Три принципиально отличающихся вида топки для низкотоксичного сжигания в восстановительной атмосфере.

Условно, три типа топок:

1) Квадратная или прямоугольная топка большой высоты.

Используют преимущественно для каменных углей. Есть две особенности размещения горелок:

1) Грелки размещаются встречно несоостно (шахматное расположение);

2) Горелки имеют факелы повышенной длины.

 

 

2) Топка для котельного агрегата на бурых углях, продана в Alstom. Энергоблок 1050 МВт Квадратная топка высотой примерно 120 метров.

Горелки расположены по четырем стенам топки. Внизу при α < 1 (α=0,5) сжигается торф. Видимая концентрация СО около 20 г/мг³ (20000 мг/м³), далее порядка 50 метров – восстановительная атмосфера. Наблюдается снижение сажеобразования и потерь с мех. недожегом. Газы находятся в этой атмосфере от 3 до 5 секунд. Основная масса оксидов азота переходит в молекулярный азот. Первый и второй ярусы разделены метров на 25 – 30. В зоне между соплами организуется постоянное выгорание, чтобы сжечь СО, но, не повышая эту температуру. Затем часть дымовых газов забирается на подсушку топлива. Дожигание идет в зоне пароперегревателей – это предельно сложная процедура, необходим контроль металла труб.

В 1993 году эта схема была внедрена, и было получены следующие концентрации: оксидов азота – 160 мг/м³ и СО 120 мг/м³. Эти блоки являются самыми экологичными и экономичными. КПД такого котла составляет 46,5 – 47 %. Абсолютное мировое достижение. Возможность работы без каталитической установки, которая на котле все же предусмотрена.

 

3) Топки с вертикальным управляемым вихрем. Высокая квадратная топка.

Есть подозрение, что вихрь предлагается разделить на три зоны:

1) Пиролиз угля с частичным сжиганием газов и СО;

2) Зона горения углеродного остатка твердого топлива;

3) Зона догорания твердого топлива и значительной части восстановительной атмосферы. Зона ввода воздуха в верху топки – зона дожигания восстановительной атмосферы и закручивание вихря.

Исходная схема, видимо, следующая: 1-я зона α = 0,5 – 0,7, 2-я зона α = 0,8 – 0,9, 3-я зона α = 0,9 – 1.

После дожигания α >1. По мнению лектора, в соответствии с данными, полученными им экспериментально, в 1-й зоне α = 0,1 – 0,15, во 2-й зоне α = 0,25 – 0,3, в 3-й зоне α = 0,9 – 1, в 4-й зоне α = 1 – 1,1.

Эта схема дает устойчивое сжигание и воспламенение при температуре 800 – 900 ⁰С и постепенное дожигание твердого топлива при температурах в зависимости от избытков воздуха 1000 – 1200 ⁰С. По мнению американских специалистов, такую схему можно доработать до концентрации СО 70 мг/м³. Экспериментально этот факт не подтвержден. Аналогичную схему проектирует КОТЕС на базе кольцевой топки Ф Серанта:

При разделении вихря ненадежно работают трубы на выходе их топки. Нарушения этой схемы сжигания до конца не изучены и в некоторых режимах получено повышение концентрации оксидов азота. Схема требует доработки по оптимизации температур, коэффициента избытка воздуха и времени пребывания газов в каждой из этих зон.

Самое главное ограничение этих технологий – дожигание восстановительной атмосферы и содержание горючих в уносе. Глубокое сгорание СО и снижение потерь с мех. недожегом часто требует дополнительных мер, которые коммерчески не привлекательны для использования на крупных котлах.

При правильном размещении и настройке сопел удается добиться одновременно концентрации оксидов азота порядка 180 – 200 мг/м³, столько же СО и потерь с хим. и мех. недожегом, в сумме дающих 1 %.

Реально на лучших ТЭС мира чаще всего можно встретить первую схему как при сжигании каменных, так и при сжигании бурых углей. Но эта схема требует специальных горелок, которые в России называются горелками низкотоксичного сжигания. Конструкция таких горелок, как правило, противоречит стандартам РФ.