CC BY
109
Оригинальная статья / Original article УДК 621.184
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-3-110-122
ОЦЕНКА ДОЛИ ОКСИДОВ СЕРЫ, СВЯЗЫВАЕМЫХ ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛОЙ, ПРИ СЖИГАНИИ МУГУНСКОГО И ИРБЕЙСКОГО УГЛЕЙ В КОТЛОАГРЕГАТАХ НОВО-ИРКУТСКОЙ ТЭЦ
© А.Н. Кудряшов1, А.В. Елманов2, И.И. Киселева 3, Ю.Д. Бибикова4
Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Основной целью испытаний являлось определение связывания органических соединений серы мугунского угля в процессе сжигания в смеси с ирбейским углем в котлоагрегатах Ново-Иркутской ТЭЦ. МЕТОДЫ. Проведены опытно-промышленные испытания на котлоагрегатах с использованием приборов визуального контроля и расчетных характеристик. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Обобщены данные по составу и характеристикам мугунского и ирбейского углей, используемых в топливном балансе Ново-Иркутской ТЭЦ. Представлены результаты технологических испытаний при проведении опытного сжигания смеси ирбейского и мугунского бурых углей в котлах БКЗ-420-140-6 и БКЗ-500-140-1 в соотношении, %: 80/20; 50/50; 20/80. Приведены технико-экономические и экологические показатели работы котлов. ВЫВОДЫ. Использование ирбейского угля при смешивании с мугунским позволяет снизить общее содержание серы в топливе, подаваемом в бункеры сырого угля котлов, а высокое содержание СаО и MgO в ирбейском угле позволяет частично связать оксиды серы летучей золой.
Ключевые слова: котлоагрегат, бурый уголь, зола уноса, избыток воздуха, присосы воздуха, оксиды серы, температура, паропроизводительность, пылесистема, минеральная часть золы, выбросы вредных веществ.
Формат цитирования: Кудряшов А.Н., Елманов А.В., Киселева И.И., Бибикова Ю.Д. Оценка доли оксидов серы, связываемых летучей золой, при сжигании мугунского и ирбейского углей в котлоагрегатах Ново-Иркутской ТЭЦ // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 3. С. 110-122. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-3-110-122
ESTIMATION OF SULFUR OXIDE PROPORTION BOUND BY FLY ASH UNDER MUGUNSKY AND IRBEISKY COAL COMBUSTION IN NOVO-IRKUTSK CHP BOILER UNITS A.N. Kudryashov, A.V. Elmanov, I.I. Kiseleva, I.D. Bibikova
Irkutsk National Research Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.
ABSTRACT. PURPOSE. The main purpose of the tests is to determine the binding of organic sulfur compounds under the combustion of Mugunsky and Irbeisky coal mixture in Novo-Irkutsk CHP boiler units. METHODS. Pilot tests have been conducted on boiler units using visual monitoring devices and design parameters. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The data on the composition and characteristics of Mugunsky and Irbeisky coals used in the fuel balance of the Novo-Irkutsk CHP have been generalized. The paper presents the results of technological tests under the pilot combustion of the mixture of Mugunsky and Irbeisky brown coals at the ratio of 80/20%, 50/50%, 20/80% in BKZ-420-140-6 and BKZ-500-140-1 boiler units. Technical and economic indexes of boiler operation are provided as well as their environmental performances. CONCLUSIONS. The use of Irbeisky coal in the mixture with Mugunsky coal allows to reduce the total sulfur content in the fuel fed to the raw coal hoppers of boilers while high content of CaO and MgO in Irbeisky coal allows partial binding of sulfur oxides by fly ash.
Кудряшов Александр Николаевич, кандидат технических наук, заведующий кафедрой теплоэнергетики Института энергетики, e-mail: kan@istu.irk.ru
Aleksandr N. Kudryashov, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Heat Power Engineering of the Institute of Power Engineering, e-mail: kan@istu.irk.ru
2Елманов Андрей Викторович, магистрант Института энергетики, e-mail: elmanov-a@mail.ru Andrei V. Elmanov, Master's Degree Student of the Institute of Power Engineering, e-mail: elmanov-a@mail.ru
3Киселева Ирина Ивановна, кандидат технических наук, доцент кафедры строительно-дорожных машин и гидравлических систем, e-mail: irinakis2001@mail.ru
Irina I. Kiseleva, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Road-making Machinery and Hydraulic Systems, e-mail: irinakis2001@mail.ru
4Бибикова Юлия Дмитриевна, студентка Института архитектуры и строительства, e-mail: ubibikova@rambler.ru lulia D. Bibikova, Student of the Institute of Architecture and Construction, e-mail: ubibikova@rambler.ru
Keywords: boiler unit, brown coal, fly ash, excess air, air suction, sulfur oxides, temperature, steaming power, pulverized coal system, ash mineral part, emissions of harmful substances
For citation: Kudryashov A.N., Elmanov A.V., Kiseleva I.I., Bibikova I.D. Estimation of sulfur oxide proportion bound by fly ash under Mugunsky and Irbeisky coal combustion in Novo-Irkutsk CHP boiler units. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 3, pp. 110-122. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-3-110-122
Введение
Как известно, одним из основных загрязнителей атмосферы является двуокись серы, выбрасываемая с дымовыми газами ТЭС, работающими на сернистом твердом или жидком топливе. Диоксид серы наносит большой вред здоровью людей, отрицательно действует на растительный и животный мир, способствует усилению коррозии металлических конструкций, разрушающе действует на памятники архитектуры [1]. Проблема снижения содержания диоксида серы в дымовых газах угольных ТЭЦ
весьма актуальна для отечественной энергетики, особенно для регионов страны, природа которых наиболее подвержена отрицательному воздействию этого вещества [1-3]. В настоящее время в котлоагрегатах сжигаются непроектные угли как в чистом виде, так и виде смесей. Поэтому исследования по снижению выбросов оксидов серы за счет их связывания в процессе горения в котлоагрегатах являются, несомненно, актуальными.
