Энергетика. ТЭС и АЭС

Всё о тепловой и атомной энергетике

Технология «Pyroflow» для сжигания в циркулирующем кипящем слое

В 1968 г. в научно-исследовательском центре фирмы Ahlstrom (Karhula, Финляндия) началась разработка технологии сжигания угля в кипящем слое. В 1976 г. возникла идея ЦКС, а первые установки тепловой мощностью 0,2 и 1,5 МВт были пущены в 1977 и 1978 гг. Разработанный процесс получил название “Pyroflow” (поток огня). В 1979 г. началась эксплуатация первой промышленной установки тепловой мощностью 15 МВт на заводе фирмы Ahlstrom в г. Пихлава (Финляндия), а первый паровой котел производительностью 90т/ч пара вошел в строй в 1981 г. в Kauttua (Финляндия). С 1982 г. началось строительство котлов “Pyroflow” в Швеции (Getawerken) и США (Ahlstrom Pyropower). В 1991 г. был разработан новый ЦКС-котел типа Compact, а в 1993 г. началась промышленная эксплуатация первых образцов котлов такого типа. С 1995 г. ведущее предприятие фирмы — Ahlstrom Pyropower (Калифорния, США) и сама технология были приобретены фирмой Foster Wheeler (США).

Основными элементами котлоагрегатов системы “Pyroflow” первого поколения являются следующие: топочная камера, горячий выносной циклон и конвективные поверхности нагрева.

Технология «Pyroflow» для сжигания в циркулирующем кипящем

Топочная камера разделена на футерованную нижнюю и верхнюю части, выполненную из мембранных испарительных экранов (последние годы вся топка делается из мембранных экранов с их футеровкой в нижней части). В верхней части также рас положены ширмовые экраны, которые используются в виде испарительных и пароперегревательных поверхностей. Циклоны футерованы, а в конвективной части установки находятся воздухоподогреватель, экономайзер и ступени пароперегревателя. Принцип работы котлоагрегатов системы “Pyroflow’’ близок к котлоагрегатам системы «Lurgi». Однако на тракте возврата данных парогенераторов отсутствуют системы охлаждения золы, а регулирование производительности осуществляется в результате изменения скорости пылегазового потока и температуры в топке. Таким образом, температура за топкой и в циклоне практически одинакова и составляет 870—900 °С. При такой организации процесса горения 60—65 % полезной теплоты передается нагревательным поверхностям в топке, а от 35 до 40 % — в конвективной шахте. Диапазон регулирования производительности ЦКС-котлоагрегатов системы «Pyroflow» уже, чем системы “Lurgi” (за счет отсутствия теплообменника кипящего слоя) и составляет в основном 45—110 % номинальной нагрузки, причем без изменения технологических показателей горения только 70—110 %.

К преимуществам технологии следует отнести ее относительную простоту, более низкую металлоемкость по отношению к котлоагрегатам “Luigi”, возможность использования различных видов твердого топлива: древесной щепы, торфа, лигнитов, сланцев, угля и нефтяного кокса. К недостаткам — узкий диапазон регулирования нагрузки парогенератора, повышенный износ ширмовых поверхностей нагрева, нецелесообразность использования для сжигания высокосернистых углей (из-за регулирования производительности изменением температуры горения). При прочих равных условиях мощность котлоагрегатов системы “Pyroflow” первого поколения ниже, чем системы «Lurgi».

Для устранения указанных недостатков компанией были разработаны ЦКС-котлоагрегаты второго поколения типа «Compact» (“Компакт”). Промышленная эксплуатация первого котла такого типа произошла в 1992 г. в Kuhmo (тепловая мощность— 15 МВт, электрическая — 5 МВт). Отличительная особенность ЦКС-котла типа “Compact”: встроенный квадратный циклон и щелевой тракт возврата КЗО. Данные котлоагрегаты могут работать в режиме естественной циркуляции и как прямоточные парогенераторы. Последнее решение позволяет повысить КПД процесса за счет более высоких параметров пара. Фирмой также разработан вариант ЦКС-котлоагрегата с пароохлаждаемым вертикальным циклоном.

