ОАО «НПО ЦКТИ» Отделение промышленной энергетики и энергосбережения Новые разработки НПО ЦКТИ в области сжигания биотоплив и создания газоиспользующего оборудования применительно к котлам промышленной энергетики и ЖКХ Карапетов Артур Эдуардович Заведующий лабораторией промышленных и отопительных котлов 191167, Санкт-Петербург, ул. Атаманская 3/6. www. ckti. ru e-mail: promkotel@ckti. ru тел. (812) 578 87 65; факс (812) 578 87 62 ОАО "НПО ЦКТИ"
Направления деятельности отделения промышленной энергетики и энергосбережения НПО ЦКТИ в области сжигания биотоплив Создание водогрейных и паровых котлов с топками кипящего слоя для промышленной и коммунальной энергетики тепловой мощностью свыше 5 МВт Создание водогрейных и паровых котлов для сжигания биотоплив ухудшенного качества тепловой мощностью 0, 5… 2, 5 МВт Перспективные разработки когенерационных установок на базе паровых и газовых турбин малой мощности Отгрузка топочных блоков котла Еп-20 -2, 4 -350 ДФ ОАО "НПО ЦКТИ"
Кипящий слой – один из путей широкого вовлечения топлив биологического происхождения в топливный баланс Кипящий слой – технология, призванная обеспечивать высокие технологические и экологические показатели при сжигании низкосортных топлив, в т. ч. и биологического происхождения (торф, различные древесные отходы). Более чем десятилетний опыт ОАО "НПО ЦКТИ по разработке и внедрению котлов малой и средней мощности с кипящим слоем продемонстрировал в промышленном масштабе приемлемость данной технологии для решения проблемы расширения применения местных топлив в топливном балансе нашей страны. ОАО "НПО ЦКТИ"
Концепция технологии сжигания в кипящем слое Сжигание топлива происходит в ванне раскалённого инертного материала, причём массовая доля топлива в объёме всего слоя не превышает 2 -4% В результате активного перемешивания ("кипения") процессы теплообмена в кипящем слое протекают чрезвычайно интенсивно, происходит быстрая и эффективная подготовка (испарение влаги, выход летучих) частиц топлива и их сгорание За счёт высоких скоростей реакций между газом и твёрдой фазой, а также эффекта соударения частиц между собой значения коэффициента теплопередачи в кипящем слое в несколько раз превышают таковые для обычных способов сжигания Все эти факторы позволяют сжигать в топках кипящего слоя самые низкосортные и низкокалорийные топлива, сжигание которых в традиционных топочных устройствах крайне неэффективно, а порой и невозможно ОАО "НПО ЦКТИ"
Котлы малой и средней мощности НПО ЦКТИ с топками кипящего слоя (начало) №№ Объект Котел Количество Единичн. тепловая мощност ь, МВт Топливо Год ввода 1 г. Сланцы Ленинградской обл. , котельная 3 -го района шахты "Ленинградская" КЕ-6, 5 -13 1 4 cланец 1991 2 г. Сланцы Ленинградской обл. , котельная 3 -го района шахты "Ленинградская" ДКВР-10 -13 1 6 cланец 1993 3 пос. Шугозеро Ленинградской обл. , муниципальная котельная КЕ-6, 5 -13 2 4 сланец/ фрез. торф 1994 4 пос. Пюсси, Эстония, предприятие AS “Repo” ДЕ-25 -24 1 16 древ. отходы 1997 5 пос. Юри, Эстония, предприятие AS “Elveso” КВ-Д-5, 5125 1 5, 5 фрез. торф/ древ. отходы 1998 6 г. Сланцы Ленинградской обл. , котельная 3 -го района шахты "Ленинградская" КВ-Р-11, 63115 2 7, 65 cланец 2001, 2002 7 пос. Киетавишкес, Литва, предприятие AB “Dominga Hardwood” КЕ-10 -14 1 6 древ. отходы 2004 8 г. Мариямполе, Литва, «Мариямполес РК» КЕ-25 -24350 1 16 древ. отходы 2005 9 г. Плунге, Литва, предприятие AB “Plunges Bioenergija” КЕ-25 -24350 1 16 древ. отходы 2006 ОАО "НПО ЦКТИ"
Котлы малой и средней мощности НПО ЦКТИ с топками кипящего слоя (продолжение) № № Объект Котел Единичн. Колитепловая чество мощность, МВт Топливо древ. отходы Год ввода 10 пос. В. Синячиха Свердловской обл. , фанерный комбинат ЗАО «Фанком» КЕ-25 -24350 1 15 11 пос. Максатиха Тверской обл. , Максатихинский ДОК ГМ-50 -1 1 32 древ. отходы 2006 12 г. Вилейка, Белоруссия, Вилейская мини-ТЭЦ на базе РК-3 МЭС КЕ-25 -24350 1 16 древ. отходы 2007 13 пос. В. Синячиха Свердловской обл. , фанерный комбинат ЗАО «Фанком» Еп-20 -2, 4350 1 15 древ. отходы 2008 19 фрез. торф, древ. отходы, лигнин, бурый и каменный угли стадия изготовле ния 14 г. Белоозерск, Белоруссия, РУП «Белоозерский Энергомеханический завод» Е-30 -3, 9 -440 ОАО "НПО ЦКТИ" 1 2006
