1

• Наличие и содержание мазутного хозяйства, в том числе поддержание в горячем состоянии мазутопроводов;

• Снижение качества энергетических углей требует увеличения расхода жидкого и газообразного топлива;

• Большой расход растопочного топлива; • Высокая стоимость жидкого и газообразного топлива.

Снижение доли мазута и газа в топливном балансе пылеугольных котлов за счет использования в качестве растопочного топлива механоактивированную угольную пыль.

Текущие проблемы розжига пылеугольных котлов

Пути решения

2

Система безмазутного розжига

Система безмазутного розжига ТОХИЛ предназначена для растопки пылеугольных котельных агрегатов из холодного, неостывшего и горячего состояний, а также для подсветки пылеугольного факела на пониженных нагрузках с использованием механоактивированной угольной пыли микропомола. Система ТОХИЛ является дополнительным компонентом котельной установки и подключается к существующей пылесистеме котла. Система ТОХИЛ может использоваться как на энергетических, так и на водогрейных котлах.

Принципиальная технологическая схема установки

3

11

1

2 3

4

5

69

8

7

1012PS

Преимущества системы ТОХИЛ

Снижение расходов на жидкое, газообразное топливо

Снижение расходов на эксплуатационное обслуживание мазутного хозяйства

Минимальная реконструкция топочно-горелочного устройства

Полная автоматизация процесса розжига котла

Малый срок окупаемости 2 – 5 лет

Система безмазутного розжига пылеугольных котлов должна в первую очередь обеспечивать надежную и безотказную работу котла на режимах пуска и на пониженных нагрузках. В частности, системе приходится работать в жестких эксплуатационных условиях: • низкий уровень температуры топочной среды; • повышенные избытки окислителя; • значительный диапазон изменения расхода топлива Обладая требуемой надежностью, система безмазутного розжига ТОХИЛ обладает рядом преимуществ, по сравнению с другими системами безмазутного розжига.

4

Механическое воздействие на уголь

Изменения физико-химических свойств угольной пыли и повышение ее реакционной способности

Увеличение удельной поверхности угольной пыли

Пылеугольный факел становится аналогом жидкому

Описание технологии

Суть реализуемого метода состоит в получении механоактивированного угля микропомола с высокореакционными свойствами с помощью мельниц-дезинтеграторов и подачи его в растопочные горелки котла во время розжига и подсветки пылеугольного факела.

Технологические особенности

5

Мельница - дезинтегратор

ШБМ, ММ, СМ

Свободный удар

Истирание + удар Измельчение + деформация увеличение удельной поверхности

и формы частиц

Измельчение + активация увеличение удельной поверхности и накопление энергии в дефектах

Исходная частица

Что такое «механоактивация»?

Отличия от измельчения: Измельчение проводят с целью получения максимальной поверхности при минимальных затратах энергии, а активацию – с целью накопления энергии в виде дефектов и других изменений в твердом веществе, которые позволяют снизить энергию активации его последующего химического превращения или улучшить стерические условия для протекания процесса [1].

[1] Богатырева Е.В. “Развитие теории и практики эффективного применения механоактивации в технологии гидрометаллургического вскрытия кислородсодержащего редкометалльного сырья”, МиСИС, М.:2015

Механоактивация — процесс образования более химически активного вещества с помощью предварительной механической обработки. Механоактивация происходит, когда скорость накопления дефектов превышает скорость их исчезновения

дефекты

6

Измельченная частица

Механоактивированная частица

Почему возможно использование «механоактивированной» пыли при растопке котла?

Имея одинаковый средний размер, механоактивированные частицы угля обладают более высокой реакционной способностью и имеют пониженную температуру воспламенения, что позволяет организовать устойчивый факел в неблагоприятных растопочных условиях.

«Механоактивированный» факел

Пылеугольный факел

В результате экспериментов было установлено, что скорости горения после измельчения на различных типах мельниц существенно отличаются. Об этом говорит большое различие в энергии активации при воспламенении и горении угля после измельчения [2].

[2] Бурдуков А.П. и др. «Повышение эффективности использования углей на объектах теплоэнергетики за счет применения механоактивированных углей микропомола»

Накопленная при механовактивации энергия в виде дефектов расходуется при горении

7

Технология использования механоактивированных углей микропомола

Почему при механоактивации увеличивается реакционная способность угля?

Возможная структурная формула угольной частицы

Сущность механического активирования состоит в создании некомпенсированных связей, радикалов, подвижных активных центров и определенной ориентации деструкционных молекул угольного вещества [3]. При механических воздействиях на уголь происходит распад отдельных химических связей с образованием свободных радикалов, ускоряющих последующее протекание химических реакций.

