С.В. Ткаченко, Н.А. Гуляницкий
ПГ "Техинсервис"
Мировая тенденция стремительного удорожания газа провоцирует к поиску альтернативных источников энергии, которые позволят заменить дорогостоящие топливо более дешевым, тем самым уменьшить топливную составляющую себестоимости готового продукта промышленных предприятий.
При ожидаемой выработке основных месторождений нефти и газа, запасы которых в десятки раз меньше структура потребления энергоресурсов будет изменяться в сторону увеличения потребления угольного топлива.
Хотя уголь гораздо дешевле газа и мазута, с его использование в чистом виде возникает ряд трудностей: необходимость создания железнодорожного хозяйства, тракты пылеподготовки и пылеподачи; существует угроза самовозгорания угля, он пылит, рассыпается, что усложняет работу персонала, не обеспечивая гарантии безопасности и нормальные санитарно-гигиенические условия работы.
Проанализировав все трудности, которые возникают при сжигании угля в чистом виде консервативными методами, «Техинсервис» остановил свое внимание на развитии и усовершенствовании технологии производства и сжигания водоугольного топлива.
Водоугольное топливо (ВУТ) представляет собой дисперсную топливную систему, состоящую из тонкоизмельченного (100-300(500)мкм) угля, воды (любого качества, включая шахтные и воды промышленных стоков, а также мелассную спиртовую барду) и реагента-пластификатора (рис 1, 2).
Такое использование угля имеет экологические, технологические и экономические достоинства:
экологические:
• безопасно на всех стадиях производства, транспортирования и использования;
• позволяет в 1,5-3,5 раза снизить вредные выбросы в атмосферу (пыль, оксиды азота, бензопирена, двуокись серы) за счет более низкой температуры в зоне активного горения, не превышающей 1200
0С;
• позволяет эффективно использовать образующуюся при сжигании летучую мелкодисперсную золу в производстве строительных материалов;
технологические:
• подобно жидкому топливу - при переводе теплогенерирующих установок на сжигание ВУТ не требует существенных изменений конструкции агрегатов;
• позволяет полностью механизировать и автоматизировать процессы приема, подачи и сжигания топлива;
• новая технология вихревого сжигания при температуре 950-1150
0С позволяет достичь эффективности использования топлива свыше 97% (при слоевом сжигании угля указанная величина не превышает 70%);
• разработаны несколько систем зажигания водоугольного топлива: с применением плазмотрона, природного газа, жидкого и твердого топлив;
экономические:
• снижает стоимость 1 тут (в 2 и более раз);
• технология не требует применения термических и химических процессов и поэтому она не капиталоемкая и не энергоемкая;
• возможность использования углей любых марок (антрациты, каменные, бурые угли), что позволяет привлекать угли местных месторождений, тем самым уменьшить расходы на транспортировку;
• на 15-30% снижаются эксплуатационные затраты при хранении, транспортировании и сжигании;
• благодаря простоте транспортировки ВУТ, возможно сооружение централизованного комплекса для его приготовления, и снабжение потребителей уже готовым топливом.
• окупаемость затрат при внедрении ВУТ составляет 1- 2,5 года (в зависимости от мощности котельной и числа часов ее работы в год (рис.3).
Технология приготовления и сжигания водоугольного топлива, разработанная и внедренная
«ГК «Техинсервис» на ТЭЦ сахарного завода включает в себя следующие этапы:
• подача и дозировка угля на размол;
• приготовление и дозировка раствора реагента пластификатора;
• гомогенизация;
• грубая фильтрация ВУТ;
• точная доводка плотности суспензии;
• подача полученного продукта на хранение в емкости запаса, затем в буферную емкость в ТЭЦ;
• тонкая фильтрация;
• догрев ВУТ до температуры насыщения;
• сжигание в топке котла, с регулируемой подачей и соотношением топливо-воздух;
• золоулавливание «мокрое» либо «сухое» (на данный момент реализовано «мокрое» золоулавливание).