Материалы, цель и методы исследования
Сера заключена как в горючей, так и в минеральной части топлива. Степень связывания серы зависит от содержания оксидов кальция в золе уноса1,2 [4]. Одним из основных параметров, влияющих на процесс связывания серы в топке, является стехиометрическое соотношение содержания оксидов кальция в золе уноса к содержанию серы в топливе - СаОзл-ун/Э^: чем выше это соотношение, тем выше степень связывания серы. При отношении СаОзл^н/Э^ и температуре 850°С связывается вся сера топлива. При температурах
выше 900°С, что соответствует условиям горения в топках котлов, эффект связывания существенно снижается из-за диссоциации карбоната кальция.
На ряде ТЭЦ ПАО «Иркутскэнерго» сжигаются угли с повышенным содержани-
3 4
ем серы34, к которым относится мугунский бурый уголь. Также в котлах ТЭЦ сжигается ирбейский бурый уголь.
Бурые угли Мугунского месторождения марки 3Б отрабатываются на разрезе «Мугунский», который находится в Тулун-ском районе Иркутской области, с каче-
1Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б. и др. Основы практической теории горения: учеб. пособие для вузов; 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 312 с. / Pomerantsev V.V., Arefiev K.M., Akhmedov D.B. et al. Fundamentals of the practical combustion theory. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1986, 312 p. 2Григорьев К.А., Рундыгин Ю.А., Тринченко А.А. Технология сжигания энергетических топлив. Энергетические топлива: учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. университета, 2006. 92 с. / Grigoriev K.A., Rundygin Yu.A., Trin-chenko A.A. Power fuel combustion technology. Power-generating fuels. St. Petersburg, Polytechnical University Publ., 2006, 92 p.
3ГОСТ 25543-82. Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам (с Изменениями № 1, 2); утв. постановл. Госкомитета СССР по стандартам от 06.06.1988 г. № 1273/ GOST 25543-82. Brown, bituminous and anthracite coals. Classification by genetic and technological parameters (as amended in no. 1, 2); adopted by the Decree of the State Committee of the USSR on standards of 6 June 1988 no. 1273. 4Тепловой расчет котлов (нормативный метод); 3-е изд., перераб. и доп. СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. 256 с. / Thermal calculation of boilers (normative method); 3rd edition, revised and enlarged. St. Petersburg: NPO CKTI Publ., 1998, 256 p.
ственными характеристиками, приведенными в табл.1.
Ирбейский бурый уголь представлен Латынцевским пластом и пластом «Спут-
ник» с качественными характеристиками, приведенными в табл. 2. Содержание СаО и МдО в углях ирбейского разреза достигает 25%.
Качество угля среднего состава разреза «Мугунский» Quality of average composition coal from the "Mugunsky" open-pit
Таблица 1 Table 1
Теплотехнические характеристики угля / Coal thermotechnical characteristics
W, % Ad, % Vdaf, % Cdaf, % Hdaf, % Std, % Ndaf, % Odaf, % Qsdaf, кДж/кг / Qsdaf, kJ/kg qí, кДж/кг / QÍ, kJ/kg
21,2 23,2 49,0 73,4 5,5 0,90 1,30 18,45 29750 17180
Chemica Химический сос и плавкостные l composition (per su ;тав (на бессульфатную массу), %, характеристики зольного остатка / fate-free bulk), %, and ash fusibility characteristics
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O tв °C to °C
52,3 34,5 3,5 1,1 6,2 1,6 0,8 0,1 1490 >1500
Таблица 2
Качество угля, добываемого на разрезе «Ирбейский», по пластам
Table 2
Quality of coal produced at the "Irbeisky" open-pit by horizons_
Теплотехнические характеристики угля / Coal thermotechnical characteristics
W, % Ad, % Vdaf, % Cdaf, % Hdaf, % Std, % Ndaf, % Odaf, % QÍ, кДж/кг/ QÍ, kJ/kg
Пласт ««Латынцевский» / "Latyntsevsky"horizon
32,0 8,8 44,8 73,7 4,8 0,35 0,94 20,21 16340
Пласт «Спутник» / "Sputnik'horizon
28,2 14,9 47,9 74,6 5,0 0,49 0,87 19,04 16970
По разрезу в целом / In the open-pit in general
30,7 10,4 45,6 73,9 4,9 0,39 0,92 19,89 16550
■ и Chemical com Химический состав на бессульфатную массу, %, плавкостные характеристики зольного остатка / position per sulfate-free bulk, %, and ash fusibility characteristics
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O te, °C te, °C
Пласт ««Латынц евский» / "Latyntsevsky'horizon
47,9 8,9 14,5 0,5 19,6 6,6 0,2 0,2 1220-1240 1240-1260
Пласт «Спутник» / "Sputnik" horizon
59,7 9,7 17,5 0,5 8,3 2,9 0,6 0,2 1320-1380 1380-1420
По разрезу в целом / In the open-pit in general
50,9 9,1 15,3 0,5 16,7 5,7 0,3 0,2 1250-1280 1280-1300
Рассматриваемые угли относятся к 111-й группе взрывоопасности по шкале ВТИ5 [5].
