СПОСОБ РАСТОПКИ И ПОДДЕРЖАНИЯ СТАБИЛЬНОГО ГОРЕНИЯ В КОТЛОАГРЕГАТАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА
METHOD FOR LIGHTING-UP AND MAINTAINING STABLE COMBUSTION IN BOILER UNITS USING COAL-WATER FUEL

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может использоваться при модернизации с переходом на сжигание водоугольного топлива (ВУТ) существующих и проектировании и строительстве новых электрических станций, использующих в качестве топлива водоугольную смесь.
Известен способ растопки и поддержания горения в котлоагрегатах с применением в качестве топлива водоугольной смеси с использованием высокореакционных видов топлива, таких как газ, мазут (патент РФ №114513 на полезную модель «Горелка для сжигания водоугольного топлива», МПК B01D 1/00, опубл. 27.03.2012 г.). Горелка для сжигания водоугольного топлива содержит модуль подготовки топливной смеси (МПТ) перед подачей горючей смеси в топку, сообщающийся одним концом с топкой, а другим концом - с плазмотроном, линии подвода в указанный модуль водоугольной топливной смеси и воздуха, линию подвода в топку вторичного воздуха и установленные по окружности МПТ электрические нагреватели. Сперва включают плазмотрон, в котором образуется электрическая дуга, которая, воздействуя на сжатый воздух (рабочее тело), образует ионизированный газ - низкотемпературную плазму. Низкотемпературная плазма прогревает МПТ горелки. После прогрева МПТ до температуры самовоспламенения топливной смеси, по топливной линии в него при недостатке воздуха подают водоугольную смесь, где она, взаимодействуя с низкотемпературной плазмой, газифицируется и нагревает остальную смесь до температуры приблизительно 1200°C. При этом из угля выделяются горючие компоненты. Полученная топливная смесь горит в топке при смешении со вторичным воздухом. При недостатке кислорода и высокой температуре плазмы происходит предварительная газификация топлива. Далее воспламененное топливо попадает в топку, где при смешении со вторичным воздухом происходит основное горение. После растопки при достижении 50% нагрузки котла плазматрон отключается и дальнейший разогрев МПТ горелки (приблизительно до температуры 800-900°C) при необходимости обеспечивают электрические нагреватели (ТЭНы).
Недостатком указанного способа является падение температуры в модуле подготовки топливной смеси при подаче водоугольного топлива в режиме растопки котла из холодного состояния и в режиме поддержания горения на низких нагрузках. Падение температуры в зоне подготовки топливной смеси перед подачей в топку отрицательно влияет на процесс газификации топлива, в результате чего образуется недостаточное количество газовой составляющей для надежного пуска котла из холодного состояния и поддержания стабильного горения на низких нагрузках.
Задачей изобретения является надежный пуск котла из холодного состояния без использования растопочного топлива (газ, мазут) и поддержание стабильного горения топливной смеси в топке на низких нагрузках без подсветки высокореакционным топливом (газ, мазут). Дополнительной задачей является получение топливной смеси, образующей при горении в топке минимум вредных веществ, повышение диапазона регулирования производительности (мощности) котла.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе растопки и поддержания горения водоугольного топлива в котлоагрегатах, включающем частичную газификацию водоугольного топлива в модуле подготовки топливной смеси, содержащем образующий факел высокотемпературный источник тепла, с последующей подачей водоугольного топлива в топку, при розжиге котла или поддержании горения на низких нагрузках подачу водоугольного топлива производят в разные места модуля подготовки топливной смеси, а именно - в зону возле факела, образуемого высокотемпературным источником тепла, и в зону соединения указанного модуля с топкой, при этом в зону возле факела подают от 10 до 50% пропускного объема топливной линии, а в зону соединения модуля с топкой - от 0 до 100% пропускного объема топливной линии.
Благодаря подаче ВУТ в малом объеме в область факела плазмотрона обеспечивается надежная газификация подаваемого топлива. При растопке и работе при пониженных нагрузках подаем небольшое количество топлива, начиная с 10% от пропускной способности топливной линии, все подаваемое топливо переходит в газовое состояние и начинает легко воспламеняться. Кроме того, небольшое количество позволяет не понизить температуру в МПТ. По мере повышения теплонапряженности в МПТ увеличивают количество топлива, подаваемого к факелу. Это топливо также полностью газифицируется и обеспечивает воспламенение топлива, которое только теперь начинают подавать в зону границы МПТ и топки, поскольку теперь обеспечивается воспламенение подаваемого в топку ВУТ. При этом объем подаваемого ВУТ постепенно увеличивают от 0 до 100%.
При снижении нагрузки снова включают плазмотрон для обеспечения частичной газификации подаваемого ВУТ, которое, в свою очередь, за счет этого превращается в газ и легко воспламеняется, поддерживая стабильное горение.
Вследствие этого обеспечивается поддержание нужной температуры 800-1000°C топливной смеси в начальной стадии процесса газификации в модуле, что влечет надежный розжиг котла за счет достижения необходимого количества газовой составляющей топлива, подаваемого в топку котла, и достигается надежное поддержание горения на низких нагрузках.
