CC BY
223
УДК 621.18:632.15
ОПЫТНОЕ СЖИГАНИЕ СМЕСИ МУГУНСКОГО И ИРБЕЙСКОГО УГЛЕЙ В КОТЛОАГРЕГАТЕ БКЗ-500-140
1 9
© В.А. Бочкарев', А.О. Перфильев2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты опытного сжигания смеси углей Мугунского и Ирбейского месторождений с целью определения связывания образовавшихся при пылеугольном сжигании окислов серы золой. На основании выполненных измерений и анализа состава уходящих газов и очаговых остатков определено влияние минеральной части золы на коцентрацию двуокиси серы за котлом БКЗ-500-140. Ил. 4. Табл. 4. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: пылеугольное сжигание угля; содержание серы в угле; концентрация двуокиси серы; связывание двуокиси серы золой; состав золы; характеристики сжигаемых углей.
EXPERIMENTAL COMBUSTION OF MUGUNSKY AND IRBEISKY COAL MIXTURE IN BKZ-500-140 BOILER PLANT V.A. Bochkarev, A.O. Perfiliev
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article introduces the results of experimental burning of the coal mixture of Mugunskoe and Irbeiskoe fields in order to determine the binding of sulfur oxides formed under pulverized coal combustion by ash. The effect of the mineral part of the ash on sulfur dioxide concentration behind BKZ-500-140 boiler is determined on the basis of the performed measurements and the composition analysis of flue gases and combustion residue. 4 figures. 4 tables. 5 sources.
Key words: pulverized coal combustion; sulfur content of coal; concentration of sulfur dioxide; binding of sulfur dioxide by ash; ash composition; characteristics of burned coals.
На ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго» на сегодняшний лиалах ОАО «Иркутскэнерго» составляет: азейского
день сжигаются угли различных месторождений. В угля - 9,84%; мугунского - 28,6%; черемховского -
табл. 1 приведены характеристики сжигаемых углей. 1,22%; ирша-бородинского - 0,52%; головинского -
Топливный баланс сжигаемых углей за 2013 г. на фи- 0,31%; жеронского - 39,9%; ирбейского - 19,6%.
Таблица 1
Характеристика сжигаемых углей__
Марка угля Рабочая масса угля, % Низшая теплота сгорания Qri, кДж/кг
влажность топлива на рабочую массу W, % зольность топлива на рабочую массу К, % содержание серы в топливе на рабочую массу Sr, %
азейский* 25.0 21.1 16,5 17,2 05 0,9 16006 17296
мугунский* Ol CD CNI CN 22 15,6 13,8 09 1,6 17305 18180
черемховский* 15.0 11.1 29.8 15.9 09 1,0 16425 18725
ирша-бородинский* ,0 ,0 col CN col CO м 3,7 02 0,1 15294 17104
головинский 11,8 22,7 078 20125
жеронский** 12,1 22,2 24,6 11,6 04 0,5 19986 19375
ирбейский** 38,9 28,9 8Z 10,3 02 0,3 11942 16722
В числителе - значение, согласно работе [2]; в знаменателе - среднее значение по данным химических лабораторий ТЭЦ за 2013 г.
** В числителе - значение, согласно работе [5]; в знаменателе - среднее значение по данным химических лабораторий ТЭЦ за 2013 г.
1 Бочкарев Виктор Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики, тел.: 89149022470, e-mail: v_bochkariev@mail.ru
Bochkarev Victor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Power Engineering, tel.: 89149022470, e-mail: v_bochkariev@mail.ru
2Перфильев Александр Олегович, аспирант, тел.: 89148952304, e-mail: s-h-r-k@mail.ru Perfiliev Alexander, Postgraduate, tel.: 89148952304, e-mail: shrk@mail.ru
Одной из характеристик угля, оказывающей негативное влияние на работу котельных агрегатов, является содержание серы в топливе. Из представленных в табл. 1 углей наибольшее содержание серы зафиксировано в мугунском угле. При этом по результатам анализа химической лаборатории в отдельных партиях поступающего на ТЭЦ угля содержание серы в угле превышает значения, представленные в табл. 1, в 1,5 раза. По данным многолетних наблюдений, представленным на рис. 1, рост содержания серы отмечается в мугунском угле.
2,5
связывания оксидов серы; сжигание угля в кипящем слое; переход на сжигание угля с пониженным серо-содержанием и другие.
К пассивным мероприятиям причисляют: ввод добавок в топочную камеру для связывания образовавшихся оксидов серы; применение сероочистных установок; строительство высоких дымовых труб; размещение источников вредных выбросов с учетом розы ветров и рельефа местности и другие.
