Способы сжигания топлива вихревой

Новейшие эффективные технологии и оборудование переработки биомассы

Сжигание в вихре (вихревое сжигание)

Более технологичный способ сжигания твердых биотоплив. Как правило, применяется для сжигания мелкофракционного топлива (размер частиц – до 6 мм), в т.ч. пылевидного. При этом способе большая часть топлива не находится на решетке, а вращается в вихревом потоке дутьевого воздуха, т.е. это — способ сжигания топлива во взвешенном состоянии. Сжигание в вихре идеально подходит для сухих древесных опилок и стружек, шлифовальной пыли, измельченной соломы, лузги подсолнечника и т.п.

Разновидности:
— сжигание с горизонтальной осью вращения вихря;
— сжигание с вертикальной осью вращения вихря.

Топка чаще всего имеет форму цилиндра. На внутренней поверхности камеры сгорания имеются расположенные тангенциально дутьевые отверстия. Нагнетаемый вентиляторами дутьевой воздух через тангенциальные сопла попадает в зону горения, создавая вихревое движение смеси воздуха и топлива. Частицы топлива при этом находятся в подвешенном состоянии — витают в воздухе, двигаясь по максимально длинной траектории. Возникающая при этом центробежная сила прижимает частицы топлива к внутренней раскаленной поверхности топки, способствуя более полному их сгоранию и препятствуя выносу недогоревших частиц из топки. Топливо подается в топку с горизонтальной осью вращения также тангенциально, а в топку с вертикальной осью вращения может подаваться в зону разряжения по оси сверху.

Преимущества технологии сжигания в вихре:
— предельная простота теплогенератора и минимальное количество движущихся частей, соответственно, — низкая цена и короткий срок окупаемости;
— высокая интенсивность процесса сжигания, соответственно, оборудование занимает небольшую площадь, имеет относительно низкую массу;
— минимальные эксплуатационные расходы;
— короткое время старта;
— высокая скорость регулирования мощности;
— очень широкий диапазон регулирования мощности — от 10 до 100%;
— максимальный срок службы футеровки вследствие её цилиндрической формы (гарантия — до 8 лет);
— высокая универсальность: позволяет сжигать горбыль, дрова и т.п., при добавлении соответствующих горелок может работать на газе или дизельном топливе (в качестве альтернативы).

Недостатки:
— высокое удельное энергопотребление;
— плохая эффективность работы на топливах с высокой влажностью и зольностью (но только с низкой температурой плавления золы) ввиду покрытия внутренней поверхности топки спекающейся золой;
— сложность удаления спекшейся золы.

Предприятие основано в 1993 году
Дизайн сайта, тексты, фотографии и изображения — Слипченко П.П., ГК «ЭкоЭнергия». 2002–2021.
Публикация без письменного согласия правообладателя запрещена. Все права защищены.
Программирование — Агенство Интернет-рекламы CoffeeStudio

Источник

НТВ технология сжигания

Общая информация о НТВ технологии сжигания

Низкотемпературная вихрева (НТВ) технология сжигания является современной эффективной технологией энергетического использования твердого органического топлива.

Способ НТВ-сжигания и топочное устройство для его реализации разработаны выдающимся советским ученым-теплоэнергетиком Виктором Владимировичем Померанцевым и возглавляемым им коллективом кафедры «Реакторо- и парогенераторостроение» в Ленинградском политехническом институте (ныне Санкт-Петербургский государственный политехнический университет — СПбГПУ).

НТВ технология сжигания прошла широкую апробацию в энергетике с 1970 по 1990 годы.

С 1992 года совершенствование и внедрение НТВ-сжигания осуществляет Компания «НТВ-энерго», созданная специалистами кафедры РиПГС СПбГПУ.

Способ НТВ-сжигания и топочное устройство для его реализации защищены патентами.

К главным достоинствам НТВ технологии сжигания относятся ее улучшенные экологические показатели, гарантированное обеспечение устойчивого воспламенения и горения твердых топлив без подсветки газом и мазутом, устранение шлакования.

НТВ технология сжигания может быть реализована в традиционной камерной топке, путем ее модернизации в период капитального ремонта котла.

Для подготовки топлива угрубленного помола используются существующие мельницы с упрощенными сепараторами или без них, а для таких топлив как торф, древесные отходы, лигнин возможно использование безмельничных схем.

