Производство водогрейных котлов
и оборудования, торговая марка «ИжКсВа»

+7 (3412) 506-345
+7 (991) 513-46-05
+7 (991) 513-46-06
e-mail: teremm18@yandex.ru

Особенности сжигания низкосортных топлив

Особенности сжигания низкосортных топлив

При сжигании низкосортных топлив (повышенной зольности и влажности) сильно осложняется работа всех узлов и участков котельного агрегата, снижается надежность работы самого котла, дымососов и другого вспомогательного оборудования.

По данным испытаний (ВТИ, НПО ЦКТИ) присосы в топках доходят до 15 – 20%, вместо проектных 4 – 5%, а за котлом доходят до 70% вместо 30% по нормам. Это приводит к значительным потерям с уходящими газами.

Наряду с увеличенными потерями теплоты с уходящими газами (q2), ощутимо увеличиваются потери с механическим недожогом (q4). Общий КПД котла при работе на низкосортных углях снижается (по сравнению с работой на качественных углях) на 5 – 7%.

Расчетные зависимости теоретической температуры в топке θa = Ta - 273°C от зольности и влажности углей показывают, что повышение зольности Ас на каждые 10% приводит к снижению теоретической температуры в топке на 40 – 100°С (в зависимости от влажности). Температура в очаге горения при этом снижается на 30 – 90°С.

Уменьшение Wр на 10% повышает теоретическую температуру горения на 100 – 160°С, а температуру в ядре горения на 85 – 130°С (в зависимости от зольности).

Так, теоретическая температура горения угля с калорийностью 3600 ккал/кг составляет 1349°С (при сжигании каменного угля с калорийностью 5000 ккал/кг она составляет 1495°С).

Необходимо отметить, что Нормативный метод расчета котельных агрегатов для высокозольных топлив дает несколько заниженное значение температуры газов на выходе из топки θ"m, что обусловлено сильным влиянием золы на оптическую плотность среды в топке.

Снижение температуры в ядре горения вредно. Оно приводит к увеличению доли неоплавленных остроугольных золовых частиц в уносе, что может приводить к эрозии хвостовых поверхностей нагрева. Высокие температуры ядра горения необходимы не только для снижения доли неоплавленных высокоэрозионных частиц, но и с точки зрения обеспечения заданного теплосъема в топочной камере.

Объем топочной камеры

Для успешного сжигания низкосортных углей непременным условием является снижение величины теплонапряжения топочного объема (Q/V).

В котлах малой мощности величина теплонапряжения топочного объема Q/V, полученная из конструктивных расчетов
  • Q/V = 0,4 ÷ 0,5 ккал/м³/ч
для сжигания низкосортных топлив является недопустимо большой.

Это говорит о том, что мал объем топочной камеры, нет необходимой высоты для стабилизации горения низкосортных топлив. (Для информации: - это участок, где выдерживается соотношение (CO2max - CO2min) / CO2 = 0,3).

Величина Q/V при сжигании каменных углей не должна быть больше 0,3 ккал/м³/ч, а при сжигании низкокачественных топлив величина теплонапряжения топочного объема должна быть существенно меньше.

Зажигательный пояс

Устройство в топочных камерах зажигательных поясов позволяет сжигать топлива с низкой теплотой сгорания (до 2000 ккал/кг).

В случае необходимости сжигания еще менее калорийных топлив необходим подогрев дутьевого воздуха.

Для предотвращения шлакования котла необходимо, чтобы факел не касался ограждений в пристенных зонах топочной камеры и отсутствовала полувосстановительная газовая среда, а температура на выходе из топки при номинальной нагрузке не превышала температуру начала размягчения золы более, чем на 50°С.

Равномерность подачи топлива

При переходе на сжигание низкокачественных топлив еще более ужесточаются требования, предъявляемые к равномерности подачи топлива.

Колебания в подаче топлива и воздуха (окислителя) приводят к появлению в одних местах котла окислительных, а в других – восстановительных зон горения, что является причиной потери устойчивости и надежности котла, потери нагрузки и даже прекращения горения.

