автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка технологии сжигания и газификации низкосортных углей в топках со стационарным и циркулирующим кипящим слоем

11а нраиа.ч рукописи

СУЛI I!МГЛ101$ КАЛКАМА11 АПТКАГ.НИЧ

; о ОД 1 ДЬК 1933

УДК 662.65.66.096.5/574'.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЖИГАНИЯ и ГАЗИФИКАЦИИ НИЗКОСОРТНЫХ УГЛЕЙ В ТОПКАХ СО СТАЦИОНАРНЫМ И ЦИРКУЛИРУЮЩИМ КИПЯЩИМ СЛОЕМ.

I

Специальность - 05.14.04. Промышленная теплоэнергетика

Л Н Т О I' I. Ф Г. I' Л т

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.

РЕСПУБЛИКА КЛЗЛХСТЛ11

АЛМЛТЫ

1998

Работа выполнена в Казахском научно-исследовательском институте энергетики имени академика Ш.Ч. Чокина.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Берг Б.В.

- доктор технических наук, профессор Мухитдинов Д.Н.

- доктор технических наук, профессор Темирбаев Д.Ж.

Ведущая организация -

Всероссийский теплотехнический институт

Защита диссертации состоится « /» 1998 г.

в 11 ч. На заседании диссертационного ¿овета ДР 55.05.01. в Казахском научно-исследовательском институте энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина по адресу: 480012, г. Алматы, ул. Байтурсын - улы, 85.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КазНИИ энергетики.

Автореферат разослан «_»_ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

У

кандидат технических наук: О. К. Ерекеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАШГЫ.

Актуальность темы.

Расширение масштабов разработки угольных месторождении, стремление полнее использовать энергоресурсы, уменьшить затраты на их получение с помощью высокопроизводительных методов промчи и максимального использования углей, расположенных Пли ¡ко к поверхности, приводит к необходимости сжигания низкосортных углей, т.е. МНОГОЗОЛЫ1ЫХ, высоковлажпых, высокосерпистых, а также содержащих в минеральной части значительное количество компонент!», затрудняющих работу топочного оборудования.

Ряд вопросов, требующих решения, возник в связи со значительным развитием энергетики и заметным возрастанием доли в ии ря ¡нении окружающей среды как газовыми, так и пылевыми выбросами.

Сжигание углей, основных существующих и перспективных месторождений Казахстана (Экпбастузекого, Тургайекого и Нижнеилипского бассейнов) и России, в традиционных топочных устройствах ставит перед энергетиками ряд важных задач, поскольку угли этих месторождений относятся к числу трудиоежпгаемы.х.

Одним из перспективных направлении в решении проблемы сжигания низкосортных углей является сжигание н газификация н аппаратах кипящего слоя (КС). При этом данная технология позволяет сжигать высокозольные к высокоплажиме угли без дополнительного использования жидкого или газообразного топлива. Данная технология позволяет удачно решать вопросы уменьшения эмиссии оксидов азо1а и серы в тоночном объеме, без установки дорогостоящих аппаратов газоочистки за котлом, что существенно удешевляет создание экологически «чистого» котлоат регата.

Принятый в Республике Катхстаи Закон «Об энергосбережении» четко ставит вопрос более полного использования добываемых эпергоресурсов, п частности, угли. Использование технологии низкотемпературного кипящего слоя позволяет сжигать ранее сбрасываемые в отвалы отходи утдеобогашекпя (мокрой флотанкн, породы), а также использовать забалансовые угли.

Таким образом, использование топок кипящего слоя позволяет одновременно и относительно дешево решать проблемы сжигания низкосортных углем, отходов углео6о!ашения и других углерод-содержащпх материалов, при этом выдерживал санитарные нормы по

эмиссии оксидов азота и серы без дополнительных газоочистн установок

Экспериментальными, теоретическими и опытно-конструкторски работами в области сжигания твердого топлива в кипящем с; занимаются ЦКТИ, Всероссийский теплотехнический инстит Уральский политехнический институт, ИТМО АН Беларуси, I «Сибэнергомаш», БиКЗ, КазНИИЭ и другие. Однако широкомасштаб! создание и внедрение котлов с топками кипящего слоя ограничивает недостаточностью надежных экспериментальных данных о процесс происходящих в кипящем слое при горении и газификации различи углей. Ограничены и противоречивы также данные по механизму горен угольной частицы в кипящем слое. Поэтому исследование топочи процессов при сжигании твердого топлива в кипящем слое представш научный и практический интерес.

Целыо настоящей работы является: экспериментальное и теоретическое исследование и оптимнзаи топочных процессов в стационарном и циркулирующем кипящем слоя? широком диапазоне изменения основных режимных и конструктива параметров;

исследование влияния на эмиссию оксидов азота и серы ти сжигаемого угля, режимных и конструктивных параметров и оптимизация для решения экологических вопросов;

получение необходимых данных для проектирования котлоагрегат со стационарным и циркулирующим кипящим слоем (ЦКС), включакмдо влияние различных схем ввода топлива в топку; выбор схемы возвра уноса на дожигание и его оптимизация в зависимости от типа уп теплообмена между двухфазным потоком ЦКС и внутритопочньн поверхностями нагрева; взвесенесущей способности газового пото газового потока ЦКС; динамических и переходных процессов в топ котла; электро- и физико-химическим свойствам материала кипяще слоя;

Научная новизна работы: - получены закономерности горения угольной частицы в кипящем сл при варьировании температуры слоя, концентрации кислорода, энерп активации, размера угольной и инертной частицы;

выявлено влияние на эффективность горения и образования оксид азота в кипящем слое степени метаморфизма угля, различных способ! ввода угля в топку, содержания летучих, размера частиц угля и основнь режимных факторов;

- установлено влияние режимных факторов, степени мегаморфтма >гдч, схем возврата уноса в топку кипящего слоя на эффективность дожигания уноса;

выявлено влияние режимных иарпморов на твесепесмимо способность газового потока н кратное п. циркуляции в ппрку.чирч юшем кипящем слое; получено уравнение для расчета максимального ратчера циркулирующего материала слоя;

получены эмпирические уравнения теплообмена в топке ИКС межд\ двухфазным потоком и поверхностями нагрева, связывающие коэффициент теплоотдачи с температурой слоя, скоростью га юного потока и концентрацией твердой фаш;

- получены данные по частичной газификации угля в стационарном и циркулирующем кипящем слое н влиянию режимных и коисфукшвиых параметров на степень их газификации;

- получены данные но электрическим и физико-химическим своПегп.гм различных потоков твердой фазы топки I(КС;

- определены величины по десульфурнрующеи способности активных сорбентов золы исследованных углей в ЦКС и влияние зольное I и угля на этот процесс;

- исследовано влияние режимных факюров и содержания Ка:() в юле ннжиеилинского угля на скорость образования зо.човых отложении и показана возможность сжигания згнч углей к швкогемнерл1\рюч кипящем слое;

Достоверность н обоснованность, подтверждаемая:

- комплексны,м подходом к исследованиям, соо|нетипичней I очное п,ю системы измерении контролируемых параметров;

сходимостью результатов расчетных и эксперимешальных исследований;

- сопоставлениями с некоторыми чистыми резулыатми лрушх автров.

Автор за и 111 и !аеп 1. Результаты экспериментальных исследовании:

- влияния режимных и конструктивных факюров на распределение топлива по слою, эффективность горения, процесс!.! горения и газификации в КС и I (КС и образование оксидов азота и серы;

- организации дожигания уносов и опенка эффективности раьтичных схем возврата уноса па дожигание;

- сжигания соленых углей;

- теплообмена между двухфазным потоком ЦКС и поверхности! нагрева;

- взвесенесущей способности газового потока ЦКС и кратное циркуляции циркулирующего материала;

- динамические и переходные процессы при сжигании и газификации угля К'С и ЦКС;

- электро- и физико-химических свойств материала ЦКС.

- сжигания соленых углей;

2. Результаты теоретического исследования горения угольной частицы кипящем слое для различных значений основных режимных параметров типа углей.

Личный вклад автора:

- постановка задач исследований;

- разработка укрупненных стендовых установок с кипящим циркулирующим кипящим слоем для исследования сжигания газификации низкосортных углей, а также технических заданий i реконструкцию котлов;

- планирование, организация и проведение экспериментальнь исследований на огневых установках;

- разработка математической модели горения угольных частиц кипящем слое;

- обработка и обобщение результатов исследований и разработ1 конкретных рекомендаций для использования в проектах промышленны котлов и газификаторов со стационарным и циркулирующим слоем, также для реконструкции котлов.

Апробация работы:

Основные материалы диссертационной работы обсуждены доложены на: Симпозиум по сжиганию низкосортных топлив (Хельсиню

1989); Всесоюзном совещании «Проблемы создания парогенераторов топками кипящего слоя (Барнаул, 1978); Международной школе семинаре «Проблемы тепло- и массообмена в современной технологи сжигания и газификации твердого топлива (Минск, 1984, 1988, 1990); ] Всесоюзная конференция «Теплообмен в парогенераторах» (Новосибирс»

1990); IX Всесоюзный симпозиум по горению и взрыву (Черноголовка Суздаль, 1987); У конференции но горению органического топлив (Новосибирск, 1984); Всесоюзный симпозиум «Проблемы газификаци углей» (Красноярск, 1991); па ряде совещаний в Министерств энергетики СССР и Министерстве энергетического машиностроени СССР, НТС НПО «Сибирэнергомащ», БиКЗ, ВТИ - по проблема( создания котлов с КС и ЦКС; Всесоюзном совещании «Разработка 1 исследование новых типов энерготехнологических установок с полны? использованием вторичных энергорссурсов (Ленинград, 1981)

Всесоюзном совещании по использованию минеральных составляющих Экибастузского угольного бассейна (Алма-Ата, 1978); VI Научно-технической конференции УПП (Свердловск, 1980); республиканских конференциях и совещаниях.

Практическая ценность:

Полученные результаты экспериментальных и теоретических исследований по дожиганию упосон пошалят г определим, схем) их дожигания для того или иного угля.

Проведенные эксперименты и теоретические расчеты по исследованию дожигания уносов и различных способов подачи топлива в топку позволяют определить наиболее оптимальные схемы подачи топлива в топку, возврат уноса па дожигание и, соответственно, эффективность сжигания топлива, эмиссию оксидов азота и серы в зависимости от мощности когла и типа сжигаемого угля.

Полученные данные по исследованию гидродинамики ЦКС позволяют рассчитывать фракционный состава материала, циркулирующего по контуру топка-цнклои-затпор-топкл. Данные но влиянию режимных факторов на взнссснесушую способноеп» 1аюною потока, кратность циркуляции позволяю!' р;нрлбокт. методы регулирования топочного процесса в ЦК С и рассчнгам» теплообмен с внутритопочными поверхностями нагрева и теплообмен п выносном золовом теплообменнике.