В большинстве случаев НТВ технология сжигания не требует для ее реализации изменений в тепловой схеме котла и замены тягодутьевых устройств.

Модернизация котлов с переводом их на НТВ-сжигание позволяет сравнительно просто и с малыми затратами обновить существующее котельное оборудование, улучшить его технико-экономические и экологические показатели, упростить эксплуатацию и повысить надежность работы котлов.

Важным достоинством НТВ технологии сжигания является низкая чувствительность к колебаниям характеристик топлива. Это унифицирует топку по топливу и дает возможность сжигать в одном котле несколько видов твердого топлива.

НТВ технология сжигания прошла апробацию на широкой гамме твердых топлив, таких как торф, бурые и каменные угли, горючие сланцы, отходы деревообработки и микробиологического производства.

НТВ технология сжигания отработана на котлах производительностью от 35 до 420 тонн пара в час при сжигании практически всей гаммы органических топлив и горючих твердых отходов производства в России, Эстонии, Болгарии, Китае.

Технология НТВ-сжигания была признана Минэнерго СССР и ГКНТ СССР перспективной для обновления котельного оборудования электростанций.

В 1987 году приказом Минэнерго СССР (№ 51а от 30.03.87 г.) были начаты работы по созданию серии котлов 75, 220, 320, 420, 640 т/ч с НТВ-топками для технического перевооружения ряда электростанций Урала, Сибири и Дальнего Востока.

Принцип работы НТВ-топки:

В основу НТВ технологии заложен принцип организации низкотемпературного сжигания груборазмолотого твердого топлива в условиях многократной циркуляции частиц в камерной топке.

В НТВ-топке (рис. 1) организованы две зоны горения, которые разнесены по ее высоте: вихревая (2) и прямоточная (1). Вихревая зона занимает объем нижней части топки от устья топочной воронки до горелок. Прямоточная зона горения располагается над вихревой зоной в верхней части топки.

Аэродинамика вихревой зоны создается за счет взаимодействия двух организованных потоков: первый поток (а) сформирован из топливно-воздушной смеси, поступающей в топку через горелки; второй поток (b) состоит из горячего воздуха, подаваемого в топку через систему нижнего дутья. Потоки направлены навстречу друг другу и образуют пару сил, создающую вихревое движение в нижней части топки.

В отличие от традиционной технологии пылеугольного сжигания, где основная часть топлива (до 92…96 %) сгорает в так называемой «зоне активного горения», расположенной в районе горелок и занимающей относительно небольшой объем камерной топки, в вихревой топке с НТВ технологией сжигания в «зону активного горения» вовлечен значительно больший объем топочного пространства. Это дает возможность снизить максимальную температуру в вихревой топке (примерно на 100…300 о С) и за счет активной аэродинамики выровнять уровень температуры в объеме вихревой зоны.

Пониженный уровень температуры, ступенчатый ввод окислителя, многократная циркуляция горящих топливных частиц и угрубление гранулометрического состава золы в совокупности обеспечивают улучшенные показатели вихревых топок по вредным выбросам: оксидам азота и серы, а также повышают эффективность работы золоулавливающего оборудования котельной установки.

Снижение генерации оксидов азота в НТВ-топке обусловлено условиями топочного процесса: низким уровнем температуры в зоне активного горения и ступенчатым подводом окислителя к топливу. Максимальная температура продуктов сгорания в классической НТВ-топке не превышает 1100…1250 о С. Вихревая зона топки является практически изотермичной. При таком температурном уровне образуются в основном «топливные» оксиды азота и количество «воздушных» оксидов азота ничтожно мало. Коэффициент избытка воздуха в горелках при НТВ-сжигании зависит от марки топлива и составляет порядка 0,5…0,8. В результате применения НТВ-сжигания удается снизить генерацию оксидов азота в 1,2…2,0 раза в сравнении с традиционной технологией сжигания в прямоточном факеле.

В НТВ-топке созданы благоприятные условия для связывания оксидов серы. Низкий уровень температуры определяет активное связывание оксидов серы основными оксидами (CaO, MgO) минеральной части топлива. Этому процессу способствует увеличение времени пребывания связывающих компонентов в вихревой зоне, а также меньшая оплавленность (то есть большая поверхность реагирования) частиц золы. Применение НТВ технологии сжигания позволяет повысить степень связывания оксидов серы в пределах газового тракта котла на 20…50 % (в зависимости от марки топлива) в сравнении с технологией прямоточного факела. Кроме того, как показывает опыт, условия вихревой топки позволяют эффективно использовать различные сорбенты на основе СаО для повышения степени связывания оксидов серы.