При механоактивации образуются свободные радикалы, за счет которых повышается реакционная способность

[3] Бурдуков А.П. и др. «Использование механоактивированных углей микропомола в энергетике »

C

C

C

C

C

C

CH

C

C

C

CH

C

C

C

CH

C

C

C

C

C

C C

C

C

C

CH2

C

H2C

C

CH

H2C C

CH

C

CH

C

C

H2C

CH

O

CH

O

H2C

H2C

CH2

CH2

C

O

CH

HC

O

H2C

CH

CH

CH2 NH

CH2

CH

CH

O

C

C

CH

H2C

C

C

C

HC

C

CH

CH

C

C

C C

C C

C C

CH

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

HC

CH

C

CH

C

CH

CH

C

CH

CH

H2C

C

CH2

CH2

O

H2C

CH2

Линия разрушения частицы

Свободные

радикалы

8

Основные компоненты системы ТОХИЛ

Система ТОХИЛ

Мельница - дезинтегратор

Запально-защитное устройство

Система подвода и подачи угольной пыли

Система источников электропитания

Система контроля и управления розжигом котла

Система ТОХИЛ использует технологию механоактивации угля, которая позволяет снизить температуру воспламенения угольной пыли и организовать стабильный процесс горения пылеугольного факела на пусковых режимах. В результате механоактивации происходят изменения физико-химических свойств угольной пыли, что делает пылеугольный факел механоактивированной пыли аналогом мазутному факелу (по размерам, теплонапряженности и интенсивности выгорания), что и позволяет производить замещение мазута при растопке и подсветке без изменения существующей схемы сжигания топлива.

Общий вид установки

Мельница - дезинтегратор

Система подвода угольной пыли

Горелочное устройство

Топочная камера

Защитно-запальное

устройство

9

Мельница дезинтегратор

1 - корпус; 2 - рама; 3 - электродвигатели; 4 - платформа с крышкой; 5 - опора подшипников; 6 - диски рабочие с пальцами; 7 - загрузочный патрубок.

Мельница-дезинтегратор

Конструкция дезинтегратора представляет собой два вращающихся в противоположных направлениях ротора (корзины) насаженных на отдельные соосные валы и заключённых в кожух. Роторы расположены на одной геометрической оси, каждый с отдельным приводом. На дисках роторов по концентрическим окружностям расположены ряды стержней — пальцев-бил таким образом, что каждый ряд пальцев одного ротора свободно входит между двумя рядами пальцев другого.

Измельчаемый материал подаётся в центральную часть ротора и, перемещаясь к периферии, подвергается многократным ударам пальцев, вращающихся во встречных направлениях. Каждая частица соударяется с пальцами-билами, последовательно испытывая высокоэнергетические механические воздействия (удары), приводящие к быстрому разрушению материала.

10

Защитно-запальное устройство

Запально-защитное устройство, используемое в системе ТОХИЛ, осуществляет электродуговой розжиг. Оно генерирует плазменную дугу на двух электродах, которая вводится в зону распыла топлива и поджигает его.

Основным элементом запально-защитного устройства является запальная штанга. Запальная штанга – это коаксиальная труба с электродом на одном конце и разъемным электрическом контактом - на другом. Штанга подключается к источнику питания запальника с помощью защищенного высоковольтного кабеля. Запальная штанга вводится в закладную трубу рядом с форсункой горелки. Устройство крепится к котлу с помощью кронштейна. Ввод запальной штанги в зону распыла осуществляется с помощью электромеханического устройства выдвижения - актуатора. Актуатор крепится к кронштейну и присоединен к запальной штанге.

Общий вид запально-защитного устройства

Плазменная дуга запально-защитного устройства

11

Технология использования механоактивированных углей микропомола

Математическое моделирование работы системы ТОХИЛ

Распределение температуры (К) в продольной плоскости горелки

Распределение аксиальной компоненты скорости (м/с) в продольной плоскости горелки

Математическое моделирование проводится с целью выбора оптимальных конструктивных и режимных параметров установки, позволяющих получить максимальную полноту выгорания топлива и минимизировать тепловое воздействие теплонапряженного факела на горелочное устройство.

Математическое моделирование процессов горения включает в себя следующие физико-химические процессы: • Турбулентное течение потока пылегазовой смеси; • Химические реакции, протекающие в газовой фазе, описывающие процессы

окисления и восстановления газообразных компонент топлива, процессы образование оксидов азота и серы и др.

