Метод трехступенчатого сжигания угольной пыли, страница 7

Фирма "Бабкок-Вилькокс" и две компании, производящие котлы, заключили контракт с Министерством энергетики США на разработку котла с факельным сжиганием с низким уровнем выбросов, который бы имел большую эффективность по сравнению с котлами современных электростанций. Для создания такого котла была предложена новая идея - подчинить подавлению выбросов N0х, насколько это возможно, конструкцию котла. Результаты завершенной недавно проработки концепции на первом этапе предполагают, что форма и поверхность котла могут быть очень важными для получения весьма низких выбросов N0х (до 64 мг/МДж). Тщательное проектирование котла, обеспечивающее оптимальные температуры промежуточной зоны в области ввода верхнего воздуха или зоны восстановления, могло бы позволить достичь этой цели без использования очистных систем. Топка типа Вентури представлялась более перспективной.

Технология сжигания в кипящем слое (КС) имеет явные преимущества при сжигании твердых топлив для получения энергии и производства пара. Процесс характеризуется наличием смеси частиц, взвешенных в движущемся вверх газовом потоке, так что полученная суспензия проявляет свойства жидкости. Горение происходит в слое при интенсивном теплопереносе и низкой температуре. Ключевыми преимуществами этого процесса являются та же самая конструкция для разных видов топлива и уменьшенные выбросы. В пузырьковом кипящем слое при атмосферном давлении уголь (или другое топливо) сжигается в слое твердых частиц (обычно известняк), который псевдоожижается воздухом, подающимся для горения под слой. При оптимальной (обычно около 850 °С) температуре слоя известняк кальцинируется с образованием оксида кальция или извести. Известь реагирует с диоксидом серы (SO₂), образующимся в процессе сжигания, и связывает его в сульфат кальция (CaS0₄). При относительно низких температурах горения образуется значительно меньше N0х. Однако из-за низких температур эффективность одного цикла сжигания не так высока, как в традиционных котлах. Для компенсации недостаточной эффективности зола на выходе из топки собирается и возвращается обратно в топку, что улучшает эффективность сжигания.

Установки с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) работают аналогично пузырьковому кипящему слою. Однако скорость газов в ЦКС обычно намного выше, чем в пузырьковом кипящем слое: 5,2-7,9 и 1,83-3,65 м/с. Вследствие интенсивной внутренней циркуляции ЦКС пригоден для трудносжигаемых топлив. Кроме того, поскольку в первичной зоне отсутствует расслоение твердого материала, в системе могут быть использованы более мелкие частицы известняка, что приводит к лучшему связыванию серы. Двумя важными преимуществами ЦКС являются легкость управления нагрузкой и то, что установки могут быть спроектированы для широкого спектра топлив, хотя каждая конструкция приспособлена для конкретного топлива.

Принцип сжигания в кипящем слое под давлением (КСД) - это помещение атмосферного пузырькового кипящего слоя в сосуд под давлением. Как и при сжигании в пузырьковом кипящем слое, в установке с КСД сжигается уголь (или другое топливо) в слое сорбента, который псевдоожижается воздухом, подающимся на сжигание под слой. Сорбентом обычно является доломит, так как чистый известняк не до конца распадается при высоких давлениях в топке с КСД (слишком велико парциальное давление СО₂). Отводом тепла водо- или пароохлаждаемыми трубами температура в слое поддерживается на уровне около 860 °С. При этой температуре еще невелико испарение соединений щелочных металлов из золы угля, и образование N0х уменьшается. Топка работает при повышенных давлениях (обычно примерно 1,0-1,6 МПа), и дымовые газы поступают в газовую турбину.

Установка КСД имеет к.п.д. цикла на 2-4 % выше чем энергоблоки с традиционными котлами с факельным сжиганием и сероочисткой.

Первой основной причиной развития установок кипящим слоем в США является необходимость сокращения выбросов SO₂ и NOх. Используя эту технологию, можно сжигать высокосернистые угли без установки сероочистки. По мере развития технологии стало очевидным, что процесс позволяет сжигать низкосортное топливо, которое трудно или не практично сжигать другими методами.