Укрупнение помола топлива при НТВ-сжигании приводит к укрупнению летучей золы уноса. Испытания золоулавливающего оборудования котлов, переведенных на НТВ-сжигание, показали повышение эффективности работы как установок циклонного типа, так и электрофильтров.

НТВ-топка отличается высокой устойчивостью воспламенения топлива, что особенно актуально при сжигании низкосортных топлив. Несмотря на пониженный уровень температуры, благодаря организованной многократной циркуляции горящих коксовых частиц топлива и ступенчатому подводу воздуха в вихревой зоне топки создан устойчивый и надежный механизм, стабилизирующий воспламенение и обеспечивающий выгорание топлива. Важную роль при этом имеет конструктивное исполнение горелочно-сопловых устройств и аэродинамические приемы, обеспечивающие взаимодействие горелочных и сопловых потоков между собой. НТВ-топка позволяет обеспечить эффективное сжигание низкосортных топлив без использования «подсветки» пылеугольного факела газом и мазутом.

Применение НТВ-сжигания позволяет практически полностью исключить шлакование поверхностей нагрева котла и повысить надежность его работы. Пониженный уровень температуры в зоне активного горения снижает количество расплавленных частиц золы, что в сочетании с активной аэродинамикой снижает вероятность возникновения отложений на поверхностях нагрева котла.

Применение НТВ-технологии позволяет:

• упростить систему подготовки топлива, увеличить её производительность, обеспечить взрывобезопасность, снизить затраты на подготовку топлива к сжиганию, увеличить срок службы размольного оборудования;
• стабилизировать воспламенение и горение и отказаться от «подсветки» факела газом или мазутом даже при сжигании низкосортных топлив;
• обеспечить устойчивый процесс горения вне зависимости от колебаний нагрузки котла и технических характеристик топлива, что унифицирует топку по топливу;
• повысить коэффициент тепловой эффективности топки, что дает возможность увеличить паропроизводительность котла на 15…20 %;
• исключить шлакование и загрязнение топочных и конвективных поверхностей нагрева;
• обеспечить снижение выбросов оксидов азота NO_x на 30…50 %;
• обеспечить снижение выбросов оксидов серы SO_x на 20…40 % за счет их связывания с основными оксидами золы (CaO и MgO) при благоприятных внутритопочных условиях;
• обеспечить более глубокое связывание оксидов серы за счет ввода в вихревую топку СаО-содержащих добавок.

Характеристики топлив, опробованных при НТВ-сжигании:

НТВ технология сжигания прошла апробацию на широкой гамме твердых топлив, таких как торф, бурые и каменные угли, горючие сланцы, отходы деревообработки и микробиологического производства.

Качественные характеристики опробованных при НТВ-сжигании твердых органических топлив представляют следующий диапазон:

Влажность на рабочую массу, W r _t , %

Источник

Вихревой способ сжигания твердого топлива в топках с горизонтальными и вертикальными циклонными предтопками

Мировой опыт свидетельствует о перспективности в ряде случаев применения вихревого способа сжигания твердого топлива и использования горизонтальных и вертикальных циклонных предтопков для реконструкции котлов на тепловых электростанциях России . Основные достоинства этой технологии состоят в принципиальной возможности сжигания высокозольного угля с зольностью Ad до 35 % и выходом летучих Vd=10-40 % в высокофорсированном режиме с минимальной газомазутной подсветкой или без нее. При зольности менее 25 % в таких топках можно успешно утилизировать также и антрациты с Vd=10-9 %.

Циклонный (вихревой) принцип сжигания топлива был реализован на электростанциях ведущими котлостроительными фирмами (Бабкок-Вилкокс, KSG, TRW и др.). Циклонные предтопки к действующим котлам появились в результате разработок, направленных на совершенствование методов сжигания топлива при одновременном уменьшении выбросов оксидов азота в окружающую среду.

