Плазменная технология розжига

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 среднем80-120 тмазута (при совокупной стоимости ~ 10 тыс. руб/тонну).

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 угольной пыли в качестве растопочного топлива, 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.

Плазменная технология розжига и поддержания горения в пылеугольных котлах ↓

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 3-4раза 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 течение 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 (2×660МВт); Словакии (ТЭС «Вояны»).

Реализованные проекты в мире:

Проект: Дагуская ТЭС-2
Описание: На котлах 6×200 МВт были заменены 4 основных горелки в низком ярусе на 4 плазменные
Результаты: Реализован полностью безмазутный метод растопки котлов.
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.
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 ↓

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:

Детальное предпроектное обследование, расчет технико-экономических обоснований
Анализ образцов используемого типа угля на конкретном котле
Изготовление плазматрона с учетом всех требований заказчика и условий эксплуатации
Проектные работы
Поставка оборудования
Монтажные и пуско-наладочные работы
Сдача системы в промышленную эксплуатацию