Способы сжигания ВУТ

Водоугольное топливо, хотя и состоит из угля, является жидким топливом (Жидким Углём) и имеет вязкость, лишь немного превышающую вязкость мазута: примерно 800...1000мПа*с по сравнению с 400...440мПа*с (до 44мм2/с) у мазута. Соответственно, способы подачи ВУТ в топку котла наиболее близки к способам подачи газа и мазута. Отличия состоят в учёте наличия абразивных частиц в ВУТ, а также конечного грансостава частиц угля в ВУТ. На сегодня можно выделить следующие способы сжигания:

• Классическое факельное сжигание с подачей ВУТ через горелки (центробежные, форкамерные, комбинированные и др.).
• Сжигание в кипящем слое (полностью или частичное).
• Сжигание с газификацией ВУТ (полной или частичной).
• Комбинированное сжигание с другими видами топлива: углём, газом, мазутом.

1. Факельное сжигание

Факельное сжигание ВУТ осуществляется по классической схеме: топливо подаётся под давлением через распыляющую горелку, соверешенно аналогично мазуту. Распыление ВУТ может производится как сжатым воздухом, так и паром - выбор производится в зависимости от типа котла и условий в котельной.

Возможна промежуточная стадия газификации части ВУТ с целью подачи в котёл генератороного газа для стабильного горения ВУТ. Полностью самостоятельное сжигание ВУТ позволяет иметь только один источник энергии (уголь) и, следовательно, снизить затраты на содержание топливного хозяйства.

Рис.1 Факельное сжигание ВУТ.

На первых порах использования ВУТ существовала проблема создания горелок, которые были бы устойчивы к абразивному истиранию частицами угля, входящими в состав ВУТ. В настоящее время инженеры отказываются от использования прямоточных горелок, а их износ составляет не менее 1500...2000 часов.

К преимуществам факельного сжигания можно отнести простоту схемы, её масштабируемость для использования на котлах малой, средней и большой мощности. Кроме того, факельное сжигание при правильной организации горения позволяет добиться достаточно большого диапазона изменения мощностей котла (отношение max/min).

При использовании факельного сжигания такие параметры ВУТ, как соотношение твёрдое/жидкое, тонина помола (грансостав), а также вязкость ВУТ должны быть как можно ближе к проектным значениям с целью сохранения стабильного воспламенения и горения ВУТ и сохранения высоких эксплуатационных характеристик котла (КПД, количество выбросов и др.).

Данный способ был опробован на Новосибирской ТЭЦ-5 в 1989-93 годах, а также является единственным способом, используемиым в настоящее время на электростанциях в Китае.

2. Сжигание ВУТ в кипящем слое

Данный способ предполагает распыление водоугольного топлива над предварительно нагретым (примерно до 900C) слоем инертного материала (обычно - песок). Нагретый песок воспламеняет ВУТ, а продукты горения направляются через газоходы.

Сжигание ВУТ в кипящем слое может быть использовано как самостоятельное сжигание. В этом случае вокруг котла должна быть смонтирована трубная система для нагрева теплоносителя.

Для модернизации газомазутных котлов на использование ВУТ сжигание в кипящем слое может быть организовано независимо, в отдельно смонтированном предтопке (Рис.2). В этом случае сжигание ВУТ осуществляется в предтопке кипящего слоя. Горячие газы из предтопка поступают в топку котла, выступающего, фактически, в роли котла-утилизатора. Внутри предтопка возможна частичная газификация ВУТ. Полученный генератороный газ также сгорает внутри прелдтопка.

Рис.2. Сжигание в кипящем слое.

С целью снижения размеров предтопок должен быть выполнен из материалов, способных выдержать высокую энергонапряжённость. В связи с этим в большинстве случаев использование предтопков кипящего слоя применимо для котолов с мощностью примерно до 5МВт. Дополнительным лимитирующим фактором является попадание минеральной части угля (золы) непосредственно в инертный материал, что затрудняет её утилизацию. Кроме того, необходимо обеспечивать постоянную стабильную подачу песка в кипящий слой для обеспечения стабильных режимов работы котла.

К положительным характеристикам способа является низкая чувствительность к грансоставу ВУТ, а также невысокие требования к распыливающей форсунке.

3. Совместное сжигание с другими видами топлива

Наиболее приемлемым способом при использовании ВУТ на уже существующих объектах (т.е., при модернизации) является совместное сжигание ВУТ с уже используемыми видами топлива: газ, мазут или уголь. В этом случае ВУТ подаётся в котёл через одну или несколько горелок. В случае газомазутного котла второе топливо (газ или мазут, а также пылеуголь) подаются через другю (-ие) горелки. Точное соотношение ВУТ/газ или ВУТ/мазут определяется на стадии аэродинамического и теплового расчёта котла.

На угольных котлах со слоевым сжиганием уголь по-прежнему подаётся на колосниковую топку, а ВУТ подаётся через одну или несколько горелок, расположенных над колосниковой топкой. Такая схема была реализована, например, на котле КВТС-20, где наиболее оптимальное соотношение ВУТ/уголь составило 70%/30%.

Рис.3. Комбинированное сжигание.

К преимуществам такого сжигания относятся минимальные затраты на модернизацию котла при одновременной организации стабильного горения ВУТ. Также, наличие второго топлива (газа, мазута, угля), выполняющего роль "подсветки", снижает требования к горелке ВУТ.

Доля ВУТ составляет более 50%, что означает снижение топливных затрат при замещении мазута, а за пределами РФ - и газа.

К недостаткам комбинированного метода относится необходимость содержания двух топливных хозяйств: мазутного и ВУТ или газового и ВУТ. Это компенсируется большей гибкостью для владельцев котла при использовании того или иного вида топлива в различное время суток, либо в связи с сезонными изменениями нагрузки.