В октябре 2011 г. на котлоагрегатах БКЗ-420-140-6 ст. № 4 и БКЗ-500-140-1 ст. № 7 Ново-Иркутской ТЭЦ ПАО «Иркутскэнерго» было проведено опытное сжигание
смеси ирбейского и мугунского углей в соотношении,0^ 80/20; 50/50; 20/80. Основной целью испытаний являлось определение связывания органических соединений серы в процессе сжигания мугунского угля в смеси с ирбейским углем.
Испытания котлоагрегата ст. № 4
Котельный агрегат БКЗ-420-140-6 -однобарабанный, вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, с твердым шлакоудалением и проектными параметрами: DKа=420 т/ч; Рпп=13,8 МПа, ^„=560°^ ^=230°^ ^=139°^ Он предназначен для сжигания азейского бурого угля, используемого в качестве основного топлива и имеющего следующие теплотехнические характеристики, %: Ар=12,8; 1^=25; Sp=0,4; Np=0,9; Op=11,6; ^=3,3; Cp=46; ^=46; ОрН=18185 кДж/кг.67. Котло-агрегат БКЗ-420-140-6 реконструирован на сжигание ирша-бородинского бурого угля.
Перед началом испытаний котло-агрегат ст. № 4 отработал 61 час на мугун-ском буром угле. Поверхности нагрева топки и конвективной шахты котла ст. № 4 находились в эксплуатационно-чистом состоянии. Испытания и расчеты проводились по общепринятой методике «Со-юзтехэнерго»8 [6, 7].
Во время предварительных измерений были определены присосы холодного воздуха в топочную камеру и газоходы кот-
ла (значения приведены к номинальной нагрузке): топочная камера - Аат = 5% (норма 8%); конвективная шахта -Ьакш = 8% (норма 10%); участок тракта от ВЗП до дымососов - Аазуу = 8% (норма 10%).
10.10.2011 г. котел ст. № 4 был переведен на сжигание ирбейского бурого уголя, а затем на сжигание смеси ирбейско-го и мугунского углей в соотношении: 11.10.2011 г. - 80/20%, 12.10.2011 г. -50/50%, 13.10.2011 г. - 20/80%. 14 октября 2011 г. котел ст. № 4 был переведен на сжигание мугунского угля в чистом виде.
Испытания на котле ст. № 4 проводились в диапазоне приведенных нагрузок 395-429 т/ч в зависимости от температуры питательной воды, которая составляла от 191 до 203°С. В работе находились 4 пылесистемы, коэффициент избытка воздуха, акпп , за конвективным пароперегревателем был равен 1,22-1,27. Степень открытия направляющих аппаратов дутьевых вентиляторов составляла 50-70%, шиберов дымососов - 54-77%; токовая нагрузка
5РД 153-34.1-03.352-99. Правила взрывобезопасности топливоподачи и установок для приготовления и сжигания пылевидного топлива; утв. РАО «ЕЭС России» 14.09.1999 г. [Электронный ресурс]. / Помощь по ГОСТам. URL: http://www.gosthelp.ru/text/RD1533410335299Pravilavzr.html (12.01.2017) / RD 153-34.1-03.352-99. Explosion safety rules of fuel supply and installations for pulverized fuel preparation and combustion; adopted by RAO "UES of Russia" on September 14, 1999 / GOST Assistance. Available at: http://www.gosthelp.ru/text/RD1533410335299Pravilavzr.html (ао-cessed date 12 January 2017)
6ГОСТ Р 50831-95. Установки котельные. Тепломеханическое оборудование. Общие технические требования. М.: Госстандарт России, 1996. 27 с. / GOST P 50831-95. Boiler installations. Thermomechanical equipment. General technical requirements. Moscow, Gosstandart of Russia Publ., 1996, 27 p.
7Федоров А.И. Пособие по эксплуатации барабанных котлов среднего и высокого давления. М.: Изд-во ОАО «ВТИ», 2006. 188 с. / Fedorov A.I. Manual on medium and high pressure drum-type boiler operation. Moscow, "VTI" JSC Publ., 2006, 188 p.
8РД 34.09.155-93. СПО ОРГРЭС Методические указания по составлению и содержанию энергетических характеристик оборудования тепловых электростанций (с Изменением № 1). М., 1993. 156 с. / RD 34.09.155-93. SPO OR-GRES Methodology guidelines on the compilation and content of energy characteristics of thermal power plant equipment (as amended in no. 1). Moscow, 1993, 156 p.
электродвигателем дутьевых вентиляторов - 60-66 А, дымососов - 32-48 А, мельниц -28-30 А [8]. Режим на котле выдерживался согласно действующей режимной карте.
Связывание серы (баланс серы) в котле БКЗ-420-140-6 ст. № 4 при сжигании мугунского и ирбейского углей в чистом ви-
де и в виде смесей этих углей представлен в табл. 3 (по данным лАк ООО «ИЦ «Иркутскэнерго»).
На рис. 1 представлена зависимость степени связывания серы от содержания оксидов кальция в золе уноса.
