Результаты исследования вредных выбросов при сжигании суспензионного угольного топлива

В настоящее время в Российской Федерации возрос интерес к использованию угольного топлива в малой и средней энергетике. Вместе с тем использование угля или продуктов его переработки требует внедрения новых экологически чистых технологий, поскольку сжигание угля сопровождается выделением большого количества вредных веществ в атмосферу. К числу наиболее вредных относятся оксиды серы и азота, которые служат одной из основных причин возникновения «кислотных дождей». Кроме того, оксиды азота NO _X участвуют в образовании фотохимического смога и разрушении озонового слоя.

Один из путей снижения вредных выбросов – использование угля в виде суспензионного водоугольного топлива (ВУТ). Наиболее эффективной технологией сжигания забалластированных топлив, полученных на основе угольных шламов или отходов углеобогащения, является технология вихревого сжигания.

Цель настоящей работы - исследование уровня и состава вредных веществ в газовых выбросах при применении технологии вихревого сжигания суспензионного водоугольного топлива.

Экспериментальная часть

Суспензионное водоугольное топливо представляет собой дисперсную систему, состоящую из тонкоизмельченного угля (угольного шлама), воды и реагента-пластификатора.

Характеристики углей и шламов, на основе которых были приготовлены опытные партии ВУТ, приведены в табл. 1.

Исследования состава вредных выбросов при сжигании суспензионного водоугольного топлива были проведены на демонстрационной стендовой опытно-промышленной установке ЗАО НПП «Сибэкотехника» [1]. Установка предназначена для отработки режимов приготовления и сжигания опытных партий водоугольного топлива, приготовленных на основе углей различных марок и зольности, а также угольных шламов и отходов углеобогащения.

Внешний вид и технологическая схема установки приведены на рис. 1 и 2 соответственно.

Вихревой способ сжигания [2] обеспечивает максимальное выгорание угольных частиц с использованием механизмов внутренней стабилизации горения, характерных для вихревых топок. Стабилизация горения в вихревых топках обеспечивается тем, что горячие продукты горения направляются в корень факела и этим обеспечивают его надежное воспламенение при сравнительно низкой температуре. Кроме того, за счет тангенциального ввода потоков дутья организовано вихревое течение и перемешивание горячих продуктов сгорания с вводимыми потоками, что обеспечивает наибольшую глубину выгорания топлива и стабильность горения.

Таблица 1. Характеристика исходного сырья для приготовления партий ВУТ

Исходный материал	Влага, %	Зольность, %	Выход летучих веществ, %	Теплота сгорания топлива (низшая), МДж/кг (ккал/кг)
Уголь марки «СС»	8,5	14,5	27,2	25,97 (6204)
Уголь марки «Д»	11,8	17,3	43,0	21,19 (5060)
Шлам марки «ССШ»	13,0	23,0	27,4	21,06 (5030)
Шлам марки «КС» (ОФ ОАО «Междуречье»)	30,0	23,2	22,9	18,07 (4315)
Шлам марки «ГЖ» (ЦОФ «Абашевская»)	36,1	26,5	36,2	14,85 (3546)
Антрацит (Вьетнам)	14,0	28,0	8,0	34,75 (8300)
Бурые угли (Монголия)	28,2	11,1	54,0	14,07 (3360)
Высокосернистые угли (Болгария)	24,8	20,0	59,0	15,11 (3609)
Тонкодисперсные отходы углеобогащения (ОФ «Щедрухинская»)	39,9	32,9	26,3	12,48 (2980)

Рис. 1. Внешний вид установки сжигания ВУТ

Фильтр Н*СОС винтовой

Рис. 2. Схема установки

Таблица 2. Параметры работы вихревой камеры сжигания

Наименование параметра	Обозначение	Размерность	Значение
Расход дутьевого воздуха	、 в.д	м3/ч	330 – 550
Давление сжатого воздуха на распыл ВУТ	Р сж	МПа (кгс/см2)	0,1471 – 0,1961 (1,5 – 2,0)
Расход топлива	В т	кг/ч	30 – 130
Коэффициент избытка воздуха	α	-	3,3 – 3,9
Температура газов в топке	tT	°C	900 – 1200
Температура газов перед котлом	tпк	°C	690 – 800
Температура газов после котла	tкв	°C	230 – 275

Активная вихревая аэродинамика, создаваемая в камере тангенциальной подачей дутья, используется для глубокого выжигания летучих и уноса и подавляет эмиссию вредных веществ благодаря активному перемешиванию. Кроме того, благодаря вихревой аэродинамике в несколько раз увеличивается время нахождения частиц топлива в зоне горения, что также положительно сказывается на уровне вредных выбросов.

В этом отношении вихревая топка выгодно отличается от стандартных топочных устройств угольных котлов, где величина механического недожога может достигать 40 %, а уровень вредных выбросов может превышать предельно допустимые значения в несколько раз.

Топливо из расходных баков с помощью винтового насоса по системе трубопроводов подавалось к форсункам горелочных устройств. Регулирование объема подачи осуществлялось с помощью инвертора путем изменения частоты вращения двигателя насоса.

Распыление топлива осуществлялось с помощью сжатого воздуха от компрессора. Температура в вихревой камере сжигания контролировалась термопреобразователем, давление ВУТ и сжатого воздуха – датчиками давления и манометром, расход топлива и сжатого воздуха – расходомерами. Все показания по давлению и температуре фиксировались на технологических измерителях. Для розжига применялась солярная горелка.

