Развитие теплоэнергетики сегодня происходит на фоне изменения топливно-энергетического баланса в пользу угольной составляющей. В связи с этим становится актуальным все более широкое использование чистых угольных технологий. Одной из таких технологий является способ сжигания горючих материалов в кипящем слое.

Применительно к углю способ позволяет эффективно и экологически безопасно сжигать угли различного качества, в том числе низкосортные.

От лабораторного масштаба - к промышленному
Причиной медленного внедрения этих методов в нашей стране, помимо вопросов параметров процесса и качества топлива, требующих лабораторной и пилотной проработки, можно считать также избыток дешевых нефти и газа и дефицит инвестиций в угольные технологии. Поэтому переход от лабораторного к промышленному масштабу установок кипящего слоя представлял определенный технический и экономический риск. В настоящее время, ввиду изменений в топливной конъюнктуре и повышения требований к выбросам с продуктами сгорания, интерес к данной проблеме повышается.

В данной статье представлен пример промышленной реализации технологии кипящего слоя. В качестве топлива используется водоугольная суспензия. Практика показала, что водоугольное топливо (ВУТ) обладает свойствами, хорошо согласующимися с требованиями технологии низкотемпературного кипящего слоя. В ГУП НПО «Гидротрубопровод» осуществлен комплекс работ по внедрению этой технологии. На предварительных этапах проведены стендовые испытания процессов приготовления и сжигания ВУТ в кипящем слое из углей различных месторождений, в том числе из пылеугольных отходов, а также обкатка этих процессов в зимних условиях в коммунальной отопительной котельной тепловой мощностью 200 кВт, включая автотранспорт ВУТ.


ВУТ в сушильной установке

Заключительным шагом явилась реализация отработанной технологии в промышленной сушильной установке на производстве коммерческого предприятия «Эривелт» в г. Воскресенске.

Установка включает в себя участок приготовления ВУТ из угольной пыли, поставляемой цементовозом, и кирпичную вертикальную печь с неохлаждаемой топкой кипящего слоя, проектная мощность которой составляет 2 МВт.

Участок приготовления представляет собой компактный малоэнергоемкий комплекс с диспергированием водоугольной суспензии, предварительно получаемой путем перемешивания в растворомешалке исходной угольной пыли с водой. Угольная пыль подается на участок шнековым питателем из силоса объемом 60 м3. Кондиционная ВУТ распределяется в аккумулирующие емкости, откуда по мере необходимости подается в расходный бак печи. Все емкости оснащены системами перемешивания ВУТ сжатым воздухом. ВУТ представляет собой легкотекучую жидкость с массовым содержанием угля не менее 60%, золы 12% и серы 0,3%. Проектная теплота сгорания ВУТ составляет -17 МДж/кг (4000 ккал/кг).

Топливо на поверхность слоя подается с помощью форсунки, позволяющей регулировать крупность его капель. На форсунку ВУТ поступает из расходного бака с помощью питателя, состоящего из винтового насоса и вариатора. Объем бака соответствует 12 часовому запасу топлива на участке сжигания.
Топка сечением 2,2 м оснащена двухсекционной колпачковой воздухораспределительной решеткой, разделенной на две секции, одна из которых пусковая. Верхний разогрев слоя осуществляется горелкой на дизельном топливе, расположенной в боковой стенке топки. В качестве инертного наполнителя слоя используется речной песок. Время выхода топки на режим горения ВУТ составляет 1 час.

Регулирование мощности топки осуществляется путем изменения подачи ВУТ и расхода воздуха под решетку. Более глубокое регулирование мощности достигается подключением дополнительной секции. Горение ВУТ в топке осуществляется с большими избытками воздуха.


Экологичность и конкурентоспособность

Продукты сгорания на выходе из печи разбавляются холодным воздухом до требуемой температуры, очищаются в рукавном фильтре и с помощью дымососа направляются на сушилку. Зола ВУТ благодаря высокой начальной дисперсности не накапливается в кипящем слое и улавливается в фильтре с эффективностью более 99%. Высота слоя в процессе работы печи изменяется вследствие истирания инертного материала, поэтому персонал периодически пополняет слой с расходом 20 кг/сутки при общей массе слоя ~ 400 кг.

Управление работой печи на ВУТ осуществляется в режиме контрольных функций персонала с сигнализацией выхода параметров процесса из рабочего диапазона и аварийными отключениями.

С ноября 2003 года установка работает в режиме промышленной эксплуатации, в течение которой сбоев в работе технологической схемы не отмечено. Расчеты показывают конкурентоспособность представленной угольной технологии как на территориях традиционного использования нефтяного топлива, так и в угледобывающих регионах. Накопленный опыт дает основания для дальнейшего продвижения технологии к потребителю тепловой энергии, в том числе в коммунальной сфере.