Перспективным направлением развития промышленной и коммунальной энергетики является внедрение высокоэффективных схем организации топочного процесса в форсированном низкотемпературном кипящем слое (ФКС). Данная технология обеспечивает стабильное горение в объёме слоя и в надслоевом пространстве. Она позволяет осуществлять сжигание практически любых топлив и горючих отходов при относительно низкой температуре (800-1000°С) без спекания слоя.
Для топок с классическим пузырьковым кипящим слоем характерны невысокие скорости ожижения и, соответственно, не очень высокие тепловые напряжения воздухораспределительной решётки (до 3 МВт/м2). Процессы осуществляются в объеме слоя. Горение над слоем из-за быстрого охлаждения дымовых га-зов быстро прекращается, поэтому всё дутьё должно подаваться под слой. Зона над слоем и топочные экраны используются с низкой эффективностью, избыточное тепло от слоя должно отводиться погруженными в него поверхностями нагрева. В результате топки с классическим слоем имеют большую площадь и громоздки. К тому же работа погруженных поверхностей сопровождается их интенсивным абразивным износом. Не смотря на низкий уровень температур слоя, даже кратковременное прекращение ожижения или локальное повышение температуры опасно из-за спекания частиц слоя. Это предопределяет узкий диапазон регулирования.
Основным отличием ФКС от других типов кипящего слоя является высокая (3-10 м/с) скорость ожижения — форсировка слоя. При этом низкий мехнедожог (менее 1,5-2,5%) обеспечивается благодаря расширению сечения топочного над-слоевого объёма к верху. Это способствует возврату крупных частиц в слой (ре-циркуляции) и уменьшению выноса мелких частиц. ФКС не имеет погружённых в слой поверхностей нагрева и связанных с этим проблем. Надёжная работа экранных труб в зоне динамического воздействия слоя обеспечивается применением эффективных средств защиты от абразивного износа.
Форсировка воздухораспределительной решётки даёт следующие преимущества:
-
- обеспечивает малые габариты решётки и реактора кипящего слоя и, следовательно, благоприятные условия для модернизации и реконструкции установленного оборудования, небольшую стоимость и малые расходы на ремонт;
- позволяет сжигать топливо более грубого дробления, по сравнению с классическим кипящим слоем. Фактически для бурых углей максимальный размер куска может достигать 30-50 мм;
- обеспечивает более надёжную работу слоя по условия залегания, а, следовательно, расширяет диапазон регулирования нагрузки.
Технология ФКС подразумевает работу слоя в режиме газификации топлива при фактических избытка воздуха α < 1,0. Величина избытка определяется калорийностью и видом топлива и может и составлять 0,3-0,7 (для бурых углей больше). Это позволяет ещё более уменьшить габариты реактора и снизить за-траты на подачу воздуха под решётку. Высвободившийся воздух увеличивает долю вторичного дутья, необходимого для дожигания уноса и продуктов газификации, до 70%, что позволяет организовать активное вихревого движения топочных газов, способствующее повышению эффективности сгорания топлива. Теплонапряжение воздухораспределительной решётки в расчёте на поданное топливо может достигать 10-15 МВт/м2.
Технология ФКС, по форсировке воздухораспределительной решётки близка к циркулирующему кипящему слою (ЦКС) и обладает следующими преимуществами:-
-
-
-
- возможностью встраивания котлов ФКС в типовые котельные ячейки;
- отсутствием шлакования поверхностей нагрева;
- хорошими показателями топок ФКС, по сравнению с механизированными слоевыми топками, по стоимости, сроку службы, надёжности и ремонтопригодности;
- отсутствием мельничного оборудования;
- возможностью сжигания широкого спектра топлив и горючих отходов;
- широкими возможностями по регулированию параметров работы котлов ФКС и высокой стабильность несения нагрузки, что позволяет использовать их совместно с паровыми турбинами;
- высокими экологическими показателями по выбросам оксидов серы и азота.
- использование свободного кипящего слоя (без погруженных в слой поверхностей нагрева) упрощает конструкцию, облегчает обслуживание и эксплуатацию топки, снимает проблему абразивного износа.
-
-
-
Особенно привлекательны варианты внедрения ФКС, связанные с реконструкцией котельных. Они позволяют сохранить и использовать большую часть установленного оборудования, значительно сократить капитальные затраты и, следовательно, являются доступными для большинства предприятий промэнергетики и коммунального хозяйства. При этом вложенные средства быстро окупаются, повышается рентабельность.
Технологии ФКС легко применимы для большинства конструкций котлов, выпускаемых Бийским, Дорогобужским, Белгородским и другими котельными заводами.
Обычно основанием для внедрения технологии ФКС, является:- новое строительство с обеспечением возможности работы на низкосортном угле;
- необходимость обеспечения надёжного тепло-энергоснабжения (например, путём замены топлива, расширения гаммы применяемых углей, использования местных низкосортных топлив или горючих отходов);
- необходимость снижения затрат на топливо путём его замены на более дешевое или путём повышения эффективности его сжигания;
- необходимость замены устаревшего изношенного оборудования;
- необходимость утилизации горючих отходов таких, как отходы углеобогащения, лесо- и деревопереработки, шлак слоевых котлов и т.п.
Технология ФКС наиболее адаптирована к топливам ухудшенного качества. Котлы данного типа являются высокоэкономичными установками, позволяющими при высоком КПД сжигать «трудные» для других котлов виды топлива и даже шлак из-под слоевых котлов. При этом они полностью удовлетворяют экологическим требованиям по выбросу вредных веществ в атмосферу.