Топливное хозяйство котельных, работающих на твердом топливе

 

Топливное хозяйство промышленных и отопительных тепловых станций при сжигании твердого топлива наиболее сложное и дорогое. Принципиально технологическая схема компоновки оборудования топливного хозяйства может иметь различные варианты (рис. 7.11). При сжигании твердого топлива в слое система пылеприготовления в теплостанции отсутствует.

 

Рис. 7.11. Принципиальные схемы компоновки оборудования топливного хозяйства: 1 – вагонные весы; 2 – помещение для размора- живания топлива; 3 – приеморазг- рузочное устройство; 4 – дробильная установка; 5 – склад; 6 – бункер сырого угля; 7 – система пылеприго- товления

 

Твердое топливо на территорию тепловой станции доставляется саморазгружающимися железнодорожными вагонами по обычной или узкоколейной железной дороге или автомашинами. Для разгрузки топлива, доставляемого по железной дороге, устраивают на территории теплостанции разгрузочные эстакады или закрытые разгрузочные сараи с подачей в них горячего воздуха (тепляки), обеспечивающие выгрузку смерзшегося топлива в зимнее время. После разгрузки топливо направляется на склад с помощью автопогрузчиков, грейферных кранов, транспортеров или других механизмов.

Запас топлива, расходуемый в периоды перерывов в его поступлении, хранится непосредственно на территории котельной либо поблизости от нее на специально сооруженных для этого складах. В соответствии с назначением складов независимо от вида топлива их разделяют на базисные, расходные (оперативные), резервные (аварийные) и перевалочные.

Базисные склады предназначаются для длительного планового хранения топлива в целях обеспечения группы котельных топливом при длительных задержках в его доставке.

Расходные (оперативные) склады организуют для хранения эксплуатационного запаса топлива. Объем склада при доставке топлива автотранспортом – не более 7-суточного расхода, при доставке железнодорожным транспортом – не более 14-суточного расхода топлива.

Резервные (аварийные) склады в зависимости от степени надежности доставки топлива проектируют с одно-, двухнедельным или месячным запасом топлива.

Перевалочные склады сооружаются у речных или морских причалов для перегрузки с водного транспорта на сухопутный для дальнейшего транспортирования топлива в котельные.

В домовых отопительных котельных при установке котлов под зданиями склады топлива располагают в смежных с котельными помещениях. В более крупных отдельно стоящих котельных склады топлива обычно делают открытыми на специально подготовленных ровных незатопляемых площадках, имеющих дренажи для отвода атмосферных и грунтовых вод.

При выборе площадки склада учитывают возможности непосредственной подачи к нему транспорта и перемещения топлива со склада в котельную. Кроме того, для рационального проектирования сооружения и надежной эксплуатации складов необходимо знать основные физические свойства твердого топлива, подлежащего хранению: влажность, склонность к самовозгоранию, смерзаемость, сыпучесть и другие.

Уголь, сланцы и торф хранятся на открытом воздухе в штабелях, топливо различных марок – в раздельных штабелях. При длительном хранении топлива в штабелях и бункерах может происходить его самонагревание и затем самовозгорание. Главной причиной самонагревания твердого топлива является взаимодействие его частиц с кислородом воздуха, при котором происходит реакция окисления углерода с выделением теплоты. При плохом отводе теплоты от места в штабеле, где происходит этот процесс, резко повышается температура угля, что может привести к самовозгоранию топлива, т. е. появлению тлеющих очагов.

Химические потери топлива, связанные с окисленением, могут составлять при длительном неправильном хранении до 5 – 10 %. Механические потери топлива связаны с его распыливанием, выносом с атмосферными осадками и т. п. и могут достигать 0,5 – 1,0 %. Обычно во избежание ухудшения качества запасов топлива из-за самовозгорания на складе ограничивают сроки хранения топлива различных категорий: бурые длиннопламенные угли – 4 – 12 мес, газовые каменные угли – 12 – 36 мес, антрациты и каменные тощие угли –
24 – 36 мес.

