СЖИГАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТОПКАХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

ИЗМЕНЕНИЕ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИИ В ПРОЦЕССЕ ВЫГОРАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

При сжигании натурального топлива не только происходит горение углерода и связанных с ним элементов (летучих), но протекают также и процессы в неорганической части топлива, которые связаны с расхо­дом кислорода, выделением С02, S02 и т. д. От процессов в неоргани­ческой части топлива существенно зависят условия загрязнения, высо­ко - и низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева парогенерато­ров. Особенно большое значение при этом имеет изучение поведения отдельных составляющих серы.

Таблица 8-3

При исследовании работы парогенераторов сверхкритического давления, работающих на АШ, найдено существенное количество серы в золовых отложениях и продуктах коррозии [10].

Ниже приводятся »некоторые результаты превращения отдельных компонентов серы в факеле при сжигании АШ в топке парогенератора ТПП-21 ОА, а также баланс серы для агрегата в целом. Работа была выполнена совместно с А. А. Отсом [11].

Конструкция топочной камеры и горелочных устройств парогенера­тора ТПП-210А и методика исследования процесса горения изложены ■в гл. 1 и 2. Определение концентрации пыли и содержания горючих и серы в ней производились совместно с замерами полей скоростей, тем* ператур и состава газов в горизонтальной плоскости оси горелок на расстоянии 200, 900, 2000 и 3000 мм от их устья, а также по высоте топ­ки «а отметках 16400, 19700 и 28500.

Техническая характеристика антрацита и даные о режиме работы парогенератора приведены в табл. 3-3.

В табл. 8-3 приведено также распределение серы в топливе по от­дельным видам. В топливе содержится 62—67% колчеданной - серы и 29—35% органической. Сульфатной серы мало (2—3%).

В отобранных пробах пыли из факела наряду с определением золь­ности проводилось также определение количества общей 50бщ, сульфат­ной Эст и сульфидной Бед серы. Содержание органической серы опреде­лялось как разность:

(8-1)

Проведенные исследования показали, что характер процесса горе­ния топлива сильно влияет на условия превращения. неорганического вещества топлива. При этом существенно влияет на превращение серы концентрация кислорода в топочных газах, т. е. коэффициент избытка воздуха.

Поступающая в топку с топливом сера в каждой данной точке фа­кела разделяется «а следующие четыре части: сульфатная Бет; сульфид­ная (дисульфиды, моносульфиды) Бед; органическая Б0 и сера в газо­образном состоянии (летучая сера) 5Л. Исходя из этого уравнение материального баланса серы в факеле выражается формулой [И]:

(8-2)

(8-3)

Где 5тобщ= 100 5т06щА4р— количество общей серы в топливе, пересчитан­ное 'на золу; 5тобщ — количество общей серы в топливе, %; Лр — золь­ность топлива, %; Бет, $сд,50, Эл — соответственно количество сульфат­ной, сульфидной, органической и летучей серы, пересчитанное на золу, %; Б'л“ТО же в пробах пыли, отобранных из факела, %; Ас — зольность топлива на сухую массу, %.

Используем для характеристики относительного распределения се­ры по отдельным составляющим следующие безразмерные величины:

Лет------ ($ст/5т), Лсд— (5Сд/5Т) ,

Ко= (50/5т), Лл = (Зл/Б7),

°/ /о
8
О Оуп 0,12 0}08
0	В	12	16 м
Рис. 8-5. Изменение отдельных форм серы по длине факела (Уг = 3;8%; ат = 1,25)

Социацией сульфатов по длине факела. Судя по анализу неорганичес­кого вещества топлива, можно предположить, что сульфатная сера в топливе главным образом связана сульфатом кальция, который в топ­ке при высоких температурах разлагается на СаО и S02.