Исследования теплообмена двухфазного потока ЦКС с внутритопочными поверхностями нагрева позволяют выделить основные факторы, влияющие на теплообмен, рассчитывать необходимые поверхности нагрева, рассчитан, диапаюн изменения нагрузки котла.

Проведенные исследования и полученные данные по динамическим и переходным процессам в топке ЦКС и газификаторах позволяют разработать системы автоматического регулирования топочного процесса и разработать методы набора и снижения нагрузки когла, планово! о и аварийного останова котла, пуск из холодною и «горячего» состояния.

Экспериментальные данные по электро- и физико-химическим свойствам материала КС и ЦКС (унос, материал слоя, циркулирующий материал) и их зависимости от режимных факторов позволяют определим, оптимальную схему улавливания пыли, систему для транспортировки и способов храпения золошлаковых отходов, а также определить возможные области их применения.

Полученные экспериментальные данные по топочному процессу позволяют принимать оптимальные конструктивные решения и режимные параметры для создаваемых котлов и нредтонков-газифнкаюров со стационарным н циркулирующим слоем.

Разработанная математическая модель горения одиночных угольш частиц с большим диапазоном изменения энергии активации в кипящ( слое в первом приближении позволяет определить режим и макрохими: горения угольной частицы, их температуру, скорость горения, объясни полученные экспериментальные данные по эффективности горем эмиссии оксидов азота и серы и прогнозировать направление влият режимных параметров на основные показатели работы топок с кипягщ слоем.

Реализация результатов:

Результаты исследования переданы Бийскому и Барнаульско.» котельным заводам, СКБ Всероссийского теплотехнического института использованы для разработки и изготовления котлов со стационарны кипящим слоем паропроизводительностыо 10-25 т/ч, 420 т/ч, д. реконструкции котла 25 т/ч ЮЗК г. Жезказган, а также котлов циркулирующим кипящим слоем паропроизводительностыо 160 и 500 т для сжигания донецкого АШ (Кураховская ГРЭС, Д=500тА подмосковного угля (Новомосковская ГРЭС, Д=500 т/ч), экибастузско; угля (Омская ТЭЦ-б, Д=500 т/ч), березовского, канско-ачинского тугнуйского углей (станции Красноярскэнерго и Бурятэнерго).

Результаты исследований газификации челябинского угля рекомендации переданы РЭУ «Челябэнерго» и использованы д проектирования и изготовления топки-газификатора со стационарны кипящим слоем для котла БКЗ-210-140Ф Челябинской ТЭЦ-2.

Материалы и рекомендации по исследованию сжигания газификации карагандинского угля переданы РЭУ «Карагандаэнерго» да разработки техпредложений но реконструкции котла БКЗ-50 и & переводу на технологию ЦКС, а также для разработки техно-рабоче: проекта предтопков-газификаторов ЦКС для котла БКЗ-' Карагандинской ТЭЦ-1. Результаты исследований по газификации бурь среднеазиатских углей переданы РЭУ «Южказэнерго» и использованы техническом проекте предтопка-газификатора со стационарны кипящим слоем для котла ТП-35 Кентауской ТЭЦ-5. Материалы I сжиганию сернистого орловского (Орловский буроугольный бассейн) соленого нижнеилийского углей переданы Северо-Казахстанскол территориальному геологическому Управлению и Волковскол производственному теологическому объединению и использованы П{ составлении "ГЭДа на освоение месторождений. »

Публикации,

По теме диссертации опубликована 4! печатная работа, в том числе 3 монографии, и получено б ангорских свидетельств.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, списка использованной литературы из 243 наименовании и приложения. Основной материал работы содержит 210 стр. текста, 204 рисунков и 22 таблицы.

ОСНОВ! !ОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении показана актуальность проблемы и обосновывается постановка работы.

В первой главе рассматривается современное состояние вопроса сжигания и газификации твердого тонлнпа и горения угольных частиц в стационарном (КС) и циркулирующем (ЦКС) кипящем слое, приведен обзор и анализ работ, посвященных этой проблеме, сформулированы задачи исследования.

Анализ существующих в литературе результатов работ по сжиганию и газификации твердого топлива и аппаратах кипящего слоя показывает их недостаточность для создания надежно работающего котла по технологии кипящего слоя.

Одним из недостатков топок со стационарным кипящим слоем является малая площадь обслуживания одним узлом ввода топлива при подаче его под слон. Предлагаемые различные варианты ввода угля в топку практически экспериментально не проверены (за исключением нижней подачи угля под слои), что препятствовало их применению в существующей топочной технике.

При сжигании угля в низкотемпературном кипящем слое высоки потери тепла с механическим исдожегом в уносе, поэтому требуется их улавливание и дожигание. В литературе имеются незначительные сведения о рециркуляции уноса на дожигание в основную камеру, показывающие, что в основном, рециркуляция способствует повышению экономичности сгорания угля, по имеются сведения о слабом влиянии рециркуляции уноса на эффективность сгорания. По существу нет данных по дожиганию уноса в камере дожигания при температуре слоя 1273К-1373К. Недостаточность и противоречивость сведений по дожиганию уносов затрудняет правильный выбор схемы возврата на дожигание.

Технология сжигания в циркулирующем кипящем слое являет развитием технологии стационарного кипящего слоя. Она весы перспективна для котлов средней и большой мощности. Одна практически отсутствует экспериментальный материал для нача широкомасштабного внедрения данной технологии в котлостроении.

Крайне малы данные по теплообмену между двухфазным поток« циркулирующего материала и поверхностями нагрева в топке ЦКС.

Практически отсутствуют, либо недостаточны, данные ] гидродинамике и взвесенесущей способности газового потока ЦКС п] горении угля.

Все возрастающий процесс использования низкосортных углей ; существующих электростанциях с традиционными котлами факельно сжигания приводит к возникновению ряда проблем, связанных невозможностью поддержания топочного процесса без подсветки факе. мазутом, невозможностью поддержания требуемой паровой нагрузки и т.

Одним из способов решения данной проблемы являет предварительная газификация всего или части топлива в выноснь предтопках-газификаторах кипящего слоя с дальнейшим сжиганием газ< газификации в пылеугольном котле. Данная схема, помимо сжигаш низкосортного топлива, приводит к уменьшению эмиссии оксидов азота, при соответствующем дополнительном конструктивном оформлеш позволяет снизить эмиссию диоксида серы. Имеющиеся в литерату] сведения явно недостаточны для понимания топочного процео газификации угля, что естественно не позволяет выполнить проектные конструкторские проработки реконструкции пылеугольных котлов 1 данную технологию сжигания.

Существует большое количество работ по исследованию влшип режимных факторов на эмиссию оксидов азота. Однако практичес! отсутствуют сведения о влиянии степени метаморфизма сжигаемого угл его размера, содержания азота и летучих, способа ввода угля в тот кипящего слоя на эмиссию оксидов азота и конверсию азота топлива N0,.

Весьма ограничены сведения о выбросах диоксида серы пр сжигании в кипящем слое отечественных углей Казахстана и России, практически отсутствуют такие данные для технологии ЦКС. , В литературе отсутствуют сведения по сжиганию «соленых» углей кипящем слое.

Анализ экспериментальных работ по исследованию гореш угольных частиц в кипящем слое указывает на противоречивость даннь но механизму и режиму горения, температурному уровню горяще частицы. Так, например, имеются сведения о диффузионном промежуточном, а также кинетическом режиме горения.

С учетом изложенного были поставлены следующие задачи:

1. Теоретическое исследование горения угольных частиц в кипящем слое с использованием известных эмпирических данных при широком варьировании различных параметром.

2. Разработка оптимальных способов подачи угля в гонку кипящею слоя и их исследование.

3. Исследование влияния режимных факторов (Тсл, Оч1, Икс " т.д.) и способа подачи угля на экономичность сжигания твердою топлива и их оптимизация.

4. Исследование влияния режимных и конструктивных факторов на дожигание уноса и обоснование выбора оптимальной схемы возврата уноса для различных углей.

5. Исследование влияния режимных факторов и содержания щелочных соединении на скорость образования отложений на поверхностях нагрева при сжигании соленою ппжненлппского угля.

6. Исследование влияния режимных факторов, способа подачи,| степени метаморфизма зольности и содержания летучих сжигаемою угля на эмиссию оксидов азота и серы.

7. Исследование теплообмена двухфазного потока с виутригоиочными поверхностями нагрева в топке ! 1КС.

8. Исследование взвесепесушей способности газового потока циркулирующего кипящего слоя.

9. Отработка основных узлов топки с ЦКС.

10. Исследование процессов частичной воздушной газификации твердою топлива и эмиссии оксидов азота н серы в предтоиках со стационарным и циркулирующим кипящим слоем.

11. Исследование динамических и переходных процессов в топке ЦКС и в предтопках-газнфикаторах со стационарным кипящим слоем.

12. Получение данных по электрическим и физико-химическим свойствам золошлакопых материалов из тогткн кипящего слоя и исследование возможности их комплексного использования.

13. Разработка и выдача рекомендательных данных для проектирования котлов и прслтопкпн-тзифнкаторои с шпкотемпер'иуриым стационарным и циркулирующим Кипящим слоем.

Во второй_главе приводится теоретически"! расчет горения

одиночной частицы коксового остатка в кипящем слое.

Горение одиночной частицы описывается уравнением ее

теплообмена с окружающей средой. Для учета макрохимпзма горения

использованы экспериментальные зависимости, полученные Бухмаш С.В. и Нурекеновым Е. Эти уравнения аналитически неразрешим поэтому система уравнений решалась численным методом Рунге-Кутга.

Принимая порядок реакции по кислороду первым, скорость горен: беззольной коксовой частицы в промежуточной области горен; рассчитывается по уравнению:

-ук с15/2(1т = 0 ■уСг-БЬ/М-р-бО+БМЭ/К-б), (1)

Удельная скорость горения частицы может быть представлена:

и = -ук-аб/2с1т, (2)

Если пренебречь кондуктивным теплообменом внутри частиц уравнение теплообмена одиночной частицы имеет вид:

У'СГ У-сЦТУск = -(З-Б1- у'-с18 / 2ёт - а-Б'СГ1 - Тсл) - Б' -ЗЕ^Т1)4- (Тел)4

(3)

Макрохимизм горения углерода на поверхности частит определяется ее температурой. В расчетах принято, что при температур; ниже 1073К горение углерода идет практически до ССЬ (Р=1,0), а вьп 1473К до СО ((] =0,5). Для определения Р в пределах использовались экспериментальные зависимости Ъ\ и Ъг от температур Стсхиометрпческпн коэффициент можно выразить в зависимости от Ъ\! 2-

р = (гг,/г2-1)/2 (2,^2+1), (4)

Одновременно с изменением макрохимизма горения углеро, и (меняется и теплота сгорания кокса. Это учитывалось следующ зависимостью:

(} = 4520 (р-1)+ 7850 (2р-1), (5)

Для определения критериев Нуссельта и Шервуда использовали экспериментальные зависимости, полученные сотрудниками ИТМ Республики Беларусь:

Ни = 0,41 Аг0'3(6,/5)0'2 (р,/р)"0>07, (б)

Б!) = 0,11751>"3 Лгю%/8Г](рМ0-'5, (?)