Топливо, подлежащее хранению, складывается в штабели длиной l = 25 ¸ 30 м, имеющие в поперечном сечении вид равнобокой трапеции с основанием до 10 м для каменного угля, 5 м – для кускового топлива и не более 2,5 м – для фрезторфа. Штабеля топлива, склонного к самовозгоранию, располагают на расстоянии более 15 м от котельной, несамовозгорающегося – 12 м. Расстояние от штабелей до ограждающего забора 3 м. Для обслуживания склада сооружают внутрискладские проезды шириной 3,5 м и площадки размером 12×12 м для разворота автомашин. Расстояние между смежными штабелями принимают не менее 3 м, до огнестойких сооружений – 10 м, до деревянных – 15 м и общественных сооружений – 25 м. Расстояние до складов лесоматериалов – 30 м и жидкого горючего – 60 м.

Высота штабеля устанавливается в зависимости от способа и продолжительности хранения, а также от склонности топлива к самовозгоранию. При хранении бурых углей на немеханизированных складах высота штабеля составляет не более 2 – 2,5 м, антрацитов –
4 – 5 м и более, каменных углей – 2 – 3 м, фрезторфа – до 3 м. На механизированных складах высота штабелей не лимитируется, так как очаги повышения температуры можно относительно легко ликвидировать.

Уголь не позднее 2 сут после подвоза укладывают послойно в штабеля (толщина слоя 0,5 – 1,0 м), уплотняя каждый слой во избежание попадания воздуха. Верх и боковой откос покрывают слоем мелочи толщиной 100 – 150 мм. Для предотвращения самовозгорания необходим постоянный контроль за температурой угля.

При самовозгорании тлеющее место отделяют от остальной массы угля с помощью поперечно прорытых в штабеле каналов на всю высоту штабеля. Тлеющий уголь тушат, затем этот участок уплотняют и обмазывают изоляционным слоем влажной глины с песком или землей. Применять воду не рекомендуется.

В случае самовозгорания всего штабеля охлаждение и прекращение горения обеспечивают путем уменьшения высоты штабеля до 300 мм или перелопачиванием угля, быстро раскладывая его на возможно большей площади. Уголь, подвергшийся самовозгоранию, расходуется в первую очередь.

На каждом штабеле укрепляют табличку, на которой указывают: номер штабеля, дату поступления, количество, вид и марку топлива.

Комплекс механизмов и устройств, с помощью которых осуществляется подача топлива со склада в котельную, называется топливоподачей.

В котельных малой и средней мощности наиболее широкое распространение получили следующие основные механизмы топливоподачи:

а) автопогрузчики – в котельных с расходом топлива не выше 2,5 – 3,3 кг/с;

б) грейферные краны – в котельных с расходом топлива 2,5 – 9,0 кг/с и более;

в) скреперные установки;

г) вертикально-горизонтальный скиповый подъемник системы П. И. Шевьева – в котельных большой производительности;

д) различные виды конвейеров: ленточные, ковшовые и т.д.

Ленточные конвейеры изготовляют из гибкой бесконечной резиновой ленты, охватывающей два концевых барабана. Обычно используются желобчатые ленты шириной 500 – 2000 мм в зависимости от требуемой производительности. Ширина ленты для антрацитов и каменных углей (мелких сортов) принимается 500 мм и более, для рядового угля – не менее 650 мм, а для фрезерного торфа – не менее 800 мм.

Обычно длина ленточного транспортера 10 – 15 м. У наклонных транспортеров угол наклона не должен превышать 18^о.

В качестве ковшовых конвейеров широко применяются элеваторы, серийно выпускаемые отечественной промышленностью.

Процесс подготовки твердого топлива для сжигания в камерных топках достаточно сложен, зависит от свойств топлива (крупности кусков, влажности и т. п.) и состоит из ряда стадий: удаление металла и щепы с предварительным грубым дроблением в дробильной установке, подсушка и размол в системе приготовления пыли, подача готовой пыли в топочные устройства.