Степень связывания серы Sulfur binding degree, %
Таблица 3
Table 3
Топливо / Fuel Содержание СаО, % / Content of СаО, % Содержание Std в угле, % / Content of Std in coal, % Содержание SO2 за дымососом, мг/нм3 / Content of SO2 outside the induced draft fan, mg/nm3 Степень связывания серы n, % / Degree of sulfur binding n, %
в шлаке / in slag в золе уноса / in fly ash
Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% 5,3±0,43 4,3±0,27 1,49 3099 0,86
Ирбейский / мугунский угли в соотношении, % / Irbeisky / Mugunsky coals at the ratio,%:
80/20 4,8±0,27 5,9±0,43 1,59 3390 1,32
50/50 3,0±0,27 4,5±0,27 1,38 3450 1,38
20/80 3,1±0,27 4,9±0,27 1,72 4308 0,59
Мугунский уголь / Mugunsky coal 100% 5,1±0,43 5,6±0,43 1,68 4340 1,13
о, га
® . iE
о -о
к ,Е=
s .а
га з
m ¿ï
л и
«О (Я
к ч_
m о о
п ®
Л о
О) га
= я
<0 о
I-
о
1,5
0,5
4
5
6
Содержание оксидов кальция в золе уноса, % / Calcium oxide content in fly ash, %
Рис. 1. Зависимость степени связывания серы от содержания оксидов кальция в золе уноса.
Используемое топливо (уголь): ♦ - ирбейский 100%; И - ирбейский/мугунский 80/20%; ирбейский/мугунский 50/50%; X - ирбейский/мугунский 20/80%; ® - мугунский 100% Fig. 1. Dependence of sulfur binding degree on calcium oxide content in fly ash. Used fuel (coal): ♦ - Irbeisky 100%; И - Irbeisky/Mugunsky 80/20%; A - Irbeisky/Mugunsky 50/50%; X- Irbeisky/Mugunsky 20/80%; • - Mugunsky 100%
2
1
0
3
Как видно из рис. 1, с увеличением содержания оксидов кальция в золе уноса возрастает степень связывания серы.
Как было отмечено выше, одним из параметров, влияющих на процесс связывания серы в топке, является стехиометри-ческое соотношение содержания оксидов кальция в золе уноса к содержанию серы в топливе - СаОзл-ун/Э^. На рис. 2 представлена зависимость степени связывания серы от отношения СаО^ун/Э^ при различных соотношениях углей.
Из рис. 2 следует, что степень связывания серы увеличивается с ростом отношения СаОзл-ун /Э^.
В табл. 4 представлены показатели выбросов оксидов азота и серы, а также содержание в минеральной части золы ЭЮ2, А120, Ре203 во время испытаний на котле ст. № 4 (данные ЛАК ООО «ИЦ «Иркутскэнерго»).
На рис. 3 представлены изменения содержания серы во время испытаний котла ст. № 4.
ÜL. е
<о -а о с к
СВ
S з
л (Л «О ч-
к о ш о
ш ш
i & Ц 2
ш
I-
о
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50 5,00
Отношение СаОзл.ун /Sta / Ratio of СаО^у ash /Sta
Рис. 2. Зависимость степени связывания серы от отношения СаОзл-ун /St. Используемое топливо (уголь): ♦ - ирбейский 100%; И - ирбейский/ мугунский 80/20%; ^ - ирбейский/ мугунекий 50/50%; X - ирбейский/ мугунский 20/80%; ® - мугунский 100%> Fig. 2. Dependence of the sulfur binding degree on the ratio of CaOfly ash/Std. Used fuel (coal): ♦ - Irbeisky 100%; И - Irbeisky/Mugunsky 80/20%; 4 - Irbeisky/Mugunsky 50/50%; * Irbeisky/Mugunsky 20/80%; • - Mugunsky 100%
Таблица 4
Выбросы оксидов азота и серы и содержание в минеральной части золы SiO2, Al2O, Fe2O3 во время испытаний на котле ст. № 4
Table 4
Emissions of nitrogen and sulfur oxides and the content of SiO2, Al2O, Fe2O3 in the ash mineral part during the boiler tests at st. no.4
Наименование элемента/ Element name Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% Смесь ирбейского и мугунского углей в соотношении, % / Mixture of Irbeisky and Mugunsky coals in the ratio of, % Мугунский уголь / Mugunsky coal 100%
80/20 50/50 20/80
Содержание выбросов, мг/нм3 / Content of emissions, mg/nm3:
NOx 1055 1148 1134 1147 1143
SO2 3099 3390 3450 4308 4340
Содержание минеральной части золы, % / Content of the mineral part of ash, %:
SiO2 51,0±0,71 50,7±0, 71 54,4±0,71 59,0±0,71 48,9±0,71
AI2O 22,6±0,71 27,4±0,71 27,9±0,71 28,5±0,71 30,5±0,71
Fe2O3 8,6±0,27 11,0±0,35 11,9±0,35 12,4±0,35 9,1±0,27
1,8
1,6 1,4 1,2 S= 1
^ 0,8 0,6 0,4 0,2 0
1
2
3
4
5
Рис. 3. Зависимость содержания серы от соотношения смесей ирбейского и мугунского углей: * - количество серы в топливе; ^ - количество серы, перешедшей в газообразное состояние; Ш - количество серы в шлаке; ^ - количество серы в золе уноса. Используемое топливо (уголь): 1 - ирбейский 100%; 2 - ирбейский/мугунский 80/20%; 3 - ирбейский/мугунский 50/50%; 4 - ирбейский/мугунский 20/80%; 5 - мугунский 100% Fig. 3. Dependence of sulfur content on the ratio of Irbeisky and Mugunsky coal mixtures: ♦ - amount of sulfur in fuel; ^ - amount of sulfur transformed into gaseous state; ■ - amount of sulfur in slag; ^ - amount of sulfur in fly ash Used fuel (coal): 1 - Irbeisky 100%; 2 - Irbeisky/Mugunsky 80/20%; 3 - Irbeisky/Mugunsky 50/50%; 4 - Irbeisky/Mugunsky 20/80%; 5 - Mugunsky 100%
Испытания котлоагрегата ст. № 7
Котельный агрегат БКЗ-500-140-1, однобарабанный, вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, с твердым шлакоудалением, имеет следующие проектные параметры: Dка=500 т/ч; Рпп=13,8 МПа; ТШ=560°С; Тте=2300С; Тух=158°С 67. Данный котлоагрегат предназначен для сжигания ирша-бородинского угля, имеющего следующие теплотехнические характеристики, %: Ар=6; №"=33; 5Р=0,2; N"=0,6; Ор=13,5; Нр=3,0; Ср=43,7; 4*=48; 0РН=15670 кДж/кг. В настоящее время котлы работают на мугунском и ирбей-ском бурых углях.