Вязкость газа определяется по формуле:

v = 0,01732 Толаз:8+1 Зехр[-(Тся/600):], (S)

Для определения коэффициента диффузии п качесгпе определяющей температуры принята средняя между температурой иоверхпоеш 'горяшей частицы и температурой слоя:

D=00(T/T0),-7s, (9)

Решение всей системы уравнений позволяет определить время сгорания и промежуточные величины: температуру частит.!, степень выгорания, стехиометрический коэффициент, скорость горения и режимный критерий(11к):

RK= 1/(1 + ShD/Ko), (10)

Последний представляет собой отношение химической скорости горения углерода к полной скорости горения с учетом дпффу шп кислорода к поверхности частицы. Если RK < 0,1, то горение протекает п кинетическом режиме, в случае RK >0,9 - в диффузном, а при 0,1<RK<(),Q - в промежуточном. Зная режим горения, можно выбрать факюры, с помощью которых можно управлять процессом горения.

Расчет был выполнен для безчолыюи коксовой частит.! каменного угля с у =1020 кг/м3 с энергией активации Е=27500 ккал/кмоль и 30000 ккал/кмоль и бурого угля с у = 880 кг/м3 с Е=20000 ккал/кмоль и 25000 ккал/кмоль. Удельный вес частицы инертного материала yj =2300 кг'м\ При расчете варьировались: Т„ (1023К , 1123К и 1223К), Со: (5%, 10%, 15% и 20%), Е и 5j (1,5мм; 2,0мм; 2,5мм; 3,0мм). Определялись следующие величины: температура част шил, удельная и поверхностная скорости горения, режимный критерий горения и стехпометрнческпй коэффициент.

Сравнением наших расчетных результатов с экспериментальными данными, полученными Хакрабортн и сотрудниками ПТМО АН БССР, установлено, что предложенная математическая модель расчета дает близкие к реальным результаты и может бьиь использована для суждения о процессе горения угольной частицы и кипящем слое. На "Чрисунке 1 показана зависимость режимного критерия RK от температурт,I слоя, концентрации кислорода и энергии акшваипи угольных частиц. Как видно, степень влияния температуры слоя на режимный критерии весьма сильно зависит от реакционности угля. Для низкотемпературного угля (кривая 1) наблюдается резкий переход горения

из кинетической области в диффузионную при росте температуре ело при этом для высокорсакционных углей влияние температуры слс незначительно, они в исследованном температурном диапазоне горят диффузионной области. В целом видно, что горение коксовых части низкорсакнионных углей протекает в промежуточной области. Влияш концентрации кислорода на режим горения наиболее сильно сказывает« для нпзкореакцнонных углей. Па рисунке 1 точками 4,5,6 приведен значения RK для угольных частиц с Е=30 ООО ккал/кмоль при температу| слоя 1123К при концентрации кислорода 5%, 10%, 15% и 20%. Как видн Rk при этом изменяется от 0,17 до 0,92. Для высокореакционного угг изменение концентрации кислорода практически не сказывается на резки горения, так как в исследованном диапазоне изменения как Тсл, так и СС - процесс горения идет в диффузионной области. Эти данные объясняй: полученный в ряде экспериментальных работ по исследованию горени одиночных угольных частиц в кипящем слое при концентрации кислоро; 21% диффузионный режим горения для широкой гаммы углей, включе низкорсакционныс. Однако для реальной топки, где средняя концентраци кислорода в слое в соответствии с нашими опытами составляет (2-1.0% режим горения частиц будет определяться реакционными свойствам угля: нпзкореакционные угли горят в промежуточной области, высокореакционные в диффузионной.

В процессе выгорания, т.е. с уменьшением размера горяще частицы, ее температура и режимный критерий уменьшаются и наиболе существенно для нпзкореакцнонных углей.

При увеличении концентрации кислорода наблюдается прям пропорциональный рост температуры перегрева частицы. Так, увеличени С02 с 5% до 20% привело к росту ДТ для частицы с Е=30000 ккал/кмоль 67К до 540К, а для частицы с Е= 20000 ккал/кмоль - с 154К до 550К.

Расчетами показано, что при увеличении Тсл для низкореакционны частиц (Е=30000 ккал/кмоль и 27500 ккал/кмоль) происходит рост ДТ, дл высокорсакционных - падение. Полученная зависимость показывает, чт уменьшение Тсл менее 973К для нпзкореакцнонных углей (антращг электродный уголь) может привести к погасанию слоя, i Изменение температуры слоя наиболее сильно сказывается и поверхностной скорости горения нпзкореакцнонных угольных частш Так, с увеличением температуры слоя с 1023К до 1223К при С02 = 10° поверхностная скорость горения для частиц 5 = 4,5 мм и Е=3000 ккак/кмоль возрастает с 0,037x106 кг/с до 0,25х10'6 кг/с, т.е. более чем в раз, а для частиц с энергией активации, равной 27500 ккал/кмоль, 2500 ккал/кмоль и 20000 ккал/кмоль в 2.53; 1,17 и 1,05 раза, соответственш Следует отметить, что наиболее сильное влияние энергии активаци проявляется при низких температурах слоя. Так, при Тсл=1023]

уменьшение энергии активации с 30000 ккал/кмоль до 20000 ккал'кмоль для частицы с 5 =4,5 мм скорость горения увеличивается с 0,037х106 кр'с до 0,28x10'6 кг/с, т.е. в 7,брат, а при ТС1= 1223К - с 0,25x10"" ,гс до 0,295x10"6 кг/с, т.е. в 1,2 paja.

Расчетами показано, что для частиц, горящих в диффузионной области но мере выгорания поверхностная скорость горения возрастает. 1ак, например, для частицы с 11=30 000 ккал/кмоль при Тс, =1123К и С02 =20%, скорость горения по мере се выгорания, с 4,5 мм до 2,5 мм, возросла с 0,01 кг/м2-с до 0,017 кг/м2-с. Для частиц же, горящих в переходной ближе к кинетической или в кинетической, области но мере выгорания U уменьшается. Так для частицы с (1=30 000 ккал/кмоль при Тсл =1123К и СОг =10%, уменьшение 5 4,5 мм до 2,5 мм привело к падению U с 0,003 кг/м" с до 0,002 кг/м"-с

Расчет макрохимизма горения показал, что горение п основном иле г до СО.

Увеличение размера инертного материала с 1,5 мм до 3,0 'мм сопровождается прямо пропорциональным ростом удельной скорости горения и незначительным ростом температуры для высокореакцнонпых частиц (Е <2500 ккал/кмоль). Для низкореакнионных частиц (К=3<К)00 ккал/кмоль) увеличение 5¡ с 1,5 мм до 2,0 мм приводит к незначительному росту U. Дальнейшее увеличение 5, практически не сказывается на скорости горения. Температура горящей частицы с увеличением 6, с 1,5 мм до 3,0 мм постоянно уменьшается.

В третьей главе приводится описание экспериментальных установок и методика измерений.

Эксперименты по сжиганию и газификации углей проводились на стендовых и лабораторио-пилотных установках КС и 11.КС-

Стендовая установка кипящею слоя (КС) представляет собой собственно топку кипящего слоя и комплекс исиомот ате.нлшго оборудования. Тонка кипящего слоя с площадью поперечною сечения 1,2 м2 (размер в свету 1,4 м х 0,84 м) оборудована дутьевой решеткой колпачковото типа п боковыми водоохлаждаемыми панелями. Впу три камеры расположено 3 змеевика с диаметром труб 60 мм и поверхностью 5,34 м2. Высота кипящею слоя регулируется положением сливною порота в патрубке для слипа золы. Над камерой кипящею слоячраеноложена сепарационная камера с размерами в свету (1,4 х 1,14) м\ В верхней части сепарацнопион камеры установлен рекуператор для подогрева воздуха. Высота топки от решетки до рекуператора составляет 3,55 м.

Топка рассчитана па сжигание (0,2 - 0,35) кг/с экибастуíckoiо у гля. Расчетные температуры в камере сгорания находятся в дианатопе 973К -

12231ч. Дробленный уголь ыожет подаваться в слой нескольким способами: пневмотранспортом в нижнюю часть слоя (ПС пневмотранспортом в нижнюю часть слоя под распределители^] пластину (ПСК), концентрированно самотеком по трубе на поверхносз слоя (ГР), механическим забрасывателем на слон (3), пневмотранспорте на слой. Боковые стенки тонки оборудованы лючками для установк термопар, газоотборных и пылеотборных зондов.

Основным элементом лабораторной установки КС являете верти кат ьная топочная камера, выложенная огнеупорным кирпичом имеющая внутреннее поперечное сечение (0,26 х 0,15) м2. Над топко расположена ссиарацнонная камера с размерами в свету (0,26 х 0,21) м2 высотой 1.5 м. Снаружи стенки камеры выполнены в виде воде охлаждаемых панелей.

Стендовая установка ЦКС состоит из частей и узлов, присущих дл промышленных установок с ЦКС. Установка имеет следующи технические характеристики:

- расход топлива до 0,3 кг/с, что примерно соответствует теплово мощности до 3 МВт;

- высота топочной камеры - 8 м и состоит из восьми взаимозаменяемы: секций;

- сечепнс топочной камеры - (0,49x0.49) м2, в нижней части до высоты м;

- сечение топочной камеры - (0.7 х.0.7) м2 выше этой отметки. Нижняя часть топочной камеры до высоты 4-х метров от решетк: футерована огнеупорным кирпичом. Верхние 4 секции могут быть такж футерованы, но могут быть заменены на не футерованные водоохлаждаемые секции, также возможны различные комбинации вплот до полной (на высоту 8 м) установки футерованных секций.

- Воздухораспределительная решетка первичного воздуха колпачковоп типа;

- вторичный воздух подается через сопла в стенке топочной камерь перпендикулярно направлению движения дисперсного потока. Сопл; находятся на трех уровнях: 2020 мм, ЗОЮ мм и 4000 мм от колпачково! решетки. Первичный и вторичный воздух подогреваются ] рекуперативном воздухоподогревателе. Растопка производится ка1 растопочной камерой с подачей горячих газов по; воздухораспределительную решетку, так и растопочной горелкой расположенной на высоте 2,5 м над решеткой под углом к горизонту 50°.

Установка имеет псевдоожижающий затвор-теплообменник, пр! этом необходимое количество теплоты снимается из цикла змеевиковым! теплообменниками, расположенными в объеме затвора.

Вывод материала из цикла предусмотрен с воздухораспределительных решеток топочной камеры и затвора водоохлаждаемыми шнеками.

