CC BY
11Список литературы
1. Елистратов С. Л. Комплексное исследование эффективности тепловых насосов: дис. на соискание ученой степени д-р техн. наук / Елистратов С. Л. - 2010. - 383 с.
2. Трубаев П.А. Тепловые насосы: учеб. пособ. / П.А. Трубаев, Б.М. Гришко. -Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2009. - 142 с.
3. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей / [Манюк В.И., Каплинский Я.И., Хиж Э. и др.] - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1982. -215 с.
УДК 621.181: 66.096.5: 502.33
КИПЯЩИЙ СЛОЙ КАК ТЕХНОЛОГИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО СЖИГАНИЯ СЕРНИСТОГО ТОПЛИВА
Воинов А.П., Шевчук В.И.
Одесский национальный политехнический университет
Огнетехнические установки для сжигания сернистого топлива ответственны за выброс оксидов серы Б0у = Б02 + Б03, высокотоксичных по отношению к природной среде, прежде всего - живой природе. Существенное уменьшение выброса этих веществ является одной из важнейших задач проблемы снижения техногенной нагрузки природной среды.
Предложен ряд приемов снижения выброса Б0у указанными объектами, в том числе котельными установками. Надежно апробированным приемом является связывание Б0у введенной в топочную камеру твердой присадкой в виде мелкодисперсных частиц природных материалов, содержащих СаО или М§0, - известняка, мела, магнезита. Взвешенные в топочной среде частицы присадки реагируют с Б0у с образованием частиц практически безвредного гипса, удаляемых вместе с твердыми очаговыми остатками.
Оксиды серы, слоевая топка, камерная топка, вихревая топка, кипящий слой, степень турбулентности
Введение
Доступная эффективность реализации этого приема связывания Б0у в топке зависит от действия ряда факторов, прежде всего, следующих:
- тип топки (слоевая, камерная, вихревая, кипящего слоя),
- концентрация частиц присадки в топочной среде,
- удельная поверхность (дисперсность) частиц присадки,
- степень равномерности распределения частиц присадки по сечению топочной камеры,
- уровень температуры топочной среды,
- степень турбулентности газового потока в зоне протекания реакции горения и реакции связывания Б0у,
- длительность взаимодействия частиц присадки и топочной среды.
Анализ публикаций
Известен отечественный и зарубежный положительный опыт промышленного применения рассматриваемого приема. В частности, известно его использование в Германии и Франции, в котельных установках при сжигании в камерных топках мазута, содержащего до 4,4 % серы, импортированного из бывшего Союза. Целью использования указанного топлива является получение из его золы германия и ванадия. Побочным продуктом является товарный гипс. В экологическом отношении топочный процесс организован надлежащим образом.
Важным условием успешной реализации рассматриваемого приема в камерных топках является обеспечение
- непрерывного дозирования присадки (пропорционально текущему расходу топлива),
- непрерывное введение ее в топку,
- равномерное распределение присадки по поперечному сечению топочной камеры.
Цель и постановка задач исследований
Накопленный опыт показывает, что среди известных топочных технологий уникально благоприятные условия для связывания БОу твердой присадкой складываются в топках низкотемпературного пузырькового кипящего слоя (КС). Это обстоятельство обусловило приоритетное положение указанной технологии по выбросу БОу среди всех известных котельно-топочных технологий [1 ].
Рассмотренный прием, надежно апробированный в производственных условиях, целесообразно применять в котельных установках с мазутными топками независимо от их единичной мощности и содержания серы в топливе. В топках КС данный технологический эффект обусловлен следующим:
- существенным запасом вещества присадки в инерте КС,
- высокой степенью равномерности концентрации вещества присадки в горизонтальном сечении КС,
- уникально высокой степенью турбулизации КС частицами его инерта.
Методика исследований
Сжигать в топках КС можно топливо любого вида: твердое, жидкое, газообразное. При этом интерес представляет ряд разных по характеру научно-технических задач применительно к топливу каждого вида. Это относится к задаче организации сжигания высокосернистого мазута, получаемого нефтеперерабатывающими заводами Украины из импортной сернистой нефти, в частности, западносибирских месторождений содержанием серы до 1,5...2,0 %.
В рассматриваемой задаче речь идет о сжигании топлива и выбросе БОу при концентрации их в уходящих газах ниже предельно допустимой (ПДК).
Высокосернистый мазут с содержанием серы 2.4 % можно экологически высокоэффективно сжигать в топках КС с присадкой в зоне активного горения молотого мелкодисперсного известняка. Его удельное количество должно превосходить содержание серы в топливе (8рл) в, приблизительно, три раза.