В июне 2014 г. на Ново-Иркутской ТЭЦ было проведено опытное сжигание смеси мугунского и ирбей-
1,5
° 1 GO 1
0,5
2006
2007
2008
2009
2011 2012 2013 2014
(план)
Рис. 1. Содержание серы Б на сухую массу в мугунском угле за 2006-2014 гг.
Наличие серы в топливе приводит к увеличению: эксплуатационных затрат; расхода топлива на котельный агрегат и расхода электроэнергии на собственные нужды; затрат на маневровые работы и на складирование топлива; ремонтных затрат (затрат на замену поверхностей нагрева, ремонт или замену газоходов котлов и дымовых труб); экологических платежей из-за увеличения сверхнормативных выбросов вредных веществ.
Для обеспечения надежной, экономичной и экологически эффективной работы котельных агрегатов необходимо применять известные мероприятия, позволяющие снизить негативное влияние увеличивающегося содержания серы в угле на работу котельных агрегатов и вспомогательного оборудования.
Мероприятия по снижению последствий от повышения серосодержания в угле и роста концентрации БОх в дымовых газах делятся на активные и пассивные. Активные мероприятия применяются на стадии подготовки топлива к сжиганию и при его горении, пассивные - заключаются в очистке дымовых газов от оксидов серы после того, как завершится процесс горения угля.
К активным мероприятиям относят: снижение содержания серы в топливе за счет СВЧ-обработки угля [1; 4]; газификацию угля с последующей очисткой продуктов газификации от серосодержащих элементов; ввод добавок к топливу (в тракт топливоподачи) для
ского углей с целью определения эффективности связывания оксидов серы золой ирбейского угля. Опытное сжигание проводилось на котлоагрегате БКЗ-500-140.
Паровой котел БКЗ-500-140 однобарабанный, вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, предназначен для сжигания ирша-бородинского угля с твердым шлакоудалением.
Основные расчетные характеристики котла следующие:
- паропроизводительность - 138,9 кг/с;
- давление острого пара - 13,8 МПа;
- температура острого пара - 550°С;
- температура питательной воды - 230°С;
- температура уходящих газов - 158°С;
- КПД котла (брутто) - 92,1%.
Топочная камера открытого типа призматической формы выполнена из цельносварных панелей. Сырой уголь подается в мельницы скребковыми питателями. Подача топлива регулируется изменением числа оборотов электродвигателей, а также регулятором высоты слоя. Размол и сушка топлива осуществляется в мельницах-вентиляторах типа МВ-2700/650/590. Сушка топлива производится топочными газами, отбираемыми из верхней части топки с присадкой уходящих газов после дымососов. Температура сушильного агента за мельницей - 160-200оС.
Для очистки дымовых газов от золы установлен
2
0
электрофильтр типа ЭГА-76-12-6-4.
Испытания котла БКЗ-500-140-1 ст. № 6 проводились по общепринятой методике «Союзтехэнерго» [3]. Отбор проб сырого топлива производился ручным пробоотборником из ПСУ, проб уноса - из под ЗУУ, проб шлака - на выдаче шнеков шлакоудаления.
Отбор и анализ продуктов сгорания производились с помощью двух переносных газоанализаторов ECOM-J2KN в поворотной камере и за дымососами. Технический состав топлива (W, Ar, Qr,, Vdaf), содержание горючих в уносе и шлаке (Сгун, Сгшл) определялись химической лабораторией Н-ИТЭЦ; химический состав топлива, золы, шлака определялись лабораторией аналитического контроля (ЛАК) ООО «Инженерный центр "Иркутскэнерго"».
КПД котла (брутто) г/кбр, %, определялся по обратному балансу как разность между принятым за 100% израсходованным теплом и суммой тепловых потерь:
%р = 100 - q + q3 + q4 + q5 + qe),
где q2 , q3 , q4 , q5, q6 - потери теплоты соответственно: с уходящими газами, с химическим и механическим недожогом, в окружающую среду, с физическим теплом шлака,%.
с
Количество серы в топливе (угле) G уг_ т/ч, определялось по формуле
Gsyz = 0,01 ■ Вр ■ Sdr (100 - W) /100, где Вр - расчетный расход топлива, т/ч; Sdt - содержание серы в топливе на сухую массу, %; Ad- зольность топлива на сухую массу, %.