Для сокращения зоны активного горения и снижения температуры на выходе из топки котла, «Техинсервис» разработана и запатентована муфельная горелка для более раннего испарения влаги водоугольной эмульсии. В зону топки поступает распыленный поток ВУТ с реализацией высокой степени приосевой рециркуляции топочных газов. В муфельной горелке две ступени закрутки и две ступени распределения газа для прогрева муфеля и поддержания фронта воспламенения, что позволяет маневрировать нагрузкой котлоагрегата.
Муфельная горелка обеспечивает возможность для сжигания в котле двух видов топлива (газа и водоугольного топлива) как в раздельном виде, так и в совместном сочетании ( рис. 4).
Таблица
достигнутых результатов работы ПГ БКЗ-50-39
|
Избыточное давление ВУТ на входе в форсунки, бар |
8-9 |
|
Расход ВУТ, т/ч |
7,9 |
|
Расход воздуха, тыс.м3/ч |
70.3 |
|
Давление воздуха перед горелками, кПа |
3.6 |
|
Количество уходящих газов, тыс.м3/ч |
80800 |
|
Давление пара на распыл в паромеханческой форсунке, бар |
16 |
|
Расход пара на распыл в паромеханической форсунке, т/ч |
0.3 |
|
Температура ВУТ на входе в форсунки, ºС |
95 |
|
Температура горения ВУТ в топке ПГ, ºС |
1050-1150 |
|
Коэффициент избытка воздуха |
1,19 |
|
Достигнутая мощность ПГ (по пару), при номинальных параметрах пара,
т/ч |
42 |
|
Параметры пара на выходе из ПГ: |
|
|
давление пара, бар |
39 |
|
температура пара, ºС |
440 |
|
КПД котла при работе в автоматическом режиме на ВУТ, % |
94.8 |
Процессы
приготовления и сжигания ВУТ полностью автоматизированы.
Панель управления работой котла БКЗ-50, «Техинсервис»
на базе «Siemens».
Системы
автоматизации горения учитывают объём вредных выбросов, характеристики уходящих
газов и т.д. На основании указанных данных система автоматизации изменяет режим
подачи топлива, режим работы котла и т.д., что позволяет достичь оптимальных
характеристик его работы.
Аппаратная база реализована на оборудовании фирмы Siemens и Schneider. Применяемая конфигурация состоит из программируемого логического контроллера Simatic S7-300, модулей ввода и вывода аналоговых и дискретных сигналов, локальных регуляторов SIPART, преобразователей частоты ATV 61.
Для повышенной надежности и «живучести» системы осуществлено дублирование контроллера локальными регуляторами SIPART, которые осуществляют «горячий» подхват в случае «останова» контроллера, выхода его из строя.
Связь контроллера с рабочей станцией оператора осуществляется по сети Industrial Ethernet. Управление установкой производится оператором с рабочей станции или через местную панель управления ОР270. Для разработки интерфейса оператора использован программный продукт фирмы Siemens SCADA - система WinCC.
Функции системы:
• управление процессом сжигания газообразного топлива
• управление процессом сжигания водоугольного топлива.
• коррекция соотношения «топливо/воздух» в зависимости от уровня О2.
Система автоматизации обеспечивает выполнение:
• контроля технологического процесса;
• регулирования технологических параметров;
• контроля и анализа заданных режимов работы;
• отображения и регистрацию информации;
• составления отчетов и сводок;
• ведение архива.
Оптимальное регулирование соотношения «топливо/воздух» позволяет максимально использовать калорийность топлива. Данная технология позволяет сжигать уголь и получать дополнительную энергию за счет высвобождения водорода из воды в ходе хим. реакции горения угля и его горения. Экономическая эффективность достигается за счет использования дешевого вида топлива, его экономии, сокращения числа обслуживающего персонала. Быстрое определение и устранение неисправностей позволяет снизить время простоя, и, следовательно, затраты на обслуживание.
Безусловно, будущее за возобновляемыми источниками энергии, которые будут использоваться в промышленном масштабе. Но это вопрос отдаленного будущего, когда соответствующее оборудование обеспечит нужную мощность и станет доступным и рентабельным. А вот энергетика угля еще не исчерпала своих возможностей, и ВУТ реально может стать серьезным конкурентоспособным топливом на ближайшие десятилетия.