Пилотная установка ЦКС создана на базе лабораторной установки КС. Реконструкция установки заключалась в увеличении высоты топочной камеры до 3.25 м, установке циклона возврата, псевдосжижающего U-образного затвора. Тепловая мощность пилотной установки составляет 0,25 МВТ.

Исследование частичной воздушной газификации в КС проводилось на лабораторной установке КС, при этом водоохлаждаемые змеевики в объеме слоя были демонтированы.

Установка для исследования частичной газификации угля в режиме ЦКС представляет из себя реактор кипящего слоя, изготовленный из жаропрочной стали внутренним диаметром 150 мм и высотой 2500 мм. В нижней части реактора установлена воздухораспределительная решетка колпачкового типа с «живым» сечением 3,8%. По высоте реактор снабжен патрубками для установки термопар и зондов, а также для визуального наблюдения за процессом горения. Двухфазный поток из реактора поступает в технологический циклон. Выделившаяся твердая фаза поступает в псевдоожижающнн U-образнып затвор, и далее снова в реактор. Вывод материала из цикла возможен как из объема слоя в реакторе, так и из под слоя в затворе, а также из столба материала непосредственно под технологическим циклоном. Очищенные газы из технологического циклона подаются в дожпгательиую камеру сразу, либо через циклоп-осадитель. Дожигательиая камера представляет из себя вертикальную прямоугольную шахту, выложенную изнутри огнеупорным кирпичом с размерами в свету (380x380) мм2 и высотой 2500 мм. Снаружи дожигательиая камера заключена в газоплотный металлический кожух. В верхней части дожигательной камеры установлена крышка с горелкой, в которую вводятся газы из реактора и воздух для дожигания горючих веществ этого газа.

Измерения основных величин при исследования горения угля в кипящем слое проводились согласно общепринятой методике теплотехнических испытаний. Температура слоя измерялась хромель-ашомелевыми термопарами, отбор проб пыли н газа осуществлялся водоохлаждаемыми зондами, концентрация оксидов азота определялась фотоколориметрпческим методом Грнсса-Илосвая, дымовые газы анализировась с помощью переносного газоанализатора ГХП-3«М», кислородомера МН-5106 и хроматографа «Газохром 3101». Для измерения и непрерывной автоматической заппен концентрации оксидов серы

использовался гамьванокулононолярографическнй газоанализатор О прибор «Пнфралит-4» (Германия). Исследование интенсн£ отложений производилось неохлаждаемыми и охлаждаемыми воз зоилами, изготовленными из хромоникслевои стали IX18H9T.

Для измерения коэффициента теплоотдачи на обеих установка} в верхней части топочной камеры в специальных шту устанавливаются термозопд и калориметрические теплообме] пленочного типа, изготовленные их нержавеющей стали, одна из с которой омывается пссвдосжнжспным слоем.

Тепловые потоки и коэффициент теплоотдачи также измер торцевым зондом, конструкция которого напоминает термозонд си< ВТИ. Измерение тепловых потоков термозондом основано на м толстой стенки. Согласно этому методу о величине теплового потока но перепаду температуры по толщине тепловосприпимающей ст выполненной из материала с известной теплопроводностью.

В четвертой главе приведены результаты исследо распределения угля в кипящем слое при различных способах подачи эффективности его горения и поведения минеральной части топлива,

Для выявления способа подачп угля на его распределение в отбирались пробы газа и материала слоя по длине, ширине и высоте а также в надслоевом пространстве.

Изучено 4 способа подачи угля: пневмотранспортом под пневмотранспортом под слой под распределительную плас концентрированная подача по наклонной трубе на поверхность cj механическим забрасывателем на поверхность слоя при сжш экпбастузского угля двух фракционных составов: (0 - 6,8) мм и (О мм.

На рис. 2 представлено распределение концентрации кислоро, длине камеры. Установлено, что при сжигании угля размером (0 - К при подаче его под слой, основная масса угля выгорает на расстоянш - 0,5) м от фронтальной стснкп топки (рис.2, кривая 1). Подача это) угля под распределительную пластину увеличила дальнобой! топливной струи (рисунок 2, кривая 2). При подаче угля по трубе получено наиболее равномерное распределение угля по слою (рисун кривая 3). Сжигание угля размером (0 - 6,8) мм существенно улуч раздачу топлива при подаче его иод слой, но при этом наблюд ухудшение питания углем области ввода топлива (рисунок 2, крив; Увеличение скорости топливной струи увеличивает ее дальнобойное! приводит к еще худшему распределению топлива со стороны в Наилучшее распределение топлива наблюдается при его п< забрасывателем наслои (рисунок 2, заштрихованная область).

Основными потерями тепла при сжигании угля в низкотемпературном кипящем слое являются потери с мехнедожогом в уносе, которые зависят как от режимных факторов, так и от способа подачи угля в топку. Полученная зависимость от температуры слоя при постоянной форсировке слоя (температура слоя варьировалась изменением площади охлаждающих слон поверхностен) показывает, что в температурном диапазоне 1023К - 1193К влияние температуры слоя на мехнедожог с уносом при сжигании бурых углей (орловского и иижненлийского) незначительно - темп изменения я/" от температуры слоя составляет (0,03 - 0,04)%/К. Для экибастузского угля влияние температуры слоя более значительно - темп изменения ч./" составляет 0,1%/К. Увеличение избытка воздуха при сжигании бурых углей приводит к монотонному уменьшению ч^", для экибастузского угля минимальные значения цУ наблюдаются при а=1,3 - 1,4. Дальнейшее увеличение ведет к росту ч4у". Увеличение форспровки слоя приводит почти к прямо пропорциональному росту 9/".

Помимо режимных факторов на эффективность сжигания сильно влияет степень измельчения топлива и способ его подачн в топку. В таблице 1 приведены значения мехнедожога при сжигании экибастузского угля с различной степенью измельчения (Нюоо) при температуре слоя 1023К - 1133К и избытке воздуха 1,2-1,3.

Таблица 1.

1 2 3 4 5 6 7 8

СП пек ТР ПС ПС 3 3 3(Б)

1^1000. % 60 68 65 77 69 84 91

&[гах, ММ 6,8 10 6,8 10 6,8 6,8 6,8

Ар, % 51,6 56,5 52,4 44,5 56,3 52,4 45,2

чЛ% 27-29 24-27 21-23 16-18 29-32 17-18 14-15

При возрастании зольности (Ас) экибастузского угля с 34% до 75% q4У" уменьшается, что, видимо связано с меньшим истиранием и растрескиванием более зольного угля и уменьшением выноса из топки мелких несгоревшпх частиц. Это подтверждается увеличением доли сливаемой из слоя золы, что увеличивает потерн тепла с мехнедожогом в сливаемой золе и с физическим теплом этой золы.

Одним из возможных путей снижения q.^y" является сжигание дробленного угля без мелких фракции. При сжигании иижненлийского угля размером (6-40) мм мехнедожог находится в пределах (1-4)%. Однако при этом п слое накапливается крупная зола, которую надо выводить из слоя. При сжигания угля размером (0-25) мм заметного

накопления крупных частиц золы не происходит, но мехне увеличился до (7,5-8,1)%, т.е. и в этом случае мехнедожог относи высок.

Для достижения высоких показателен эффективности выгс подаваемого угля в топку, необходима организация улавливания ] из топки и обратная их рециркуляция на дожигание. Первые провед опыты показали, что рециркуляция уносов низкореакцис экибастузского угля в основную камеру кипящего слоя не обеспе1 требуемой эффективности сжигания.

Для выяснения условий выгорания частиц диаметром менее 1 именно такие размеры имеют частицы уноса, были пров теоретические расчеты режима их горения в надслоевом простра Расчеты показали, что для каменного угля с Е=30 ООО ккал/кмоль гс частиц диаметром от 300 мкм до 1 мм протекает в промежут области, а частиц меньше 300 мкм - в кинетической области. Ча бурого угля с Е=20 ООО ккал/кмоль диаметром от 400 мкм до 1 мм г диффузионной области, а частицы меньше 300 мкм - в промежут« Частицы кокса бурого угля воспламеняются значительно раньше коксовые частицы каменного. Поэтому, высокую степень выгс возврата бурых углей можно обеспечить за счет обычной рецирку уноса в низкотемпературный слои.

Кроме того, при прочих равных условиях, поверхностная скс горения частиц кокса бурых углей Uc, особенно его мелких ч; значительно выше, чем у частиц кокса UK. Это видно из рисунка дана зависимость отношения скорости горения этих углей, получеш формуле:

Ц /UK = [e3c,ü00/RT/ 56000 + о/ Sli-x D] / [e20000'RT/ 30000 + о/ Sh-x D],

Наибольшие различия поверхностной скорости го наблюдаются у мелких частиц. Так, для частиц ст=100мкм она у бурых углей в 17 раз выше, а для частиц с=400мкм - в 7 раз.

Так как мелкие частицы каменного угля горят в надел пространстве в кинетической области, то для улучшения их выгс необходимо увеличение температуры. Это подтверждается расч< результаты которых представлены на рисунке 3.

На рисунке дана зависимость отношения поверхностной скс горения при различных температурах надслоевого пространства скорости горения при температуре надслоевого пространстс (Т|=1173К) для одного и того же угля. Из рисунка видно, чт отношение зависит от диаметра частицы. При температуре Тг=1273 частицы о=100мкм скорость увеличивается в 10,7 раз, а для ча

а=400мкм - и2/и|=2,35. При возрастании температуры надслоевого пространства до Т2=1473К скорость горения для частицы с а=100мкм увеличивается в 10,7 раз, а для частицы о=400мкм - в 6,9 раз, т.е. увеличение температуры надслоевого пространства интенсифицирует выгорание мелких частиц.

Проведенные эксперименты подтвердили результаты теоретических расчетов. Было получено, что не температура слоя определяет эффективность выгорания уноса, а температура надслоевого пространства. Так, изменение температуры слоя с 1088К до 1223К при температуре надслоевого пространства 1253К-1223К не привело к снижению мехнедожога, но эта величина была значительно ниже, чем при Тсл =1373К и температура надслоевого пространства 1073К-1123К.

На рисунке 4 представлены экспериментальные данные, которые характеризуют степень выгорания частиц уноса, подаваемого на дожигание в специальную камеру дожигания, от его размера в слое (г|сс) и общую (т|Собш)- Как видно, увеличение размера частиц до размера 170 мкм приводит к уменьшению степени выгорания частиц в слое, в то же время степень выгорания их в надслоевом пространстве увеличивается. При этом температура слоя практически не влияет на степень их выгорания. Увеличение размера частиц более 200 мкм приводит к улучшению их выгорания в слое и тем сильнее, чем выше температура слоя, при этом степень выгорания над слоем уменьшается.