Необходимо отметить основные особенности топок КС при сжигании мазута:
- в топке, на воздухораспределительной решетке (ВРР), находится инерт в расчетном количестве; по мере его убыли, вследствие истирания частиц, следует оперативно производить добавку;
- твердую сыпучую присадку следует вводить в нижнюю часть КС струями воздуха с помощью фурм, расположенных по торцам ВРР,
- частицы присадки в значительной степени будут уноситься газовым потоком из топки; должна быть предусмотрена очистка от них уходящих газов;
- крупные частицы присадки будут накапливаться в инерте; должна быть предусмотрена возможность периодического оперативного удаления инерта из топки,
- система ввода жидкого топлива в КС должна обеспечивать высокую степень равномерности его распределения и, соответственно, процесса горения по площади топки.
Результаты и их анализ
В этих условиях унос из топок в значительной степени будет состоять из частиц гипса. Выделенный из уходящих газов сухим способом унос может оказаться вяжущим строительным материалом, аналогом алебастра. Для очистки газов от мелкодисперсного уноса целесообразно использовать известное современное рентабельное высокоэффективное решение - применить малогабаритные электрофильтры.
Изложенные основные пути решения рассматриваемой задачи остаются характерными в случаях сжигания сернистого топлива всех видов и сортов.
Выполненное комплексное исследование технологического процесса, протекающего в котельно-топочных системах низкотемпературного пузырькового КС, позволило расширить теоретические представления о нем и его составляющих. Одной из их числа является процесс связывания SOy в КС твердой присадкой при сжигании сернистого топлива [2, 3].
С целью снижения интенсивности внешней эрозии котельных труб, в котлах КС при использовании твердой присадки, целесообразно в них применять инерт пониженной эрозионной агрессивности [5, 6],
В Одесском политехническом институте (ныне Одесском национальном политехническом университете) научно-исследовательская лаборатория перспективных котельно-топочных систем разрабатывает ряд задач создания и применения прогрессивных технологических решений в сфере промышленных котельных установок. В их числе, в частности, - задачи высокоэффективного сжигания сернистого топлива в котлах КС [1-6]. Основные из ряда полученных лабораторией результатов внедрены в котельных, на предприятиях числом более 260, на территории Украины, России, Армении, Грузии, Молдовы.
Выводы
Сокращение выброса SOy котельно-топочными системами, сжигающими сернистое топливо, является актуальной научно-технической задачей.
Одним из надежных продуктивных приемов предотвращения выброса SOy является связывание их в топочной камере вводимой в нее твердой присадкой, содержащей CaO или MgO.
Уникально благоприятными условиями реализации этого приема обладает технология низкотемпературного пузырькового КС.
Применение технологии КС должно прийти на смену другим технологиям сжигания сернистого топлива в котельно-топочных системах.
Применение технологии низкотемпературного пузырькового КС с использованием твердой присадки, содержащей CaO или MgO, позволит при сжигании сернистого топлива радикально снизить техногенную нагрузку природной среды по выбросу SOy.
Список литературы
1. Воинов А. П. Проблематика разработки высокоэкологичных котельно-топочных систем на низкокачественном твердом топливе \\ Тез. докл. семинару "Пробл. преобразов. энергии и рац. использов. органич. топл. в энергетике". (22-23 сент.1993).- К.: ИПЭ НАН Украины, 1993.
2. Шевчук В. И. Исследование процесса связывания оксидов серы в низкотемпературной топке с кипящим слоем. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. - Одесса, 1981.
3. Воинов А. П., Легенченко А. И., Шевчук В. И. Уменьшение выброса окислов азота и серы использованием кипящего слоя как основы организации котельно-топочного процесса \\ «Проблемы энергетики теплотехнологии». I Всес. науч. конф. Тез. докл. Т. 2. М.: 1983, с. 143.
4. Воинов А. П. Положение трубы в кипящем слое и ее внешняя эрозия \\ Теплоэнергетика, 2003, № 8, с. 59 - 61.
5. A. P. Voinov, S. A. Voinova. The Possibility of Controlling External Erosion in Fluidized-Bed Boilers \\Thermal Engineering, 2008, Vol. 55, No. 9, p.p. 749 - 754.
6. Воинов А. П., Воинова С. А. Возможность управления внешней эрозией в котлах с кипящим слоем \\ Теплоэнергетика, № 9, 2008, с. 29 - 32.