Выбор оборудования топливоприготовительных устройств и его эксплуатация зависят от фракционного состава топлива, т. е. распределения кусков угля по размерам. Обычно топливоприготовление осуществляется следующим образом: топливо из бункера сырого угля поступает на ленточный конвейер, при движении которого из слоя угля, движущегося по ленте, с помощью щепоуловителя в виде гребенки улавливаются деревянные включения, а с помощью электромагнитов, установленных в конце конвейера, извлекается металл, который затем с магнитного сепаратора попадает в бункер для сбора. Очищенное от металла топливо поступает на грохот, где происходит отделение мелких фракций от крупных: мелкие фракции ссыпаются в бункер мелкого угля, крупные – в бункер крупного и из него направляются в дробилку для измельчения.

Наибольшее распространение получили валковые дробилки с параллельно расположенными ошипованными гладкими валками и молотковые, в которых измельчение топлива происходит в основном за счет удара, раздавливания и истирания. В различных типах дробилок и мельниц эти способы разрушения кусочков топлива сочетаются по-разному. После дробилок уголь направляется в мельницы для подсушки и измельчения.

В энергетике для размола топлива применяются четыре типа мельниц: мельничные вентиляторы (MB), среднеходные валковые (ВСМ) и шаровые (МШС), молотковые (ММ) и шаровые барабанные (ШБМ).

Быстроходная мельница-вентилятор состоит из колеса с лопатками, бронированного корпуса и сепаратора. Эти мельницы обычно применяются для размола высоковлажных мягких бурых углей с большим выходом летучих и торфа. Сырой уголь подводится с торца мелющего колеса и за счет удара о лопатки измельчается.

Валковая среднеходная мельница с горизонтальным столом состоит из двух валков, стола и корпуса. Валки при вращении горизонтальной тарелки, к которой они прижимаются за счет усилия, создаваемого пружинами, катятся, подминая под себя топливо, и, раздавливая, измельчают его. Такие мельницы наиболее целесообразны для размола каменных углей с зольностью менее 30 %.

Быстроходная молотковая мельница состоит из вращающегося ротора, на котором на шпонках укреплены диски с шарнирно прикрепленными билами, и кожуха. Топливо, подаваемое на вращающийся ротор, размельчается ударами бил. В этих мельницах обычно размалывают сравнительно мягкие топлива, имеющие значительный выход летучих.

Шаровая барабанная мельница состоит из цилиндра (барабана) диаметром 2 – 4 м и длиной 3 – 10 м, частично заполненного шарами диаметром 30 – 60 мм. При вращении барабана шары поднимаются на определенную высоту и падают. Размол топлива происходит за счет удара шаров и вследствие истирания перемещающимися шарами. Шаровые барабанные мельницы универсальны с точки зрения вида и сорта топлива, однако применяются только для размола трудноразмалываемых топлив и топлив, требующих тонкого помола, так как отличаются большой начальной стоимостью и высоким расходом электроэнергии на помол.

Существующие в настоящее время системы пылеприготовления разделяют на центральные и индивидуальные. В центральных системах приготовление пыли производят в отдельных зданиях (пылезаводах) и используют пыль для всех котлов, в индивидуальных – каждый котел питается от своих мельниц. Производительность мельниц определяет нагрузку котла.

Приготовление пыли в таких системах может производиться по замкнутой и разомкнутой схемам движения сушильных газов. В замкнутой схеме сушильные газы (горячий воздух, топочные газы), пройдя систему пылеприготовления вместе с водяными парами, сбрасываются в котел. При разомкнутой схеме сушильные газы с водяными парами сбрасываются в атмосферу, а приготовленная в мельницах пыль собирается в промежуточном бункере, из которого по мере необходимости подается в топку котла.

Основными элементами пылесистем, кроме дробилок, мельниц, конвейеров, являются сепараторы, затворы-мигалки, питатели для подачи угля или угольной пыли, пылепроводы.

Сепараторы служат для отделения мелких фракций от крупных из пылевоздушной смеси с различным фракционным составом, получаемой в мельницах. Обычно при проектировании системы пылеприготовления рассматривают мельницу и сепаратор как единое целое, так как тонкость поступающей пыли в горелки зависит от работы комплекса мельница – сепаратор.

Для подачи определенного количества пыли из бункера в горелки теплогенерирующих установок используются различные типы питателей пыли. Наиболее распространенными являются шнековые и лопастные питатели.