• Химические реакции, протекающие на поверхности угольных частиц, описывающие процессы горения кокса и образования топливных оксидов азота;

• Фазовые превращения, описывающие процессы испарения влаги топлива и выхода летучих;

• Конвективный и радиационный теплообмен между твердыми частицами, газовым потоком и поверхностями теплообмена.

12

Технология использования механоактивированных углей микропомола

Система контроля и управления розжигом котла

Мнемосхема управления розжигом котла

Система контроля и управления розжигом котла предназначена для автоматического дистанционного управления розжигом. Система позволяет регулировать: 1. Расход пыли на мельницу-дезинтегратор; 2. Производительность мельницы-дезинтегратора; 3. Расход растопочного воздуха. С помощью системы контроля и управления осуществляется управление всеми задвижками и клапанами системы, осуществляется подача и извлечение запально-защитного устройства в топочную камеру, а также пуск и останов всех агрегатов системы.

Схема управления воздухом

13

Опыт внедрения системы ТОХИЛ

Мельница-дезинтегратор

Горелочное устройство

Факел механоактивированной пыли в холодной топке котла (вид из горелки верхнего яруса)

14

Криворожская ТЭС при растопке

на газе

Кураховская ТЭС при растопке на

мазуте

Кураховская ТЭС при растопке на

газе

Стоимость внедрения (CAPEX) 2 282 726 $ 2 282 726 $ 2 282 726 $

Недисконтированный срок окупаемости 2,5 года 1,4 года 1,9 года

Дисконтированный срок окупаемости (r=10%)

3 года 2 года 2 года

NPV 3 649 778 $ 7 991 680$ 5 738 022 $

ROI 160 % 350 % 251 %

Экономическая оценка внедрения системы ТОХИЛ

15

Станция Тип котла Марка угля Срок окупаемости

Барнаульская ТЭЦ-2 БКЗ-210-140Ф СС 8,6

Беловская ГРЭС ПК-40-1 Г, Д 3,2

Эгвекинотская ГРЭС ЧКД-Дукла, К-50-40 Б3 1,9

Чаунская ТЭЦ Е-50-40, ТС-35 Ж 2,5

Кураховская ТЭЦ ТП-109 Г,Д 2

Дисконтированные сроки возврата инвестиций для разных типов котлов

16

Расчет ТЭО

Детальное предпроектное обследование

Анализ образцов используемого типа угля на

конкретном котле

Расчет технико-экономических обоснований

Разработка ТЗ и КП

Проектные работы

Разработка технического проекта

Разработка рабочей документации

Разработка эксплуатационной

документации

Экспертная оценка

Поставка оборудования

Изготовление оборудования

Поставка оборудования на объект

Внедрение

Строительно-монтажные работы

Пуско-наладочные работы

Эксплуатация

Сдача системы в промышленную

эксплуатацию

Гарантийное и сервисное обслуживание

Реализация проекта в целом занимает 6 - 12 месяцев.

Этап монтажа и наладки системы занимает 1-2 месяца, что позволяет выполнить данные работы в течение текущего или капитального ремонта и не приводит к специальному выводу энергетического оборудования из работы.

Этапы реализации проекта

17

Q: Сколько электроэнергии потребляет система безмазутного розжига ТОХИЛ?

• А: Наиболее энергоемким элементом системы является мельница-дезинтегратор. При производительности около 3 т/ч энергопотребление мельницы составляет 70кВт. В состав системы входит несколько мельниц (4-6), поэтому энергопотребление всей системы составляет около 350кВт.

Q: Каков срок службы бил мельницы-дезинтегратора?

• А: Для углей средней абразивности срок службы бил составляет 200-300 часов (40-60 пусков котла).

Q: Какова стоимость обслуживания мельницы-дезинтегратора?

• А: Стоимость обслуживания мельницы определяется в основном стоимостью бил, в качестве которых используются болты M12 (Din 912). Стоимость комплекта бил на одну мельницу составляет около 10000 руб.

Q: Как долго сохраняется эффект «механоактивации»?

• А: Основной эффект, позволяющий значительно снизить температуру воспламенения частиц, сохраняется в течение нескольких секунд. Остаточная активация частиц сохраняется в течение суток с постепенным убыванием степени активации.

Q: Насколько безопасна система безмазутного розжига ТОХИЛ?

• А: Система ТОХИЛ проектируется с учетом СО 153-34.03.352-2003 «Инструкция по обеспечению взрывобезопасности топливоподач и установок для приготовления и сжигания пылевидного топлива». Кроме того, прямое вдувание механоактивированных частиц в котел без их накопления где-либо значительно повышает пожаробезопасность.

FAQ (часто задаваемые вопросы)

18

Патенты

19

20