Плазменная технология розжига и поддержания горения в пылеугольных котлах

Ежегодно в РФ на поддержание горения пылеугольных котлов тратится более 5 млн. тонн мазута, при этом повсеместное снижение качества энергетических углей требует увеличения расхода мазута. Для растопки энергетического котла требуется в среднем 80-120 т мазута (при совокупной стоимости ~ 10 тыс. руб/тонну).
 

Одним из основных направлений развития энергогенерирующих компаний в Российской Федерации является повышение экономической эффективности и экологичности производственного цикла. В настоящее время масштабные проекты с долгосрочной окупаемостью труднореализуемы, поэтому приоритет отдается комплексным проектам, направленным на совместную оптимизацию экономических и экологических показателей работы энегогенерирующих предприятий.
Для розжига пылеугольных котлов и стабилизации процессов горения обычно применяют природный газ или мазут, стоимость которых постоянно растет, поэтому актуальным является использование в качестве растопочного топлива угольной пыли, которая по сравнению с газом и мазутом требует более высокой температуры воспламенения и более длительного температурного воздействия, что связано с низким выходом «летучих» веществ по сравнению с газом и мазутом. Высокую ударную температуру способны развивать плазмотроны.
Воздействие плазмы на угольную пыль приводит к ряду положительных изменений в ней, например: частицы угля дробятся на более мелкие части, происходит их интенсивная газификация, вследствие этого повышаются реакционные свойства топлива, горение протекает более устойчиво. Это актуально при сжигании низкосортных углей и позволяет осуществить растопку котла при кратковременной, необходимой для достижения растопочных параметров котла, работе плазмотрона.
Плазменно-топливные системы уже испытаны на большом количестве энергетических котлов паропроизводительностью от 75 до 670 т/ч и оборудованных различными типами пылеугольных горелок (прямоточных, муфельных и вихревых горелок). При испытании плазменно-топливных систем сжигались угли всех сортов (бурый, каменный, антрацит и их смеси). Содержание «летучих» в них составляло от 4 до 50%, содержание золы – от 15 до 48%, и теплота сгорания была в интервале от 1600 до 6000 ккал/кг.

Эффект от использования решения:
 

• Повышение экономической эффективности, за счет уменьшения расходов на жидкое топливо
• Повышение энергетической эффективности плазменно-топливных систем в 3-4 раза выше традиционных методов растопки котла (электрическая мощность плазмотронов составляет 0,5-2% от тепловой мощности пылеугольной установки)
• Снижение образования оксидов азота на 40-50% благодаря замещению стабилизирующего топлива (мазута или природного газа) углем
• Снижение расходов на эксплуатационное обслуживание оборудования хранения, подачи жидкого топлива и систему жидкого топлива перед котлом
• Повышение безопасности работы
• Возможность автоматизации процесса розжига и стабилизации горения пылеугольного факела в котле
• Освобождение производственных площадей при сокращении мазутохранилищ и снижение издержек на содержание мазутных хозяйств
• Возможность растопки энергетических блоков ТЭС при потере собственных паровых нужд станции
• Уменьшение в целом вредных выбросов в атмосферу
   

Использование в мире
Технология плазменного розжига получила широкое распространение в течении последних лет на подавляющем большинстве угольных электростанций развитых стран мира. В Китае данной технологией оснащены более 470 угольных котлов, суммарной мощностью блоков более 200 млн. кВт, что составляет примерно 30% от общей установленной мощности страны. Плазменный розжиг используется также в Индонезии (6 блок Индонезийской ТЭС «Суналая» (600МВт); Монголии (Улан-Баторская ТЭЦ); Тайвани (1, 2 блоки Хопингской электростанции (2х660МВт); Словакии (ТЭС «Вояны»).

Реализованные проекты в мире:
1. Проект: Дагуская ТЭС-2
Описание: На котлах 6х200 МВт были заменены 4 основных горелки в низком ярусе на 4 плазменные
Результаты: Реализован полностью безмазутный метод растопки котлов.

2. Проект: Юйхуаньская ТЭС
Описание: На котле №2 блока мощностью 1000МВт применена плазменная технология зажигания и поддержания горения.
Результаты: Реализован полностью безмазутный метод растопки котла. КПД сгорания угольной пыли котла – высокое, состояние горения факела –устойчивое.