Измерение содержания основных токсичных компонентов (СО, NOX, SO2) в уходящих газах при сжигании ВУТ производилось с помощью газоанализатора Testo 300XXL, который зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 17271-05 и допущен к применению в Российской Федерации. Параметры работы вихревой топки приведены в табл. 2.

Результаты и их обсуждение

Содержание твердой фазы в пробах ВУТ из каменных углей практически постоянно и колеблется в небольших пределах – от 60 до 65 % (табл. 1). Исключение составляет топливо из бурого угля, содержание твердой фазы в котором 47 %, что обусловлено высоким содержанием влаги в исходном угле. Большая часть исходной влаги химически связана с частицами угля и не участвует в образовании жидкой структуры топлива. Небольшое содержание твердой фазы в ВУТ из бурого угля также объясняет пониженную теплоту сгорания топлива и обусловливает его высокий расход при сжигании.

"£/」£ - тьош^шт X-^т^шп-т эинежаэ⁴。。

ратура,°С

Содержание СО

Содержание NОx

Рис. 3. Зависимость содержания вредных веществ от изменения температуры в вихревой камере ите ，                          工                 工          j                                     j                                            工 мал                                                                       еры

SO2. Небольшое содержание SO2 отмечено при сжигании ВУТ из монгольских бурых углей и шламов ОФ ОАО «Междуречье». Максимальное содержание двуокиси серы в газах наблюдалось при сжигании ВУТ из болгарских высокосернистых углей, причем не наблюдалось зависим

Содержание СО при стабилизированном режиме горения топлива во всех опытах невысокое, в 1,5-3,0 раза меньше нормативных значений [4]. Отмечено, что во всех случаях содержание                                                                           ния хим

Содержание NOX также существенно ниже нормативного значения [5]. С ростом температур                                                                                об обр ние вре при сжи ере;

тиц распыленного ВУТ в зоне горения.

Заключение

Проведенные исследования показали:

• -    благодаря применению эффективной технологии вихревого сжигания суспензионного водоугольного топлива достигнуто существенное снижение содержания вредных веществ в уходящих газах;

  .)98 39182 ТСОГ( 3 м/гм 057 еелоб ен 2 OS яинечанз еынвитамроН 3

  .)98-39182 ТСОГ( 3 м/гм 057 еелоб ен – X ON яинечанз еынвитамроН 2

  .)98-39182 ТСОГ( 3 м/гм 573 еелоб ен – ОС яинечанз еынвитамроН 1

  
  
  

  Таблица 3. Содержание вредных веществ в отходящих газах при сжигании образцов ВУТ из различных углей и шламов

  	( 3 吨 £ ， Я ) «к^лэнихХсИ^э^п» ① о мх £и іла	9	4 О' о О К 9 —О	ОО	in 6	in		ОО		о
  	(KHd^JEog) иәелХ хідіоин -dooo^ooHa £и 丄人@	9	'—1 9 ІП 9 —О		s		о о	о £		S 寸
  	( КИЕОЛНО]Д[) ИӘЕлХ xHdXg £и 1Л9	Гр	S ； П 6 8 D	Й ОО	§		о 6	ОО 爲	in г	Гр
  	已工 ин 已 diH 已 £и 丄 ah	in 寸с 9	8 ІП Г Г in 9 —О	о 寸		7 С<Г	s 6			о
  	«кгаэаәш^ду» ФОЙ how 已 inn £口 iла	in 7 9	仃&	S	о	in	о in 6	in 40	3 г	о
  	«ӘЧҺӘСІХ^ЖӘ]^» OYO ① 0 Howeirm ей 工人 g	40 7 9		9 in	s	in	й о	о	寸 爲	^
  	Howeirm ей 工人 g	in 寸° 9	8 К Г 9 £ ^		s		о	о г	s	о
  	(3 响 £0)к Hxdew kejX £и 工人 g	寸 9	6 ОО 弍送			oo	о ^	О\ г	s	о
  		Г ОО					о	е	о	о

  
  

..      ..     …                                                     …

СО, мг/м3

NOX, мг/м3

SO2, мг/м3

00000000 05050505 54433221

、」 1 。©三© 8 x-qH8dB ©MHeMcd©。。

00 05

:к« KOISX>a4o^- ӨО е я©¥сья:мф ем н> m

(к 5ал.-щош»^,s ©ea хытсинресокосыв

(KMUOJHOW)

^ фщ._> x-qd、9 ем н> m

(weH-Loqs) еhedHe eH> rn

(8е9е^г) ■ KeNUBemegv》 eOli Bowelxm cm h> rn

(8e9a-

■ ©qhedAWJKQW》о <0 eо soweixm cm h>rn

^ oo«ort>^- 300 sNdeBoweixm eH> rn

6°e9CA-

aMNde5кеа ем -Ав

(©om m ©MHedo」) OOMNdewqlxoJA

Рис. 4. Содержание и изменение вредных веществ в дымовых газах при сжигании ВУТ

• -    применение угля в виде суспензионного водоугольного топлива как экологически чистого энергоносителя перспективно, в том числе для продуктов углеобогащения и угольных шламов.