Сжигание угольной пыли

Исходя из допустимой величины теплового напряжения зеркала горения площадь колосниковой решетки для энергетического котла средней мощности (420 т/ч) составляет порядка 300 м². Такую решетку невозможно изготовить и обслужить. Кроме того, потери тепла от химической и механической неполноты сгорания для слоевых топок составляют порядка 10–18%.

Более экономично и эффективно сжигание твердого топлива в пылевидном состоянии в камерных топках. При размоле твердого топлива значительно увеличивается поверхность соприкосновения горючего с окислителем, уменьшается время реакции, увеличивается скорость реакции и появляется возможность создавать топки для котлов любой производительности, так как в увеличении объема топки мы ничем не ограничены.

Частица твердого топлива в камерной топке проходит те же стадии, что и куски твердого топлива в слоевой, т.е. подогрев, испарение влаги, выход летучих, горение летучих, горение кокса. Скорость горения горючих летучих больше чем скорость горения коксового остатка. Это обстоятельство вынуждает увеличивать высоту топочной камеры и увеличивать тонкость размола топлива.

Подготовка твердого топлива к сжиганию включает в себя обычно две стадии:

- удаление металла и щепы с предварительным грубым дроблением в дробильной установке (рис. 6.3.1.);

- подсушка и размол в системе пылеприготовления.

Рис. 6.3.1. Одноступенчатая дробильная установка.

1 – магнитный шкивный сепаратор; 2 – грохот; 3 – дробилка; 4 – отвод стальных частей

Дробилки служат для измельчения топлива до определенного фракционного состава. Показателем дробления служит кратность дробления, которая подсчитывается как отношение максимальных размеров куска угля до и после дробления:

Кратность дробления зависит от конструкции дробилки. Для дробления топлива применяются, главным образом, валковые и молотковые дробилки (рис. 6.3.2., 6.3.3.). Валковые дробилки выпускаются двух типов: шиповые и с гладкими валками.

Рис. 6.3.2. Валковая дробилка.

а – общий вид; б – детали валков; 1 и 2 – валки; 3 – шипы.

Рис. 6.3.3. Молотковая дробилка.

1 – корпус; 2 – вал; 3 – била; 4 диски; 5 отбойные плиты; 6 решетка.

Свойства и характеристики угольной пыли.Угольная пыль представляет собой сухой порошок, состоящий из частичек неправильной формы различных размеров: от нескольких долей микрона до 300 – 500 мк. Cyxaя пыль адсорбирует воздух и становится легкотекучей. Она имеет способность вытекать через небольшие неплотности. Све­жая пыль в смеси с воздухом легко транспор­тируется по трубопроводам. Удельный вес свеженасыпанной пыли 0,45 – 0,5 т/м³. С тече­нием времени пыль слеживается, что сопро­вождается увеличением удельного веса до 0.8 – 0,9 т/м³.

Пыль топлив, богатых летучими, в опреде­ленной концентрации с воздухом становится взрывоопасной. При содержании кислорода в пылевоздушной смеси менее 15% или при содержании летучих меньше 10% пылевоздушная смесь не взрывоопасна. Снижение концентрации кислорода в пылевоздушной смеси мо­жет быть достигнуто добавлением инертных (топочных) газов.

В размольных системах пыль может выде­ляться из потока и отлагаться в застойных местах. С течением времени слой пыли топлив, богатых летучими, самовозгорается.

Пыль, выходящая изсистемы приготовления,должна иметь температуру,превышающую температуру точки росы.Впротивном случае, влаганачнет конденсироватьсяна стенках пылепроводов,что приведет кслипа­ниюпыли.

Однако, для взрывоопасных топив темпе­ратура пыли за мелющими устройствами не должнапревышать величину, опасную с точки зрения взрыва. Эта температура зависит так­же от типа системы приготовления пыли и со­става сушильного газа.

Для оценки работы систем пыли и эффективности ее сжигания надо знать распределение пыли по размерам фракций.

Анализ пыли по фракциям проводят с помощью просева ее через набор сит со стандартными размерами отверстий. В результате получают ситовой анализ пыли. Сито выполняется в виде металлического цилиндра диаметром 200 мм и высотой 50 – 80 мм, низ которого затянут сеткой.

Сетка сита изготовляется из проволоки стандартного размера, диаметр которой зави­сит от размера отверстий. Применяемые в котельной технике сита характеризуются линей­ным размером отверстий. Наиболее употреби­тельны сита с линейным размером отверстий 1000, 800, 400, 200, 120, 75 и 60 мк.

Навеска пробы пыли просеивается через набор сит, начиная с большего размера отвер­стий кменьшему. Остаток пробы пыли на сите данного размера выражается в процентах к общему весу пробы и обозначается буквой R_х. Индекс хуказывает размер отверстий. Например,обозначение R₉₀ = 55% означает, что 55%пыли имеет размер, превышающий 90 мк. Проход пыли через сито данного размера обо­значают буквой D_x. Для каждого размера сит верно соотношение R_х + D_x=100%.

Закономерности размола топлива. Опытным путем было установлено, что работа, затрачиваемая на дробление, прямо про­порциональна полученной освобожденной по­верхности (закон Ретингера). Чем больше тонких частиц, тем поверхность больше и, следо­вательно, больше затрата электроэнергии на размол:

Э_ф=А(О₂ - О₁),

где Э_ф – удельный расход электроэнергии, кВт · ч/кг;

А – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств топлива, кВт · ч/м²;

О₁,О₂ – начальная и конечная свободные поверхности частиц топлива, м²/кг.

Расход электроэнергии на размол в мельничных системах всегда больше теоретического. Часть энергии тратится на разрушение мелющих органов и создание упругой и пластической деформации в них, на тепловые потери и др.

Эта группа потерь связана с процессом размола и пропорциональна затрате энергии, идущей на размол. Кроме того, всегда имеет­ся постоянная потеря холостого хода мельни­цы

Таким образом, суммарный расходэлектроэнергии на помолравен:

В зависимости от конструкции мельницы потери, связанные с процессом дробления , могут сильно отличаться. Так, в среднеходных мельницах они примерно в 2 раза ниже, чем в шаровых барабанных, вследствие лучшей организации размола. В шаровой ба­рабанной мельнице много энергии затрачивается на удары шаров друг о друга, особен­но на малой нагрузке.

Лабораторный коэффициент размолоспообности выражается отношением расходов электроэнергии на помол эталонного и определяемого топлива. При этом оба сорта топлива размалывают в воз­душно-сухом состоянии в лабораторных стандартных мельницах от одинаковой крупности до одинаковой тонкости пыли:

В качестве эталонного топлива принято одно из наиболее твердых топлив (АШ).

У мягких топлив коэффициент размолоспособности больше, а у более твердых мень­ше, чем у эталонного, который равен единице.

Экономическая тонкость помола угольной пыли отвечает минимальной сумме затрат на производство тонны пара. С увеличением тонкости пыли. расходы на приготовление пыли растут. Вместе с тем снижаются потери тепла с недожогом топли­ва. В определенной области тонкости пыли суммарные затраты становятся минимальными.