Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы

Принципиальная разница между схемами пылеприготовления с прямым вдуванием и промежуточным бункером заключается в том, что первая предполагает жесткую связь между мельницами и котлом: изменение нагрузки котла требует обязательного изменения режима работы мельничного оборудования.
Для второго варианта характерна большая гибкость: наличие промежуточного бункера позволяет эксплуатировать пылесистему в оптимальном режиме независимо от колебаний нагрузки котельной установки. Более того, эта схема допускает даже кратковременный останов мельницы: котел несколько часов может работать на топливе из пылевого бункера. А при наличии связи между соседними бункерами котел может длительно работать, получая угольную пыль от пылесистемы соседнего котла.
К недостаткам систем пылеприготовления с промежуточным бункером относятся, во-первых, увеличение затрат на оборудование и места для его размещения, а во-вторых, повышенные затраты на собственные нужды в связи с наличием не только мельницы, но и мельничного вентилятора.
С учетом этого в последнее время пылесистемы с промежуточным бункером устанавливают только при проектировании энергоблоков на малореакционных углях или использовании топок с жидким шлакоудалением, когда для надежного воспламенения и повышения температуры в зоне активного горения целесообразно подавать топливо к горелкам горячим воздухом.
При сжигании каменных углей с высоким выходом летучих, а также различных марок бурого угля и торфа обычно применяют системы пылеприготовления с прямым вдуванием.
Собственно размол топлива в сочетании с его сушкой осуществляется в мельницах. На тепловых электростанциях получили распространение тихоходные шаровые-барабанные (ШБМ), среднеходные валковые и шаровые (МВС и МШС), а также быстроходные молотковые (ММ) мельницы и мельницы-вентиляторы (М-В).
Шаровая барабанная мельница представляет собой барабан, выложенный внутри волнистыми броневыми плитами. Почти треть его объема заполнена стальными шарами диаметром 25–60 мм. Размол угля осуществляется по принципу удара и истирания. При вращении барабана (16–23 об/мин) шары поднимаются на определенную высоту и падают, разбивая кусочки угля. Перекатывание шаров дополнительно превращает дробленку в пыль за счет истирания (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Шаровая барабанная мельница: 1 – входной патрубок; 2 – опорный подшипник; 3 – барабан мельницы с тепло– и звукоизоляцией; 4 – выходной патрубок; 5 – большая шестерня; 6 – редуктор; 7 – электродвигатель
Сырое топливо вместе с горячим воздухом подается в барабан через входной патрубок, а готовая пыль удаляется вентилирующим агентом через выходной патрубок.
Достоинством ШБМ является их универсальность: они пригодны для размола как мягких углей с высоким выходом летучих, так и твердых топлив, типа АШ. В случае попадания в ШБМ посторонних (в том числе – металлических) предметов не требуется аварийный останов мельницы.
К недостаткам ШБМ относятся, прежде всего, повышенный расход электроэнергии на размол: энергия тратится на вращение барабана даже при отсутствии топлива. Второй недостаток – износ шаров (при размоле АШ, например, истирается 400 г металла на 1 т полученной угольной пыли). Кроме того, пылесистема с ШБМ – это, как правило, пылесистема с промбункером, то есть громоздкая и сложная система, требующая место для сепараторов, циклонов, пылевых бункеров и пылепитателей. Поэтому такие мельницы в настоящее время применяются только в случае использования малореакционных твердых углей с Кло ≤ 1,1, требующих для эффективного сжигания весьма тонкий размол (R90 ≤ 10 %).
Большое распространение в России для размола бурых и каменных углей с высоким выходом летучих получили молотковые мельницы. Размол топлива в этих мельницах происходит по принципу удара, поэтому скорость вращения ротора достаточно высока: 735–980 об/мин. Ротор мельницы вращает билодержатели, на которых укреплены съемные била, изготовленные из отбеленного чугуна или марганцовистой стали. Корпус мельницы изнутри защищен съемной броней (рис. 3.8).
Рис. 3.8. Молотковая мельница с аксиальным подводом сушильного агента: 1 – корпус; 2 – била; 3 – ротор; 4 – патрубки для подвода сушильного агента; 5 – электродвигатель
Кроме дробленого топлива, в молотковую мельницу подается сушильный агент: горячий воздух или смесь воздуха с дымовыми газами, отобранными из конвективной шахты котла дымососом рециркуляции. По способу подвода сушильного агента молотковые мельницы делятся на аксиальные (ММА) и тангенциальные (ММТ). Заодно с мельницами устанавливаются центробежные или инерционные сепараторы, которые возвращают грубые частицы угля на повторный размол в мельницу. На котлах малой производительности можно встретить шахтные (гравитационные) сепараторы, после которых аэросмесь поступает в топку через открытую амбразуру (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Схема действия молотковой мельницы и её компоновка с котлом: 1 – поступление топлива; 2 – размол топлива; 3 – гравитационный сепаратор; 4 – амбразура; 5 – топочные экраны
Для размола каменных углей за рубежом обычно используют среднеходные мельницы. И в российской энергетике мельницы такого типа встречаются всё чаще. Принцип получения угольной пыли в среднеходных мельницах – раздавливание. Движущаяся часть мельницы – нижнее кольцо в шаровых (МШС) или нижний стол в валковых (МВС) среднеходных мельницах вращаются с частотой 50–150 об/мин. В МШС между верхним (неподвижным) и нижним (вращающимся) кольцами установлено 9–12 шаров диаметром 270–750 мм. Производительность наиболее крупных МШС достигает 50 т/ч по каменному углю (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Шаровая среднеходная мельница: 1 – вход сырого топлива; 2 – выход угольной пыли и сушильного агента; 3 – регулируемые лопатки сепаратора; 4 – возврат грубых частиц; 5 – пустотелые шары; 6 – вращающееся нижнее размольное кольцо; 7 – вход первичного воздуха; 8 – нажимные цилиндры; 9 – направляющие ступицы колеса; 10 – стационарное верхнее кольцо; 11 – проходная плита; 12 – редуктор; 13 – камера провала
В мельницах МВС обычно устанавливают два конических валка. Попадая под них, угольная дробленка раздавливается (рис. 3.11). Горячий воздух, как и в МШС, выносит пыль в сепаратор, установленный над мельницей. Крупные частицы из сепаратора возвращаются на размольный стол, а подсушенная пыль направляется по пылепроводу к горелке (или через делитель пыли к нескольким горелкам одного яруса).
Рис. 3.11. Валковая среднеходная мельница
Достоинствами среднеходных мельниц являются их компактность (по сравнению с ШБМ) и значительно меньший (12–15 кВт·ч/т) расход электроэнергии на размол. Основной недостаток – чувствительность к попаданию вместе с топливом металлических предметов, а также неравномерность износа размалывающих элементов. При размоле высоковлажных бурых углей использование среднеходных мельниц приводит к их замазыванию. Более подходящими для этого случая считаются молотковые мельницы, описанные выше, а также мельницы-вентиляторы (М-В), которые в последние годы всё чаще устанавливают на энергоблоках, сжигающих высоковлажные бурые угли (рис. 3.12). Особенностью этих агрегатов является возможность подсоса высокотемпературного сушильного агента из верхней части топки. Благодаря этому обеспечивается эффективная подсушка топлива в опускной шахте перед мельницей. Дымовые газы в сушильной шахте с нисходящим движением потоков топлива и газов охлаждаются примерно от 900 °С до допустимой (перед мельницей) температуры 300–400 °С, а влажный уголь – подсушивается: доля съема влаги составляет как минимум 0,4, то есть