Опыт низкотемпературного сжигания твердых топлив - НТВ

ООО «Компания «НТВ-энерго»
Россия, 195251, Санкт-Петербург,
Политехническая ул., 29
Тел/факс (812) 552-16-30, 552-65-52
E-mail: [email protected]
КОМПЛЕКСНАЯ МОДЕРНИЗАЦИЯ
ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ КОТЛОВ
НА ОСНОВЕ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
ВИХРЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ
СЖИГАНИЯ
Состояние
теплоэнергетического
комплекса России
•
физическое и моральное старение основного
оборудования электростанций;
• недостаток средств на модернизацию;
• рост материальных издержек (ремонтных затрат)
для поддержания работоспособности старого
оборудования;
• резкое снижение надежности работы оборудования;
• нарушение ранее существовавшей системы
топливообеспечения станций и неопределенность
топливной политики.
2
Решение проблем
модернизации оборудования ТЭС
1. Применение недорогих опробованных
отечественных технологий для реконструкции
действующего оборудования.
Это позволит:
•
обновить оборудование;
•
продлить его ресурс;
•
улучшить технико-экономические и экологические показатели
работы;
•
расширить диапазон сжигаемых топлив.
2. Создание на основе этих технологий новых
отечественных котлов, отвечающих
современным требованиям, для технического
перевооружения
3
История создания и развития
НТВ-технологии
НТВ-технология сжигания и НТВ-топка созданы
выдающимся советским ученым-теплоэнергетиком
Виктором Владимировичем ПОМЕРАНЦЕВЫМ
и коллективом кафедры
«Реакторо- и парогенераторостроение»
Ленинградского политехнического института .
Технология прошла широкую апробацию в
энергетике с 1970 по 1990 годы (35 котлов).
В 1987г. - приказ Минэнерго СССР о создании
серии котлов 220, 420 и 640 т/ч с НТВ-топкой.
В 1992 году специалистами кафедры РиПГС СПбГПУ создана
Компания «НТВ-энерго», которая осуществляет дальнейшую
разработку и внедрение НТВ-технологии.
4
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ
ВИХРЕВАЯ (НТВ) ТЕХНОЛОГИЯ
СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ
Принцип работы НТВ топки:
2
2
1
1
•
Сжигание топлива в условиях
многократной циркуляции частиц в топке.
•
Две зоны горения по высоте: вихревая (1)
и прямоточная (2).
•
Взаимодействие потоков пыле-воздушной
смеси и нижнего дутья в вихревой зоне.
•
"Зона активного горения" занимает всю
вихревую зону топки.
Технология занимает промежуточное положение
между прямоточным факелом и ЦКС,
обеспечивает практически все преимущества
ЦКС, но намного проще и дешевле.
5
НТВ-процесс обеспечивает:
1. Сжигание топлива
угрубленного
помола
• улучшение работы
золоулавливающего
оборудования
• увеличение производительности
пылесистемы в 1,3…3,4 раза
• увеличение срока службы размольных
элементов
• взрывобезопасность
• упрощение системы подготовки топлива;
• снижение затрат электроэнергии на размол
2. Быстрый прогрев топливно-воздушной струи
• стабильное воспламенение и горение;
• отказ от "подсветки" факела газом или мазутом;
• устойчивый процесс горения вне зависимости от колебаний нагрузки
и технических характеристик топлива.
3. Интенсификацию теплообмена
(увеличение коэффициента
тепловой эффективности
экранов)
4. Выравнивание температурного
поля и снижение максимальной
температуры в ядре горения до
1000…1350 ˚С
• возможность повышения
паропроизводительности котла на 15…20 %
• отсутствие шлакования топочных
экранов и загрязнения конвективных
поверхностей нагрева;
• снижение выбросов оксидов азота
NOx на 20…70 %
• снижение выбросов оксидов серы
SOx до 70 %
6
•
•
•
•
Характеристики топлив,
опробованных
при НТВ-сжигании
бурые и каменные угли
торф
горючие сланцы
отходы деревообработки
и микробиологического производства.
