Циркулирующий кипящий слой

1.

Циркулирующий кипящий слой
зеленая технология для тепловой электроэнергетики
БНТУ
Бегункович Т. В.
27 ноября 2022 года

2.

ТЕХНОЛОГИЯ ЦИРКУЛИРУЮЩЕГО КИПЯЩЕГО СЛОЯ
Технология циркулирующего кипящего слоя (ЦКС) - инновационная технология
сжигания твердого топлива в паровых котлах тепловых электростанций на принципе
кипящего слоя с организацией циркуляции частиц топлива.
Позволяет сжигать с высокой экономичностью топливо различного качества, включая
угли, нефтяной кокс, торф, сланцы, биомассу и др., при относительно невысокой
температуре, что существенно снижает выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.
Справочно: Кипящий слой – визуально подобен кипящей воде. Неоднократно возвращаясь в топку котла для лучшего
выжига углерода, он образует циркулирующий кипящий слой. ЦКС применим для сжигания дроблёного угля (размер
частиц примерно 6 мм), причем низкокалорийные высокозольные угли можно сжигать более экономично, чем с
использованием традиционных технологий (пылеугольных), а также позволяет сжигать разные по составу угли и их
смеси. В то же время технология сжигания топлива в циркулирующем кипящем слое дает дополнительные
возможности для снижения вредных выбросов окислов серы и азота. Чтобы отделить горячие дымовые газы от
материала слоя, дымовые газы проходят циклон, где они очищаются от материала слоя и идут далее по тракту
котла, а материал слоя циклоном возвращается обратно в топку.
2

3.

ЦКС - ЗЕЛЕНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Технология ЦКС позволяет добиться высоких
экологических показателей без установки
систем газоочистки.
Это достигается за счет того, что из-за низкой
температуры газов в зоне горения по всей высоте топки
и в результате ступенчатого ввода воздуха значительно
снижается образование оксидов азота.
Кроме того, вместе с топливом в зону горения котла
подаётся известняк, который связывает образующиеся
оксиды серы.
А в результате постоянной циркуляции частиц в котле
достигается максимальный выжиг топлива и, таким
образом, сокращается выброс вредных веществ в
атмосферу.
Возможно применение технологии ЦКС для процессов
улавливания углекислого газа.
3

4.

ТОПЛИВО РАЗЛИЧНОГО КАЧЕСТВА
Технология ЦКС позволяет сжигать с высокой
экономичностью твердое топливо различного
качества, включая угли, нефтяной кокс, торф,
сланцы, биомассу, шламы и другие отходы
угледобычи и углеобогащения.
Возможно проектирование и сжигание
разнородного топлива в одном котле.
Позволяет диверсифицировать поставки топлива.
Плюс упрощенная схема подготовки топлива
(дробление).
4

5.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ЭКОНОМИЧНОСТЬ И КОМПАКТНОСТЬ
Эффективность сжигания, а также КПД и
удельный расход топлива при использовании
технологии ЦКС соответствуют современным
требованиям: КПД энергоблока – более 42 %,
удельный расход топлива – менее 300 г/кВтч.
Еще одно преимущество технологии ЦКС снижение стоимости строительства и компактные
размеры котельной установки за счёт исключения
систем серо- и азотоочистки.
5

6.

КОТЛЫ С ЦКС ЗА РУБЕЖОМ
Технология ЦКС получила широкое распространение за рубежом.
Начиная с 80-х годов прошлого столетия, в мире построены и работают более
3000 котлов с ЦКС установленной мощностью около 102 ГВт:
Китай – 47,7 ГВт,
Европа – 12,4 ГВт,
Более 3 тысяч котлов с ЦКС
США – 12 ГВт,
Около 102 ГВт
Индия – 9,6 ГВт,
ЮВА – 8 ГВТ
и др.
В 2009 году компанией Foster Wheeler введен в эксплуатацию крупнейший в
мире блок мощностью 460 МВт с котлом ЦКС на ТЭС в Логиже, Польша.
6

7.

КРУПНЕЙШИЕ КОТЛЫ С ЦКС, УСТАНОВЛЕННЫЕ В МИРЕ
Страна и
электростанция
Поставщик
Мощность
блока, МВт
Расход пара,
т/час
Давление пара,
МПа
Температура
пара, 0С
Франция, Прованс
Альстом
250
700/
16,3/
567/563
США, Ред Хиллс
Альстом
2*250
753/
20,3/
568/541
Италия, Зульцис
Альстом
340
1013/836
19,7/
565/580
Ирландия,
Шеннонбридж
Фостер Уиллер
159
407/354
17/3,48
563/563
Польша, Туров
Фостер Уиллер
3*262
704/650
17/3,94
568/568
Польша, Логижа
Фостер Уиллер
460
1300/1080
28,26/5,13
563/583
Россия,
Новочеркасская ГРЭС
(строится)
ЭМАльянс
Фостер Уиллер
330
1000/880
25,5/4,0
565/565
7

8.

КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА С ЦКС БЛОКА 460 МВТ В ПОЛЬШЕ, ЛОГИЖА
При выборе технологии сжигания выполнялось сравнение технико-экономических
показателей вариантов пылевого сжигания с азото- и сероочисткой и котла с ЦКС. В
результате сравнения оказалось, что котел с ЦКС на 6 % дороже
пылеугольного, но установка селективной каталитической очистки от
оксидов азота (СКВ) увеличивает затраты на пылеугольный вариант на 6 %, а
установка сероочистки еще на 21 % - капзатраты на строительство котла с ЦКС
оказались ниже.
Блок обеспечивает лучший в мире КПД для блоков с котлами с ЦКС – 43,3 %.
В связи с вопросами глобального изменения климата и требованиям к
увеличению доли возобновляемых топлив при производстве электроэнергии на
новой ТЭС в Логиже планируется сжигать биомассу, кроме того, предусмотрен
вариант перехода к кислородному сжиганию с сепарацией СО2.
8

9.

НОВОЧЕРКАССКАЯ ГРЭС. СТРОЯЩИЙСЯ ЭНЕРГОБЛОК № 9 С КОТЛОМ ЦКС
3D модель котельной установки
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Наименование параметров
Значение
параметров
Мощность энергетического блока,
МВт
330
Параметры острого пара на выходе
из котла
- Номинальная
паропроизводительность, т/ч
- Температура пара, ºС
- Давление пара, МПа
Параметры пара промперегрева на
выходе из котла
- Номинальная
паропроизводительность, т/ч
- Температура пара, ºС
- Давление пара, МПа
Топливо расчётное:
1000
565
24,5
850
565
4,4
Антрацит (АШ),
Кузнецкий
тощий уголь
(ТР),
Шлам
КПД котла (брутто) расчётный, не
менее
91%
Массовая концентрация NOx в
дымовых газах (при
=1,4), мг/нм³
300
Второй в мире по мощности энергоблок с ЦКС 330 МВт на
сверхкритические параметры пара.
9

10.

ЭКОНОМИКА
Для условий дешевого низкосортного топлива
и современных жестких требований по
экологии энергоблок с ЦКС экономически
более выгоден, чем традиционный угольный.
Мировая тенденция:
– ужесточение требований по экологии;
- увеличение доли возобновляемых топлив, включая
биомассу.
10

11.

Расчеты показывают
• Расчеты показывают, что около 90% SO2
выпадает из дымовых газов на почву в
радиусе примерно 15–35 высот дымовых труб.
И только 10 % SO2 переносится в другие
регионы под действием атмосферных потоков.
• В атмосфере под действием озона диоксид
серы окисляется до триоксида, и, соединяясь с
водяными парами, образует пары серной
кислоты

12.

• Озон окисляет также окислы азота с
конечным образованием паров азотной
кислоты . Пары обеих кислот имеют
плотность в 3 - 4 раза больше плотности
воздуха, что обеспечивает их интенсивное
осаждение
• Атмосферные осадки ускоряют поступление
этих кислот в почву и водоемы, что
приводит к их закислению

13.

СЖИГАНИЕ УГЛЯ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
В топку с кипящим слоем подаются дробленый
уголь с размерами частиц 1,5—6 мм, известняк, песок
или другой зернистый материал, которые под
действием восходящего потока воздуха, поступающего
через решетку в нижней части топки, образуют
суспензионный кипящий слой. Горючие вещества
сгорают при температуре 760—980 ºС. При такой
температуре зола не размягчается и не спекается, а
процесс горения протекает эффективно.
Продукты сгорания поднимаются в верхнюю
часть топки и попадают в циклон. Из циклона инертная
масса,
несгоревшие
частицы
топлива
и
непрореагировавший известняк возвращаются обратно
в топку. Трубы поверхностей нагрева располагаются в
кипящем слое и в конвективной шахте. Для подачи
воздуха
под
раздающую
плиту
используется
высоконапорный дутьевой вентилятор.

14.

Э ф ф ек т и в н о с т ь с вя зы в а н и я с е р ы , %
Эффективность связывания серы в зависимости от молярного
соотношения СаСО3/SO2
100
80
60
40
0
2
3
1
М о л я р н о е с о о т н о ш е н и е C a C O 3 /S O 2
4