• Наличие и содержание мазутного хозяйства, в том числе поддержание в горячем состоянии мазутопроводов;
• Снижение качества энергетических углей требует увеличения расхода жидкого и газообразного топлива;
• Большой расход растопочного топлива; • Высокая стоимость жидкого и газообразного топлива.
Снижение доли мазута и газа в топливном балансе пылеугольных котлов за счет использования в качестве растопочного топлива механоактивированную угольную пыль.
Текущие проблемы розжига пылеугольных котлов
Пути решения
2
Система безмазутного розжига
Система безмазутного розжига ТОХИЛ предназначена для растопки пылеугольных котельных агрегатов из холодного, неостывшего и горячего состояний, а также для подсветки пылеугольного факела на пониженных нагрузках с использованием механоактивированной угольной пыли микропомола. Система ТОХИЛ является дополнительным компонентом котельной установки и подключается к существующей пылесистеме котла. Система ТОХИЛ может использоваться как на энергетических, так и на водогрейных котлах.
Принципиальная технологическая схема установки
3
11
1
2 3
4
5
69
8
7
1012PS
Преимущества системы ТОХИЛ
Снижение расходов на жидкое, газообразное топливо
Снижение расходов на эксплуатационное обслуживание мазутного хозяйства
Минимальная реконструкция топочно-горелочного устройства
Полная автоматизация процесса розжига котла
Малый срок окупаемости 2 – 5 лет
Система безмазутного розжига пылеугольных котлов должна в первую очередь обеспечивать надежную и безотказную работу котла на режимах пуска и на пониженных нагрузках. В частности, системе приходится работать в жестких эксплуатационных условиях: • низкий уровень температуры топочной среды; • повышенные избытки окислителя; • значительный диапазон изменения расхода топлива Обладая требуемой надежностью, система безмазутного розжига ТОХИЛ обладает рядом преимуществ, по сравнению с другими системами безмазутного розжига.
4
Механическое воздействие на уголь
Изменения физико-химических свойств угольной пыли и повышение ее реакционной способности
Увеличение удельной поверхности угольной пыли
Пылеугольный факел становится аналогом жидкому
Описание технологии
Суть реализуемого метода состоит в получении механоактивированного угля микропомола с высокореакционными свойствами с помощью мельниц-дезинтеграторов и подачи его в растопочные горелки котла во время розжига и подсветки пылеугольного факела.
Технологические особенности
5
Мельница - дезинтегратор
ШБМ, ММ, СМ
Свободный удар
Истирание + удар Измельчение + деформация увеличение удельной поверхности
и формы частиц
Измельчение + активация увеличение удельной поверхности и накопление энергии в дефектах
Исходная частица
Что такое «механоактивация»?
Отличия от измельчения: Измельчение проводят с целью получения максимальной поверхности при минимальных затратах энергии, а активацию – с целью накопления энергии в виде дефектов и других изменений в твердом веществе, которые позволяют снизить энергию активации его последующего химического превращения или улучшить стерические условия для протекания процесса [1].
[1] Богатырева Е.В. “Развитие теории и практики эффективного применения механоактивации в технологии гидрометаллургического вскрытия кислородсодержащего редкометалльного сырья”, МиСИС, М.:2015
Механоактивация — процесс образования более химически активного вещества с помощью предварительной механической обработки. Механоактивация происходит, когда скорость накопления дефектов превышает скорость их исчезновения
дефекты
6
Измельченная частица
Механоактивированная частица
Почему возможно использование «механоактивированной» пыли при растопке котла?
Имея одинаковый средний размер, механоактивированные частицы угля обладают более высокой реакционной способностью и имеют пониженную температуру воспламенения, что позволяет организовать устойчивый факел в неблагоприятных растопочных условиях.
«Механоактивированный» факел
Пылеугольный факел
В результате экспериментов было установлено, что скорости горения после измельчения на различных типах мельниц существенно отличаются. Об этом говорит большое различие в энергии активации при воспламенении и горении угля после измельчения [2].
[2] Бурдуков А.П. и др. «Повышение эффективности использования углей на объектах теплоэнергетики за счет применения механоактивированных углей микропомола»
Накопленная при механовактивации энергия в виде дефектов расходуется при горении
7
Технология использования механоактивированных углей микропомола
Почему при механоактивации увеличивается реакционная способность угля?
Возможная структурная формула угольной частицы
Сущность механического активирования состоит в создании некомпенсированных связей, радикалов, подвижных активных центров и определенной ориентации деструкционных молекул угольного вещества [3]. При механических воздействиях на уголь происходит распад отдельных химических связей с образованием свободных радикалов, ускоряющих последующее протекание химических реакций.
