельного агрегата.

Для размола топлива применяют центральные и индивидуаль­ные системы пылеприготовления.

Принципиальная схема центральной системы пылеприго­товления приведена на рис. 9.3, а. Предварительно подготовленное топливо из бункера 1 сырого дробленого угля поступает в сушил­ку 2, далее в мельницу 3, а затем в центральный бункер 4 готовой пыли. Насосом 5 пыль подается в расходные пылевые бункера 6 котлов. Из бункеров пыль подают в топочную камеру 8. Одновре­менно в камеру подается воздух вентилятором 7.

Рис. 9.3. Принципиальные схемы систем пылеприготовления:

а — центральная; б — индивидуальная с прямым вдуванием; в — индивидуальная с промежуточным пылевым бункером; Г— бункер сырого дробленого угля; 2 — сушилка; 3 — мельница; 4 — центральный бункер готовой пыли; 5 — насос для пыли; 6 — расходные бункера; 7 — вентиляторы; 8 — топочные камеры котлов; 9 — промежуточный бункер; 10 — шнек для пыли.

Положительной особенностью центральной схемы пылеприго­товления является независимость работы размольных установок от работы котла. Мельница может работать периодически, но с пол­ной нагрузкой, когда расход электроэнергии на пылеприготовле­ние получается наименьшим. В топку котла пыль подается подсу­шенной до заданной влажности.

Центральные схемы пылеприготовления всегда разомкнуты по сушке, т.е. отработанный сушильный агент вместе с некоторым количеством неуловленного топлива сбрасывается в атмосферу. Центральная система пылеприготовления, представляющая собой фактически пылезавод, применяется в настоящее время для бло­ков мощностью более 500...800 МВт.

В индивидуальной системе пылеприготовления предусмот­рено приготовление пыли непосредственно у котельной установ­ки с использованием для сушки топлива и его пневмотранспортировки горячего воздуха или продуктов сгорания, образующихся в котле. Различают индивидуальные системы пылеприготовления с прямым вдуванием и с промежуточным пылевым бункером.

Индивидуальная система пылеприготовления с прямым вду­ванием (рис. 9.3, б) отличается жесткой связью мельничного оборудования с котлом. Изменение нагрузки котла требует изме­нения и режима работы мельничного оборудования. При работе котла со сниженной нагрузкой мельница оказывается недогружен­ной. В то же время при уменьшении производительности мельнич­ного оборудования снижается и нагрузка котла.

В индивидуальной системе пылеприготовления с промежу­точным пылевым бункером (рис. 9.3, в) работа пылеприготовительного оборудования не зависит от работы котла, что является основным достоинством этой системы. Наличие промежуточного пылевого бункера 9 повышает надежность установки. Этому способствует связь мельничных устройств отдельных котлов, обес­печивающая возможность с помощью пылевого шнека 10 переда­вать пыль в случае необходимости от одного котла другому. В инди­видуальной схеме пылеприготовления с промежуточным бунке­ром также имеется возможность наиболее полно загружать мель­ничное оборудование.

Индивидуальная система пылеприготовления с прямым вдува­нием находит применение при сжигании высокореакционных бу­рых и каменных углей, допускающих наиболее грубый помол. Ин­дивидуальная система пылеприготовления с промежуточным бун­кером применяется для мощных котлов при работе на тощих и малореакционных топливах, требующих тонкого помола.

Работа системы пылеприготовления при пониженной нагрузке приводит к существенному увеличению удельного расхода элект­роэнергии на размол твердого топлива и затрат энергии на соб­ственные нужды электростанции или котельной.