3. Проект: Samchonpo Thermal Power Station (Korea East-west Power Co., Ltd)
Описание: Производилась модернизация котла энергоблока 560 Мвт. Установка плазмотронов и пуско-наладка составили 20 дней.
Результаты: Реализован полностью безмазутный метод растопки котлов и подсветки пылеугольного факела, эмиссия NOx уменьшена на 50%.
 

Возможности решения в России
В структуре производства электроэнергии в России преобладают тепловые электростанции, но при этом тепловые станции являются лидирующими по уровню устаревания технологий.

Структура производства электроэнергии в России.

Уголь в качестве основного вида топлива используется на 96 станциях. На многих ТЭС он применяется наряду с газом или мазутом. В структуре использования топлива на теплоэлектростанциях уголь занимает 25%.
Впервые плазменная технология розжига была разработана российскими учеными и применена на Гусиноозерской ГРЭС на котлах типа ТПЕ- 215, БКЗ -640, БКЗ-420. Но к сожалению, данные разработки не получили промышленной реализации.

Успешным проектом в России является использование автоматизированной технологии плазменного розжига Янтайской электротехнической компании на Хабаровской ТЭЦ-3.

Проект в России
Проект: Дальневосточная генерирующая компания, Хабаровская ТЭЦ-3 энергоблок №1
Описание: На Хабаровской ТЭЦ-3 установлен котельный агрегат ТПЕ-215 энергоблока №1 с естественной циркуляцией и сухим шлакоудалением и предназначен для получения пара высокого давления при сжигании смеси нерюнгринского угля. Используется прямоточная система пылеприготовления с 6 молотковыми мельницами ММТ-2000/2590/750К. Котел имеет 48 амбразур пылеугольных горелок и 16 мазутных горелок. При внедрении системы плазменного розжига, были заменены 8 основных горелок во втором ярусе на 8 плазменных.
Результаты: На каждый цикл растопки уходило до 70 тонн мазута. Стоимостью 800 тыс.рублей. Применение плазмотрона позволит сэкономить 5 млн. рублей на одном блоке. Срок окупаемости проекта – 5 лет.

Использование данной технологии в России только начинается и имеет огромный потенциал.

Технические особенности решения
Плазма – это ионизированный газ, в котором объемные плотности положительных и отрицательных электрических зарядов, образующих плазму заряженных частиц практически одинаковы, а концентрация этих частиц сравнительно велика. Плазма образуется при электрических разрядах в газах, при нагреве газа до температуры достаточно высокой для протекания интенсивной ионизации.
В настоящее время широко используется плазматрон, плазменный генератор, - газоразрядное устройство для получения «холодной» плазмы. В электродуговых плазмотронах образуется локально-высокотемпературная зона в дуговом разряде между катодом и водоохлаждаемым анодом. Электроды обладают большим сроком службы и удобной конструкцией для замены. Выходные мощности плазматронов регулируются в пределах 50 кВт -200 кВт.

Технология плазменного розжига включает в себя следующие компоненты:
 

• плазматроны
• плазменные горелки
• систему охлаждающей воды
• систему подачи сжатого воздуха
• систему пылеприготовления котла в холодном состоянии
• систему контроля температуры стенок
• систему контроля за аэросмесью с первичных воздухом
• систему источника питания постоянного тока
• систему видеоконтроля факела
• систему управления плазменного розжига котла
   

Примеры реализации проектов
Инвестиции в реализацию технологии плазменного розжига и поддержания горения в пылеугольных котлах в среднем составят от 0,5 до 1,5 млн. долларов на котел, в зависимости от используемого типа угля и ряда технологических параметров котла.
Срок возврата инвестиций на реализацию системы плазменного розжига и подсветки топлива – от одного до трех лет.

Сроки реализации проекта - от 4 до 6 месяцев. Работы по внедрению системы плазменного розжига включают в себя этапы:
1) Детальное предпроектное обследование, расчет технико-экономических обоснований
2) Анализ образцов используемого типа угля на конкретном котле
3) Изготовление плазматрона с учетом всех требований заказчика и условий эксплуатации
4) Проектные работы
5) Поставка оборудования
6) Монтажные и пуско-наладочные работы
7) Сдача системы в промышленную эксплуатацию