Основные узлы и элементы котлов, отработанные при реализации проектов: Воздухораспределительные решетки кипящего слоя Растопочные устройства на дизельном топливе и природном газе Узлы подачи топлива в составе питателя, шлюзового затвора, разгонного короба с устройством пневмозаброса Узлы вывода золошлаковых отходов и инертного материала слоя Газоочистное оборудования и устройства возврата в топку уноса Также отрабатывались режимы сжигания и вносились корректировки в расчетные методики ОАО "НПО ЦКТИ"
Решетки кипящего слоя котла Еп-20 -2, 4 -350, колпачковая, стадия изготовления ОАО "НПО ЦКТИ"
Решетки кипящего слоя Слева – котла КВ-Д-5, 5 -125 с колпачками направленного дутья Справа – подрешеточный короб котла Еп-20 -2, 4 -350 ОАО "НПО ЦКТИ"
Растопочные устройства Слева – растопочное устройство котла КЕ-25 -24 -350 Справа – жаровые трубы растопочных камер на дизельном топливе ОАО "НПО ЦКТИ"
Узлы подачи топлива Слева – расходный бункер с питателем Справа – механизированный склад топлива ОАО "НПО ЦКТИ"
Узлы подачи топлива и удаления золо-шлаковых отходов Слева – узел вывода золо-шлаковых отходов из топки котла КЕ-25 -24 -350 Справа – узел сортировки топлива ОАО "НПО ЦКТИ"
Температура кипящего слоя – ключевой параметр работы котла Оптимальная температура, при которой обеспечиваются приемлемые скорости протекания реакций и при этом отсутствует опасность шлакования слоя, составляет для разных топлив 820… 880°С. Температурный диапазон существования кипящего слоя шире и лежит в пределах 600… 950°С. Температура слоя измеряется, как правило, в нескольких точках по сечению и высоте слоя, показания термопар затем осредняются. Минимальная разница в показаниях термопар предпочтительна, однако в переходных режимах или при сжигании нерасчетного топлива отклонения в показаниях термопар могут достигать 100°С и более, при этом критического нарушения процесса не происходит. ОАО "НПО ЦКТИ"
Технологическая схема котельной установки с котлом Е-30 -3, 9 -440 ДФ ОАО "НПО ЦКТИ"
Выбор инертного материала слоя Для топлив биологического происхождения это, как правило, песок. Песок должен иметь минимальное количество примесей и отсепарирован от мелких и крупных частиц. Оптимальная фракция 0, 5… 1, 5 мм. Важный вопрос – расход материала слоя, или периодичность его обновления. Решение этого вопроса – индивидуальное для каждого конкретного котла, учитывая, что склонность к шлакованию песка при критических температурах (880… 950°С) во многом обуславливается составом минеральной части золы сжигаемого топлива. ОАО "НПО ЦКТИ"
Высокая степень выгорания топлива Кипящий слой позволяет достигать очень высокой степени выгорания (суммарные потери от химической и механической неполноты сгорания – менее 1%) при сжигании самых неблагоприятных топлив, с влажностью до 60%. Необходимым условием для этого является обеспечение теплонапряжения топочного объема в пределах 200 000 ккал/м 3·ч. Это обстоятельство может затруднять перевод на кипящий слой котлов малой мощности, для которых характерны более высокие значения теплонапряжения топочного объема. Один из путей увеличения скорости реакций в топочной камере – поддержание в ней высокой температуры за счет снижения степени ее экранированности, но при этом возникает опасность шлаковых отложений на неэкранированных поверхностях. По мере нарастания эти отложения обрушиваются на кипящий слой, что приводит к нарушению равномерности его «кипения» и останову котла. ОАО "НПО ЦКТИ"
Газоимпульсная очистка (ГИО ЦКТИ) поверхностей нагрева – средство борьбы с наружными отложениями Принцип работы устройств ГИО заключается в воздействии на отложения, образующиеся на поверхностях нагрева, направленной ударной и акустической волны, генерируемой за счет взрывного горения ограниченного объема (0, 01 -0, 1 м 3) газовоздушной смеси (ГВС), осуществляемого в импульсной камере (ИК), размещаемой вне газохода. За счет истечения из ИК продуктов сгорания происходит комплексное волновое и термогазодинамическое воздействие на наружные отложения, теплообменные и ограждающие поверхности. B качестве рабочих компонентов для работы ГИО используется топливная смесь из горючего газа (природный газ, пропан, водород) и воздуха от собственного вентилятора. ОАО "НПО ЦКТИ"