Диапазон изменения характеристик топлив
Влажность на рабочую массу, Wr , %
14…75
Зольность на рабочую массу, Ar , %
5…50
Выход летучих на сухое беззольное состояние, Vdaf ,%
15…90
Удельная теплота сгорания, Qri ккал/кг
1000…6200
Содержание серы на рабочую массу, Sr , %
0,2…3,0
Содержание азота на рабочую массу, Nr , %
0,4…2,0
7
Новомосковская ГРЭС
Характеристика объекта
• Котел БКЗ-220-100-4:
• Паропроизводительность: 220 т/ч;
• Параметры пара: давление — 9,8 МПа, температура
— 510оС
Выход
летучих
Характеристика (на рабочую массу)
Месторождение
Wr , %
Ar , %
Sr , %
Nr , %
Qri
ккал/кг
Vdaf ,%
Подмосковный
бурый уголь
26…31
36…40
1,9…3,0
0,4…0,7
1700…
2100
55
Интинский
каменный уголь
19…31
32…36
1,8…2,1
1,5…2,0
2900…
3400
40
8
Новомосковская ГРЭС
Проблемы до реконструкции котла:
• Невозможность работы котла без подсветки.
• Сильное шлакование поверхностей нагрева.
• Ограничение нагрузки до 160 т/ч D=0,73Dном.
• Высокие выбросы SOx.
• Зависание угля в БСУ, замазывание
скребковых ПСУ
9
Схема НТВ котла
БКЗ 220-100
Новомосковской ГРЭС
Объем модернизации:
• замена топки на газоплотную
• замена опускной системы
• замена обмуровки на
облегченую теплоизоляцию
• замена горелочно-сопловых
устройств
10
Новомосковская ГРЭС
Объем модернизации:
•
замена пылепроводов
и воздуховодов
•
реконструкция
сепараторов мельниц
•
замена скребковых
питателей на
двухшнековые
•
модернизация
системы КИПиА
•
ремонтновосстановительные
работы в объеме
капитального ремонта
11
Новомосковская ГРЭС
Результаты модернизации котла БКЗ-220-9,9
при работе на угле:
•
•
•
•
•
•
•
Обеспечена устойчивая работа котла на Подмосковном буром и
Интинском каменном угле без подсветки резервным топливом.
Обеспечена работа без шлакования.
КПД (брутто) котла составил: η = 88,4 % на Подмосковном буром угле,
η = 92% на Интинском каменном угле.
степень связывания оксидов серы в котле только за счет основных
окислов собственной золы топлива составила около 47%.
Выбросы оксидов азота (приведенные к нормальным условиям и  = 1,4)
составили NOx = 200…250 мг/м3 на Подмосковном угле,
450 мг/м3 на Интинском угле (норматив 470 мг/м3).
Обеспечена взрывобезопасность пылесистем.
Производительность пылесистем увеличена на 35%.
12
Новомосковская ГРЭС
Результаты модернизации котла БКЗ-220-9,9
при работе на газе:
• Рабочий диапазон нагрузок котла – 96…230 т/ч.
• КПД (брутто) котла составил η=94,5 %
(на соседнем котле БКЗ-220 η=91,5 %).
• Выбросы оксидов азота (приведенные к нормальным
условиям и  = 1,4) составили NOx=110…125 мг/м3
(на соседнем котле БКЗ-220 NOx=500…510 мг/м3).
13
МУП «ЮЖНАЯ ТЕПЛОВАЯ СТАНЦИЯ»
г. Рубцовск
•
•
•
•
Характеристика объекта
Котел БКЗ 85-13-250 ст.№1.
Паропроизводительность: 85 т/час.
Параметры пара: давление – 1,3 МПа,
температура – 250…280ºС.
Кузнецкий уголь марки СС.
14
МУП «ЮЖНАЯ ТЕПЛОВАЯ СТАНЦИЯ»
г. Рубцовск
Проблемы до реконструкции
• диапазон нагрузок 56,5…61,0 т/ч, (66…72 %
от номинальной).
• Нестабильное горение. Подсветка мазутом.
• КПД (брутто) котла в диапазоне 74,5…81,1 %.
• Шлакование.
• Зависание угля в БСУ, замазывание
скребковых ПСУ.
15
МУП «ЮЖНАЯ ТЕПЛОВАЯ СТАНЦИЯ»
г. Рубцовск
Объем модернизации:
1. Замена топки на газоплотную с
2.
3.
4.
5.
6.
