Предварительной газификации

Сжигание угля с предварительной его газификацией является еще одной перспективной технологией, обладающей возможностями удовлетворения все возрастающих требований по предотвращению вредных выбросов в атмосферу при меньших затратах по сравнению с традиционной технологией. Кроме того, это дает потенциальную возможность достигнуть высокого термического КПД путем разработки усовершенствованных высокотемпературных газовых турбин. Схема с предварительной газификацией угля характеризуется значительно меньшим количеством твердых отходов, чем традиционная технология сжигания с использованием скрубберов, — в основном в виде спекшихся шлаков. Технические исследования показывают, что эта схема требует лишь около 60% воды по сравнению с обычной угольной ТЭС, использующей традиционную установку по серогазоочистке. Дальнейшее совершенствование схемы с предварительной газификацией угля в перспективе может снизить потребление воды до уровня, составляющего 10% потребностей при применении традиционной технологии ТЭС на угле.

Характеристики* Пылеугольная ТЭС с системой серогазо-очистки Топки кипящего слоя при атмосферном давлении Топки кипящего слоя под давлением в комбинированном цикле (ПГУ) ПГУ с предварительной газификацией угля

экранных труб в котлах производительностью 16 и 25 т/ч устанавливаются предтопки с предварительной газификацией и частичным сжиганием топлива.

Вторй вариант котла, представленный на рис. 6.8, -предусматривает создание комбинированной котельной установки на базе серийного водогрейного котла ПТВМ-30-М с коллекторами фронтового и заднего экранов, вынесенными за пределы боковых экранных панелей. Обеспечение максимальной тепло-производительности 40 Гкал/ч при сжигании как газа, так и мазута достигается тем, что котел снабжается двумя циклонными предтопка-ми с предварительной газификацией мазута и двухступенчатым сжиганием топлива. Такие циклонные предтопки могут обеспечить сжигание газа и мазута с минимальным образованием окислов азота, так как процесс горения растягивается и происходит на значительной длине предтопка при сравнительно низких температурах горения. Первичный ввод воздуха составляет 40 — 50% всего количества. Вторичный вход воздуха в размере 60 — 50% осуществляется около выходной амбразуры пред-топка.

На рис. 6.18 приведена характеристика работы комбинированного котла. За счет уменьшения светимости топлива теплообмен в топочной камере несколько ухудшается, максимальная паропроизводительность уменьшается и не превышает 98 т/ч. Постоянная паровая нагрузка, которая может поддерживаться при изменении общей нагрузки котла от 100 до 55%, составляет около 75 т/ч. Водогрейная нагрузка при этом может изменяться от 65 до 8,0 Гкал/ч. Однако при таком варианте из-за недостаточно развитого водяного экономайзера температура уходящих газов несколько возрастает и при нагрузке 60% номинальной и пропуске всех дымовых газов через вторую конвективную шахту достигает 250°С, что является существенным недостатком этого варианта. Вероятно, более целесообразным при установке всякого рода предтопков с предварительной газификацией топлива является применение охлаждения стенок этих предтопков не питательной водой, а

5.2. Горелочные устройства с предварительной газификацией мазута и двухступенчатое сжигание топлива

В отдельной главе рассмотрены вопросы, связанные с созданием высокоэффективного устройства (форсунки с предварительной газификацией) для подготовки топлива

Известны ДЕЗ основных способа распыливания жидкости: механический и пневматический (или паровой). В соответствии с этим и форсунки делятся на две большие группы: механические и пневматические (или паровые). В последние годы стали применять форсунки комбинированного типа, так называемые воздушно-(паро-)механические, а также форсунки с предварительной газификацией.

Прохождение жидким топливом ряда стадий до его выгорания натолкнуло исследователей на мысль создать форсунки с предварительной газификацией. Требования, предъявляемые к распыливающим устройствам этого рода, весьма невелики, так как подводимое к ним нагретое и перегретое до высокой температуры жидкое топливо при достаточно грубом распыливании испаряется и газифицируется в специальной камере. Такая организация процесса благоприятствует наилучшему смешению кислорода с топливом, что обеспечивает выгорание при весьма малом избытке воздуха и регулирование расходов топлива в широких пределах. Короткий факел дает высокие напряжения объема и сечения топочной камеры-J

АППАРАТЫ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ГАЗИФИКАЦИЕЙ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

На рис. 7-3 представлена форсунка ЦКТИ с предварительной газификацией системы Б. Д. Кацнельсона [Л. 7-1]. По трубопроводу топливо поступает в змеевик /, обогреваемый радиационным теплом топочной камеры. Из змеевика паро-жидкостная топливная смесь поступает в форсунку грубого распыливания 2, из которой попадает в газифика-ционную камеру 3. По внешнему каналу 4 распылителя первичный воздух в количестве от 3 до 10% от теоретически необходимого для горения подается в газификационную камеру 3. По выходе из последней топливо встречается со всем остальным воздухом, нужным для горения, поступающим через патрубок 5 по кольцевому каналу 6 и завихряемым на выходе лопатками 7. Регулирование расхода топлива осуществляется иглой 8.