Баланс серы в золе и дымовых газах GSбл, т/ч, рассчитывался по формуле
GS _ /^S . /*nS i /*NS
бл - G ун + G шл + G л,
где GsyH- 0,01 ■ G3"yH ■ S зл - количество серы в золе уноса, т/ч; G^ - 0,01 ■ Gшл■ Sdшл- количество серы в шлаке, т/ч; G л = Cso2 ■ V¡,a3 ■ 10'6/(yso2/ys) - количество серы, перешедшей в газообразное состояние, т/ч; уso2 = 64 - молекулярный вес диоксида серы S02; ys = 32 -
молекулярный вес серы S; G
ун
a • G3_
, - количе-
ство образовавшейся золы уноса, т/ч; Gшл - ■ (1 -a) - количество образовавшегося шлака, т/ч; а - доля золы в уносе; Gзл+шл - G3I1yH + G^- количество образовавшихся золы и шлака, т/ч; S шл- содержание серы в шлаке, %; Sd3I, - содержание серы в золе, %; Vea3 -объем дымовых газов за котлом, нм3/ч.
Количество образовавшихся золы и шлака Gзл+шл, т/ч, рассчитывается по формуле
Gзл+шл - G3лун + Gшл - 0,01 ■ Вр ■ Ad ■ (100 - W) /100. Степень связывания серы из баланса золы и газа П, %, рассчитывали по формулам: - по золе:
П = 100 • (GSyH + &шл) / G y¿
- по газу:
П = 100 ■ (&уг + &л) / в%.
Количество диоксида серы Б02 в дымовых газах за котлом М эо2, т/ч, рассчитывалось по формуле
М в02 = С5о2 ■ Угаз ■ 10"®, где С5о2 - концентрация диоксида серы Б02 в дымовых газах за котлом, т/м3.
Расчетное количество диоксида серы Б02, образовавшегося при сжигании топлива, Мво2, т/ч, рассчитывалось по формуле
Мв02 = 0,02 ■ Вр ■ Б" ■ (100 - Щ /100.
Степень связывания Б02 по инструментальным замерам п, %, рассчитывалась по формуле П = 100 ■ (Мво2 - М во2) /Мво2.
Разрез «Мугунский» находится в Тулунском районе Иркутской области, в 36 км от районного центра. Разрез начал работу в 1992 г. На разрезе добывается бурый уголь марки 3Б. Запасы по месторождению составляют 1,7 млрд т. К 2024 г. объем добычи предполагается увеличить до 13,5 млн т за счет южного участка. Добыча ведется открытым способом с трех блоков: западного, центрального и восточного.
Западный блок имеет два пласта с междупласти-ем до 7 м. Мощность верхнего пласт № 2 - 1,5-4 м, нижний пласт более мощный - 5-8 м. Протяженность западного блока составляет 2,5 км с траншеей оконту-ривания. Центральный блок обводнен, имеет один рабочий пласт с мощностью 7,5-12 м. Протяженность центрального блока - 3,5 км. Восточный блок имеет три рабочих пласта: верхний - 1А и 1Б (мощность около 2 м), нижний пласт № 1 (с мощностью 4,5 м и междупластием в среднем 2-11 м).
Добываемый уголь отгружается в железнодорожный транспорт от борта. На станции Алгатуй производится взвешивание, дозировка вагонов. Груженые вагоны на станцию поступают с разных добычных участков, что позволяет производить шихтование по-вагонно. Таким образом, в одном маршруте может находится уголь разных участков. Качество золы среднего состава разреза «Мугунский» представлено в табл. 2.
Плавкостные характеристики золы мугунского угля следующие: 1А = 1300°С, 1В = 1490°С, С > 1500°С.
Разрез «Ирбейский» расположен в Красноярском крае. Поле разреза расположено в центральной части Латынцевского месторождения, по его восточной границе проходит автодорога краевого значения (Солянка - Ирбейское), вдоль северной границы, в 500 м, протекает река Большая Уря.
Разрез введен в строй в 2000 г. В настоящее время объем добычи составляет около 2 млн т угля в год. Планируется довести объем добычи по разрезу до 6 млн т. На разрезе добывают уголь марки 2Б, класс крупности - рядовой.
Таблица 2
Качество золы среднего состава разреза «Мугунский» [5]_
Химический состав (на бессульфатную массу), %
SiO2 AI2O3 Fe2O3 TÍO2 CaO MgO K2O Na2O
52,3 34,5 3,5 1,1 6,2 1,6 0,8 0,1
Разрезом обрабатываются три пласта: Ирбейский, Латыцевский, Спутник. Строение пластов - простое. Мощность пластов - от 2 (Ирбейский) до 8-10 м (Ла-тынцевский).