аэродинамическим выступом на
фронтовой стене топки
Замена горелочно-сопловых
устройств
Установка системы нижнего
дутья
Установка сопел третичного дутья
Модернизация пароводяного
тракта
Перетрасировка воздуховодов и
пылепроводов
16
МУП «ЮЖНАЯ ТЕПЛОВАЯ СТАНЦИЯ»
Показатели работы котла БКЗ-85-13
(ст. № 1) после модернизации:
• Обеспечена работа котла в диапазоне нагрузок 55…105
т/ч (0,65…1,24 номинала) без подсветки, без
шлакования на кузнецких углях марок СС, Г, Д , Т.
• КПД (брутто) котла составил 91,2…90,5 %
• Концентрация оксидов азота в уходящих газах
составила 300…450 мг/нм3, (норматив 470 мг/нм3).
• Обеспечена стабильная работа пылесистем.
17
ТЭЦ-4 г.Киров
Характеристика объекта
• Котел БКЗ-210-140ф:
• Паропроизводительность: 210 т/ч;
• Параметры пара: давление — 13,8 МПа, температура
— 545оС
Характеристика (на рабочую массу)
Месторождение
Выход
летучих
Wr , %
Ar , %
Sr , %
Nr , %
Qri ккал/кг
Vdaf ,%
Каменный уголь Г,Д
12…24
10…16
0,2…0,35
1,7…1,9
4350…5600
41…45
Торф
57…60
5…6
0,1…0,15
0,9…1,0
1600…1800
50
18
ТЭЦ-4 г.Киров
Проблемы котла ст. № 9 при сжигании
твердого топлива
• низкий КПД котла при сжигании каменного угля (потери с
механическим недожогом 12-17%);
• неустойчивое горение твердого топлива; подсветка
факела природным газом;
• интенсивное шлакование поверхностей нагрева;
ограничение нагрузки до 0,8 номинала;
• температура свежего пара на 20-30°C ниже норматива
при сжигании каменного угля;
• зависание топлива в бункерах, замазывание питателей
сырого угля;
• концентрация NOx при сжигании каменного угля
достигает 1600 мг/нм3.
19
ТЭЦ-4 г.Киров
Объем модернизации котла ст. № 9
барабан котла
п/п I ступени
потолочная часть
п/п I ступени
радиационная часть
п/п I ступени
холодный
пакет
п/п II ступени
водоопускная система
каркас котла
экраны топки
пылеугольные горелки
газо-мазутные горелки
система нижнего дутья
До реконструкции
система третичного дутья
После реконструкции
20
ТЭЦ-4 г.Киров
Для подачи топлива из бункеров в мельницы
применены двухшнековые питатели в
двухступенчатом исполнении. Каждая ступень
(дозатор и транспортер) имеет свой привод с
частотным регулированием.
Бункер
Дозатор
Транспортер
21
ТЭЦ-4 г.Киров
Показатели котла БКЗ-210-140Ф ст.№9
до и после реконструкции
Показатель
Паропроизводительность
Выбросы NОx
Уголь кузнецкий
Ед.
Г, Д
изм.
До
После
Торф
фрезерный
Газ природный
До
После
До
После
250.0
170.0
210.0
210.0
260.0
мг/м3 1 500.0 500.0
700.0
550.0
370.0
125.0
т/ч
185.0
Тепловой КПД брутто
%
79.6
91.9
86.4
90.4
92.0
95.2
Потери с мехнедожогом
Потери с уходящими
газами
%
11.05
1.5
2.5
0.8
0.0
0.0
%
8.23
6.2
9.64
7.6
6.5
4.4
• Сжигание
твердого топлива в диапазоне нагрузок от 140 до 250 т/ч
обеспечено без подсветки газом, без шлакования
• Обеспечена проектная температура перегретого пара – 545 °С
22
Область применения
НТВ технологии
• Котлы паропроизводительностью от 35
т/ч и более с фронтовым, встречным,
встречно-смещенным и тангенциальным
расположением горелок.
• Твердые топлива с Vdaf > 15%
23
Преимущества модернизации
котлов с применением
НТВ-технологии
• Резкое повышение эффективности и
надежности работы котлов, снятие ограничений
по нагрузке, отказ от подсветки
• Значительная унификация по топливу,
возможность работы на непроектных топливах
• Обеспечение требований экологии
• Возможность увеличения производительности
котлов
• Продление ресурса на 10…20 лет
• Сравнительно небольшие затраты при малом
сроке реализации (1…1,5 года)