ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы расчета энергетических топок с кипящим слоем из "Переработка твердого топлива" Внедрение топок с кипящим слоем в промышленность вызвано нарастающими экологическими трудностями. В топках с кипящим слоем удается превратить большую часть серы в гипс и снижать выбросы оксидов азота. [c.75] Применение в энергетике топок с кипящим слоем позволяет обеспечивать эффективное сжигание низкокачественных твердых топлив, а также перерабатывать содержимое угольных терриконов, тем самым предотвращая захламление окружающей среды. [c.75] Создание топок с кипящим слоем относится к 20-м годам XX столетия. Топки разрабатывались для сжигания отходов угледобычи (штыбов мельче 6 мм), не пригодных для слоевого сжигания. Внедрение пылеугольного сжигания сняло проблему утилизации мелкозернистого топлива в энергетике. Однако исследование сжигания топлив в кипящем слое продолжалось ввиду его двух особенностей, чрезвычайно важных в топочной технике. Во-первых, интенсивное перемещивание частиц газовыми пузырями позволяет избежать появления в слое существенных температурных перекосов даже при неравномерном по объему тепловыделении и теплосъеме. Это облегчает решение проблемы шлакования. Во-вторых, резко интенсифицируется теплоотдача от кипящего слоя к омывающим его стенам или к погруженным трубам. Частица твердого материала, охлаждаясь у поверхности трубы (омываемой изнутри рабочим телом), из-за различия плотностей отдает на три порядка больше теплоты, чем такая же по объему частица газа, охлаждающаяся до той же температуры. Коэффициент теплоотдачи к погруженным в кипящий слой трубам составляет в современных топках около 250 Вт/(м К). [c.76] Кипящий (псевдоожиженный) слой — специфическое состояние слоя мелкозернистого материала, продуваемого потоком газа со скоростями, обеспечивающими интенсивное движение частиц, но недостаточными для их выноса из аппарата. В аппаратах газ подводится через пористое дно или решетку с отверстиями. Обычно используются колпачковые газораспределители, препятствующие просыпанию через них частиц. [c.76] По мере увеличения скорости ш газа сопротивление плотного слоя частиц растет до тех пор, пока не сравняется с весом G/F столба материала, приходящегося на единицу площади решетки (рис. 4.1). В этом режиме вес каждой частицы в среднем становится равным силе, с которой действует на нее поток газа снизу, т.е. фактически частицы опираются не друг на друга и на решетку, а на поток газа. Скорость со , соответствующая такому состоянию, называется скоростью начала псевдоожижения, или критической (рис. 4.2). [c.77] При дальнейшем увеличении скорости весь газ, сверх минимального, необходимого для псевдоожижения, проскакивает через слой в виде пузырей, которые интенсивно перемешивают мелкозернистый материал. [c.77] Крупные частицы сгорают в слое, а большая часть летучих веществ догорает в надслоевом пространстве. Выносимые из слоя мелкие частицы высокореакционных (например, бурых) углей тоже сгорают над слоем. Частицы трудносжигаемых топлив, особенно антрацитов, сгореть не успевают, в результате недожог с уносом может доходить до 20 % и более. Чтобы уменьшить недожог, частицы улавливают за котлом и снова возвращают в слой или надслоевое пространство. [c.78] выходящие из топки с температурой, не превышающей 800—900 °С, охлаждаются в расположенных за топкой конвективных поверхностях. [c.78] Скорость газов в топках со стационарным кипящим слоем выбирается в зависимости от крупности топлива в пределах 2—4 м/с, поскольку при больших скоростях возрастает унос и, как следствие, происходит неполное использование топлива. [c.79] Скорость газов в топке с ЦКС превышает скорость витания основной массы частиц, и они уносятся газами. Для их улавливания используют циклоны, из которых частицы возвращаются в топку (рис. 4.4). [c.79] Таким образом, не очень мелкие частицы топлива, хорошо улавливаемые циклонами, оказываются запертыми в этой системе, пока они не сгорят. Скорости газов в сечении топки с циркуляционным кипяшим слоем принимают практически такими же, как и в камерных топках (4—9 м/с), следовательно, площади топок получаются сопоставимыми. [c.79] Тонкая зола, уносимая из циклона газами, улавливается, как обычно, за котлом, а небольшое количество крупных частиц золы выводится из нижней части топки. [c.79] Поскольку при больших скоростях в топку (по крайней мере, в нижнюю ее часть) опасно помещать змеевики из-за эрозионного износа и коррозии, ключевым вопросом является отвод теплоты, обеспечивающий получение оптимальной по условиям связывания серы температуры горения (850 °С). [c.80] В схеме, разработанной фирмой Альстрем для сжигания топлива мельче 5—10 мм, продукты сгорания охлаждаются только за счет теплоотдачи к экранам (в котлах производительностью до 100 т/ч) и ширмовым поверхностям, размещенным в верхней части топки. Постоянство температуры по высоте топки обеспечивается за счет интенсивной циркуляции частиц. [c.80] В схеме Мультсолид (США) топка фактически превращена в камеру сгорания, поскольку рабочему телу в ней передается менее 10 % общего количества теплоты. Соответственно еще больше возрастает необходимая кратность циркуляции золы, уменьшаются объем топки и затраты металла. [c.81] Схема рассчитана на сжигание дробленого топлива крупностью до 50 мм. В нижней части топки создается кипящий слой из крупной гальки, корундовых шаров, псевдоожижаемых при скорости 6—9 м/с, в котором истираются куски топлива. Если для создания большой кратности циркуляции не хватает золы топлива, в схему вводится песок размером частиц 0,2 мм. Наиболее крупный котел, производительностью 300 т/ч, по такой схеме установлен в Японии для сжигания битуминозного угля и мазута. [c.81] По схеме Циркофлюид фирмы Бабкок (ФРГ) циклоны устанавливаются за конвективными поверхностями, т.е. работают на газах с невысокой температурой. Это позволяет исключить огнеупорную кладку при их изготовлении, но резко усиливает опасность эрозионного износа конвективных поверхностей, через которые проходит весь поток циркулирующей золы. [c.81] Применение на выходе из топки охлаждаемых циклонов, защищенных изнутри тонким слоем огнеупорной обмазки для предотвращения эрозионного износа металла, позволяет не только исключить огнеупорную кладку, но и частично охладить в циклоне золу и газ, используя циклон в качестве теплообменника. [c.81] Вернуться к основной статье