Инновационная низкотемпературная вихревая технология сжигания твердого топлива

Низкотемпературная вихревая (НТВ) технология сжигания является наилучшей современной эффективной технологией энергетического использования твердых органических топлив.

Виктор Владимирович Померанцев Способ НТВ-сжигания и топочное устройство для его реализации разработаны выдающимся советским ученым-теплоэнергетиком Виктором Владимировичем Померанцевым и возглавляемым им коллективом кафедры «Реакторо- и парогенераторостроение» в Ленинградском политехническом институте (ныне Санкт-Петербургский государственный политехнический университет — СПбГПУ).

Низкотемпературная вихревая технология сжигания прошла широкую апробацию в энергетике с 1970 по 1990 годы.

С 1992 года совершенствование и внедрение НТВ-сжигания осуществляет Компания «НТВ-энерго», созданная специалистами кафедры РиПГС СПбГПУ.

Способ НТВ-сжигания и топочное устройство для его реализации защищены патентами.

Принцип работы НТВ-топки:

В основу технологии заложен принцип организации низкотемпературного сжигания твердого топлива угрубленного помола в условиях многократной циркуляции частиц в камерной топке.

Схема НТВ-топки

В НТВ-топке организованы две зоны горения, которые разнесены по ее высоте: вихревая (2) и прямоточная (1). Вихревая зона занимает объем нижней части топки от устья топочной воронки до горелок. Прямоточная зона горения располагается над вихревой зоной в верхней части топки.

Аэродинамика вихревой зоны создается за счет взаимодействия двух организованных потоков: первый поток (а) сформирован из топливно-воздушной смеси, поступающей в топку через горелки; второй поток (b) состоит из горячего воздуха, подаваемого в топку через систему нижнего дутья. Потоки направлены навстречу друг другу и образуют пару сил, создающую вихревое движение в нижней части топки.

В отличие от традиционной технологии пылеугольного сжигания, где основная часть топлива (до 92…96 %) сгорает в так называемой "зоне активного горения", расположенной в районе горелок и занимающей относительно небольшой объем камерной топки, в вихревой топке с НТВ технологией сжигания в "зону активного горения" вовлечен значительно больший объем топочного пространства. Это дает возможность снизить максимальную температуру в вихревой топке (примерно на 100…300 оС) и за счет активной аэродинамики выровнять уровень температуры в объеме вихревой зоны.

Пониженный уровень температуры, ступенчатый ввод окислителя, многократная циркуляция горящих топливных частиц и угрубление гранулометрического состава золы в совокупности обеспечивают улучшенные показатели вихревых топок по вредным выбросам: оксидам азота и серы, а также повышают эффективность работы золоулавливающего оборудования котельной установки.

Снижение генерации оксидов азота в НТВ-топке обусловлено условиями топочного процесса: низким уровнем температуры в зоне активного горения и ступенчатым подводом окислителя к топливу. Максимальная температура продуктов сгорания в классической НТВ-топке не превышает 1100…1250 оС. Вихревая зона топки является практически изотермичной. При таком температурном уровне образуются в основном "топливные" оксиды азота и количество "воздушных" оксидов азота ничтожно мало. Коэффициент избытка воздуха в горелках при низкотемпературной вихревой технологии сжигания зависит от марки топлива и составляет порядка 0,5…0,8. В результате применения НТВ-сжигания удается снизить генерацию оксидов азота в 1,2…3,0 раза в сравнении с традиционной технологией сжигания в прямоточном факеле.

В НТВ-топке созданы благоприятные условия для связывания оксидов серы. Низкий уровень температуры определяет активное связывание оксидов серы основными оксидами (CaO, MgO) минеральной части топлива. Этому процессу способствует увеличение времени пребывания связывающих компонентов в вихревой зоне, а также меньшая оплавленность (то есть большая поверхность реагирования) частиц золы. Применение НТВ технологии сжигания позволяет за счет содержания связующих в топливе повысить степень связывания оксидов серы в пределах газового тракта котла на 20…50 % (в зависимости от марки топлива) в сравнении с технологией прямоточного факела. Кроме того, условия вихревой топки позволяют снизить содержание SOx за счет ввода сорбентов на основе на основе СаО.

Укрупнение помола топлива при НТВ-сжигании приводит к укрупнению летучей золы уноса и изменению ее резистивных свойств. Испытания золоулавливающего оборудования котлов, переведенных на низкотемпературное вихревое сжигание, показали повышение эффективности работы как установок циклонного типа, так и электрофильтров.

НТВ-топка отличается высокой устойчивостью воспламенения твердого топлива, что особенно актуально при сжигании низкосортных топлив. Несмотря на пониженный уровень температуры, благодаря организованной многократной циркуляции горящих коксовых частиц топлива и ступенчатому подводу воздуха в вихревой зоне топки создан устойчивый и надежный механизм, стабилизирующий воспламенение и обеспечивающий выгорание топлива. Важную роль при этом имеет конструктивное исполнение горелочно-сопловых устройств и аэродинамические приемы, обеспечивающие взаимодействие горелочных и сопловых потоков между собой. НТВ-топка позволяет обеспечить эффективное сжигание низкосортных твердых топлив без использования "подсветки" пылеугольного факела газом и мазутом.

Применение инновационных технологий низкотемпературного вихревого сжигания твердого топлива позволяет практически полностью исключить шлакование поверхностей нагрева котла и повысить надежность его работы. Пониженный уровень температуры в зоне активного горения снижает количество расплавленных частиц золы, что в сочетании с активной аэродинамикой снижает вероятность возникновения отложений на поверхностях нагрева котла.