Основное различие между циклонными и обычными пылеугольными топками состоит в способе сжигания топлива. В пылеугольных топках частицы движутся с газовым потоком. Для полного выгорания взвешенных частиц требуются топочные камеры большого объема. При вихревом (циклонном) способе сжигания частицы топлива удерживаются в циклоне, а воздух движется относительно топлива, в результате чего большое количество топлива полностью выгорает в малом объеме циклонного предтопка за небольшой промежуток времени. При этом основная топочная камера служит для дожигания и охлаждения продуктов сгорания.

Характерный для циклонной камеры центробежный сепарационный эффект вызывает возрастание относительной скорости перемешивания частиц в закрученном потоке, приводящей к улучшению массо- и теплообмена. Интенсификации процесса горения способствует разность скоростей первичного и вторичного воздуха. Сжигание частиц топлива происходит в тонкой пленке стекающего шлака или в полете (комбасгоры фирмы TRW). Несгоревшая или недогоревшая часть топлива сжигается в основной топке (камера дожигания и охлаждения). Жидкий шлак стекает по стенкам циклонной камеры, улавливается и удаляется из котла. Высокая температура газов способствует образованию горячей шлаковой пленки на поверхности циклона, обеспечивающей стабильное воспламенение и сжигание углей и предотвращающей разрушение внутренней футеровки стен предтопка.

Важнейшая задача правильной организации всего процесса в целом — необходимость создания температурных и реологических условий для свободного отекания и последующего удаления шлака, особенно для угля с тугоплавкой золой.

В качестве установки электрооборудования на котлах, в том числе распределительных устройств низкого напряжения на токи до 4000 А рекомендуем эти — http://www.souzelectro.spb.ru/products/low-voltage/runn/.

Для свободного отекания шлака его вязкость не должна превышать 250 пуаз. Принципиальная схема котла с циклонными предтопками дана на рисунке:

Принципиальные схемы топок с горизонтальными и вертикальными циклонными предтопками: а — принципиальная схема котла с горизонтальным циклонным предтопком системы Бабкок-Вилькокс (Обергаузен, Германия); б — принципиальная схема котла с вертикальным циклонным предтопком (Закамская ТЭЦ, Российская Федерация);

В процессе сжигания топлива аэросмесь подается через вихревую горелку в камеру сгорания (циклон) в виде закрученных струй. По мере движения, до встречи со вторичным воздухом, происходит подогрев аэросмеси за счет массообмена с подсасываемыми струей горячими газами и облучения горящим факелом, что приводит к развитию окислительных реакций и воспламенению частиц топлива.

По конструктивному оформлению тонки циклонного типа можно подразделить на две укрупненные группы: обычные (высоко- и среднефорсированные с жидким шлакоудалением (ЖШУ) и умеренно форсированные с твердым шлакоудалением (ЖШУ)) и комбинированные (высокофорсированные с ТШУ и умеренно форсированные с ТШУ), в которых процесс горения твердого топлива происходит по двум стадиям.

Циклонные иредтоики подразделяются на горизонтальные (рис. а) (возможно с наклоном оси цилиндра на 5-30 град, к горизонту) и вертикальные (рис. б). Горизонтальные циклонные предтопки рекомендуется применять для сжигания дробленого угля (остаток на сите R90 = 3-5 %) с Vd > 15 % и угольной пыли грубого помола (остаток на сите R90 = 40-50 %) с Vd > 10 %.

В первом случае применяется аксиальная подача топлива, во втором -тангенциальная при тангенциальной подаче воздуха. Вертикальные циклонные предтопки с тангенциальным рассредоточенным по окружности вводом топлива и вторичного воздуха и верхним выходом газов через горловину в расположенную над циклоном камеру дожигания целесообразно применять при сжигании угольной пыли (остаток на сите R90 = 15-40 %) каменных углей с Vd > 15 % с верхним закрученным вводом огрубленной пыли, тангенциальной рассредоточенной подачей вторичного воздуха и нижним выходом газов через шлакоулавливающий пучок во вторую камеру для сжигания тощего каменного, бурого угля с Vd > 10 % и, возможно, антрацитов. Топки с вертикальными циклонными предтопками универсальны для котлов большой мощности при сжигании энергетического угля.