Приведенные данные подтверждают вывод о слабом влиянии повышения температуры слоя на дожигание уноса нпзкореакционных углей, т.к. частиц размером более 250 мкм, т.е. тех частиц, на выгорание которых влияет температура слоя, судя по фракционному составу, содержится не более 30%-35%. Таким образом, для обеспечения выгорания нпзкореакционных углей нужна специальная дожпгательная камера с температурой слоя н надслоевого пространства более 1373К. При этом для углей типа экибастузского, согласно экспериментальным данным, можно получить общий мехнедожог 6%-9%.

Для бурых углей (орловского, нижнеилийского) всего лишь однократная циркуляция уноса в кипящий слон с Тсл =1073К-1173К при КПД золоулавливания 90% обеспечивает суммарное значение q.l>1, =(2,0-1,4)%. В промышленном котле можно ожидать меньших величин мехнедожога.

Сжигание нижненлинскюс углей показало, что на интенсивность золовых отложений влияет местоположение зонда, температура слоя, высота слоя, температура омывающих зонд газов, содержание Иа20 в золе. Максимальная скорость золовых отложений наблюдается на высоте (0.50.6) м от поверхности слоя. Увеличение температуры слоя с 1053К до 1323К приводит к увеличению g для неохлаждаемого зонда с

0,55 х 10 6 кг/(м2с) до 7,22 х 10'6 кг/(м2с), т.е. и 13 раз, а для охлаждг (1Л= 873К-1003К)с 0,55 х Ю'бкг/(м2с) до 1,94 х 10"6 кг/(м2с) - в 3,: Резкое увеличение интенсивности роста золовых отложений наблю, при температуре газов свыше 973К. Увеличение содержания Ыа20 в 2.9% до 7,1% сопровождается прямо пропорциональным ростом 0,69хШ'6 кг/(м2с) до 2,77x10"6 кг/(м2с). Исследования показал1 ннжнеилнйскии уголь с содержанием №20 в золе до 7,1% можно сн в котле с низкотемпературной топкой кипящего слоя.

В пятой главе приведены результаты исследования тоно процесса при сжигании 9 типов углей (экибастузского, подмоско! донецкого АШ, тугнуйского, шубаркульского, березовского, юбилет приозерного, карагандинского) в циркулирующем кипящем взвесенесущен способности газового потока и кратности циркуляц режимных факторов, теплообмена двухфазного потока с поверхно! нагрева в топке ЦКС, динамические и переходные режимы в Ц электрические и физико-химические свойства твердой фазы разли потоков ЦКС.

Получены данные по содержанию углерода в ело! циркулирующем материале и механическому недожогу в зависимое режимных факторов для ряда исследованных углей.

Исследование фракционного состава твердой фазы, циркулиру1 по контуру топка - циклон - затвор - тонка показывает, что увеличении массы циркулирующего материала увеличив максимальный размер частиц. При этом, размеры максимальных час 2-3 раза превышают размеры соответствующие скоростям вит Предположительно, это объясняется тем, что с ростом ра< циркулирующей золы растут силы взаимодействия крупных част потоком мелких золовых частиц.

Исследование влияния режимных факторов на удельную плот! циркулирующего материала - в,,«. (кг/(м2ч) и кратность циркул К„3 проводились на пилотной установке ЦКС, дооборудова специальным водоохлаждасмым шибером, установленным м циклоном и затвором, позволяющим изменять направление не циркулирующего материала либо в затвор, либо в измерительную емк Исследования показывают, что увеличение скорости газа в нижней 1 топки (в стационарном К1шпще.м слое) приводит к резкому росту в, Кц3 (рисунок 5). Так, если при скорости №„=3,8 м/с - Оцуд= 2000 кг то увеличение скорости газа в нижней части топки до 5,8 м/с прнв< росту удельной плотности циркулирующего материала до 6700 кг соответственно, кратность циркуляции увеличилась с 17,5 до 67. При: зависимость от скорости газа носит практически квадрати1

зависимость (рис.5). Увеличение расхода топлива в слон, а, следовательно, и увеличение подачи золы в топку приводит к росту G„>3 . При этом, из условия постоянства скоростей газового потока при изменении расхода топлива, зависимость 0„?л от Пг должно быть прямо пропорциональном, а К,,5 - должна быть оставаться постоянной. В нашем случае скорость изменения Сиул больше, чем темп изменения расхода топлива. Так, увеличение В, в 1,4 раза приводит к рос iy 0„>л в 1.6 раза. Причина этого заключается в том, что рост обшей массы циркулирующего материала при увеличении расхода в топку золы угля приводит к захвату и выносу из слоя частиц, не подверженных ранее выносу при тех же самых скоростях (рисунок 6).

Измерения коэффициента теплоотдачи от циркулирующею слоя к поверхностям нагрева показывает, что эта величина изменяется от 150 до 210 Вт/м2оС при изменении температуры слоя с 1033К до 1113K. При этом, предварительные опыты показывают, что коэффициент теплообмена зависит также и от форсировки слоя, от концентрации твердой фазы в надслоевом пространстве и от фракционного состава циркулирующею материала. Из этих опытов также получено, что фракционный состав материала является функцией скорости газового потока. Можно предположить, что коэффициент теплоотдачи также зависит от взаимного влияния этих факторов. Поэтому, для исследования теплообмена в ИКС был применен метод математического планирования эксперимента. Теплообмен исследовался при сжигании карагандинского угля. Ныл проведен полный факторный эксперимент но типу N=23. За базовый уровень приняты следующие значения изменяемых параметров: температура слоя ТСЛ=1123К, концентрация твердой фазы рТф = 10 кг/м3, скорость газового потока Ug = 7 м/с. Шаг варьирования выбран следующий: по температуре - 50К, по концентрации твердой фазы - 6 кг/м3, скорость газового потока -3м/с. Соответственно, безразмерные параметры можно представим, в следующем виде:

- безразмерная температу ра Z| = (Тс„ - 1 123)/50 ,

- безразмерная скорость Z2 = (Ug-7)/3,

- безразмерная концентрация Z3 = (р, ф -10)/6.

Была составлена матрица планирования эксперимента.

По результатам экспериментов при помощи ретрессиопною анализа была построена математическая модель изменения коэффициента теплоотдачи от температуры слоя, концентрации твердой фазы и скорости газов.

Уравнение peipeccini имеет вид: Ь= 140,3+ 14,5Z, + 1,IZ2 + 20Zj + 0,5Z|Z2- 1,3Z2Z3 + 2,5Z,Z3+ 1,3Z,Z:Z3.

Анализ полученного уравнения показывает, что наименьшее влияние на коэффициент теплообмена оказывает скорость газового потока, а наибольшее - концентрация твердой фазы. Слияние температуры слоя несколько ниже, чем концентрация твердой фазы, но гораздо выше, чем скорость газового потока. При этом, рост коэффициента теплоотдачи с увеличением температуры слоя свидетельствует о росте лучистой составляющей.

В тестой главе приводятся результаты исследований образования оксидов азота (влияние режимных и конструктивных факторов, степени метаморфизма угля, содержания азота в топливе) при сжигании угля в стационарном и циркулирующем кипящем слое.

Стационарный кипящий слой. Зависимость концентрации N02 от избытка воздуха носит экстремальный характер, максимум N0* наблюдается при а= 1,2 - 1,25. С ростом температуры слоя концентрация N0^ увеличивается. В частности, увеличение Тсл с 1073К до 1223К для экибастузского угля с содержанием азота в топливе 1,56% и 1,28% приводит к росту концентрации N0* с 800 мг/нм3 до 920 мг/нм3 и с 650 мг/нм3 до 880 мг/нм3, соответственно. Для орловского и нижнеилийского угля увеличение Тсл с 1023К до 1173К сопровождается ростом концентрации N0* с 150 мг/нм3 до 350 мг/нм3 и с 230 мг/нм3 до 280 мг/нм3, соответственно. На рисунке 7 приведена зависимость степени конверсии азота топлива в N0, от температуры слоя. Для экибастузского, орловского и нижнеилийского углей увеличение температуры слоя приводит к росту конверсии азота топлива в N0*, причем у углей с большим содержанием Ы1 степень перехода азота топлива меньше (кривая 1 и 2). Степень перехода азота топлива в 1Ч0Х для низкореакционного экибастузского угля более чем в 2 раза превышает орловского и ннжнеилийских углей.

Увеличение содержания азота топлива экибастузского угля ведет к возрастанию эмиссии МОх. Следует отметить, что при сжигании угля размером (0 -7) мм эмиссия Ы0Х на 12%-15% выше, чем при сжигании углей с размером частиц (1,6 - 7) мм.

Исследования влияния способа подачи угля на эмиссию N0* показали, чю при подаче топлива забрасывателем на слой наблюдается уменьшение эмиссии N0* на 40%-50%.

Одним из способов снижения эмиссии N0* в кипящем слое является двухступенчатое сжигание, которое может быть осуществлено подачей части воздуха над слоем. Опыты показали, что при одинаковых значениях температуры слоя и избытка воздуха за топкой наиболее сильное влияние на эмиссию 1ЧОх оказывает уровень избытка воздуха в кипящем слое с^. Уменьшение а| при постоянстве а ведет к уменьшению выбросов N0*.

Так, при сжигании ннжнеплиискою угля с а =1,23, ТС1= 1I43K-II73K при at=0,66 концентрация N0, составила ПО мг/нм1. При а^0.73 концентрация NO* = 200 мг/им3, в то время как при одноступенчатом режиме при а =1,25 NOx = 275 мг/нм3. Уменьшение температуры слоя при двухступенчатом сжигании, при прочих равных условиях, ведет к снижению эмиссии N0,.

Циркулирующий кипящий слой с организованным двухступенчатым сжиганием, как нельзя лучше подходит для ортанп танин сжигания твердого топлива с минимально возможной эмиссией оксидов атота. Другим немаловажным фактором технологии ЦКС, влияющим на снижение эмиссии оксидов азота, является наличие циркуляции коксового остатка, заполняющего все топочного пространство и представляющего собой хороший восстановитель:

N0 + С -> N2 + CO (12)

Как и при стационарном КС, увеличение температуры слоя в ЦКС также ведет к прямо пропорциональному росту эмиссии NOx. Гак, для экибастузского угля рост температуры слоя с 1023К до 1193К привел к почти двухкратному увеличению концентрации NO„ - со 160 мг/нм' до 350 мг/нм3. Г1рн рабочих оптимальных температурах слоя 1123К-1143К концентрация оксидов азота без подачи известняка находится в пределах для: экибастузского угля - 250-280 мг/нм3; карагандинскою - 150-200 мг/нм3; приозерного - 240-270 мг/нм3; шубаркульского - 300-320 мг/нм"'; подмосковного малосерштстото - 180-200 мг/нм1; тутну йското - 1S0-220 мг/нм3; юбилейного -170-190 мг/нм3; березоиского - 220-270 мг/нм3. При этом надо отметить, что при перехоле к крупномасштабным промышленным котлам можно ожидать более низкие значения NOx за счет большего времени пребывания в реакционном топочном пространстве как за счет реакции (12), так и за счет взаимодействия N0 и CU по реакции: 2NO + 2СО —> N2+2C02. (13)

Это предположение подтверждается рисунком 8, где представлено изменение концентрации NOx но высоте тонки.

