Ключевые слова: вихревая топка, котел, растительные отходы, лузга подсолнечника.
Аннотация: Внедрена и опробована технология реконструкции типовых водотрубных паровых котлов с переводом на сжигание подсолнечной лузги. Реконструкция производится с установкой дополнительных поверхностей нагрева с образованием вихревой экранированной топочной камеры.
В технологическом цикле предприятии, перерабатывающие зерновые и масличные культуры, помимо выработки основного продукта происходит большой выход горючих отходов – шелухи. Валовая теплота сгорания образующихся отходов сопоставима с полным энергопотреблением предприятия, соответственно ее полезное использование позволяет существенно снизить себестоимость продукции.
Среди паровых котлов для промышленной теплоэнергетики наиболее популярны серийные двух барабанные водотрубные котлы производимые Бийским котельным заводом и другими предприятиями-изготовителями. Серия этих котлов, производительностью от 2,5 до 25 тонн пара в час унифицирована и комплектуется различными серийными топочными устройствами для работы на твердом, жидком и газовом топливе. Однако типовые топки не способны обеспечить хороших показателей работы котла при сжигании растительных отходов. Для адаптации котла под лузгу повсеместно проводят реконструкцию топочного устройства и топочной камеры.
Большое распространение за последние десятилетия получили циклонные топки и предтопки для сжигания лузги. Как правило циклонный предтопок имеет цилиндрическую форму и выполняется из огнеупорного кирпича. Внутри предтопка (циклонной топки) процесс горения проходит практически в адиабатических условиях при высоких температурах, далее дымовые газы попадают в топочную камеру типового водотрубного котла. При таком режиме происходит полное выжигание горючих веществ из лузги, однако, в связи с отсутствием поверхностей нагрева в зоне активного горения, происходит и негативный процесс – возгоняется значительная доля минеральных компонентов луговой золы. Испаренные легкоплавкие компоненты конденсируются и оседают в виде рыхлых первичных отложений на поверхностях нагрева котла и упрочняются при дальнейшей его работе. Срок работы котла в таком режиме до полного останова на очистку по причине нехватки тяги дымососа составляет от 3 до 15 дней. Стабильная работа возможна только со значительным снижением мощности котлоагрегата, от номинальной – не выше 30-50 %. Кроме того на высоких нагрузках происходит термическое разращение огнеупорного кирпича, котлы требуют ежегодного ремонта обмуровки.
Для примера. Котел КЕ-10-14, фото 1, оборудованный циклонным предтопком из огнеупорного кирпича имеет максимальную паропроизводительность 6 тонн в час, а срок работы до очистки 7 дней, при этом паропроизводительность к моменту очистки снижается до 3 тонн. При очистке из топочной камеры котла, котельного пучка и экономайзера вручную удаляется 400-500 килограмм золо-шлаковых отложений.
Фото 1 – Котлы КЕ-10-1,4 с кирпичными циклонным предтопками.
Принципиально другой подход к проектированию котлов для сжигания сухих парусных топлив используется на предприятии «ПроЭнергоМаш», г. Барнаул. В основе лежит использование экранированных камерных вихревых топок. Вихревая топка обладает рядом преимуществ:
- частицы удерживаются внутри топочной камеры до полного выгорания за счет циклонного эффекта, не требуется наличие большого объема для гравитационной сепарации уноса;
- ступенчатая подача дутья и хорошее перемешивание продуктов сгорания обеспечивают низкий недожог;
- полностью экранированная камера позволяет удерживать процесс горения в низкотемпературном диапазоне, предотвращая интенсивное шлакование.
Горение лузги в вихревой топке осуществляется преимущественно во взвешенном состоянии, во вращающемся газовом потоке, образующемся внутри камеры, имеющей форму, приближенную к цилиндрической за счет подачи дутьевого воздуха через тангенциальные сопла. Вихрь может располагаться в топочной камере с вертикальной или горизонтальной осью вращения. В результате вихревого процесса увеличивается время пребывания частиц лузги в топке и, соответственно, уменьшается их недожог. Вихревой факел равномерно заполняет экранированную топочную камеру, при этом температура в зоне горения значительно снижается.
На фото 2 реконструированный котел КЕ-10-1,4 с вихревой топкой «Торнадо» с вертикальной осью вращения. Кирпичный циклонный предтопок заменен на камерную вихревую топку «Торнадо», с вертикальной осью вращения вихря, образованную водотрубными панелями. Использование экранированной топки позволило снизить температуры в ядре факела, значительно уменьшив возгоны золового остатка, тем самым позволяя вывести котел в режим длительной работы без остановов на очистку, и работой, при этом, с номинальной паропроизводительностью — 10 тонн в час.
Фото 2 – Котлы КЕ-10-1,4 реконструированные с установкой вихревой топки «Торнадо».
Еще лучшими показателями работы характеризуются реконструированные котлы, в которых установлена вихревая топка «Торнадо» с горизонтальной осью вихря. Степень удержания и заполнения объема такой камеры топливными частицами существенно выше. Топки с горизонтальной осью вращения могут работать в широком диапазоне нагрузок с хорошими экологическими показателями и минимальным шлакованием поверхностей нагрева. Расположение вихря в топочной камере способствует самоочищению стен камеры от отложений потоком свежего топлива.
При работе котла горящий слой топлива стабилизирует горение в вихре, т.е. в надслоевой части топки. И наоборот, вихревой факел, дожигающий унос и летучие за счет искр и излучения, ускоряет воспламенение и горение слоя. Временное прекращение подачи топлива на 5-10 минут не влияет на работу котла.
Например, котел КЕ-6,5 реконструированный с установкой дополнительных поверхностей нагрева – фронтового экрана и среднего пережимного экрана с газовыпускным окном. Теплотехнические испытания котла КЕ-6,5-1,4, реконструированного с установкой вихревой топки с наладкой режимов работы проводились при сжигании подсолнечной лузги на нагрузках от 3 до 7 тонн пара в час. Пробная работа котла в течение 45-ти суток показала хорошую стабильность показателей. Конвективные пучки котла не забиваются отложениями.
Заполнение топочных камер вихревым факелом равномерное, Вынос искр из топок практически отсутствует, фото 3.
Фото 3 – Вид в камеру охлаждения, выход из вихревой топки.