Системы безмазутного плазменного розжига и стабилизации горения пылеугольных котлов

Проблемы традиционных систем мазутного розжига и мазутной «подсветки»

Традиционно на многих электростанциях с пылеугольными котлами мазут, стоимость которого растет с завидной регулярностью, используется не только в качестве растопочного топлива, но и как резервное топливо в случае перебоя поставок угля (хотя такие случаи в современных условиях очень редки), а также «для подсветки» (при работе на пониженных нагрузках и при ухудшении качества основного топлива). Ниже приведены основные минусы таких схем использования мазута:

1. Высокая стоимость мазута.Мазут является чрезвычайно дорогим топливом, особенно в сравнении с углем, использование его в больших количествах во время растопок и «для подсветки» сопряжено со значительными экономическими расходами.
2. Сложность и опасность использования мазута, высокие эксплуатационные издержки содержания мазутного хозяйства.Мазут является крайне привередливой субстанцией – мало того, что для его слива приходится пропаривать железнодорожные цистерны, так и в процессе эксплуатация часть тепловой и электрической энергии тратится на поддержание технологически необходимой температуры мазута в баках и трубопроводах (паровые «спутники», температура мазута в зависимости от его марки поддерживается на уровне 95—130°С), на паровую продувку и охлаждение мазутных форсунок и т.д. Мазутное хозяйство – не только технологически сложный, но и опасный производственный комплекс, которые накладывает на предприятия определенные требования и обязательства; при хранении и перекачке мазута также всегда существует риск розлива топлива, что влечет за собой существенные экологические последствия.
3. Снижение энергетических показателей пылеугольных котлоагрегатов при совместном сжигании угля и мазута. При совместном сжигании угля и обладающего более высокой реакционной способностью мазута происходит значительное ухудшение энергетических показателей пылеугольных котлоарегатов: на 10-15% повышается механический недожог топлива, снижается КПД (на 2-5%), возрастает скорость высокотемпературной коррозии экранных поверхностей нагрева (ванадиевая коррозия) и низкотемпературной коррозии хвостовых поверхностей нагрева, падает надежность эксплуатации всего котельного оборудования.
4. Повышенные выбросы вредных веществ в атмосферу.По экспертным оценкам, в ходе кратковременных включений мазута в процессы сжигания выход оксидов азота и серы  возрастает на 30-40% (за счет более высокого содержания серы в мазуте и более высокой температуры горения), в дымовых газах появляются и выбросы канцерогенной пятиокиси ванадия, все это сопровождается клубами черного дыма, на которые часто обращают внимание местные жители. Кроме того, после растопки котла на мазуте и переходе на сжигание угольной пыли, даже после отключения последней мазутной форсунки, энергетики вынуждены работать в течение некоторого времени (порядка 8 часов) с отключенными электрофильтрами из соображений пожарной безопасности, пока с электродов электрофильтров не произойдет удаление всех остатков мазута. Все это время котлоагрегат работает на угле, но без очистки дымовых газов, что сопровождается значительными выбросами золы в атмосферу.

В силу указанных выше причин, найти замену мазуту пытаются во всем мире. Одним из самых перспективных и широко применяемых в Китае решений является применение системы плазменного розжига

Принцип работы

Плазмотрон ионизирует воздух, создавая плазму с температурой от 4000 до 10 000°C. Плазменная горелка направляет угольную пыль через плазму, в результате чего с угольной пылью мгновенно происходит ряд физико-химических реакций, включая расщепление, выделение и окисление летучих веществ, их интенсивное горение. Благодаря этому происходит воспламенение угольной пыли в плазменной горелке, далее она подается в топку котла.

Плазменный розжиг позволяет полностью отказаться от мазутных форсунок, производить розжиг котлов из холодного состояния, выполнять плазменную подсветку для стабилизации горения при работе котлов с низкими нагрузками.

Состав системы плазменного розжига

Система плазменного розжига и поддержания горения для угольных котлов включает в себя плазмотроны, плазменные горелки, систему электропитания, систему пылеприготовления для пуска котла из холодного состояния, систему воздуха-носителя, систему охлаждающей воды и систему управления.

Плазмотрон

• Плазмотрон – это устройство для создания высокотемпературной плазменной дуги и управления им.
• Выходная мощность плазмотрона может непрерывно регулироваться в широком диапазоне.
• Способен зажигать каменный и бурые угли.
• Основными частями плазмотрона являются анодный узел, катодный узел, узел катушек, дуговой механизм и кронштейн для установки на площадке.

Анодный узел

Анодный узел состоит из анода, канала для охлаждающей воды, канала воздуха-носителя, корпуса. Токопроводящие поверхности анода отлиты из металлических материалов с высокой электропроводимостью, охлаждаются водой. Продолжительность непрерывной работы составляет не менее 500 часов.

Катодный узел

Катодный узел состоит из катодной головки, катодного ствола, трубопровода охлаждающей воды, штуцеров входа и выхода воды, токопроводящих головок и т.д. Токопроводящая поверхность катодной головки отлита из металлических материалов с высокой электропроводимостью, охлаждается водой. Продолжительность непрерывной работы составляет не менее 200 часов.

Узел катушек

Узел катушек состоит из катушек, образованных из трубчатых токопроводов, изоляционного материала, штуцера подвода и отвода воды, токопроводящих головок, корпуса. Для охлаждения используется охлаждающая вода.

Механизм вытягивания дуги

В начале механизм вытягивания дуги перемещает катодный узел вперед с помощью электродвигателя, что приводит к контактированию анода и катода. После подачи напряжения на плазмотрон, анод и катод становятся под напряжение, механизм вытягивания дуги медленно выводит катодный узел назад, в результате чего между катодом и анодом возникает устойчивая электрическая дуга.