Подача известняка в топку для связывания диоксида серы приводит к росту эмиссии NOx. Так, для экибастузского угля подача известняка в слой при стехнометрнчсском отношении Ca/S = 3,45 с учетом сорбентов золы самого угля (Ca/S = 1,02), во всем исследованном температурном диапазоне, эмиссия NOx возросла в среднем на (50-150) мг/нм3, причем эта разница с повышением температуры слоя увеличивается. Такая картина наблюдается для всех исследованных углей. При этом увеличение эмиссии NOx зависит как от температуры слоя, так н от количества (отношения Ca/S), подаваемою в топку известняка. IIa рисунке 9 в качестве примера представлена зависимость эмиссии NOx от сте.хиомстрпчсскою отношения Ca/S при сжигании экибастузского и донецкого АШ. По-видимому,

причина воздействия известняка на рост эмиссии NOx - в каталитическом воздействии СаО на реакцию окисления азотсодержащих соединений топлива, в том числе и при недостатке кислорода.

Зависимость эмиссии NOx от избьпка воздуха классическая, т.е. с увеличением а концентрация оксидов азота возрастает.

Уменьшение доли первичного воздуха ведет к уменьшению эмиссии оксидов азота.

Увеличение скорости газа в топочной камере (т.е. форсировки топки) приводит к росту эмиссии NO.v. Это связано с уменьшением времени пребывания газов в топке, в результате чего уменьшается время на протекание реакций 12,13.

На рисунке 10 представлена зависимость эмиссии оксидов азота от выхода летучих на рабочую массу. При этом, в этих опытах сжигались угли с примерно одинаковым содержанием азота в топливе и реакционной способное 1ыо. Как видно из рисунки, рост содержания летучих в топливе приводит к увеличению эмиссии N0*.

Увеличение содержания азота в топливе ведет к росту эмиссии NOM а степень конверсии азота топлива в NOx при сжигании низкореакционного -каменного экибастузского угля выше, чем при сжигании высокореакциопного бурого подмосковного угля.

В седьмой главе освещены результаты исследований образования и подавления S02. Установлено, что оптимальная температура связывания диоксида серы известняком при сжигании орловского угля в КС находится в пределах ШЗК - 1133К. При увеличении соотношения Ca/S с 1,5 до 3 степень улавливания диоксидов серы возрастает с 40% до (60-65)%, при этом степень использования известняка надает с 27% до 22%. Зависимость i]so: от а при постоянной форсировке носит экстремальный характер. С увеличением а до 1,15 - 1,25 т^са растет, дальнейший рост а ведет к снижению T|so2- С ростом скорости фильтрации газа (форсировки слоя) liso: падает. Так, прп увеличении Юф el ,8 м/с до 3,2 м/с Г|5ог уменьшилась с 60% до 40%. При сжигании экибастузского угля без подачи известняка ilso: в зависимости от серосодержания и зольности угля достигает 60-80%, прп этом оптимальная температура находится в пределах 1043К-1093К. СтепеНь использования щелочных соединений, содержащихся в золе экибастузского угля, доходит до 50%. Подача известняка в слой при сжигании экибастузского угля увеличивает riso:. но одновременно уменьшается Оптимальное значение избытка воздуха для

улавливания S02 прп сжигании экибастузского угля находится в пределах 1,25-1,35. Увеличение избытка воздуха при постоянной скорости

фильтрации газа (qP = const) приводит к прямо пропорциональному росту т|so2 • Так, при а = 1,1 liso: = 40%, a при увеличении а до 1,47 т^о: = 70%.

Исследование сжигания углей в ИКС показало, что при рабочей температуре слоя 1123К-1 143К эмиссия диоксида серы, а также степень связывания SÜ2 (4íto) активными сорбстпами золы, без добавки известняка в слон составляет, соответственно, для: экпбастузского угля (1000-1100) мг/нм3 и (40-35)%; березовското - (250-300) мг/нм3 и (85-80)%; юбилейного - (200-250) мг/нм3 и (78-75)%; карагандинского -(400-450) мг/нм3 и (91-88)%; шубаркульского - 830 мг/нм' и 34%; тугнуйского - 1450 мг/нм3 и 16%.

Столь большой диапазон концентраций на выходе из тонки является следствием в различии содержания серы в топливе, а также активных сорбентов золы (Ca, Mg, Na, К), способных связывать диоксиды серы в топочном объеме. При этом, для достижения санитарных норм по выбросам S02 не требуется подача известняка в топку, для таких углей как березовскин, юбилейный, нижнеилийский и карагандинский.

Как показывают опыты, оптимальная температура слоя. т.е. температура, при которой происходит максимальное связывание диоксида серы при дссульфурации толька активными сорбентами золы меньше, чем при подаче известняка. Так, для экибастузскою угля без подачи известняка оптимальная температура слоя наблюдается п диапазоне 1093К-1103К. Подача известняка в слой приводит, естественно, к росту 4so2 и одновременно к увеличению Tc„0,rr до 1133К-1143 К.

Сжигание однотипных углей, но с различным содержанием серы в топливе показывает, что при одинаковых значениях Ca'S, степень улавливания диоксида серы - liso: выше для углей, содержащих большее количество серы. Так, при сжигании малоссрннстого и высокосернисого подмосковного угля при Ca/S = 3,2 - г|$02 для высокосернпсюго угля несколько выше.

Зависимость 1^02 от избытка воздуха при сжигании в ИКС аналогична зависимости i]so3 от а при сжигании в стационарном кипящем слое. Увеличение форспровки слоя (скорости газа в топке) приводит к уменьшению T]so2- Следует отмстить, что теми уменьшения i]si); с увеличением скорости газа при подаче известняка выше, чем при использовании в качестве сорбента щелочных компонентов золы.Так, при сжигании экибастузскогб угля с подачей известняка (Ca/S =3,45) увеличение скорости таза с 3,0 м/с до 4,5 м/с привело к снижению 1]яг,: с 95% до 90%, т.е. на 5%. В то же время при сжигании этог о же угля, но без подачи известняка - (3-4)%. Аналогичные зависимости получены и для других углей.

Увеличение высоты стационарного слоя приводит к росту эффективности связывания диоксида серы как активными сорбентами самой золы, так и при использовании в качестве сорбента подаваемого в топку известняка. Так, при сжигании экибастузского угля без подачн известняка увеличение высоты слоя с 260 мм до 500 мм в стационарном слое привели к росту T)So2 с 38% до 42%. При сжигании с известняком (Ca/S =3,45) такое изменение высоты слоя приводит к росту T|so: на (10-11)% (81 %-92%).

Увеличение кратности циркуляции, т.е. рост концентрации твердой фазы в топке приводит к росту tis02.

Увеличение Ca/S приводит к росту t(Sq2, при этом интенсивный рост наблюдается до увеличения Ca/S приблизительно до 2-2,5. Дальнейшее увеличение Ca/S уже не так сильно сказывается на r)so2 (рисунок 11). Так, для экибастузского угля при Ca/S = 1,02 (без подачи известняка) - T|so2 = 43%, при добавке известняка до Ca/S = 2,1 - T|so2 возросла до 73%, у величение значения величины Ca'S более, чем 1,5 раза привело к росту Ca/'S всего на 18% (с 73% до 91%). Трехкратное увеличение Ca/S (с2,1 до 5,9) привело к росту T|So2 с 73% до 96,5%, т.е. всего на 24%.

Исследования показали, что наиболее высокое значение использования активного сорбента (СаО) т)Сао наблюдается у золы угля. Подача известняка в топку приводит к росту ц5о:>, по при этом снижается общее значение licao-

Увеличение зольности угля приводит к снижению т]сао (рисунок 12). Данное явдение можно объяснить меньшей разработкой пор при повышении зольности, т.к. доля ьыгораемых компонентов уменьшается. При этом доступная поверхность активного сорбента для диффундирующего на нее диоксида серы уменьшается. Также с увеличением зольности угля наблюдается упрочнение зольного остатка угольной частицы. Поэтому она менее подвержена разрушению в процессе се горения, и, следовательно, большая часть активных сорбентов золы находится внутри составляющих зольного остатка. В этом случае доступ к ним образовавшегося при горении S02 резко ухудшается, что вызывает у велнченне доли сорбента, не прореагировавшего с диоксидом серы.

Подробное исследование связывание диоксида серы активными сорбентами золы высокозольного перемятого угля (типа экибастузского) позволило предложить механизм их взаимодействия. Данный механизм позднее был подтвержден специальными экспериментальными работами 1П МО Республики Беларусь.

Исследование поведения сернистых соединений (органической, сульфатной и колчеданной серы) проводились при сжигании экибастузского угля без подачи известняка при температурах слоя 1028К,

1073К, ШЗК, 1158К и 1193К. Отобранные при этих температурах слоя уголь подвергается анализу на содержание S06m, S^, Sopr и S,D14. Исследования показывают, что с увеличением температуры слоя абсолютное содержание сернистых соединении и S06m убывает, но при этом происходит значительное перераспределение сернистых соединений по сравнению с исходным углем.

Так, при температуре слоя 1028К в твердой фазе уноса осталось всего 23% органической серы, содержавшейся в исходном угле. С увеличением Тсл до 1193К эта величина составила всего 10%, т.е. 90% органической серы перешло в газовую фазу. Несколько хуже выгорает колчеданная сера. При Тсл = 1193К в газовую фазу ее переходит всего 50%. Совсем другая картина наблюдается для сульфатной серы. Наблюдается увеличение ее абсолютного количества. При Тсл = 1028К сульфатной серы в уносе содержится более, чем в три раза больше (320%), чем в угле. При росте ТС1 = 1193К ее содержится в 1,6 раза больше, чем в угле.

В восьмой главе приведены результаты исследования технологий газификации твердого топлива в стационарном и циркулирующем кипящем слое.

Применение предтопков кипящего слоя в качестве первой ступени сжигания и с последующим сжиганием частично газифицированного топлива в пылеугольном котле также связано с проблемами сжигания низкосортных углей, а также с проблемами уменьшения выбросов из котла оксидов азота и серы.

Для отработки технологии и разработки предложений были проведены исследования по газификации углей в установках со стационарным и циркулирующим кипящим слоем. В опытах отрабатывались методы разогрева слоя, останова газификаторов в «горячий» резерв, а также полный останов, пуск из «горячего» резерва. Получены данные по влиянию режимных факторов на топочный процесс, по регулированию топочного процесса газификатора. Показана возможность глубокого регулирования нагрузки газификатора без потери его устойчивой работы.

