Разработка и внедрение энергоэффективной эколого-ресурсосберегающей технологии подготовки и сжигания углей Канско-Ачинского бассейна на энергетических предприятиях для обеспечения конкурентных преимуществ экономики Красноярского края

Ежегодно на пылеугольных тепловых электростанциях (ТЭС) России для растопки котлов, подсветки факела и стабилизации выхода жидкого шлака расходуется более 5 млн т мазута, цена которого в настоящее время непрерывно растет и составляет сейчас около 10 тыс. руб. за тонну.

В связи с этим становится очевидной актуальность замены мазута при растопке и подсветке факела топочных камер котельных агрегатов ТЭС дешевыми углями Канско-Ачинского бассейна, стоимостькоторых более чем на порядок ниже стоимости жидкого топлива – мазута [1].

В Политехническом институте Сибирского федерального университета на кафедре «Тепловые электрические станции» выполнен комплекс исследований и установлены закономерности влияния окислительного выветривания на состав и физико-химические свойства органичес-койи минеральной частей бурых канско-ачинских углей по высоте и глубине залегания угольного пласта. Была создана база экспериментальных данных по теплофизическим характеристикам углей Канско-Ачинского бассейна различной степени окисленности, учет которых позволяет обеспечитьвысокоэкономичную, экологически безопасную и надежную по условиям шлакования работу котельных агрегатов тепловых электростанций.

Разработана и защищена 35 патентами технология сжигания углей с применением термической подготовки в условиях тепловой электростанции для организации сжигания углей с применением безмазутной (муфельной) растопки и подсветки факела топочных камер котельных агрегатов.

Данная технология предназначена для котлов, сжигающих бурые и каменные угли с высоким выходом летучих веществ. Это позволяет значительно повысить эколого-экономическую эффективностьсжигания углей, практически отказаться от применения дорогостоящего мазута при растопке и подсветке факела топочных камер котельных агрегатов тепловых электрических станций в энергетических системах и комплексах.

Авторами разработан и в 2001 г. впервые внедрен проект по переводу котла Е-420 Красноярской ТЭЦ-2 на без-мазутную растопку с применением специальных горелочных устройств. Опыт эксплуатации этой опытно-промышленной системы показал ее высокую эффективность не только при растопке, но и при подсветке факела.

В 2005–2006 гг. разработана система термической подготовки углей для организации безмазутной растопки, внедренная на котле ПК-40-1 ст. № 12 энергетического блока мощностью 200 МВт Томь-Усинской ГРЭС.

В 2008 г. система термической подготовки внедрена пятом энергоблоке на Беловской ГРЭС ОАО «Кузбассэнерго». Впервые в России растопочные горелки на котлах этой электростанции были установлены вместо рабочих горелок [2].

Растопочные горелки (рис. 1) обладают целым рядом преимуществ:

– они используются в качестве как растопочных, так и основных горелок с одновременным снижением оксидов азота;

– снижают эксплуатационные затраты;

– повышают надежность работы растопочных муфельных горелок за счет постоянного охлаждения корпуса муфеля потоком вторичного воздуха;

– не требуют разводки топочных экранов.

Тем не менее рассматриваемая технология муфельной растопки по-прежнему предусматривает наличие мазутного хозяйства на ТЭС. Поэтому была поставлена задача разработатьгорелочное устройство, которое полностью исключает применение мазута. В связи с этим предложено принципиально новое конструктивное решение, не требующее использование мазута.

Для решения поставленной задачи был применен электронагрев [3]. В предлагаемой конструкции горелочного устройства (рис. 2) электронагреватели размещаются между циркуляционной трубой и обечайкой, обдуваемой вторичным воздухом, что позволяет разогреватьрабочую поверх-ностьдо рабочей температуры 500…700 °С, в свою очередь

Технологические процессы и материалы вторичный воздух, обдувая обечайку, снижает ее температуру и повышает надежность работы электронагревателей.

При растопке котла пыль высокой концентрации поступает на заранее прогретую рабочую поверхность горелки при малых значениях коэффициента избытка воз- духа, из которой и происходит процесс термической подготовки угля с частичной газификацией угольного потока. Далее термически обработанная смесь подхватывается потоком вторичного воздуха и, воспламеняясь, поступает в объем топки котла.

Рис. 1. Принципиальная схема универсального горелочного устройства: 1 – растопочная горелка;

2 – циркуляционная труба; 3 – муфель; 4 – воздушный короб; 5 – кольцевое сопло подачи пыли высокой концентрации (ПВК); 6 – сопло горячего воздуха; 7 – растопочная мазутная форсунка; 8 , 9 – стенки воздушного короба 4 ;

10 – горелочный насадок; 11 – амбразура; 12 – топка котла; 13 – дополнительная горелка; 14 , 15 – коаксиальные сопла подачи ПВК и горячего воздуха; 16 – зазор; 17 – кожух муфеля 3; 18 , 19 – нижний и верхний полуцилиндры кожуха 17 ;

20 – откос: 21 – боковины; 22 , 23 – пылепроводы; 24 – источник ПВК; 25 – трехходовой кран; 26 , 27 – патрубки;

28 , 30 – кольцевые крышки; 29 – запальник; 31 – гляделка; 32 – вторичный воздух

Рис. 2. Принципиальная схема универсального горелочного устройства с электронагревом:

1 – циркуляционная труба; 2 – блок трубчатых электронагревателей; 3 – устройство подвода вторичного воздуха;

4 – устройство подвода ПВК; 5 – ввод первичного воздуха; 6 – амбразура выхода пламени в топку;

7 – шибер регулирования подачи вторичного воздуха; 8 – термопары

Горелочное устройство обладает функциями, аналогичными функциям муфельных предтопков, но можно выде-литьряд преимуществ, присущих именно этой конструкции:

– полный отказ от использования мазута при растопке и подсветке факела топочных камер котельных агрегатов ТЭС;

– быстрый запуск за счет небольшого времени разогрева рабочей поверхности горелки.

Таким образом, предлагаемые в данной статье универсальные горелочные устройства существенно улучшают процесс подготовки и сжигания угля на ТЭС, снижают вредные выбросы оксидов азота, просты и надежны в эксплуатации.

В настоящее время Политехнический институт СФУ продолжает работы по внедрению автоматизированной системы термической подготовки каменных и бурых углей с большим выходом летучих веществ для безмазут-ной растопки и подсветки факела на котлах Красноярской ТЭЦ-2 и Беловской ГРЭС.

Анализ результатов технико-экономических расчетов, выполненных для различных тепловых электростанций, показал, что при небольших первоначальных инвестициях в данную технологию могут быть достигнуты следую- щие показатели: индекс доходности больше единицы, срок окупаемости – менее трех лет, что свидетельствует о высокой инвестиционной привлекательности разработанной технологии сжигания углей [4].