<<
>>

Глава 21. Опытно-промышленная установка для газификации угля в шлаковом расплаве мощностью 50 МВт

Первоначально, в конце 80-х годов, реализация технологии га­зификации угля в шлаковом расплаве с его использованием на ТЭС осуществлялась в рамках Государственной научно-технической про­граммы «Экологически чистая энергетика» и планировалась на Харь­ковской ГРЭС-2.

В качестве технологов и проектировщиков со сто­роны металлургов в работе участвовали институты «Гинцветмет» и «Гипроцветмет». Однако с распадом Советского Союза работы были прекращены С середины 90-х годов работы были возобновлены. В 1 996-1998 годах был разработан проект опытно-промышленной уста­новки (ОПУ) для «Экспериментальной ТЭС» (бывшая «Несветай» ГРЭС, г. Красный Сулин, Ростовская обл.) мощностью 50 МВт (170 тонн пара в час). Генпроектировщик - «Ростовтеплоэлектропроект», инсти­тут «Стальпроект» (Москва) разработал проект камеры-газификатора1, ТКЗ (Таганрог) - проект энергетического котла. В работе принимали участие НИИЭПЭ и НПО «Алгон». В проект по сравнению с проек­том для Харьковской ГРЭС-2, были внесены существенные изменения, направленные на повышение эффективности процесса Эти изменения обеспечили существенное (более, чем в 5 раз) снижение тепловых по-

' Ведущие конструктора к т н Чайкин Б С , Вереин В Г
терь установки. Была разработана новая конструкция котла, которая позволяет уменьшить пылевынос Предложена надежная система вы­пуска металла на разливочную машину, даже при незначительном количестве производимого металла. Создана система выпуска шлака, позволяющая получать из шлака гранулированный шлак и шлакоще- бень На этой установке предполагалось в качестве основного топли­ва использовать антрацитовый штыб (АШ) низкого качества.

Ход работы по созданию опытно-промышленной установки не­однократно обсуждался и положительно оценивался рядом ведущих научных организаций. Работа была одобрена на заседаниях НТС РАО «ЕЭС России» в сентябре 2000 и 2002 гг Положительное заключение о технологии и перспективах ее применения на действующих и вновь сооружаемых электростанциях дал о отделение ОФТТПЭ РАН. Экс­пертное заключение ФГУП ВУХИН (2007 г.) подтвердило целесоо­бразность проведения работ по созданию технологии газификации угля в шлаковом расплаве.

Учитывая опытно-промышленный характер установки, были раз­работаны технические решения, обеспечивающие гарантированную работу котла, независимо от камеры-газификатора. Для этого были сконструированы специальные водоохлаждаемые конструкции, кото­рые могли вводиться в котел, отделяя газификатор от него и обеспечи­вая і ерметичность котла В этом случае котел полностью переводился на работу на резервном топливе - газе. То есть, неизбежные в период освоения новой техники технические проблемы, не сказывались на работе энергетического оборудования.

Значительное снижение тепловых потерь через водоохлаждаемые элементы обеспечили оригинальной схемой соединения котла с гази­фикатором Сама камера-газификатор представляла собой футерован­ную емкость с расположенным над ней двумя рядами водоохлаждае­мых элементов и продувочными фурмами. На них жестко крепится радиационный экономайзер котла. Выше экономайзера находился песчаный затвор, обеспечивающий возможность перемещения котла при его нагреве Радиационная часть котла располагалась непосред­ственно над экономайзером.

Металлургическая часть ОПУ включает в себя непосредствен­но реактор-газификатор, установки для грануляции шлака, печь- копильник и разливочную машину для металла.

Заполненный расплавом реактор в рабочем состоянии представ­ляет собой гидравлическую систему из трех сообщающихся через перетоки емкостей, рабочее пространство, сифон для выпуска шлака и сифон для выпуска металла.

На рис. 21 1 приведена гидравлическая схема реактора. Уровень металла и шлака в рабочем пространстве и в сифонах определяются плотностями расплавов и уровнями отверстий для выпуска металла

и гттпяь-я іл ппа^яни гпптыптттршлрл/г*


мого шлака. Плотность расплавленного металла составляет около 7,0 г/см3, плотность жидкого шлака - 2,65 г/см3, плотность барботи­руемого шлака около 1,3 г/см3.

Как видно из приведенной схемы, уровень расплава в реакторе (высота слоя барботируемого шлака) определяется, в конечном счете, высотой выпускного отверстия шлака.

Выпуск жидких продуктов их реактора может осуществляться не­прерывно или периодически. При газификации угля целесообразно производить выпуск шлака непрерывно, а выпуск металла, из-за его небольшого количества, периодически

Для предотвращения попадания шлакового расплава в металличе­ский сифон нельзя снижать уровень металла в реакторе ниже высо­ты металлического перетока. Это обеспечивается соответствующим уровнем выпускного отверстия для металла в сифоне.

Для того, чтобы шлак мог поступать из рабочего пространства в шлаковый сифон, слой металла на подине не должен перекрывать шлаковый переток.

Исходя из этого и выбирается периодичность выпуска металла.