Вскрыша ведется по транспортной технологии во внутренние отвалы. Уголь вывозится на склад готовой продукции, который расположен в 11 км от разреза. Вывозка угля осуществляется автомобилями. На складе, как правило, находится смесь углей разных пластов. Качество золы среднего состава разреза «Ирбейский» представлено в табл. 3.
Плавкостные характеристики золы ирбейского угля: tА = 1100°С, ^ = 1150°С, с > 1170°С.
Анализ продуктов сгорания производился за ДС-6А и ДС-6Б одновременно при помощи двух переносных газоанализаторов ЕСОМ-^КЫ. При выполнении замеров газоанализатором определялось содержание кислорода (О2, %), оксида углерода (СО, ррт), оксидов азота (N0 и NOх, ррт) и оксидов серы (БО2, ррт).
Технический состав смеси углей во время испытаний приведен в табл. 4.
Испытания на котле ст. № 6 проводились в диапазоне нагрузок 311-352 т/ч, приведенных к номинальным параметрам пара. Температура питательной воды составляла = 190-196°С. В работе находились три пылесистемы, один дымосос рециркуляции газов, коэффициент избытка воздуха за конвективным пароперегревателем составлял акпп =
1,25-1,36. Степень открытия направляющих аппаратов дутьевых вентиляторов составляла 3585%, шиберов дымососов - 45-69%, токовая загрузка электродвигателей дутьевых вентиляторов - 30-36 А, дымососов - 45-76 А, дымососа рециркуляции газов -30-32 А, мельниц - 42-46 А. Режим на котле выдерживался согласно действующей режимной карте.
При переходе от сжигания одной смеси углей к другой режим работы котлоагрегата практически не изменялся.
Данные газового анализа по содержанию БО2 в уходящих газах в зависимости от содержания серы в угле представлены на рис. 2.
Связывание органических соединений серы мугунского угля в процессе сжигания в смеси с ирбей-ским углем в пропорциях 90/10, 70/30, 50/50, %, по балансу золы и шлака (рис. 3) составила:
- мугунский уголь в чистом виде - 3,6-4,2%;
- ирбейский уголь в чистом виде - 6,1-7% (до 17,5% по инструментальным замерам (рис. 4));
- смесь ирбейского и мугунского углей 90/10% -2,9-4%;
- смесь ирбейского и мугунского углей 70/30% -2,6-3,8%;
- смесь ирбейского и мугунского углей 50/50% -3,8-3,9%.
Качество золы среднего состава разреза «Ирбейский» [5]
Таблица 3
Химический состав (на бессульфатную массу), %
SiO2 AI2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O
40,5 10,7 16,9 0,4 25,6 5,5 0,2 0,2
Технический состав смеси мугунского и ир Таблица 4 бейского углей
Дата проведения опыта p*, %/% W, % Ad, % Ar, % Sd, % Qr,, кДж/кг Вр, кг/с
20.06.14 100/0 22,55 21,05 16,3 1,99 18 063 15,108
20.06.14 100/0 22,65 18,76 14,51 1,93 17 816 15,375
21.06.14 90/10 22,56 20,78 16,09 1,74 17 267 15,900
21.06.14 90/10 24,19 17,82 13,51 1,62 17 384 15,828
22.06.14 90/10 22,94 21,10 16,26 1,96 17 091 16,081
22.06.14 90/10 22,59 20,97 16,23 1,87 17 213 15,961
23.06.14 70/30 22,91 19,09 14,72 1,85 17 523 15,836
23.06.14 70/30 22,57 17,91 13,87 1,99 17 921 15,406
24.06.14 70/30 23,62 19,61 14,98 1,79 17 154 14,397
24.06.14 70/30 24,17 19,99 15,16 1,86 16 898 14,600
25.06.14 50/50 24,61 19,31 14,56 1,57 16 827 16,353
25.06.14 50/50 25,08 19,19 14,38 1,57 16 697 16,458
27.06.14 0/100 27,64 15,56 11,26 1,01 16 375 15,508
27.06.14 0/100 29,12 14,66 10,39 0,78 15 947 15,647
*p - процентное соотношение мугунского и ирбейского углей, %/%.