Процесс окисления органической и сульфидной серы на вертикаль­ном участке факела (/ф^4 м) заметно замедляется, и увеличение Кл

По длине факела происходит с незначительной скоростью. Поскольку б этой области сгорания топлива величина Ко меняется относительно мало, то увеличение Кл происходит главным образом за счет разложе­ния сульфатов и окисления сульфидов. Из топки в конвективные по­верхности нагрева сера выносится в основном в газообразном виде (/Сл = 0,96). В пробах золы, отобранных на выходе из топки, содержится

В самом большом количестве органическая сульфатная сера (/С0 + /(ст = =0,035 ч-0,040). Доля сульфидной серы ничтожна. Следовательно, топоч­ное устройство парогенератора ТПП-210А при коэффициенте избытка воздуха в топке ат = 1,25 обеспечивает в пределах топочной камеры почти полное окисление сульфидов (основное количество сульфидов оки­сляется на расстоянии до 3—4 м от устья горелки). Такому быстрому уменьшению содержания сульфидной серы по длине факела способству­ет и отделение колчедана в ходе размола топлива. Выделение частиц колчедана из остальной массы топлива создает благоприятные условия для его окисления.

Характер распределения отдельных форм серы в поперечных сече­ниях горизонтального участка факела на различных расстояниях от устья горелки представлен на рис. 8-6. Видно, что распределение отдель­ных форм серы вблизи устья горелки подобно распределению концент­рации кислорода в топочных газах (см. рис. 6-1) и имеет сложный характер. Начиная с расстояния 3000 мм, содержание серы и ее отдель­ных форм, так же как и концентрация двуокиси углерода и кислорода, распределяется по сечению факела практически равномерно.

Для составления баланса серы для агрегата в целом в течение опыта брались пробы уноса из газохода за водяным экономайзером, а также пробы шлака и топлива. Основные результаты опытов представ­лены в табл. 8-4.

Таблица 8-4

Количество общей серы в уносе колебалось в пределах 0,35— €,37%, а в шлаке 0,11—0,24%, т. е. унос содержит серы намного больше, чем шлак. Такое распределение серы между уносом и шлаком является закономерным и объясняется более высокими температурами над шла­ковой пленкой, чем в топочном объеме, а также длительным пребыва­нием шлака в топке. Из данных, приведенных в табл. 8-4, следует, что в общем количестве серы в уносе содержится 8—11% сульфидов, 40—62% сульфатов и 30—60% органической серы. Из общего количе­ства серы 'В шлаке 0—17% приходится на сульфиды, 2—4% на суль­фаты, а на органическую серу 80—97%.

Для характеристики распределения общей серы в процессе сжигания топлива между уносом, шлаком и продуктами сгорания исходим из выражения:

?« = (• + (8.5)

Откуда

Сун С(П гЛ

(1 - аш) + аш -?=-+ = к? + ^ = 1, (8-6)

Где 5тобщ — количество общей серы в топливе, пересчитанное на золу топлива, о/о; Э™ , 5^бщ — содержание общей серы в уносе, в шлаке

И в продуктах сгорания, пересчитанное на золу топлива, %; ат — мас­совая доля шлака в общем количестве золы.

Рассчитанные значения коэффициентов А'§ и пРи Яш = 0,15

Представлены в табл. 8-4. Около 97% общего количества серы улетучи­вается и выносится пз парогенератора в виде тазообразных продуктов. В уносе остается 2—3% общего количества серы, а шлак связывает менее 0,5% серы. Следовательно, зола АШ >в газовом тракте не спо­собна связывать содержащуюся в топливе серу. Количество серы, оставшейся з уносе и шлаке, даже значительно ниже содержания суль­фатной серы в топливе. Полученные результаты показали, что при сжи­гании углей с зольностью 5,1—7,1% зола связывает 2,3 — 5,9% общего количества серьь При этом основное количество серы в твердых остатках содержится в уносе, а в шлаке во всех режимах испытаний имеется незначительное количество серы. В противоположность этим результатам исследование 'баланса серы при сжигании эстонских слан­цев (данные А. А. Отса) показало, что в зависимости от режимных параметров летучая зола сланцев может связывать больше половины общего .количества серы в топливе.