Паровые котлы ТЭС

Технические характеристики твердых топлив

Обеспечение экономичного сжигания топ­лив в паровых котлах зависит от знания и правильного учета ряда определяющих харак­теристик топлива, к которым, кроме теплоты сгорания, относятся зольность, влажность, вы­ход летучих веществ.

Зольность. Минеральные примеси содер­жатся во всех видах твердого топлива. Боль­шая их часть не связана с органической мас­сой топлива. По происхождению примеси можно разделить на внутренние, накопившие­ся в пластах топлива в процессе его образо­вания, и внешние, попавшие в топливо из окружающей породы при его добыче.

При сжигании топлива его минеральная часть под­вергается высокотемпературному преобразованию. Сложные минеральные соединения типа глинистых ми­нералов А1203X 2Si02X2Н20, полевых шпатов К2ОХ XAl203X6Si02, сульфатов и карбонатов CaS04X2H20, CaMg(C03)2 и другие подвергаются разрушению с ча­стичным доокислением за счет кислорода воздуха. В результате остаток после сгорания топлива — зола — состоит в основном из ряда окислов: Si02, А1203, Fe203, CaO, MgO, К20, Na20 и оказывается в среднем на 10% меньше исходной минеральной массы топлива. Процентное количество золового остатка по отношению к навеске натурального топлива называют зольностью топлива.

Свойства золы играют большую роль в организации работы парового котла. Мельчайшие твердые частицы ,золы подхватываются потоком топочных газов и уно

Сятся из топочной камеры, образуя летучую золу. Часть золы, расплавленной в ядре факела, выпадает в низ топочной камеры или прилипает к ограждающим сте­нам топки и при затвердевании образует шлаки, т. е. твердые растворы минералов, химический состав кото­рых может отличаться от состава летучей золы.

Особое значение при организации процесса сжигания топлива имеют характеристики плавкости золы. Температуры плавления от­дельных минералов и их сплавов сильно раз­личны и находятся в пределах 2900-s-600°C. Поэтому плавление золы не происходит при какой-либо определенной температуре, а пред­ставляет процесс постепенного размягчения от твердого до жидкого состояния с ростом тем­пературы. Температуры плавления золы опре­деляют стандартным методом конусов, когда из золы прессуется пирамидка с заданными размерами (рис. 2.3) и помещается в печь. В процессе нагрева отмечают следующие ха­рактерные значения температуры:

Іt — начало деформации, когда появляется первое изменение формы пирамидки, tx= =1000^-1200°С;

T2 — размягчение, когда вершина пирамид­ки касается основания или принимает капле­образную форму, f2=1100-s-1400°C;

U— жидкоплавкое состояние, соответст­вующее началу растекания по плоскости, ts= = 1200-н-1500°С.

Основным показателем поведения шлака является его вязкость.

Нормальное течение расплавленного шла­ка, находящегося в истіинно-жидком состоя­нии, вдоль вертикальной или наклонной стен­ки имеет место при вязкости менее 200 П (пуаз). Температуру жидкого шлака, при ко­торой он свободно вытекает из отверстия, на­зывают температурой нормального жидкого шлакоудаления tB. m. Температуры плавкости золы и характерные коэффициенты вязкости приводятся в таблицах энергетических теп­лив [8].

В процессе горения большая часть мине­рального состава топлива превращается в мел­кую уносимую потоком газов летучую золу. В топках с различным тепловым режимом горения и шлакоудаления доля уноса летучей золы аун меняется от 0,85—0,95 до U,"I—ид. Остальная часть в виде шлака выпадает в нижнюю часть топки и удаляется из-под нее: аШл=1—аУн. Увеличение зольности топ­лива и количества летучей золы в потоке га­зов требует установки более дорогих золо- улавливающих устройств после котла для за­щиты воздушного бассейна от загрязнения. При этом уменьшают скорости газов в кон­вективных газоходах во избежание истирания труб, а загрязнение поверхностей нагрева ча­стицами золы ухудшает теплообмен. Все это делает конструкцию котла более громоздкой.