Более подробно способ поясняется в нижеследующем описании применительно к схематически изображенной горелке для сжигания водоугольного топлива, содержащей плазмотрон 1, соединенный с модулем 2 подготовки топливной смеси перед подачей в топку 3. В торец модуля 2 врезана линия 4 подачи воздуха. В модуль 2 также врезаны: линия 5 подачи водоугольного топлива в зоне факела 6 и линия 7 подачи водоугольного топлива у границы соединения модуля 2 с топкой 3. С топкой 3 также соединена линия 8 подачи вторичного воздуха.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Включают плазмотрон 1, в котором при подаче напряжения возникает электрическая дуга между электродами и, воздействуя на сжатый воздух (рабочее тело), образует низкотемпературную плазму - факел 6. Факел 6 прогревает модуль 2 подготовки топливной смеси перед подачей ее в топку 3. После прогрева модуля 2 до температуры самовоспламенения топливной смеси по линии 5 в него при недостатке воздуха в зону факела 6 подают водоугольную смесь сначала в объеме от 10% пропускной способности линии 5, где она, взаимодействуя с факелом 6, газифицируется и нагревает остальную смесь до температуры приблизительно 1200°C. По мере прогрева модуля 2 количество водоугольной смеси в линии 5 постепенно увеличивают до 50% от пропускной способности линии 5. При этом из угля выделяются горючие компоненты. Полученная топливная смесь устойчиво горит в топке 2 при смешении со вторичным воздухом, подаваемым по линии 8 (объемы воздуха определяют по результатам регулирования топочного процесса).
Описанный способ растопки и поддержания горения на низких нагрузках в котлоагрегатах, работающих на водоугольном топливе, позволяет:
- отказаться от использования в качестве растопочных высокореакционных видов топлива (газ, мазут);
- обеспечить надежный розжиг котлоагрегата из холодного состояния в любых условиях;
- поддерживать температуры в зоне подготовки и воспламенения водоугольного топлива в диапазоне 800-1000°C;
- не допускать шлакования в результате плавления минеральной части, содержащейся в водоугольном топливе;
- снизить выбросы в атмосферу загрязняющих веществ;
- увеличить диапазон регулирования производительности котлоагрегата.
Предложенный способ растопки котла был реализован на котле БК3-420 филиала ОАО «ОГК-2» Красноярская ГРЭС-2. При этом в качестве высокотемпературного источника тепла использовали горелочное устройство с плазмотроном переменного тока, расположенным по оси горелочного устройства с торцевой части модуля подготовки топливной смеси перед подачей в топку. Производительность горелочного устройства по топливу составляла 15 т/час. Мощность плазмотрона регулировали в диапазоне 60-180 кВт. К модулю подготовки топливной смеси были подведены линии подачи воздуха и линии подачи водоугольного топлива. Топливо подавали в разные места модуля подготовки топливной смеси: в зоне факела плазматрона и в зоне соединения горелки с топкой. Пропускной объем каждой из линий подачи водоугольного топлива равнялся 7,5 т/час. Включали плазмотрон, прогревали модуль подготовки топливной смеси до температуры 800°C и начинали подавать водоугольное топливо объемом 10% пропускного объема или 0,75 т/час. В модуле подготовки топливной смеси поддерживали температуру 800-1000°C, регулирование температуры в модуле осуществляли регулированием объема подаваемого водоугольного топлива и изменением мощности плазмотрона, малый объем, высокая температура и недостаток кислорода способствуют процессу газификации водоугольного топлива и началу воспламенения смеси. После начала процесса газификации и воспламенения постепенно увеличивали объем подаваемого водоугольного топлива в место, расположенное вблизи высокотемпературного источника тепла, и начинали подавать топливо в место соединения модуля подготовки топливной смеси и топки.
При наборе котлом нагрузки 40% от номинальной (168 тонн пара в час) плазмотрон отключали, объем топлива, подаваемого в модуль по обеим линиям, увеличивали до 100% пропускного объема. Высокая температура до 1000°C в топке котла при наборе котлом нагрузки выше 40% обеспечивала стабильное воспламенение и горение водоугольного топлива. При снижении нагрузки и падении температуры в топке котла снова включали плазмотрон и обеспечивали подготовку водоугольного топлива (частичную газификацию) перед подачей в топку.
x
Топливная смесь, состоящая из газифицированной части водоугольного топлива и остатков водоугольного топлива, при попадании в топку, где присутствует достаточное для процесса горения количество воздуха, стабильно горит при поддержке процесса горения продуктами газификации, поступающими из модуля подготовки топливной смеси. В указанном горелочном устройстве в качестве топлива используется только водоугольная смесь (процентное содержание воды 40-50%, угля 50-60%). Температура в модуле подготовки топливной смеси в процессе растопки и при работе с выключенным плазмотроном не превышает 1000°C, что ведет к снижению образования термических NO.