При механоактивации образуются свободные радикалы, за счет которых повышается реакционная способность
[3] Бурдуков А.П. и др. «Использование механоактивированных углей микропомола в энергетике »
C
C
C
C
C
C
CH
C
C
C
CH
C
C
C
CH
C
C
C
C
C
C C
C
C
C
CH2
C
H2C
C
CH
H2C C
CH
C
CH
C
C
H2C
CH
O
CH
O
H2C
H2C
CH2
CH2
C
O
CH
HC
O
H2C
CH
CH
CH2 NH
CH2
CH
CH
O
C
C
CH
H2C
C
C
C
HC
C
CH
CH
C
C
C C
C C
C C
CH
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
HC
CH
C
CH
C
CH
CH
C
CH
CH
H2C
C
CH2
CH2
O
H2C
CH2
Линия разрушения частицы
Свободные
радикалы
8
Основные компоненты системы ТОХИЛ
Система ТОХИЛ
Мельница - дезинтегратор
Запально-защитное устройство
Система подвода и подачи угольной пыли
Система источников электропитания
Система контроля и управления розжигом котла
Система ТОХИЛ использует технологию механоактивации угля, которая позволяет снизить температуру воспламенения угольной пыли и организовать стабильный процесс горения пылеугольного факела на пусковых режимах. В результате механоактивации происходят изменения физико-химических свойств угольной пыли, что делает пылеугольный факел механоактивированной пыли аналогом мазутному факелу (по размерам, теплонапряженности и интенсивности выгорания), что и позволяет производить замещение мазута при растопке и подсветке без изменения существующей схемы сжигания топлива.
Общий вид установки
Мельница - дезинтегратор
Система подвода угольной пыли
Горелочное устройство
Топочная камера
Защитно-запальное
устройство
9
Мельница дезинтегратор
1 - корпус; 2 - рама; 3 - электродвигатели; 4 - платформа с крышкой; 5 - опора подшипников; 6 - диски рабочие с пальцами; 7 - загрузочный патрубок.
Мельница-дезинтегратор
Конструкция дезинтегратора представляет собой два вращающихся в противоположных направлениях ротора (корзины) насаженных на отдельные соосные валы и заключённых в кожух. Роторы расположены на одной геометрической оси, каждый с отдельным приводом. На дисках роторов по концентрическим окружностям расположены ряды стержней — пальцев-бил таким образом, что каждый ряд пальцев одного ротора свободно входит между двумя рядами пальцев другого.
Измельчаемый материал подаётся в центральную часть ротора и, перемещаясь к периферии, подвергается многократным ударам пальцев, вращающихся во встречных направлениях. Каждая частица соударяется с пальцами-билами, последовательно испытывая высокоэнергетические механические воздействия (удары), приводящие к быстрому разрушению материала.
10
Защитно-запальное устройство
Запально-защитное устройство, используемое в системе ТОХИЛ, осуществляет электродуговой розжиг. Оно генерирует плазменную дугу на двух электродах, которая вводится в зону распыла топлива и поджигает его.
Основным элементом запально-защитного устройства является запальная штанга. Запальная штанга – это коаксиальная труба с электродом на одном конце и разъемным электрическом контактом - на другом. Штанга подключается к источнику питания запальника с помощью защищенного высоковольтного кабеля. Запальная штанга вводится в закладную трубу рядом с форсункой горелки. Устройство крепится к котлу с помощью кронштейна. Ввод запальной штанги в зону распыла осуществляется с помощью электромеханического устройства выдвижения - актуатора. Актуатор крепится к кронштейну и присоединен к запальной штанге.
Общий вид запально-защитного устройства
Плазменная дуга запально-защитного устройства
11
Технология использования механоактивированных углей микропомола
Математическое моделирование работы системы ТОХИЛ
Распределение температуры (К) в продольной плоскости горелки
Распределение аксиальной компоненты скорости (м/с) в продольной плоскости горелки
Математическое моделирование проводится с целью выбора оптимальных конструктивных и режимных параметров установки, позволяющих получить максимальную полноту выгорания топлива и минимизировать тепловое воздействие теплонапряженного факела на горелочное устройство.
Математическое моделирование процессов горения включает в себя следующие физико-химические процессы: • Турбулентное течение потока пылегазовой смеси; • Химические реакции, протекающие в газовой фазе, описывающие процессы
окисления и восстановления газообразных компонент топлива, процессы образование оксидов азота и серы и др.