Выход летучих веществ и коксовый оста­ток. Если сухую навеску твердого топлива по­ложить в тигель и постепенно нагревать в инертной среде без доступа воздуха, то бу­дет происходить уменьшение ее массы. При высоких температурах происходит разложение кислородсодержащих молекул топлива с об­разованием газообразных веществ, получив­ших название летучие вещества (СО, Н2, СН4 СОг и Др.). Выход летучих веществ из твер­дых топлив происходит в интервале темпера­тур 110—1100°С. Наибольший выход (до 95%) имеет место при температуре до 800°С (рис. 2.4). Поэтому условно за выход лету­чих веществ твердых топлив принимают уменьшение массы навески топлива после вы­держки в тигле при Ь=850±25°С в течение 7 мин, отнесенное к горючей массе топлива

Vr, %.

Поскольку выход летучих веществ прежде всего определяется содержанием кислорода в топливе, то он тем больше, чем топливо мо­ложе (рис. 2.1). Так, у бурых углей Уг=45-^- 50%, каменных Fr=25-^40%, а у антрацитов Vr=3—% •

Твердый горючий остаток после выхода ле­тучих называется коксом. Он может быть плотным (спекшимся) или порошкообразным. В воздушной среде кокс воспламеняется при / = 900-М200°С. Летучие вещества, выделив­шиеся из топлива, обеспечивают более раннее воспламенение кокса, так как они сами вос­пламеняются при более низкой температуре, чем коксовый остаток (350—600°С), быстро

Повышая тем самым температуру коксовых

О частиц. Их влияние особенно велико на на­чальной стадии горения топлива. Чем выше выход летучих веществ, тем быстрее воспла­меняется топливо и тем полнее оно выгорает.

Влажность. Различают внешнюю, адсорб­ционную, капиллярную и внутреннюю влагу. Все виды влаги, кроме внутренней, удаляются из топлива при нагреве до 102—105°С. Внут­ренняя или кристаллогидратная влага прочно связана с минеральной частью топлива, входя в состав кристаллов вещества.

В твердом ископаемом топливе содержится в ос­новном адсорбционная влага, определяемая адсорби­рующей способностью сложных коллоидов органиче­ской массы топлива. Наибольшей адсорбционной спо­собностью обладают торф, бурые угли и ряд молодых каменных углей. Адсорбционная способность топлива определяет его гигроскопическую влажность №•". Кос­венно эта влажность также характеризует возраст топ­лива: она тем меньше, чем топливо старше. Так, у бу­рых углей содержание Ц7ГИ= 10-г-13%, а у антрацитов №ги=1,5н-2,5%. Знание Wги необходимо для оценки допустимой влажности угольной пыли во избежание слипания частиц (при повышенной ее влажности) или взрывоопасное™ пересушенной пыли.

Внешняя или механически удерживаемая влага 'остается в топливе после контакта с водой и сохра­няется на поверхности за счет смачивания. Ее коли­чество зависит от степени измельчения топлива и внеш­них условий при транспорте и хранении топлива. Ка­пиллярная влага определяется пористостью структуры топлива. Ее больше всего в торфе.

Большая влажность рабочей массы топлива вы­зывает много трудностей при сжигании. Снижается теплота сгорания, растут расходы топлива и объемы продуктов сгорания, увеличиваются потери теплоты ■с уходящими газами и затраты энергии на привод ды­мососов. Увеличение влажности газов вызывает усиле­ние коррозии металла воздухоподогревателя, приводит к повышенному загрязнению поверхности нагрева. В тракте доставки топлива и при его переработке на­рушается нормальное движение топлива вследствие по­тери сыпучести, а в зимнее время топливо смерзается. Влияние содержания серы в топливе на работу котла рассмотрено в § 2.4.

Маркировка твердых топлив. Топливам присваиваются различные марки в зависимо­сти (главным образом) от количества влаги в рабочей массе топлива (бурые угли) и вы­хода летучих веществ (каменные угли). Так, бурые угли разделяются на три группы: Б1 — с содержанием влаги ^^40%; Б2— при №p=30-f-40% и БЗ — при №р<30%. В основу маркировки каменных углей положены выход летучих веществ и характеристика кокса (табл. 2.1).

Мелкие фракции топлива (отсевы), остаю­щиеся после сортировки добываемого топли­ва, получают дополнительное буквенное обо­значение: Ш — штыб — топливо размером фракций от 6 мм и менее; СШ — семечко со штыбом — топливо с размером фракций от 13 мм и менее; Р — рядовой — несортирован­ное топливо. Так, распространенными явля­ются топлива типа АШ — антрацит-штыб и ГСШ — газовый уголь, семечко со штыбом.