В текущем пятилетии на Дзержинской ТЭЦ будут продолжены работы -на головной опытно-промышленной установке по очистке сернистого мазута методом предварительной газификации под давлением с утилизацией тепла продуктов газификации и очисткой от сероводорода и сажи. Производительность установки — 32 т мазута в час и по газу — 20 тыс. м3 в час. Установка должна .обеспечить уменьшение вредных выбросов в окружающую среду: окислов серы на 92%, окислов азота — 80— 90%, летучей золы —99%. Стоимость внедрения этого метода составляет 4—4,5 руб. на 1 т мазута, а ожидаемый экономический эффект при полном освоении на Дзержинской ТЭЦ пяти установок по сравнению с очисткой дымовых газов от окислов серы известковым ме-

грева в заданном диапазоне про-изводительностей по ширине котельной ячейки. Агрегаты производительностью 35 т/ч состоят из следующих блоков, раздельно транспортируемых железнодорожным, транспортом: топочного с предтоп-ками предварительной газификации; конвективных поверхностей нагрева; барабана и блоков воздухоподогревателя.

Топочный блок включает в себя трубную систему камеры догорания? (кроме заднего экрана) и предто-пок предварительной газификации. Блок конвективных поверхностей состоит из двух сомкнутых газоходов, образованных мембранными панелями, в первом из которых размещены обе ступени пароперегревателя (для котлов давлением. 40 кгс/см2) или секции испарительных и пароперегревательных ширм (для котлов давлением 14 и 24 кгс/см2). Во втором газоходе размещены три пакета экономайзера. Оба газохода разделены между собой газоплотной стенкой. Хвостовые поверхности, включающие в; себя воздухоподогреватель, поставляются двумя блоками.

Вариант комбинированного котла с установкой предтопка предварительной газификации топлива требует следующих изменений: вместо трех горелок с ротационными форсунками в этом случае может быть применен один цилиндрический лредтотгок внутренним диаметром 2,5 м с общей длиной камеры около 4,0 м. В данном варианте охлаждение стенок предтопка целесообразно осуществлять питательной водой. При подаче в предтопок питательной воды с температурой 100°С «а выходе из предтопка вода подогревается на 56° С при максимальной паровой нагрузке и на 36°С при нагрузке 30% номинальной. Такой подогрев воды обеспечивается при ошипованных охлаждающих трубах с покрытием их корундовой массой толщиной 25 мм. В результате такого предварительного подогрева воды размеры водяного экономайзера значительно уменьшаются по сравнению с описанным выше котлом. После пароперегревателя устанавливается лишь один пакет водяного экономайзера площадью поверхности нагрева 432 м2, и даже после такого экономайзера парообразование воды на выходе из него составляет 10—12%. Ниже водяного экономайзера устанавливается трубча-

Рис. 6.18. Характеристика работы комбинированного котла КВ-ГМ-100 с предтопком предварительной газификации.

топлива при практически крайне малом избытке воздуха, возможность резкого увеличения тешюнапряже-ния объема и сечения камер горения — все это привело к реализации предварительной газификации жидкого топлива разными техническими и конструктивными способами. При этом техника

Уральский политехнический институт выполнил установку для предварительной газификации мазута с его последующим сжиганием в печи [Л. 7-3]. При газификации получен газ, содержащий 6% СО2, 0,4% CnHm, 13% СО, 3% СН4, 14% Н2, 64% N... Газ этот поступает в печь с температурой 1150—1200° С. Известные неудобства представляет необходимость периодической очистки камеры газификации от образующегося кокса.

/ — труба для подачи газа; 2 — кольцевой канал для рециркуляции горячих газов; 3 — камера предварительной газификации жидкого топлива; 4 — керамическая труба; S — патрубок для подачи воздуха; 6 — форсунка; 7 — трубка для подачи жидкого топлива.

К 'недостаткам низкофорсированных топок относится то обстоятельство, что в относительно холодной камере не будет догорать сажа, для предварительной газификации которой придется принимать специальные меры.

Чем мельче распылено жидкое топливо, тем раньше заканчивается самая медленная стадия — испарение. Высокая температура воздуха оказывает существенное влияние на скорость перемешивания и распространение пламени, так как количество воздуха, необходимого для сжигания жидких топлив, велико и превышает количество топлива примерно в 15 раз. Улучшение перемешивания достигается повышением разности скоростей воздуха и испаренного жидкого топлива и особенно закручиванием потоков, турбулизацией их. Горелки для быстрого сжигания мазутов могут конструироваться с устройством предварительной газификации жидкого топлива; при этом из горелки выбрасывается почти полностью газифицированное топливо и процесс сгорания приближается к гомогенному.

Этот вопрос будет разрешен, если нефтеперерабатывающая промышленность обеспечит народное хозяйство, и прежде всего энергетику, жидким топливом, освобожденным от сернистых, ванадиевых и других соединений. Однако до решения этой сложнейшей задачи непосредственно в нефтеперерабатывающей промышленности применение жидкого топлива в новейших мощных энергетических установках (ГТУ и ПГТУ), по-видимому, возможно лишь при предварительной переработке топлива, например, путем предварительной газификации его под высоким давлением.