Уголь – один самых распространенных в мире энергетических ресурсов. По данным Международного института угля, его доля, как первичного энергоносителя, в мировой энергетике составляет 25% (это второе место после нефти). В условиях, когда нефть и газ являются дорогостоящими покупными энергоресурсами, относительно дешевый энергетический уголь становится все более популярным энергоносителем. Несмотря на это, уголь в энергетике считается экологически грязным сырьем, т.к. при его сжигании образуется большое количество отходов. По сравнению с газом, например, уголь дает вдвое больше выбросов углекислого газа, поскольку сгорает не полностью.
Кроме того, следует отметить возникновение в последние годы дефицита высококачественных углей. На данный момент угольная энергетика России – это крупнейший потребитель именно низкокачественных российских энергетических углей, потребление которых составляет около 90% суммарного ежегодного объема потребления угольного топлива на ТЭС.
Анализ структуры марочного состава угольного топлива, поставленного на ТЭЦ ОАО «Магнитогорского металлургического комбината» в 2009 – 2014 годах, демонстрирует незначительную долю потребления (около 12 – 13%) высококачественных каменных углей. В качестве основного топлива на ТЭЦ ОАО «ММК» используются угли Кузнецкого бассейна. При этом калорийность низкосортных углей варьируется в пределах 14,9 – 16,5 МДж/кг, а высококалорийных – в пределах 21,1 – 24,9 МДж/кг.
Современная проблематика сжигания углей в энергетических котлах заключается в существовании значительных отличий состава и качества сжигаемого твердого топлива от его проектных характеристик, что в результате приводит к снижению паропроизводительности котлов и уменьшению номинальной мощности энергоблоков. Низкое качество угля создает трудности при подаче на мельницы плохо транспортируемой, практически несыпучей топливной массы (зависания в бункерах, завалы рабочей зоны мельниц), которая вызывает обрывы факела, образование сверхнормативных загрязнений топок шлаком и газоходов золой, снижением выработки пара и ухудшением экологических показателей.
В Таблице 1 представлены характеристики угля, используемого на ТЭЦ ОАО «ММК» в 2014 году.
Таблица 1
Характеристика угля, сжигаемого на ТЭЦ ОАО «ММК»
| Зольность,
% |
Выход летучих,
% |
Влага рабочая исходного,
% |
Влага рабочая измельченного,
% |
||||
| Проба
№ 1 |
Проба
№ 2 |
Проба
№ 1 |
Проба
№ 2 |
Проба
№ 1 |
Проба
№ 2 |
Проба № 1 | Проба № 2 |
| 20 – 21 | 24 – 26 | 6 – 8 | 5 – 7 | 15 – 16 | 18 – 19 | 11 – 12 | 12 – 14 |
Резкое снижение или повышение как зольности, так и влажности угля приводит к неустойчивой работе горелок и, как следствие, к неустойчивому воспламенению топлива. Также наблюдается прямая зависимость между количеством золы и потерей тепла со шлаками. Поэтому из-за интенсивного шлакования ширмового и конвективного пароперегревателя и высокого содержания золы в угле коэффициент полезного действия котла снижается до 80 – 82%. Из-за изменения влажности усложняется процесс пылеприготовления. При высоких значениях этого параметра необходима предварительная подсушка топлива в специальных барабанных сушилках и отопление помещений, в которых разгружается и транспортируется топливо, что приводит к дополнительным затратам на пылеприготовление.
Также серьезной проблемой для котлов ТЭЦ ОАО «ММК» являются пониженные температуры в нижней зоне топочной камеры (порядка 1250 – 1360ºС), что приводит к шлакованию поверхностей нагрева и ухудшает теплообмен в топке. Явление шлакования прежде всего связано со свойствами золы и температурным режимом топки. Если частицы золы расплавляются и превращаются в жидкий шлак, то вследствие большого удельного веса они выпадают из потока газа, прилипают к поверхностям нагрева, которые затем постепенно зашлаковываются в результате нарастания на них застывающего слоя шлака. Процесс плавления золы начинается с того, что в зоне высоких температур появляются и выпадают легкоплавкие компоненты золы (содержащие окись железа). Шлакование начинается с налипания этой летучей золы на поверхности нагрева. Вследствие малой теплопроводности золы резко повышается температура внешнего слоя загрязнений, увеличивая одновременно его шероховатость. Летящие в топке расплавленные частицы золы, попадая на шероховатые стенки труб, прочно к ним прилипают, увеличивая тем самым толщину шлакового нароста.
Одним из возможных вариантов уменьшения шлакообразования поверхностей нагрева является переход на сжигание высококонцентрированной пыли. Ее использование значительно уменьшает риск шлакования топочной камеры, т. к. количество движения (ударная сила) высококонцентрированного потока в 7 раз меньше, чем обычного низкоконцентрированного [1]. В горелку подается пыль с концентрацией 20 – 40 кг/кг воздуха, т.е. с концентрацией на 1 – 2 порядка выше, чем в обычных типовых схемах. Эта схема была разработана и впервые использована на Томь-Усинской ГРЭС. Переход на сжигание высококонцентрированной пыли уменьшает дальнобойность факела и вероятность наброса полурасплавленного конгломерата недогоревшей пыли с золой на стены топки, т.е. образования глыб шлака в ее нижней части и зоне горения.
Так же следует отметить, что на металлургических предприятиях в качестве отходов коксохимического производства образуется мелкий кокс (или коксик) размером до 25 мм, который не используется в производстве и может сжигаться как топливо. Проблемы его сжигания могут быть связаны с высоким процентом зольности (до 12%). Содержание SiO2 + А12О3 в золе кокса достигает 70 – 80%, что в конечном итоге может привести к шлакованию поверхностей нагрева топочной камеры [2].
В целом, проблемы сжигания мелкого кокса в котлах ТЭЦ подобны проблемам сжигания низкосортных углей, поэтому перспективно решать их совместно, возможно путем предварительной подготовки угольной смеси.
Список литературы:
- Бабий В.И., Куваев В.Ф. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела. М.: Энергоатомиздат, 1986. – 208 с.
- Лейбович Р.Е., Яковлева Е.И., Филатов А.Б. Технология коксо-химического производства. М.: Металлургия, 1982. – 360 с.[schema type=»book» name=»К ПРОБЛЕМАТИКЕ СЖИГАНИЯ НИЗКОСОРТНЫХ УГЛЕЙ НА ТЭЦ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ» description=»Проведен анализ влияния сжигания низкосортных углей на работу котловых агрегатов в условиях ТЭЦ промышленных предприятий.» author=»Михайловский Владимир Николаевич, Агапитов Евгений Борисович, Каблукова Маргарита Сергеевна» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2017-03-28″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)» ebook=»yes» ]