Отличительные характеристики циклонных предтопков

Горизонтальные (наклоненные под углом 5-30 град, к горизонту) циклонные предтопки:

• высокие тепловые форсировки сечения — (11,63-15,12) МВт/м2 и объема — 3,49-6,98 МВт/м3;
• малые величины отношения длины циклонной камеры к ее диаметру — 1-1,3;
• большая компактность при высокой производительности но топливу — 80-120 т/ч, хорошая совместимость с котлами, снимающая ограничения по увеличению паропроизводительности котлов в части топочного устройства;
• принудительно организованное вращательное движение газотопочного потока в выходной части циклонной камеры с использованием конического сопла-ловушки, обеспечивающего необходимое для горения время пребывания относительно крупных частиц твердого топлива в циклоне;
• наличие камеры догорания с сильно развитой шлакоулавливающей решеткой, в которой газы после удара о противоположную глухую стенку движутся над шлаковым подом. Такая конфигурация дожигательной камеры обеспечивает эффективное перемешивание газовых потоков, высокий коэффициент улавливания золы топлива в виде жидкого шлака в пределах циклонной топки и практически полное горение сравнительно грубо дробленого каменного угля при малом избытке воздуха;
• умеренный и малый расходы электроэнергии на приготовление грубой пыли или дробленого угля;
• высокое гидравлическое сопротивление циклонной камеры — 600-800 мм вод. ст., неприспособленность к сжиганию угля с тугоплавкой золой (tз> 1500 °С).

Вертикальные циклонные предтопки:

• высокая тепловая форсировка сечения — 17,45-20,93 МВт/м3, сравнительно умеренное тепловое напряжение объема циклонной камеры — 1,16-1,74 МВт/м3;
• большое отношение высоты предтопка к его диаметру — 4-6; высокая единичная производительность по топливу — 60-120 т/ч, позволяющая компоновать их с котлами без ограничения верхнего предела паропроизводительности топочного устройства;
• малый избыток воздуха, при работе на ныли каменного угля огрубленного помола с R90=30 — 40 % с практическим завершением процессов горения в пределах предтопков;
• удаление золы топлива в виде жидкого шлака с высоким коэффициентом улавливания шлака в предтопках;
• отсутствие дожигательной камеры и слабовыраженный шлакоулавливающий пучок, отделяющий циклонные предтопки от топочной камеры (камеры охлаждения);
• аксиальный закрученный ввод топлива через вертикальную горелку и такой же ввод вторичного воздуха с умеренной скоростью W=35-40 м/с при сжигании каменных углей с повышенным выходом летучих и тангенциальный ввод вторичного воздуха через прямоугольные сопла с повышенной скоростью W = 60-75 м/с при сжигании тощего угля;
• умеренное гидравлическое сопротивление циклонных предтопков при сжигании ныли каменных углей, незначительно превышающее сопротивление обычных пылеугольных горелок, и несколько сниженный расход электроэнергии на пылеприготовление;
• лучшая приспособляемость по сравнению с горизонтальной циклонной топкой к сжиганию каменного угля с более тугоплавкой золой, tз = = 1500-1550 °С.

Важное условие эффективной работы топок с циклонными предтопками — обеспечение полного воспламенения частиц топлива, развитие достаточно высокой температуры факела на его пути от устья горелки до встречи со струями вторичного воздуха, дальнейшего устойчивого горения топлива. Для полного воспламенения антрацитовой ныли в предтопке необходимо; обеспечить раннее зажигание аэросмеси, для чего горячие дымовые газы из зоны горения факела должны свободно поступать к устью горелки (эжекционный подсос); глубокое выгорание топлива в первичной аэросмеси (определяемое количеством кислорода в первичном воздухе), чтобы до встречи со вторичным воздухом температура первичного факела достигла 1500-1600 °С; постепенное перемешивание воспламенившейся пылевзвеси со вторичным воздухом, чтобы скорость тепловыделения в результате дальнейшего горения частиц топлива опережала теплоотдачу при смешении первичного факела со вторичным воздухом. Необходимое для внешнего зажигания аэросмеси количество горячих газов у корня факела может быть получено при достаточно большом объеме внешней пазухи предтопка, чтобы в нем обеспечивалась определенная кратность циркуляции газов на участке воспламенения в единицу времени.

В каждом конкретном случае тонки с вертикальными и горизонтальными циклонными предтопками должны проектироваться для сжигания определенного топлива, хотя они приспособлены к работе на угле, характеристики которого могут достаточно сильно отличаться от заданных.

Источник