Рис. 2. Изменения концентрации диоксида серы за дымососом котла № 6 в зависимости
от содержания серы Б" в угле
Мугунский уголь 100% Мугунсчий уголь 9096, И рбейспи и уголь L0K. Мугунский уголь 70%. Ирбейскин уГЙЛЬ ЗОЙ Мугунекий уголь 50%, Ирбейскнй уголь 5&36 Ирбейский уголь юок,
7 0
—
X z
6,
4
_
4 2
t 0
3 9 3.3 3 9 3
tt 3 6 3 6
-
3 1 3 0
-
2 6
,
Номэр опыта - Степень связывания двуокиси серы
Рис. 3. Изменение степени связывания диоксида серы при сжигании смеси мугунского и ирбейского углей
по золе и шлаку котла № 6
Рис. 4. Изменение степени связывания диоксида серы при сжигании смеси мугунского и ирбейского углей
по данным инструментальных замеров на котле № 6
Зольность ирбейского угля при его сжигании в чистом виде составляла А6 = 14,66-15,56% (отбор производился с БСУ котла), содержание серы = 0,781,01%. Зольность ирбейского угля по данным входного контроля составляла А6 = 11,54-13,32%, содержание серы = 0,64-0,71%. Данные значения по зольности и содержанию серы в ирбейском угле, сжигаемом на котле в чистом виде, не соответствуют значениям входного контроля качества ирбейского угля, что говорит о наличии примеси мугунского угля.
По данным ЛАК ООО «ИЦ "Иркутскэнерго"», полученным за 2010-2014 гг., выявлена зависимость со-
держания оксидов Са, Na, Мд (Cca.Na.Mg, %) в золе ирбейского угля от его зольности Аа\
Cca.Na.Mg = -1,2277А" + 31,824.
Чем выше содержание щелочных металлов в золе сжигаемого угля, тем выше связывание оксидов серы. При зольности ирбейского угля во время испытаний Аа = 14,66-15,56% содержание Са, №, Мд в золе находилось в диапазоне 5-10%. Для эффективного связывания диоксидов серы из дымовых газов необходимо, чтобы содержание щелочных металлов в золе находилось в диапазоне 20-25%.
Статья поступила 15.09.2014 г.
Библиографический список
1. Патент USA 2007/0295.590. Методы и системы для повышения свойств твердого топлива.
2. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. Изд. 3-е, перераб. и доп. СПб: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. 256 с.
3. Трембовля В.И., Фингер Е.Д, Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. М.: Энергоатомиздат, 1991.
4. Хайдурова А.А., Коновалов Н.П., Федчишин В.В. Воздей-
ствие микроволновой энергией на бурый уголь для улучшения его технологических характеристик // Теплофизические основы энергетических технологий: мат-лы регион. науч.-практ. конф. Томск: Изд-во ТПУ, 2009. С. 109-113. 5. Энергетические угли восточной части России и Казахстана: справочник / В.В. Богомолов, Н.В. Артемьева, А.Н. Алех-нович [и др.]. Челябинск: Изд-во УралВТИ, 2004. 304 с.
УДК 621.311.1
ИССЛЕДОВАНИЯ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ И ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
© Ву Хай Ха1, Н.И. Воропай2
1Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 1,2Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.
Представлены результаты исследований аварийных переходных режимов системы электроснабжения с распределенной генерацией и частотно-регулируемым электроприводом для одного из сценариев исходных условий. Сформулированы выводы о характере поведения компонентов системы электроснабжения в аварийных переходных режимах. Ил. 7. Библиогр. 12 назв.
Ключевые слова: система электроснабжения; распределенная генерация; частотно -регулируемый электропривод; переходные процессы; моделирование, управление.
STUDY OF EMERGENCY MODES OF A POWER SUPPLY SYSTEM WITH DISTRIBUTED GENERATION AND A FREQUENCY-REGULATED ELECTRIC DRIVE Vu Hai Ha, N.I. Voropai
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia. Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, 130 Lermontov St., Irkutsk, 664030, Russia.
The article introduces the results of studying emergency transient modes of a power supply system with distributed generation and a frequency-regulated electric drive for one of the reference condition scenarios. Conclusions on the behavior of power supply system components in emergency transient mode are formulated. 7 figures. 12 sources.
Key words: power supply system; distributed generation; frequency-regulated drive; transients; modeling; control.
1Ву Хай Ха, аспирант, тел.: 89245492002, e-mail: vhhabcd@gmail.com Vu Hai Ha, Postraduate, tel.: 89245492002, e-mail: vhhabcd@gmail.com
2Воропай Николай Иванович, доктор технических наук, профессор, директор ИСЭМ СО РАН, зав. кафедрой электроснабжения и электротехники ИрГТУ, e-mail: voropai@isem.sei.irk.ru
Voropai Nikolai, Doctor of technical sciences, Professor, Director of ESI SB RAS, Head of the Department of Power Supply and Electrical Engineering of ISTU, e-mail: voropai@isem.sei.irk.ru