• Химические реакции, протекающие на поверхности угольных частиц, описывающие процессы горения кокса и образования топливных оксидов азота;
• Фазовые превращения, описывающие процессы испарения влаги топлива и выхода летучих;
• Конвективный и радиационный теплообмен между твердыми частицами, газовым потоком и поверхностями теплообмена.
12
Технология использования механоактивированных углей микропомола
Система контроля и управления розжигом котла
Мнемосхема управления розжигом котла
Система контроля и управления розжигом котла предназначена для автоматического дистанционного управления розжигом. Система позволяет регулировать: 1. Расход пыли на мельницу-дезинтегратор; 2. Производительность мельницы-дезинтегратора; 3. Расход растопочного воздуха. С помощью системы контроля и управления осуществляется управление всеми задвижками и клапанами системы, осуществляется подача и извлечение запально-защитного устройства в топочную камеру, а также пуск и останов всех агрегатов системы.
Схема управления воздухом
13
Опыт внедрения системы ТОХИЛ
Мельница-дезинтегратор
Горелочное устройство
Факел механоактивированной пыли в холодной топке котла (вид из горелки верхнего яруса)
14
Криворожская ТЭС при растопке
на газе
Кураховская ТЭС при растопке на
мазуте
Кураховская ТЭС при растопке на
газе
Стоимость внедрения (CAPEX) 2 282 726 $ 2 282 726 $ 2 282 726 $
Недисконтированный срок окупаемости 2,5 года 1,4 года 1,9 года
Дисконтированный срок окупаемости (r=10%)
3 года 2 года 2 года
NPV 3 649 778 $ 7 991 680$ 5 738 022 $
ROI 160 % 350 % 251 %
Экономическая оценка внедрения системы ТОХИЛ
15
Станция Тип котла Марка угля Срок окупаемости
Барнаульская ТЭЦ-2 БКЗ-210-140Ф СС 8,6
Беловская ГРЭС ПК-40-1 Г, Д 3,2
Эгвекинотская ГРЭС ЧКД-Дукла, К-50-40 Б3 1,9
Чаунская ТЭЦ Е-50-40, ТС-35 Ж 2,5
Кураховская ТЭЦ ТП-109 Г,Д 2
Дисконтированные сроки возврата инвестиций для разных типов котлов
16
Расчет ТЭО
Детальное предпроектное обследование
Анализ образцов используемого типа угля на
конкретном котле
Расчет технико-экономических обоснований
Разработка ТЗ и КП
Проектные работы
Разработка технического проекта
Разработка рабочей документации
Разработка эксплуатационной
документации
Экспертная оценка
Поставка оборудования
Изготовление оборудования
Поставка оборудования на объект
Внедрение
Строительно-монтажные работы
Пуско-наладочные работы
Эксплуатация
Сдача системы в промышленную
эксплуатацию
Гарантийное и сервисное обслуживание
Реализация проекта в целом занимает 6 - 12 месяцев.
Этап монтажа и наладки системы занимает 1-2 месяца, что позволяет выполнить данные работы в течение текущего или капитального ремонта и не приводит к специальному выводу энергетического оборудования из работы.
Этапы реализации проекта
17
Q: Сколько электроэнергии потребляет система безмазутного розжига ТОХИЛ?
• А: Наиболее энергоемким элементом системы является мельница-дезинтегратор. При производительности около 3 т/ч энергопотребление мельницы составляет 70кВт. В состав системы входит несколько мельниц (4-6), поэтому энергопотребление всей системы составляет около 350кВт.
Q: Каков срок службы бил мельницы-дезинтегратора?
• А: Для углей средней абразивности срок службы бил составляет 200-300 часов (40-60 пусков котла).
Q: Какова стоимость обслуживания мельницы-дезинтегратора?
• А: Стоимость обслуживания мельницы определяется в основном стоимостью бил, в качестве которых используются болты M12 (Din 912). Стоимость комплекта бил на одну мельницу составляет около 10000 руб.
Q: Как долго сохраняется эффект «механоактивации»?
• А: Основной эффект, позволяющий значительно снизить температуру воспламенения частиц, сохраняется в течение нескольких секунд. Остаточная активация частиц сохраняется в течение суток с постепенным убыванием степени активации.
Q: Насколько безопасна система безмазутного розжига ТОХИЛ?
• А: Система ТОХИЛ проектируется с учетом СО 153-34.03.352-2003 «Инструкция по обеспечению взрывобезопасности топливоподач и установок для приготовления и сжигания пылевидного топлива». Кроме того, прямое вдувание механоактивированных частиц в котел без их накопления где-либо значительно повышает пожаробезопасность.
FAQ (часто задаваемые вопросы)
18