Перед началом испытаний котло-агрегат ст. № 7 отработал 135 часов на мугунском буром угле. Поверхности нагрева топки и конвективной шахты котла находились в эксплуатационно-чистом состоянии. Во время предварительных измерений были определены присосы холодного воздуха в топочную камеру и газоходы котла (значения приведены к номинальной нагрузке): топочная камера - Аат = 11% (норма 2%); конвективная шахта -Аакш = 10% (норма 10%); участок тракта от
ВЗП до дымососов - Аазуу = 23% (норма 10%).
04.10.2011 г. котел ст. № 7 был переведен на ирбейский бурый уголь, в последующие дни - на смесь ирбейского и мугунского углей в соотношении, %: 06.10.2011 г. - 80/20; 07.10.2011 г. - 50/50; 10.10.2011 г. - 20/80. 11.10.2011 г. котел ст. № 7 был переведен на сжигание мугунского угля в чистом виде.
Испытания на котле ст. № 7 проводились в диапазоне приведенных нагрузок от 423 до 454 т/ч в зависимости от температуры питательной воды, 1пв, которая колебалась в пределах 203-208°С. В работе находились 3 пылесистемы, один дымосос рециркуляции газов. Коэффициент избытка воздуха акпп за конвективным пароперегревателем равнялся 1,17-1,28. Степень открытия направляющих аппаратов дутьевых вентиляторов составляла 72-98%, шиберов дымососов - 58-95%; токовая нагрузка электродвигателей дутьевых вентиляторов равнялась 32-36 А, дымососов - 50-78 А, дымососа рециркуляции газов - 30-32 А, мельниц - 42-49 А [8]. Режим на котле вы-
держивался согласно действующей режимной карте.
Связывание серы (баланс серы) в котле БКЗ-500-140-1 ст. № 7 при сжигании мугунского, ирбейского углей в чистом виде и в виде смесей данных углей представле-
но в табл. 5 (данные ЛАК ООО «ИЦ «Иркутскэнерго»).
На рис. 4 представлена зависимость степени связывания серы от содержания оксидов кальция в золе уноса.
Степень связывания серы, % Sulfur binding degree, %
Таблица 5 Table 5
Топливо / Fuel Содержа Content ние СаО, % / of СаО, % Содержание Std в угле, % / Content of Std in coal, % Содержание SO2 за дымососом, мг/нм3 / Content of SO2 outside the induced draft fan, mg/nm3 Степень связывания серы n, % / Degree of sulfur binding n, %
в шлаке / in slag в золе уноса / in fly ash
Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% 5,0±0,27 4,8±0,27 1,18 1953 1,9
Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% 5,0±0,27 4,9±0,27 1,16 2474 3,47
Смесь ирбей Mixture of Ir :кого и мугунского углей в соотношении, % / beisky and Mugunsky coal in the ratio of, %:
80/20 4,4±0,27 4,4±0,27 1,68 5062 3,27
50/50 4,6±0,27 4,4±0,27 1,43 4049 2,26
20/80 4,0±0,27 3,2±0,27 1,63 2882 1,92
Мугунский уголь / Mugunsky coal 100% 5,4±0,43 5,2±0,43 1,69 4340 3,23
(О
—
л 3s о. ш о
к
£ ш ? -о
ш ш
{Я TJ
л
о _
к ■=
CQ .Q О >-
л г S =
с
ш
I-
О
3
4
5
Содержание оксидов кальция в золе уноса, % / Content of calcium oxides in fly ash,%
Рис. 4. Зависимость степени связывания серы от содержания оксидов кальция в золе уноса.
Используемое топливо (уголь): ♦ - ирбейский 100%; И - ирбейский/мугунский 80/20%; ^ - ирбейский/мугунский 50/50%; Х- ирбейский/мугунский 20/80%; ® - мугунекий 100% Fig. 4. Dependence of the sulfur binding degree on the content of calcium oxides in fly ash.
Used fuel (coal):
♦ - Irbeisky 100%; И - Irbeisky/Mugunsky 80/20%; A - Irbeisky/Mugunsky 50/50%; Irbeisky/Mugunsky
20/80%; • - Mugunsky 100%
5
4
3
2
1
2
6
Как видно из рис. 4, с увеличением содержания оксидов кальция в золе уноса возрастает степень связывания серы.
На рис. 5 представлена зависимость степени связывания серы от стехиометри-ческого соотношения содержания оксидов кальция в золе уноса к содержанию серы в топливе СаОзл-ун/Э^.
Из рис. 5 следует, что степень связывания серы увеличивается с ростом от-
ношения СаОзл-ун/3( .
В табл. 6 представлены показатели выбросов окислов азота и серы и содержание в минеральной части золы БЮг, А120, РвгОз во время испытаний на котле ст. № 7 (данные ЛАК ООО «ИЦ «Иркутскэнерго»).
На рис. 6 представлены изменения содержания серы во время испытаний котла ст. № 7.
