1.
Способы розжига и сжигания
Основной проблемой при использовании ВУТ, до сих пор окончательно и ка-
чественно не решенной, является его низкая реакционная способность на началь-
ном участке горения. Поскольку активное воспламенение топлива определяет его
дальнейшее горение, то эта проблема сдерживает развитие технологии водо-
угольного топлива. Согласно исследованием, выполненным в НГТУ [2], критерий
воспламеняемости водоугольного топлива на начальной стадии воспламенения
имеет значение K
0
3,8…5,1
, что выше, чем у антрацита K
0
2,6…3,9
, но ниже, чем у
трудносжигаемых тощих углей – K
0
6,5…7,5.
ПРОБЛЕМЫ СЖИГАНИЯ ВОДОУГОЛЬНЫХ ТОПЛИВ…
87
Исследования кинетической характеристики ВУТ-ИКЖТ с помощью дерива-
тографа подтверждают это, а также демонстрируют высокую реакционную спо-
собность ИКЖТ на основном участке горения, сопоставимую с реакционной спо-
собностью ультрадисперсного угольного топлива (рис. 1 и 2).
Рис. 1 – Зависимость скорости реакции горения
от температуры:
каменный уголь марки Д (Сахалин), 1 – крупка ρ 1…3 мм;
2 –
ИКЖТ ρ до 1 мкм; 3 – ультрадисперсный уголь, ρ –
30 мкм (дериватограф С-1500Q)
Fig. 1. – The dependence of the reaction rate of the
combustion temperature:
Coal grade LF (Sakhalin) 1 – grit
ρ 1 ... 3 mm; 2 – ACLF ρ
to 1 microns; 3 – ultrafine coal
ρ ~ 30 microns (derivatograph
C-1500Q)
Рис. 2 – Фрагмент дериватограммы – термогравимет-
рическая кривая:
I –
испарение внешней влаги; II – выход внутренней влаги; III –
горение летучих; IV – переход к горению кокса; V – горение
кокса; VI – догорание (дериватограф NETZCH Jupiter
STA 440 C)
Fig. 2 – Fragment-derivatograms thermogravimetric curve:
I – evaporation external moisture; II – out of internal moisture;
III – burning volatile; IV – the transition to the combustion
of coke; V – the burning of coke; VI – afterburning
(derivatograph NETZCH Jupiter STA 440 C)
88
Ю.В. Овчинников, Е.Е. Бойко, Ф.А. Серант
Из рис. 1 следует, что горение ИКЖТ происходит в области критического го-
рения с высокой скоростью даже при низких температурах 300…400 °С, что хо-
рошо согласуется с выводами Г.Н. Делягина [3]. Это подтверждает также рис. 2,
полученный на другом типе дериватографа. Образец топлива на рис. 2 содержит
20
% глицерина, 60 % угля и 20 % воды.
Таким образом, усилия по решению проблемы стабильного и надежного сжи-
гания водоугольного топлива должны быть направлены в первую очередь на ин-
тенсификацию воспламенения топлива на начальном участке горения.
Существует несколько подходов к решению этой задачи. Известен метод уста-
новки зажигательного пояса при сжигании малореакционных антрацитов. Зажига-
тельный пояс представляет собой слой футеровки,
нанесенный сверху на пароге-
нерирующие трубки в топке котла. Он обхватывает по внутренней стороне топки
горящий факел и создает дополнительное термическое сопротивление теплопере-
дачи на некоторой длине топочного пространства. В результате возрастает темпе-
ратура на тепловоспринимающей поверхности со стороны футеровки, а также
температура и самого факела, что способствует увеличению скорости горения и
воспламенения топлива [4].
Однако для сжигания ВУТ этот метод можно применять только после тща-
тельной модельной и экспериментальной проработки последствий модернизации
котлоагрегата, поскольку изменение температурного режима в топке, а также на
парогенерирующих поверхностях может приводить к непредсказуемым отрица-
тельным последствиям для эксплуатации энергоустановки.
Другой метод, применяемый Институтом теплофизики СОРАН [5], заключает-
ся в размещении дополнительной поверхности в зоне температур топочного про-
странства. Эта поверхность представляет собой некоторую конструкцию из огне-
упорной керамики, которая исполняет роль высокотемпературного аккумулятора
тепла, тем самым сглаживает колебания температуры, возникающей при дестаби-
лизации режима горения. Кроме того, керамика является катализатором горения.
Вмешательство в аэродинамические и тепловые процессы в топке всегда не-
желательно без тщательного изучения последствий новации, часто эти послед-
ствия непредсказуемы или рискованны. При сжигании ВУТ среда в топке являет-
ся восстановительной, и эта негативно сказывается на сроках межремонтного
периода любых керамических насадок при высоких температурах. Непонятно, как
изменится межремонтный период эксплуатации котла и стоимость ремонтов. Ке-
рамика в топке находится примерно в тех же условиях, что и насадка из шамотно-
го кирпича в кауперах доменных печей при температуре 1100…1300 °С, которая
выдерживает срок менее года.
Известен способ использования адиабатного предтопка для воспламенения и
сжигания ВУТ [6, 7]. Котел в этом случае играет роль котла-утилизатора. Этот
способ применяется при модернизации старых промышленных котлов небольшой
производительности, что позволяет значительно поднять их эффективность. Не-
достатком метода является большой объем предтопка, сопоставимый с объемом
самого котла. Использование этого метода вряд ли возможно для перевода на
ВУТ энергетических котлоагрегатов.
Известны попытки инициации зажигания и горения ВУТ другим топливом,
мазутом или высокореакционной угольной пылью. Недостатком этого метода яв-
ляется то, что топлива с различной кинетикой горения сжигаются совместно в
одном пространстве топки. Это приводит к нестабильности горения инициируе-
мого топлива и усложняет управления топочным процессом.
Во всех описанных выше случаях экономический эффект возможен, если про-
исходит вытеснение дорогого топлива, мазута дешевым ВУТ.
ПРОБЛЕМЫ СЖИГАНИЯ ВОДОУГОЛЬНЫХ ТОПЛИВ…
89
Эксергетический анализ замещения топлив при модернизации показывает, что
эффект при этом очень значительный [8], что позволяет перекрывать все недо-
статки и неудобства реконструкции за счет топливной составляющей.
Во всех описанных выше способах запуск котла осуществляется на растопоч-
ном топливе – мазуте, иногда на соляровом масле, и только по достижению
рабочей температуры ~900…1000 °С производится переключение на основное
топливо. Это большой недостаток, который присущ всем энергетическим котло-
агрегатам, работающим на угле. Во всех рассмотренных случаях потребуется
наличие двух систем топливоподачи, что не удобно и сложно для эксплуатации.
Достарыңызбен бөлісу: |