Конструктивные особенности котла

Применяемые конструкции топочных камер котлов малой мощности квадратного поперечного сечения является наилучшей конструкцией с точки зрения равномерности температур и тепловых потоков по периметру топки, но крайне не достаточной высоты.

Предложения

Конструкции типовых котлов малой мощности привлекают компактностью, решениями компоновки трубных систем и грамотным построением гидравлических схем.

Для продолжения дальнейших разработок котлов малой мощности необходимо использовать следующие конструктивные зависимости:



Сравнение значений, полученных из расчетов типовых котлов малой мощности и необходимых значений, приведенных на графиках (для твердотопливных котлов мощностью 1 Гкал/ч)

  Котлы топливные Необходимая величина
Объем топочной камеры, м³ 2 ÷ 4 6,7
Поверхность стен топочной камеры, м² 18 ÷ 20 25,6
Отношение объема топки к поверхности ее стен 0,05 ÷ 0,1 0,26

Сохраняя конструкцию трубных систем типовых котлов, предлагаем оснастить типовые котлы малой мощности простейшим механическим топочным устройством «Звездочка» (Поворотный колосник).

Топочное устройство – «Поворотный колосник» - было опробовано в работе под котлом “Минск” в 1985-86 гг в г. Лимбажи (Латвия) при сжигании углей и забалластированных древесных отходов. Был демонтирован ввиду перевода котла на газ.

Современное состояние исследований по данному направлению в настоящее время показывает, что все твердотопливные котлы коммунальной энергетики и ЖКХ обслуживаются неквалифицированным тяжелым ручным способом, не автоматизированы, имеют КПД не выше 60%.

Повышение КПД от 60% до 85% дает экономию топлива на 100 кг/ч
или каждые сутки 2,4 тонны угля по 1800 руб
Это 4320 рублей в сутки.

Опытный образец котла мощностью 1,0 Гкал/ч с механическим топочным устройством «Поворотный колосник» доказал своей успешной работой перспективность выбранного направления.

Перспектива состоит в механизации процесса сжигания твердого топлива в котлах ЖКХ.

Механическое топочное устройство «Звездочка», состоит из полого корпуса с отверстиями для выхода воздуха.

Отверстия расположены на его боковой поверхности. Для улучшения вывода шлака, корпус в поперечном сечении выполнен в виде звезды, а указанные отверстия расположены в вершинах его лучей. При вращении «Звездочки» (поворотного колосника) обеспечивается непрерывное изменение направления струй воздуха для поддержания кипящего слоя. Это способствует перемешиванию и более равномерному распределению температур в слое. Повышается эффективность работы котла и его надежность.

В типовых котлах малой мощности, оснащенных топочным устройством кипящего слоя упрощенной конструкции, могут быть сожжены практически любые виды топлива, включая самые низкосортные и дешевые.

Топки кипящего слоя (без колпачковых решеток и инертной засыпки) отличаются универсальностью по топливам. При этом переход с одного вида топлива на другой может быть осуществлен практически мгновенно.

Такие топочные устройства не требуют тщательной топливоподготовки. Разумеется, желательно производить дробление топлива. Однако, работа на рядовом угле не выведет из строя топочное устройство «Звездочка». При этом только возможно увеличение тепловых потерь с механическим недожогом (со шлаковой его составляющей).

Топочное устройство «Звездочка» отличается простотой изготовления, удобством и неприхотливостью в эксплуатации, что является главным требованиям в отечественных условиях работы котельных ЖКХ.

Подача топлива в котел может быть осуществлена простой течкой, выполненной из трубы. Причем место ввода топлива может быть любое, наиболее удобное с компоновочной точки зрения. Благодаря малой площади зеркала горения, равномерного распределения топлива не требуется. Кипящий слой сам его размешает.

Удаление шлака может производиться, например, в сменный откатной контейнер или механизировано.

Оснащение типовых котлов малой мощности топочным устройством «Звездочка» позволит уверенно сжигать низкосортные угли и древесные отходы благодаря:

  • Увеличению высоты топочного пространства и снижению теплонапряжения топочного объема.
  • Созданию зажигательного пояса для устойчивости воспламенения.
  • Обеспечению равномерности подачи топлива.