Для полного выпуска расплава в сифонах предусмотрены летки, расположенные на различном уровне от подины.

На опытно-промышленной установке в качестве топлива для разо­грева футеровки реактора перед пуском, а также для обогрева сифо­нов и желобов во время работы используется природный газ.

Для барботажа шлакового расплава и газификации угля использу­ется кислород с содержанием 02 95 %.

Сжигание произведенного газа в котле осуществляется вентиля­торным воздухом.



Основными конструктивными элементами камеры-газификатора являются.

- каркас;

- рабочее пространство;

- сифон шлака;

- сифон металла;

- желоба для выпуска шлака и металла;

- фурмы;

- горелки;

- охлаждаемые элементы

Рабочее пространство включает в себя футерованную ванну для размещения продуктов газификации и активную зону с фурмами, в которой происходит барботаж шлакового расплава и газификация угля.

На рис. 21.2 показана футеровка реактора.

Конструкция фурмы показана на рис. 21.3. Фурма состоит из мед­ной водоохлаждаемой головки, устанавливаемой в отверстие в кессо­не, и стального корпуса. Фурма снабжена шаровым и летниковыми клапанами для предотвращения выбивания кислорода при обслужива­нии фурмы, а также набором съемных дополнительных приборов: для визуального контроля («гляделки»), закрытия сопла при прекращении подачи дутья (стопор) и подачи природного газа (газовая трубка).

Внешний вид фурмы с установленной газовой трубкой показан на

рис. 21.4.

Основные параметры рабочего пространства:

- площадь горизонтального сечения на уровне фурм, м2 21

- ширина, мм 2400

- длина, мм 8800

- расстояние от подины до фурм, мм 1100

- расстояние от подины до низа охлаждаемого пояса, мм 700

- уровень спокойного шлака над фурмами

(без продувки), мм... 700

Рабочее пространство имеет прямоугольную форму.

Сифоны металла и шлака располагаются с противоположных тор­цов рабочего пространства и соединены с ним переточными канала­ми. Сифоны имеют полукруглую форму.

В шлаковом сифоне на высоте 1800 мм от подины предусмотрены две летки для рабочего выпуска шлака. Одна - для желобов на установку грануляции, другая - для желоба, передающего шлак на установку для производства шлакощебня. Кроме того, в сифоне имеются летки для ча­стичного (до уровня фурм) и полного выпуска расплава из реактора.



Рис. 21.3. Фурма с установкой дополнительных приборов: а - трубка визуального контроля (гляделка); б-стопор (притычка); в-газовая трубка 1 - медный стеновой кессон, 2 - водоохлаждаемая медная головка фурмы,

3 - стальной корпус, 4 - шаровой клапан, 5 - сото фурмы

В шлаковом сифоне на уровне леток для рабочего выпуска в клад­ке стен с целью предотвращения износа футеровки на границе шлак- газ установлены охлаждаемые элементы.

На камере-газификаторе устанавливаются следующие желоба:

- для рабочего (частичного) выпуска металла;

- для периодического (полного) выпуска металла;

- для рабочего выпуска шлака на установку грануляции;

- для рабочего выпуска шлака на установку производства шлако- щебня;

- для периодического (полного и частичного) выпуска шлака.


Рисунок 21.5. Торцевой кессон


На камере-газификаторе устанавливаются два ряда стеновых кес­сонов, выполненных из бескислородной катаной меди толщиной 100 мм и шириной 800 мм со сверлеными каналами диаметром 20 мм. Каналы закрываются пробками. Для обеспечения расчетного движе­ния воды в каналах сечения перекрываются заглушками. Подвод и от­вод воды к кессону осуществляется через штуцера. Пробки, заглушки и штуцера ввинчиваются в корпус кессона и обвариваются аргоноду­говой сваркой неплавящимся электродом. Кессоны крепятся к кожуху стальными шпильками.

Конструкция стенового кессона с отверстием для установки фур­мы приведена на рис. 21.6.

На огневой поверхности кессона выполнены проточки в виде «ла­сточкина хвоста» для удержания гарнисажа на его поверхности.

Рис. 21.6. Стеновой кессон


Достаточная толщина стенок и высокая теплопроводность меди предотвращают возможные негативные последствия кратковремен­ных отклонений от стационарных тепловых условий - локальных те­пловых ударов.

Внешний вид кессона показан на рис. 21.7.

Рисунок 21.7. Стеновой кессон, а - внешняя поверхность, б - огневая поверхность

Прикладные кессоны свариваются из медных глиссажных труб размером 65 х 65 мм и устанавливаются горизонтально с боковых сто­рон камеры-газификатора под стеновыми кессонами.

Камера-газификатор оборудуется необходимыми для обслужива­ния площадками, на которых располагается арматура разводок трубо­проводов природного газа, кислорода и системы охлаждения камеры- газификатора.

Химочищенная вода для охлаждения циркулирует по замкнутому контуру. Общий расход воды составляет 300 м3/ч.

Вся регулирующая и отсечная арматура энергоносителей (природ­ный газ и кислород) собрана компактно на стендах, расположенных на площадках обслуживания около точек подвода энергоносителей.