о, га
® . iE
о -о
к .iE
* -е
m Jj
.о з
«О (Я
К ч_
со о о
п ®
Л о
X >-
ш га
с о
ш О
I-
о
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
Отношение СаОзл-ун /Std / Ratio of CaOfiy ash /Std
Рис. 5. Зависимость степени связывания от отношения содержания оксидов кальция в золе уноса к содержанию серы в топливе. Используемое топливо (уголь): ♦ - ирбейский 100%; И - ирбейский/мугунский 80/20%; ^ - ирбейский/мугунский 50/50%>; Х- ирбейский/мугунский 20/80%; ® - мугунский 100%> Fig. 5. Dependence of the binding degree on the ratio of the calcium oxide content in fly ash and the sulfur content in fuel. Used fuel (coal): ♦ - Irbeisky 100%; И - Irbeisky/Mugunsky 80/20%; A - Irbeisky/Mugunsky 50/50%; Irbeisky/Mugunsky 20/80%; ® - Mugunsky 100%
Таблица 6
Выбросы окислов азота и серы и содержание в минеральной части золы SiO2, Al2O, Fe2O3 во время испытаний на котле ст. № 7
Table 6
Emissions of nitrogen and sulfur oxides and the content of SiO2, Al2O, Fe2O3 in the ash mineral part during boiler tests at st. no. 7
Наименование элемента/ Element name Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% Смесь ирбейского и мугунского углей в соотношении, % / Mixture of Irbeisky and Mugunsky coal at the ratio of, %: Мугунский уголь / Mugunsky coal 100%
80/20 50/50 20/80
Содержание выбросов, мг/нм3 / Content of emissions, mg/nm3:
NOx 688 634 775 761 762 1143
SO2 1953 2474 5062 4049 2882 4340
Содержание минеральной части золы, % / Content of the ash mineral par
SiO2 54,1 ±0,71 51,2±0,71 58,1 ±0,71 54,4±0,71 55,0±0,71 52,8±0,71
AI2O 24,1 ±0,71 21,8±0,71 23,7±0,71 25,7±0,71 22,6±0,71 27,6±0,71
Fe2O3 13,6±0,35 14,7±0,35 11,4±0,35 8,4±0,35 10,5±0,35 13,6±0,35
5
4
3
2
1
1,8
1,6 1,4 1,2 SP 1
<л 0,8 0,6 0,4 0,2 0
x-Э f-V >
A-1 > ж- ~*k 1 » • •
1
2
3
4
5
Рис. 6. Зависимость содержания серы от соотношения смесей ирбейского и мугунского углей. Количество серы: * - в топливе; И - в шлаке; ^ - в золе уноса; Х- количество серы, перешедшей в газообразное состояние. Используемое топливо (уголь): 1 - ирбейский 100%; 2 - ирбейский/мугунский 80/20%; 3 - ирбейский/мугунский 50/50%; 4 - ирбейский/мугунский 20/80%; 5 - мугунский 100% Fig. 6. Dependence of the sulfur content on the ratio of mixtures of Irbeisky and Mugunsky coals. Amount of sulfur: ♦ - in fuel; И - in slag; ^ - in flue ash; X- amount of sulfur transformed into gaseous state Used fuel (coal): 1 - Irbeisky 100%; 2 - Irbeisky/Mugunsky 80/20%; 3 - Irbeisky/Mugunsky 50/50%; 4 - Irbeisky/Mugunsky 20/80%; 5 - Mugunsky 100%
Обобщающие результаты исследования
Результаты исследований, прове- Значения приведены по данным химлабо-денных на котлах БКЗ-420-140-6 и БКЗ-500- ратории Ново-Иркутской ТЭЦ. 140-1, наглядно отражены в табл. 7-10.
Таблица 7
Теплотехнические свойства топлива
Table 7
_Fuel thermotechnical properties_
Топливо / Fuel W, % A", % V"af, % Sd, % Qr, кДж/кг / Qri, J/kg
Котлоагрегат ст. № 4 / Boiler unit of the st. no. 4
Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% 20,02 24,57 50,72 1,49 16898
Смесь ирбейского и мугунского углей в соотношении, % / Mixture of Irbeisky and Mugunsky coal at the ratio of, %:
80/20 20,13 23,29 50,53 1,59 16379
50/50 19,94 23,79 50,46 1,38 17015
20/80 20,23 24,0 49,7 1,72 16974
Мугунский уголь / Mugunsky coal 100% 19,45 22,16 49,18 1,68 17778
Котлоагрегат ст. № 7 / Boiler unit of the st. no. 7
Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% 23,54-23,55 24,82-24,89 50,62-52,03 1,16-1,18 15855-16031
Смесь ирбейского и мугунского углей в соотношении, % / Mixture of Irbeisky and Mugunsky coal at the rate of, %:
80/20 20,75 26,92 53,68 1,68 16215
50/50 19,97 19,73 49,13 1,43 18126
20/80 18,72 25,26 50,96 1,63 16844
Мугунский уголь / Mugunsky coal 100% 18,98 19,66 49,42 1,69 18625
Таблица 8
Содержание оксидов кальция в золе уноса, %
Table 8
Content of calcium oxides in fly ash, %_
Топливо / Fuel Котлоагрегат ст. № 4 / Boiler unit of st. no. 4 Котлоагрегат ст. № 7 / Boiler unit of st. no. 7
Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% 4,3±0,27 (4,8-4,9)±0,27
Смесь ирбейского и мугунского углей в соотношении, % / Mixture of Irbeisky and Mugunsky coal at the rate of, %:
80/20 5,9±0,43 4,4±0,27
50/50 4,5±0,27 4,4±0,27
20/80 4,9±0,27 3,2±0,27
Мугунский уголь / Mugunsky coal 100% 5,6±0,43 5,2±0,43
Таблица 9
Содержание серы и диоксида серы в дымовых газах
Table 9
Sulfur and sulfur dioxide content in flue gases_
Топливо / Fuel Содержание Std , % / Con tent of Std, % SO2, мг/нм3 / SO2, mg/nm3