ЦКС-котел типа «Compact». Геометрия топочной камеры котлов «Компакт» большой электрической мощности (262 МВт) практически не отличается от ЦКС-котла первого поколения (электрическая мощность 235 МВт): поперечное сечение топки составляет около 200 м2 при высоте от распределительной решетки кипяшего слоя до потолка порядка 40 м. Топочная камера повернута на 90° по сравнению с котлом первого поколения для обеспечения вмещения сепараторов “Компакт”, установленных с обеих сторон в свободное пространство. Такая схема позволяет осуществить более простую компоновку конвейеров, подающих топливо, и вспомогательного оборудования котельного отделения. Дополнительными поверхностями нагрева в топочной камере служат испарительные плавниковые экраны в отличие от котлов первого поколения, где были установлены ширмовые пароперегреватели «Омега» последней ступени. В котле «Компакт” в качестве последней ступени пароперегревателя установлены теплообменники INTREX™. Распределительная решетка имеет водяное охлаждение. Нижняя часть топки котла имеет огнеупорную обмуровку. Запатентованная фирмой Foster Wheeler “сбрасывающая” конструкция используется для устранения эрозии экранных труб над верхней кромкой огнеупорной футеровки.

Сепараторы «Compact». Несмотря на прямоугольную форму, принцип работы сепаратора типа “Компакт” состоит в центробежной сепарации частиц посредством вихревого потока газа. Отделенные частицы стекают вниз по стенкам и собираются напротив выходного отверстия топки и в углах сепаратора.

Сепараторы имеют пароохлаждаемую конструкцию. Стенки сепараторов включены в паровой тракт и образуют первую ступень пароперегрева, что исключает необходимость в тяжелых огнеупорах, используемых в не-охлаждаемых сепараторах В конструкции “Компакт” толщина стойкого к износу огне-упора составляет всего 50 мм. Это сводит к минимуму необходимость в техобслуживании и позволяет сократить время пуска установки. Основная часть огнеупора может быть отлита в заводских контролируемых условиях, что обеспечивает более высокое качество и, как следствие, большой срок его эксплуатации. Конструкция “Компакт” сокращает общую площадь котельной установки за счет компактности, поскольку сепаратор встроен в котел.

Средняя температура газа и горячих твердых частиц внутри сепаратора составляет примерно 850 °С, а средняя температура потока в экранных трубах — 370 °С. Сепаратор “Компакт” охлаждает смесь газа и твердых частиц, так что температура газа на выходе из сепаратора ниже температуры газа на выходе из топки: примерно 845 °С вместо 870 °С. Поскольку как топка, так и сепаратор подвешены на опорной решетке и являются охлаждаемыми конструкциями, тепловые деформации сводятся к минимуму и поэтому необходимы более простые компенсаторы теплового расширения. Это одна из наиболее важных характеристик конструкции «Компакт», так как компенсаторные стыки в котлах с ЦКС обычно их наиболее слабое место.

На мощных ЦКО котлоагрегатах системы “Pyroflow” второго поколения в последние годы устанавливаются теплообменники типа «Intrex». При таком решении часть пылегазового потока забирается из верхней части кипящего слоя, охлаждается в теплообменнике “Intrex» и возвращается в нижнюю часть слоя. Это расширяет регулировочные возможности котлоагрегатов и увеличивает их мощность.

Теплообменник «Intrex» состоит из водоохлаждаемого кожуха, объединенного с пароводяной системой топки, и возвратного канала. Трубные пучки пароперегревателя погружены в материал кипяшего слоя. Они охлаждают твердые частицы, уловленные сепаратором, до возвращения в топку. Отверстия в задней стенке топки помимо охлаждения твердых частиц обеспечивают доступ дополнительных частиц для внутренней циркуляции через трубные пучки теплообменника, в результате чего достаточное количество горячих частиц поступает в теплообменник «Intrex» при изменении нагрузки. Избыток частиц возвращается обратно в топку через отверстия в задней стенке топки.

Относительная простота системы “Pyroflow” привела к ее самому широкому из ЦКС-технологий использованию на ТЭС мира. На начало 2003 г. в эксплуатации находилось 196 ЦКС-котлов и 18 строилось. Наиболее крупные из них установлены на следующих ТЭС: «Turow» (Польша), “Nova Scotia” (Канада), в г. Эссен (Германия), “Sejnajoki” (Финляндия), “Тгоna”, “Nucla” (США). В настоящее время ЦКС-котлоагрегаты системы “Pyroflow” создают фирмы Foster Wheeler, EVT, Fakop, Rafako, Mitsui.

Разработка технологической документации, в том числе конструкторской и эксплутационной — http://www.tehdoc-razrabotka.ru/index/razrabotka_tekhnologicheskoj_dokumentacii/0-17.

Читайте также:

Updated: 09.08.2014 — 22:53
Энергетика. ТЭС и АЭС © 2012 Использование материалов с сайта разрешается при наличии на него активной ссылки без тегов nofollow и noindex.
Adblock detector