Измерение концентрации оксидов азота и серы при дожигании продуктов газификации в специально созданном устройстве показывает, что концентрации Ы0Х на выходе из дожигателя с увеличением избытка воздуха и температуры слоя в газификаторе уменьшается. Надо отметить, что концентрация N0X в 2-3 раза меньше, чем при пылеугольном сжигании.

Для связывания диоксида серы в газификатор ЦКС подавался известняк размером (0-1) мм, при стехиометрическом соотношении Ca/S =

2,1. При этом, концентрация Б02 на выходе из дожигателя возрастает с ростом температуры слоя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, исследование показало перспективность применения технологии кипящего слоя для сжигания низкосортных углей.

11а стендовых установках КС и ЦКС, на которых достаточно точно воспроизводится реальный процесс, было подробно исследовано влияние большой группы режимных и конструктивных факторов на топочный процесс, на эмиссию оксидов азота н серы, шлакование поверхностей нагрева и другое.

Исследованы пять вариантов подачи топлива в топку со стационарным кипятим слоем, различные схемы возврата уноса на дожигание и даны рекомендации по их применению и выбору.

На установках с циркулирующим кипящим слоем исследован теплообмен двухфазного потока с внутритопочными поверхностями нагрева, гидродинамика и взвесенесущая способность газового потока ЦКС и влияние режимных факторов на их величины.

Получены данные по переходным и динамическим процессам, по электро- и физико-химическим свойствам золошлаковых материалов.

В результате проведенного численного расчета горения угольных частиц получены зависимости скорости горения, режимного критерия, стехиометрпчсского коэффициента, температуры горящей частицы от температуры слоя, концентрации кислорода, энергии активации, размера горящей и инертной частицы.

В целом, проведенная работа позволяет сделать следующие выводы:

1. Показана универсальность тонки кипящего слоя относительно свойств сжигаемых углей. Получены приемлемые технико-экономические показатели при сжигании: экпбастузскп.х углей - обычной, повышенной и сверхвысокой зольности, включая углистые породы; нижнеилппских «соленых» углей с содержанием К'а;0 в золе более 7%. При прочих равных условиях при сжигании каменных углей наблюдается более высокое значение потерь тепла с механической неполнотой сгорания, чем при сжигании бурых углей.

2. Для обеспечения высокой экономичности котла с топкой кипящего слоя при сжшашш высокорсакпионпых бурых углей достаточна простая

рециркуляция уловленного уноса в основную камеру, а при сжигании низкореакционных углей необходима дожигательная камера с повышенным температурным уровнем кипящего слоя и надслоевого пространства. Наилучшая равномерность наблюдается при верхней подаче топлива механическим забрасывателем, однако в этом сл>чае увеличивается мехнедожог с уносом, и при определенных скоростях фильтрации наблюдается расслоение слоя.

3. Увеличение скорости газа в нижней части топки и расхода топлива приводит к резкому (квадратичная зависимость) увеличению массы циркулирующего материала и, соответственно, кратности циркуляции, при этом рост циркулирующей массы приводит к увеличению максимального размера циркулирующих частиц при постоянной скорости газового потока. Получена формула по определению максимального размера циркулирующих частиц.

4. Коэффициент теплоотдачи от двухфазного потока к поверхности нагрева в топке ЦКС в зависимости от режимных факторов изменяется от 150 до 210 Вт/м2 оС, при этом коэффициент теплоотдачи практически не зависит от скорости газового потока, а зависит, в основном, от температуры и концентрации твердой фазы, циркулирующей в топочном объеме. Получена формула для расчета коэффициента теплоотдачи.

5. Выполнено комплексное исследование процесса десульфурнзашш продуктов сгорания в топках со стационарным и циркулирующим слоях. Установлено, что использование активных сорбентов золы составляет ~50%, и увеличение зольности сжигаемого топлива уменьшает эту величину. Получены данные по десульфуризующим свойствам золы сжигаемых углей. ,

Выявлены количественные зависимости степени связывания диоксида серы и ряда режимных и конструктивных параметров топки кипящего слоя (температуры слоя, типа угля, соотношения Ca/S и др).

6. Показано, что эмиссия оксидов азота в топках кипящего слоя заметно меньше ее значений, характерных для факельных топок. Конкретная величина снижения зависит от режимных и конструктивных параметров. В частности, при подаче свежего топлива на слой концентрация N0, более, чем в 1,5 раза ниже, чем при подаче под слой. Переход на циркулирующий слой снижает эмиссию оксидов азота в 2-3 раза относительно значений для стационарного слоя. Также уменьшает содержание оксидов азота удаление мелких фракций в топливе. Увеличение: содержания азота в топливе, выхода летучих, соотношения Ca/S, теплонапряженностп слоя приводит к росту эмиссии оксидов азота в ЦКС.

7. При средней концентрации кислорода в кипящем слое 10% п

ТС1 = 1123К горение высокореакиионных угольных частиц с энергией активации менее или равное 25000 ккал/кмоль идет в диффузионной, а частицы с Е более 25000 ккал/кмоль горят в промежуточной области. Горение угольных частиц идет, в основном, до СО, при этом температура горявтей частицы превышает температуру слоя на 50К-300К.

8. Показана техническая осуществимость и перспективность предварительной частичной воздушной газификации в предтопках-газификаторах со стационарным и циркулирующим кипящим слоем. Решены вопросы планового и аварийного останова, пуска из «холодного» и «горячего» состояния газификаторов, исследованы динамические и переходные процессы в газификаторе кипящего слоя. Исследованы динамические и переходные процессы в газификаторе кипящего слоя. Получены данные по степени газификации угля в зависимости от режимных и конструктивных факторов.

9. Полученные экспериментальные данные и разработанные рекомендации использованы в технорабочнх проектах промышленных котлов (10-15) т/ч и энергетических котлах паропроизводителыюстыо 420 т/ч со стационарным кипящим слоем, 160 т/ч и 500 т/ч с циркулирующим кипящим слоем для Кураховской ГРЭС (АШ), I кшомосковскои ГРЭС (подмосковный уголь), Павлодарской ТЭЦ-3, Омской ТЭЦ-6 (экибастузский уголь) и ряда других электростанций России и Казахстана.

Данные по исследованию частичной газификации и рекомендации использованы для проектирования и изготовления топки газификатора со стационарным кипятим слоем для котла БКЗ-210-140 Челябинской ТЭЦ, Кентауской ТЭ1 (-5 и I (КС на Карагандинской ТЭЦ-1.

ОБОЗНАЧЕНИЯ.

Ыг- содержание азота в горючей массе, %; с)/" - потери тепла с механическим недожогом; g - скорость роста золовых отложений, кг/.м2с; К-юоо - остаток на сите с размерами ячейки 1000 мкм,%; Иф -скорость фильрации газа, м/с; Тсл - температура слоя, К; а - избыток воздуха; Нкс - высота слоя, м; N0* и БОг - концентрация оксидов азота и серы, мг/нм3; т^оз - степень улавливания $02, %; Е - энергия активации, ккал'кмоль; Кк- - режимный критерий горения; АТ -температура перегрева горящей частицы,К; у, - удельный вес угольной и инертной частицы, кг/м3; 5, 5, - размер угольной и инертной част ицы.мм; и - удельная скорость горения, кг/м2с.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Сулейменов К.А. Сжигание низкосортного угля в низкотемпературном кипящем слое. Алматы, 1998,234 с.

2. Сулейменов К.А. Перспективы сжигания низкосортного топлива в топке с кипящим слоем. Аналитический обзор КазНИИНТИ, г.Алма-Ата, 1989г., 55 с.

3. Курмангалиев М.Р., Сулейменов К.А. Сжигание энергетических углей Казахстана. Алма-Ата, Наука, 1983, 208 с. 1

4. Осинцев В.В., Джундубаев А.К., Торопов Е В , Кузнецов Г.Ф., Сулейменов К.А. Энерго-экологические проблемы сжигания твердого топлива в котельных установках. Челябинск, 1995, 192 с.

5. Сулейменов К.А. Влияние сорта угля на образование оксидов азота в топке кипящего слоя. - В кн.: Теплотехнические исследования работы котлов на низкосортных углях. М., 1985, с.94-98.

6. Сулейменов К.А. Сжигание экибастузского угля различной зольности в стендовой камере кипящего слоя. - В кн.: Сжигание энергетических углей в топках котельных агрегатов. М., 1987, с. 154-157.

7. Сулейменов К.А. и др. Исследование частичной газификации карагандинского угля в циркулирующем кипящем слое. - В кн.: Проблемы газификации углей. Сборник докладов Всесоюзного симпозиума. Красноярск, 1991, с. 168-176.

8. Сулейменов К.А. Перспективы развития технологии кипящего слоя в топочной технике для сжигания углей Казахстана. - Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, 1994, №3, с. 49-54.

9. Сулейменов К.А. и др. Исследование влияния режимных факторов на эмиссию оксидов азота и серы при сжигании подмосковного угля в циркулирующем кипящем слое. - В кн.: Тезисы докладов II Всесоюзной конференции «Теплообмен в парогенераторах», Новосибирск, 1990, с. 7879.

10. Сулейменов К.А., Сагитаев Е.К., Муканов Б.К. Исследование влияния режимных факторов на эмиссию оксидов азота и серы при сжигании подмосковного угля в циркулирующем кипящем слое. Сибирский физико-технический журнал., Новосибирск, «Наука», Сибирское отделение, 1991, с. 84-86.

11. Сулейменов К.А. Перспективы развития технологии кипящего слоя в топочной технике для сжигания углей Казахстана. - Энергетические и топливные ресурсы Казахстана, 1994, №3, с. 49-54.

12. Курмангалиев М.Р., Сулейменов К.А. Экспериментальное исследование дожигания уносов экибастузского и орловского углей в

топке кипящего слоя. В кн. «Пылеугольные топочные и горелочньк у стройства (стендовые испытания). М., 1983, с. 51-53.

13. Курмангалпев М.Р., Сулейменов К.А., Бпменов Д.А. Расчет горенш одиночных частиц в кипящем слое. Физика горения п взрыва Новосибирск, 1983, №4, с. 72-75.

14. Курмангалпев М.Р., Сулейменов К.А., Мукаиов Б.К. Сжигание приозерного угля в стендовых установках с циркулирующим кипящим слоем. IX Всесоюзный симпозиум по горению и взрыву. Суздаль, 20-21 ноября 1989 г., Черноголовка, 1989.

15. Курмангалпев М.Р., Сулейменов К.А., Мукаиов Б.К. Исследование сжигания низкосортных углей в циркулирующем кипящем слое. Сборник трудов МЭИ. Экономика и экология теплоэнергетики., М., 1989, с. 23-31.

16. Курмангалпев М.Р., Сулейменов К.А., Нуркеев С.С. Исследование сжигания экибастузского угля в топке кипящего слоя и использование золошлаковых материалов. - В кн.: Высокотемпературные энерго-тсхнологическне процессы и аппараты. М., 1980, с. 22-28.