в угле / in coal в шлаке / in slag в золе уноса / in fly ash
Котлоагрегат ст. № 4 / Boiler unit of st. no. 4
Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% 1,49 0,28 0,04 3099
Смесь ирбейского и мугунского у Mixture of Irbeisky and Mugunsky глей в соотношении, % / / coal at the ratio of, %:
80/20 1,72 0,08 0,04 4308
50/50 1,38 0,08 0,08 3450
20/80 1,59 0,28 0,08 3390
Мугунский уголь / Mugunsky coal 100% 1,68 0,20 0,08 4340
Котлоагрегат ст. № 7 / Boiler unit of st. no. 7
Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% 1,16-1,18 0,20-0,28 0,08-0,16 1953-2474
Смесь ирбейского и мугунского у Mixture of Irbeisky and Mugunsk глей в соотношении, % / y coal at the rate of, %:
80/20 1,63 0,20 0,12 2882
50/50 1,43 0,24 0,16 4049
20/80 1,68 0,28 0,20 5062
Мугунский уголь / Mugunsky coal 100% 1,69 0,24 0,28 4340
Таблица 10
Степень связывания серы в топке и газоходе, %
Table 10
Sulfur binding degree in the furnace and flue, %_
Топливо / Fuel Котлоагрегат ст. № 4 / Boiler unit of st. no. 4 Котлоагрегат ст. № 7 / Boiler unit of st. no. 7
Ирбейский уголь / Irbeisky coal 100% 0,86 1,9-3,47
Смесь ирбейского и мугу Mixture of Irbeisky and /нского углей в соотношении, % / Mugunsky coal at the ratio of, %:
80/20 1,32 3,27
50/50 1,38 2,26
20/80 0,59 1,92
Мугунский уголь / Mugunsky coal 100% 1,13 3,23
Выводы
По результатам проведенных испытаний можно сделать следующие выводы.
1. Степень связывания серы и выбросы оксидов серы зависят:
- от содержания оксидов кальция в золе уноса: с увеличением содержания оксидов кальция в золе уноса возрастает степень связывания серы;
- отношения СаОзл-ун/Э^: с ростом отношения СаОзл^н/Э^ степень связывания серы увеличивается.
2. При работе котлов БКЗ-420-140-6 и БКЗ-500-140-1 увеличение доли ирбейского угля в смеси ирбейского и мугунского углей за счет повышения оксидов кальция в золе уноса увеличивает степень связывания серы, то есть выбросы оксидов серы в атмосферу уменьшаются.
3. Установлено, что основные проблемы при сжигании мугунского угля связаны с высоким содержанием серы в нем.
Увеличение содержания серы в угле приводит к возрастанию концентрации оксидов серы в уходящих газах от котла. Использование ирбейского угля при смешивании с мугунским позволяет снизить общее содержание серы в топливе, подаваемом в бункеры сырого угля котлов, а высокое содержание СаО и MgO в ирбейском угле позволяет частично связать оксиды серы летучей золой8 [9].
Топливный баланс ПАО «Иркутскэнерго» на 100% состоит из углей ООО «Компания «Востсибуголь» (КВСУ). В связи с прогнозируемым КВСУ ухудшением качества углей предполагается рост экологических платежей [9]. Необходимо выполнение экспертной оценки ожидаемых затрат с учетом перспективного топливного баланса с разными сценариями изменения качества топлива.
РД 34.02.305-98. Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС. М.: АООТ ВТИ, 1998. 36 с. / RD 34.02.305-98. Determination methods of gross emissions of pollutants into the atmosphere from TPP boiler units. Moscow, AOOT VTI, 1998, 36 p.
Библиографический список
1. Некрасов Б.В., Федоров С.К., Епихин А.Н., Угна-чев В.И., Володин А.М. Решение проблемы снижения выбросов диоксида серы с дымовыми газами тепловых электростанций // Электроэнергетика России - 2008 / RUSSIA POWER 2008: доклад на VI Московской междунар. выставке-конф. (Москва, 1517 апреля 2008 г.). [Электронный ресурс] // Тригене-рация, ру. Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ. URL: http://www.combienergy.ru/stat/956-Reshenie-problemy-snijeniya-vybrosov-dioksida-sery (12.01.2017).
2. Арбузов В.А., Исанова Б.Х., Белякова М.О., Зади-ранов А.Н. Очистка дымовых газов ТЭЦ от оксидов серы и азота // Литье и металлургия. 2009. № 3 (52). С. 99-103.
3. Варламова Л.М., Самаркина А.Н., Петров А.В., Самаркина Е.В. Анализ воздействия ТЭЦ на окружающую среду // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Иркутск, 2016. С. 199-202.
4. Равич М.Б. Эффективность использования топлива. М.: Наука, 1977. 344 с.
5. Skolyarow J.N., Elizarov V.V., Kushnarenko V.V. The
Problem of Explosion-Proof Security of the Pilverijing-Coal Systems // XXVI Kraftwerktechnische Kolloquium "KRAFTWARME-KOPPLUNG beim energiewirtschaftlichen Umbau in den neuen Bundeslandern und in Osteuropa". 8-9 November 1994, Dresden.
6. Трембовля В.И., Фингер Е.Д., Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок: 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1991. 416 с.