От стендов на каждую группу элементов разводятся распредели­тельные коллекторы, от которых в непосредственной близости от по­требителей осуществляется подвод на каждую горелку Около каждо­го потребителя также устанавливается запорная арматура

При газификации угля металл выдается из реактора периодически 1 раз в 8 часов Выход металла 0,9-1,5 т/ч. Металл выпускают из сифо­на по желобу в печь-копильник, которая представляет собой футеро­ванную ванну в собственном металлическом каркасе, установленную на фундаменте около камеры- газификатора на полу цеха Промежу­точная емкость имеет футерованный съемный свод и отапливается горелками, работающими на природном газе

Шлак выпускается из реактора непрерывно Выход шлака 9-15 т/ч Шлак выпускают из сифона на установку грануляции шлака В качестве резервной линии предусмотрена установка желоба-гранулятора шлака Основные проектные показатели работы установки приведены в таблице 21 1

Талица 21 1 Основные проектные показатели работы установки

На рис. 21.8, 21 9 показаны план и разрез газификатора с эконо­майзером котла

Рисунок 218 План камеры-газификатора 1 - камера-газификатор, 2 - шлаковый сифон 3 - установка грануляции шлака 4 - желоб-гранучятор 5 - сифон для метал­ла, 6 - печъ-коптьник дчя четалча


Рисунок 21 9 Поперечный разрез камеры-газификатора с экономайзером котла 1 - нижние фурмы, 2 - верхние фурмы 3 - водоохчаждаемые эчементы газификатора 4 - футеровка 5 - экономайзер


Общий вид установки с котлом приведен на рис. 21.10 и 21 11.

Котел обеспечивает сжигание образующегося при газификации угля в шлаковом расплаве газа с получением пара давлением 10 МПа и температурой 510 °С. Номинальный расход пара составляет 170, минимальный 110, максимальный 220 тонн пара в час. Котел имеет следующие габаритные размеры: ширина -19 м, глубина - 15,5 м, высота - 31 м. Котел имеет П-образную компоновку и включает топку с входной горловиной, камерой сжигания газа и верхней частью, го­ризонтальный газоход и опускную конвективную шахту, разделенную на две симметричные колонки, расположенные по боковым сторонам шахты.

Рисунок 21 10 Общий вид установки (продольный разрез)

1 - камера-газификатор 2 - фурмы для продувки расплава, 3 - фурмы дія дожига­ния, 4- радиационная часть котла, 5 - конвективная часть котча 6 - пычесборник , 7 - экономайзер


Уголь и флюс загружаются самотеком через отверстие, располо­женное в торце камеры-газификатора над шлаковым сифоном. Мате­риалы подаются в реактор под угом 45°.

Сжигание газа в котле осуществляется ступенчато. Первая ступень -частичное сжигание газа воздухом, подаваемым на 8 фурм, располо­женный непосредственно над шлаковой ванной выше продувочных фурм на 2,5 м Частичное сжигание газа на этом уровне производит­ся при необходимости регулирования температуры шлаковой ванны. Выше расположены 11 сопел (6 на фронтовой и 5 на задней поверхно-

Рис 2111 Общий вид установки (поперечный разрез)


сти) для подачи «первичного» воздуха в количестве около 20 % от не­обходимого для полного сжигания. Сопла наклонены вниз на 15° для обеспечения лучшего использования нижней части топки. Оставшая­ся часть воздуха подается на сопла 6 плоскофакельных горелок, име­ющих два индивидуальных подвода горячего воздуха каждая. Выше плоскофакельных горелок на уровне 16,4 м расположены 16 сопел (по 8 с каждой стороны) системы аддитивной очистки газов от серы, че­рез которые осуществляется подача измельченного известняка.

В опускном газоходе установлены конвективный экономайзер вы­сокого давления, двухсекционный трубчатый воздухоподогреватель и экономайзер низкого давления.

После экономайзера низкого давления дымовые газы очищаются от пыли в электрофильтре и дымососами и выбрасываются в дымо­вую трубу

Несмотря на то, что установка для газификации угля в шлаковом расплаве является принципиально новым для энергетики агрегатом, все ее элементы хорошо отработаны в металлургии Длительность непрерывной работы аналогичных установок в металлургии состав­ляет несколько лет. Опыт, полученный в металлургии, позволяет рас­считывать, что камера-газификатор может работать в одном режиме с энергетическим котлом.

Разработанный проект опытно-промышленной установки газифи­кации угля в шлаковом расплаве может быть реализован как на дей­ствующих, так и на вновь строящихся ТЭС.

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ
<< | >>
Источник: Баласанов А.В., Лехерзак В.Е., Роменец В.А., Усачев А.Б.. Газификация угля в шлаковом расплаве / под ред Усачева А. Б. - М "Институт Стальпроект", 2008 - 288 с. 2008

Еще по теме Глава 21. Опытно-промышленная установка для газификации угля в шлаковом расплаве мощностью 50 МВт:

  1. СОДЕРЖАНИЕ
  2. Глава 21. Опытно-промышленная установка для газификации угля в шлаковом расплаве мощностью 50 МВт