17. Курмангалпев М.Р., Сулейменов К.А. Сжигание соленых углей е низкотемпературном кипящем слое. В кн.: Прогрессивные процессы в промышленной теплоэнергетике. Свердловск, 1984, с.37-39.

1 S. Курмангалпев М.Р., Сулейменов К.А. Влияние способа ввода топлива на распределение его в слое. В кн.: Вопросы эффективного сжигания энерг етчсских углей. М.: 1984, с. 20-33.

19. Ку рмангалпев М.Р.. Сулейменов К.А. Режим дожигания уиосов в топке кипящего слоя. В кн.: Вопросы эффективного сжигания энергетических углей. М.: 1984, с. 33-39.

20. Shakaryan R.V., Kurmangaliyev M.R., Suleymcnov К.А. Effect of coal quality and fraction composition on firing conditions in circulating flnidzed bed boiler. Vol. 1, V IT Synip. - 1990, № 107, s. 227-245.

21. A.c. № 937879 (СССР). Способ сжигания топлива. Курмангалпев M.Р., Су лейменов К.А., Дахов А.Н., Фартыгнн A.A., Мацнев В.В., Штеннер И.II. - опубл. В Б.П., 1982, №23.

22. A.c. № 694453 (СССР). Способ получения раствора сульфата алюминия. Нуркеев С.С., Бурмистров C.B., Курмангалпев М.Р., Турсунбаев T.Ii., Сулейменов К.А. - опубл. в Б.П., 1979, №10.

23. A.c. №1355S32 (СССР). Способ сжигания соленых углей. Курмангалнеи М.Р., Сулейменов К.А. -

24. A.c. № 1368568. Способ работы топкп кипящею слоя. Сулейменов К.А., Курмангалпев М.Р. -

25. A.c. №1746128. Способ сжигания дробленного угля. Оспнцсв В.В., Ку знецов Г.Ф., Джундубасв А.К., Сулейменов К.А. -

26. A.c. № 1769793 A3 Топка с циркулирующим кипящим слоем. Сулейменов К.А., Мукаиов U.K., Сагигаев Е.К., Сайлаубеков П. Г. -

3:ш11спмисть рсжнпшоги кршерии горении от температуры слои 1

0.8 и.4 О

923 1023 1123 1273 1373

Ось абсцисс - температура слоя, ось ордмпаг- режимный критерии горения Кк . о =3,0 мм, 1.1- =3иии0к|;ал/кмоль, Сс02 =10%; 2-Е =25000 ккал/кмоль, Сс02 =10%; 3 -=21Ш00ккалУкмоль, Сс02 =10%; 4 - Е =30000 ккал/кмоль, Ссог =5%. Рисунок 1.

Распределение концентрации ни длине тонки.

16

8

и

200 400 600 800 1000

Ось абсцисс - длина тонки, мм; ось ординат - концентрация кислорода, %; I - иод слон (а„,зх= 10мм); 2 - иод пластину в слой (о„,1х=10мм); 3 - но трубе па слой (о1111х=| Омм); 4- подслой (аП1М=10мм); Рисунок 2.

3:1ш1снм0сп> отношении скорости горении бурого и каменного угли при ТГ=П73К (1) и скорости юренни уноса каменного угли при различны* температурах каислисииго пространства (2-().

12

8

4

О

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Ось аосинсс - размер угольной частицы, мм; ось ординат - отношение скорости горения 1 -Т| = 1173К, 2-Т2 = 1473К, 3-Т3 =1373К, 4 -Т., = 1273К. Рисунок 3.

Зависимость стснснн иыгорлппп уноса от размера частицы. 80

60

40

20

Ось абсцисс - размер угольном частицы, мм; ось ординат - степень иыгорання; 1,3 - в слое (чс.); 2,4 - общее (|)со6.и): 1.2 - Тсл = 12231С; 3,4 - Тс„ = 1323К. 1'псумок 4.

" 1

V ^ / \

л О- 1 О - ? * -з А-4

о сна 0,4 0,6 0,8

Плинппс ипшппслышю изменении скорости гаи а нижней чмеш тонки (\У„) на относительное изменение удельной нлошости циркулирующего материала (Сц'д) н 01 ниситслыюс изменение кратности цнркулицим (К,,'1).

4,0

3,0

2,0

1,0

1,0 1,2 1,4 1,6

Ось абсцисс - относительное изменение скорости газа; ось ординат - относительное изменение удельной плотности и кратности.

Рисунок 5.

Нлптшс расхода тошшаа на экиниалснтнын размер циркулирующего материала.

0,14

0,12

0.1

0,08

20 25 30 35 40

Ось абсцисс - расход топлива, кг/ч; ось ординат - экшнкшеппшн размер циркулирующею материала. Рисунок 6_

/

л

'о

*

с у

/

/

.¡;|111К'нмис1ь прицеленного зплчеппн степени конверсии :ии|л IиIIл1111:1 от температуры слон.

Ось абсцисс - температу ра слоя, °С; Ось ординат - степень конверсии анота тошиша, %; I - Эитлстуккни уголь, И' = 1,25%, Ар = 5,0.6%; 2 - тоже, N'=1,56%, Ар = Л;;.7%; 3 - ни/киешшмекпп утиль, И' = 0,К7%, 4 - орлоисюш уголь, М' = 84%.

1'псунок 7.

Пикт-пне кончай рации ОьСО н N0x40 иисотс точки ЦКС.

II воздух

Ось аОсциес - иысот ншкп, м; Ось ордина1 (лсиая) - концентрация О; и СО, %; Ось орднп.и (правая) - концентрация N0», мг/нм3. Рисунок 8.

Заипснмоаъ эмиссии оксниа азота ог стс.хпимсI(iii'iciricoi o соотношении Ca/S

5ÜÜ 4UD

300

200

0 1 2 3 4 5 6

Ось абсцисс - сотпошснне Ca/S; Ось ординат - концентрация NO,, мг/нм1; 1 - зкнбастузскии уголь, Тсл= 1123-1133К, а = 1,2-1,3; 2-донецкий АШ,Т„= 1113-1133К, а = 1,23-1,3. Рисунок 9.

3auiicuniucTii эмиссии окенцои азота от содержании летучих в toiijhiuc, N' = 0,55-0,65%. 1

30U

250

200

150

Ю 15 20 25 30 35 40

Ось абсцисс - содержание летучих и тонлиис, %; Ось ординат - конисшрашш, NOx, мг/им1. Рисунок 10.

/

/ о- 1 А-2

—-—

3:iiiiiciimuc Ii. с i cuculí cuiuuuiuuiu шшксшгл tcpi.i i)i ctcxiiuMCTpii'iccKoru ш ношении C:i/S с учет,m cupúciii uii золи c.ian ¡iumoio упш

100 1---[——J-ря

80 ---г^Г 1

D * U

A o-<

60 -—---•:]

a-4

х-?

40 -4—gJ--0-6

ti a-9

20 —в----

Л

0 _

0 12 3 4 5

0 0 L е X • *

D А Li Ц at 0-1 9-2 Л-J а-4 ц № а-9 £.-W

L

—В— Д

Ось nficuiicc - стсхиомстрнчсское отношение, Ca/S; oci ор.чншт - степень снязынашм диоксида ccpi.i. %; I -nojMocKoiiiibiii малоссрннстып; 2 -то же иысокоссриистыП; 3 -тупгуйскнй; •I -ик'ц.чсшшп; 5 -шубиркутскип; 6 -карлишдппскин; 7 -экпбастузскип; К -Cepciuiiciaiii; У -донецкий ЛШ; 10 -приозерскии уголь. Рисунок 11.

3:uiiiciimocti. степени нспользошшни СаО золы от зольности угля.

70 60 50.

40 30

10 20 30 40 50

•

.»0

о N. о

i V

Ось абсцисс - зольность угля Ар, ось орлинаi - степень использоиаиня СаО, %. 1'исушж 12.

бперкоиппк жылу энертетикасы "Туракты жене циркуляциялык; кзйнау кдбаты бар казандыкгарда теменп сортш кемфд! жагу жэне газдандыру технологиясын ез1рлеу"

I

05.14.04. мамандыгы бойынша техника гылымдарыныц докторы гылыми атагып ¡зденуге диссертацияньщ

К.ОРЫТЫНДЫСЫ

Теракты жэне циркуляциялык кдйнау кдбаты (Т жэне ЦКД) бар кдзандыктарда кем1рд1 жаккдн ксздеп кдзандык, процес1н техникалык, жэне сынактык, зерггеу нэтижелер1 берЫп огыр. Квм1р белшектершщ кайнау кдбатында жануынын математикалык, модел1 бершген. Жану жылдамдыгы, жанудьщ макрохимизмасы бойынша, жанып жаткдн балшектердщ температурасы, инертп жене ком|'р белшектершщ квлекй, отгеп кзбатыньщ температурасы мен концентрациясы бойынша деректер алынган.

Жану тшмдингше, азот пен куюрт оксидтер'ппц эмисеиясына, ей фазалык агыстын кызу кдбатымен жылу алмасуына, кдбат гндродинамнкасына жене тагы баскдларга режимшк жене конструктивах параметрлердщ (кдбат температурасы, ауаньщ артыктыгы, комфдтц тур!, квм!р болшектсрш'щ колеьп, Са/8-т1н стехиометриялык, кдтынасы жене кептеген баскалар) кец ауыстырылуы кез1нде алынган сынактык деректер келттрЬлген.

К^зандар мен газификаторларды Т жэне ЦКД-сымен кайта куру жене жасау жешнде усыныстар эз'фленген.

Алынган деректер енеркеЫппк жене энергетикалык, кдзандарды кайта куру кез1нде туракты жене циркуляциялык хабаты сагатына 160-500 тонна буы бар улкен куагты кдзандарды вз'флеуде пайдаланылган.

Summary

on thesis for the degree of Doctor technical science specializing

«Elaboration of burning technology and gasification of low quality coal in furnance with stationary and circulating fluidized bed».

The results on technical and experimental research of furnace process in burning coal in furnace with stationar and circulating lluidized bed have been presented. The mathematical model of burning coal particles in fluidized bed also been presented. Receiving data on velocity of burning , macrochemical burning, burning temperature particles, bum out time depends from the reaction of coal capacity, size of inert and coal particles , bed temperature and oxygen concentration. These experimental data which has been taken change and from constructive parameters (bed temperature, air abundance, coal type, size coal particle and others) to the effectiveness of burning , nitrogen and sulphur oxyd emission , thermal exchange of two- phase stream with heating surface .hydrodynamic bed etc.

The recomendations on boilers reconstruction and faundation and gasifications to CI:B (circulating lluidized bed) worked out.

Received data is used in industrial reconstruction and energetic boilers, used in exploit boilers with stationary and circulating bed with power 160-500 ton steam per hour.

in 05.14.04.

Industrial thermal power.