Мал. 22. Топка котла з киплячим шаром
Технологія заснована на спалюванні палива в обсязі розпечених частинок інертного матеріалу, «киплячих» в висхідному потоці повітря. В якості інертного матеріалу зазвичай використовується фракціонований пісок з розміром фракцій 0,5 - 2 мм.
Киплячий шар характеризується швидкістю дуття, що перевищує межу стійкості щільного шару, проте не досягає швидкості витання середніх частинок. Швидкістю витання називається швидкість середовища, при якій частка знаходиться в стані динамічної рівноваги.
де і - щільність частки і середовища, кг / м 3; g - прискорення вільного падіння, м / с 2; --- коефіцієнт лобового опору; d - діаметр частинки, м.
При цих умовах все частки піску в шарі інтенсивно перемішуються, рухаючись колебательно вгору і вниз, причому в цілому шар має відносно чітку верхню межу.
Мал. 23. Розподільна решітка типу HYBEX
Невелике процентне відношення маси палива, що подається до інертною масою киплячого шару (2-3%) і інтенсифікація процесу горіння забезпечують ефективне спалювання низькореакційного вугілля, худого вугілля з низьким вмістом летких, високозольних палив, кору дерев з вологістю до 65% і інших низькосортних палив, спалювання яких традиційними способами важко.
Розміри частинок палива, призначеного для спалювання в КС, середні між розмірами частинок палива для пилоподібного спалювання і для механічних топок. Максимальний розмір їх залежить від реакційної здатності палива і становить від 6 до 25 мм. В котлах з КС характерна щільність шару становить 750 кг / м 3 при температурі 800-900 ° С. Завдяки тривалому часу перебування палива в шарі і високої інтенсивності процесів тепломасообміну ефективність спалювання в топці з КС досить велика, незважаючи на відносно низьку температуру процесу 800-900 ° С.
У бульбашкової шарі спостерігається незначний винос частинок з топки. Час перебування великих шматків палива велике, а дрібних частинок - приблизно відповідає розрахунковому по швидкості газу. Це часто призводить (принаймні для низькореакційного палив) до підвищеного вмісту вуглецю в шарі і віднесенні і, відповідно, до збільшення механічного недожога. Для його зменшення винесені з топки частки уловлюються і повертаються в шар.
Технологія КС забезпечує:
# 159; повна відмова від яких би то не було механічно рухомих вузлів топкового пристрою, що значно збільшує його надійність;
# 159; ефективне спалювання найрізноманітніших низькосортних палив;
# 159; досягнення паспортної продуктивності котла, при необхідності - його форсування, навіть при використанні низькосортних палив;
# 159; ефективну внутрітопочную нейтралізацію оксидів сірки (при роботі на високосірчистих паливах) і азоту за рахунок організації двоступеневого горіння палива;
# 159; високий ступінь автоматизації технологічного процесу.
Необхідною умовою організації КС є установка високонапірного вентилятора з потужним електродвигуном для подолання опору колпачковой повітророзподільної решітки і самого киплячого шару, а також повернення яких віднесло частинок на дожигание, за допомогою якого може бути організований циркулює киплячий шар (ЦКШ). Дрібні фракції деревних відходів (тирса і стружка) вимагають організації спалювання їх в топці над шаром за рахунок спрямованої подачі вторинного повітря.
Зниження рівня викидів NOx в топках з киплячим шаром відбувається завдяки ефективній ступінчастою подачі повітря, високого ступеня змішання і низькому коефіцієнті надлишку повітря. Використання добавок (наприклад, вапняку, який додається для зв'язування сірки) дає хороші результати завдяки ефективному змішуванню, що забезпечується в псевдозрідженому шарі.
Недоліком установок, призначених для спалювання палива в КС, є винесення великої кількості пилу з топковим газами, що робить необхідним використання ефективних золоуловителей і регулярне чищення систем котлоагрегату. Матеріал псевдоожиженного шару також втрачається з золою, що робить необхідним регулярне поповнення матеріалу шару.
Збільшення швидкості потоку повітря до 5-10 м / с і використання більш дрібних частинок піску (0,2-0,4 мм) дозволяє створити циркулює псевдозріджений шар (ЦКШ). Частинки піску, що захоплюються топковим газом, уловлюються в гарячому циклоні і подаються назад в камеру згоряння (рис. 24).
Мал. 24. Топка котла з циркулюючим киплячим шаром
Недоліками топок з ЦКШ є їх великі розміри і, відповідно, більш висока вартість, ще більш висока в порівнянні з установками зі стаціонарним КС. Для цих топок так само характерні винесення більшої кількості пилу з топковим газами і великі втрати матеріалу шару. Крім того, необхідність використання дрібних частинок палива (еквівалентним діаметром до 40 мм) часто збільшує витрати на попередню підготовку палива.
6.2.2. Спалювання твердого палива в пилоподібному стані
Тверде паливо при спалюванні в камерних топках попередньо подрібнюють і у вигляді пилу в суміші з повітрям вдувають в топку, де воно згоряє, перебуваючи в потоці газів в підвішеному стані.
Перетворенням кускового палива в пил досягається багаторазове збільшення поверхні реагування, завдяки чому істотно поліпшуються умови його спалювання, так як горіння твердого палива є гетерогенним процесом, що відбувається на поверхні частинок палива. Так, якщо шматочок вугілля діаметром 20 мм роздрібнити на частинки діаметром 40 мкм, то сумарна поверхня отриманих пилинок буде в 500 разів більше поверхні вихідної частинки.
Основні переваги спалювання палива у вигляді пилу полягають в наступному:
· Можливість спалювання з досить високим ККД будь-якого палива, включаючи малореакціонние антрациту, а також Високовологе і високозольні вугілля і відходи збагачення;
· Практично необмежена за умовами спалювання палива одинична потужність парогенератора;
· Повна механізація топкового процесу, легкість регулювання, можливість повної автоматизації топкового пристрою;
· Відсутність рухомих деталей в топці, що підвищує експлуатаційну надійність агрегату.
Недоліками спалювання палива в пилоподібному стані є:
· Складність, громіздкість і в більшості випадків висока вартість обладнання пилоприготування, а також значні витрати на нього електроенергії, що доходить для антрациту до 25-30 кВт · год / т;
· Низькі об'ємні щільності тепловиділення для камери горіння, що знаходяться при факельній спалюванні пилу в межах МВт / м 3.
Останнє обумовлюється малої масовою концентрацією палива в одиниці об'єму такої топки (20-30 г / м 3), а також несприятливими умовами підведення окислювача до поверхні реагування внаслідок низької відносної швидкості палаючих частинок в газовоздушном потоці.
При спалюванні пилу в циклонних топках. характеризуються більш сприятливими умовами для тепло- і масообміну, об'ємна щільність тепловиділення камери горіння має значно більш високі значення.