7. Пеккер Я.Л. Теплотехнические расчеты по приведенным характеристикам топлива (обобщенные методы): 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1977. 256 с.
8. Кудряшов А.Н., Шкуринский Н.И., Елманов А.В., Кулагин Н.В., Синицкая А.В. Результаты испытаний систем пылеприготовления к/а БКЗ-420-140 ПТ-2 // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Иркутск, 2016. С. 136-141.
9. Кудряшов А.Н., Байбурин Р.Р., Елманов А.В., Кулагин Н.В. Снижение доли оксидов серы путем связывания их летучей золой при сжигании мугунского и ирбейского углей в котлоагрегатах Ново-Иркутской
ТЭЦ // Повышение эффективности производства и алы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участи-
использования энергии в условиях Сибири: матери- ем. Иркутск, 2016. С. 207-211.
References
1. Nekrasov B.V., Fedorov S.K., Epikhin A.N., Ugna-chev V.l., Volodin A.M. Reshenie problemy snizheniya vybrosov dioksida sery s dymovymi gazami teplovykh elektrostantsii [Solving the problem of reducing sulfur dioxide emissions with flue gases of thermal power plants]. Available at: http://www.combienergy.ru/stat/956-Reshenie-problemy-snijeniya-vybrosov-dioksida-sery (accessed 12 January 2017).
2. Arbuzov V.A., Isanova B.Kh., Belyakova M.O., Za-diranov A.N. Ochistka dymovykh gazov TETs ot oksi-dov sery i azota [Cleaning of CHP flue gases from sulfur and nitrogen oxides]. Lit'e i metallurgiya [Casting and Metallurgy]. 2009, no. 3 (52), pp. 99-103. (In Russian)
3. Varlamova L.M., Samarkina A.N., Petrov A.V., Sa-markina E.V. Analiz vozdeistviya TETs na okruzhay-ushchuyu sredu [Analysis of CHP environmental effect]. Materialy Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konfer-entsii s mezhdunarodnym uchastiem "Povyshenie effek-tivnosti proizvodstva i ispol'zovaniya energii v uslovi-yakh Sibiri" [Materials of All-Russia scientific and practical conference with international participation "Improving the efficiency of production and use of energy in Siberia"]. Irkutsk, 2016, pp. 199-202. (In Russian)
4. Ravich M.B. Effektivnost' ispol'zovaniya topliva [Efficiency of fuel use]. Moscow, Nauka Publ., 1977, 344 p. (In Russian)
5. Skolyarow J.N., Elizarov V.V., Kushnarenko V.V. The Problem of Explosion-Proof Security of the Pilverijing-Coal Systems. XXVI Kraftwerktechnische Kolloquium "KRAFTWARME-KOPPLUNG beim energiewirtschaftlichen Umbau in den neuen Bundeslandern und in Osteuropa". 8-9 November 1994, Dresden.
Критерии авторства
Кудряшов А.Н., Елманов А.В., Киселева И.И., Бибикова Ю.Д. выполнили оценку сжигания непроектных ирбейского и мугунского бурых углей с целью определения связывания органических соединений серы на котлоагрегатах Ново-Иркутской ТЭЦ, провели обобщение и написали рукопись. Елманов А.В. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 21.01.2017 г.
6. Trembovlya V.I., Finger E.D., Avdeeva A.A. Tep-lotekhnicheskie ispytaniya kotel'nykh ustanovok [Thermotechnical tests of boiler plants]. Moscow, Ener-goatomizdat Publ., 1991, 416 p. (In Russian)
7. Pekker Ya.L. Teplotekhnicheskie raschety po prive-dennym kharakteristikam topliva (obobshchennye metody) [Thermotechnical calculations by given fuel characteristics (generalized methods]. Moscow, Ener-giya Publ., 1977, 256 p. (In Russian)
8. Kudryashov A.N. , Shkurinskii N.I., Elmanov A.V., Kulagin N.V., Sinitskaya A.V. Rezul'taty ispytanii sistem pyleprigotovleniya k/a BKZ-420-140 PT-2 [Test results of dust preparation systems k/a BKZ-420-140 PT-2]. Materialy Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konfer-entsii s mezhdunarodnym uchastiem Povyshenie effek-tivnosti proizvodstva i ispol'zovaniya energii v uslovi-yakh Sibiri [Materials of All-Russia scientific and practical conference with international participation "Improving the efficiency of production and use of energy in Siberia"]. Irkutsk, 2016, pp. 136-141. (In Russian)
9. Kudryashov A.N. , Baiburin R.R., Elmanov A.V., Ku-lagin N.V. Snizhenie doli oksidov sery putem svyazyvaniya ikh letuchei zoloi pri szhiganii mugunskogo i irbeiskogo uglei v kotlo-agregatakh No-vo-Irkutskoi TETs [Decreasing the proportion of sulfur oxides by binding them with fly ash under Mugunsky and Irbeisky coal combustion in Novo-Irkutsk TPP boiler units]. Materialy Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. "Povyshenie effektivnosti proizvodstva i ispol'zovaniya energii v usloviyakh Sibiri" [Materials of All-Russia scientific and practical conference with international participation "Improving the efficiency of production and use of energy in Siberia"]. Irkutsk, 2016, pp. 207-211. (In Russian)
Authorship criteria
Kudryashov A.N., Elmanov A.V., Kiseleva I.I., Bibikova I.D. have evaluated the combustion of non-project Irbeisky and Mugunsky brown coals in order to determine the binding of organic sulfur compounds in the boilers of Novo-Irkutsk CHP, summarized the material and wrote the manuscript. Elmanov A.V. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 21 January 2017