Котел для сжигания фрезерного торфа и древесных отходов КВД-5, 5 -125, AS "ELVESO", пос. Юри, Эстония ОАО "НПО ЦКТИ"
Основные параметры котла КВ-Д-5, 5 -125 Теплопроизводительность номинальная Расчетное давление на входе в котел Температура воды на входе в котел 5, 5 МВт 16 кг/см 2 70 С Температура воды на выходе из котла 125 С Гидравлическое сопротивление котла 1, 5 кгс/см 2 Расход воды через котел КПД котла брутто 85 т/ч 83% Масса котла (элементы под давлением) 13000 кг Габариты котла с топочным устройством 4, 5 м х 7 м х 3, 2 м (длина х ширина х высота) ОАО "НПО ЦКТИ"
Котел для сжигания древесных отходов КЕ-10 -14, UAB "Dominga Hardwood" , пос. Киетавишкес, Литва ОАО "НПО ЦКТИ"
Котел КЕ-10 -14 с топкой кипящего слоя для сжигания древесных отходов в пос. Киетавишкес, Литва На стадии монтажа После ввода в эксплуатацию ОАО "НПО ЦКТИ"
Котлы со ступенчатой решеткой с переталкивающими шурующими планками - решение для котлов малой производительности, сжигающих топлива биологического происхождения ухудшенного качества Котёл предназначен для сжигания широкой гаммы низкокачественных древесных отходов влажностью до 60% и размером куска до 300 мм (длина) и кускового торфа. Работа топочного устройства полностью механизирована (от подачи топлива из расходного бункера до выгрузки золы). Котёл обеспечивает работу в полностью автоматическом режиме. Котлы данной конструкции развернуты в серию 0, 5; 0, 63; 1, 0; 1, 6; 2, 0; 2, 5 МВт. ОАО "НПО ЦКТИ"
Отличительные особенности конструкции котла Утеплённая нижняя часть топочной камеры. Наличие специального огневого (зажигательного) свода. Разворот газов в топочной камере, что, наряду с развитой системой подвода вторичного воздуха, обеспечивает высокую степень выгорания летучих и мелких пылевых фракций. Конвективная часть (двухходовая по газам) состоит из вертикальных дымогарных труб большого диаметра, размещённых в барабане. Вертикальное расположение дымогарных труб уменьшает вероятность их загрязнения, облегчает чистку. Применение дымогарных труб и большой водяной объём котла (за счёт барабана) делает котёл менее чувствительным к качеству воды, а также обеспечивает большую инерционность (аккумулирующую способность), что является весьма положительным фактором при резком изменении качества подаваемого топлива. Котёл выполнен в газоплотном исполнении и имеет лёгкую натрубную изоляцию. ОАО "НПО ЦКТИ"
Топочное устройство в виде ступенчатой решетки с переталкивающими шурующими планками Решётка (трубная, охлаждаемая) имеет горизонтальные и наклонные участки, под которые позонно подаётся первичный воздух. По горизонтальным участкам движутся, совершая возвратно-поступательные движения, шурующие планки. Верхняя из них осуществляет выгрузку топлива из расходного бункера. Остальные планки при своём движении вперёд последовательно перемещают топливо на наклонные участки, на которых происходит основная фаза горения, а при обратном движении "подгребают" очаговые остатки под слой свежего топлива на наклонных участках, обеспечивая тем самым эффективное нижнее зажигание. Последняя, нижняя планка осуществляет выгрузку золы в зольник. Шурующие планки могут быть исполнены водоохлаждаемыми. Данный метод обеспечивает постоянную шуровку слоя топлива, его перемещение по решетке и принудительную выгрузку в зольник золошлаковых отходов, что позволяет сжигать в котле топлива с переменными характеристиками как по фракционному составу, так и по влажности. ОАО "НПО ЦКТИ"
Перспективные разработки по созданию когенерационных установок на биотопливах Направления: - мини-ТЭЦ на базе паровых турбин - мини-ТЭЦ на базе газопоршневых двигателей - мини-ТЭЦ на базе газовых турбин __________ Паровая вихревая турбина НПО ЦКТИ N=50 – 1000 КВт ОАО "НПО ЦКТИ"
Принципиальная схема ГТУ на генераторном газе из топлив биологического происхождения ОАО "НПО ЦКТИ"
Мини-ТЭЦ на основе газотурбинной установки Топливо для газотурбинной установки – низкокалорийный газ, получаемый в процессе газификации под давлением. В этом случае сечение газогенератора уменьшается практически обратно пропорционально давлению воздуха, создаваемого компрессором ГТУ. Газогенераторный процесс осуществляется по противоточной схеме, что предполагает отвод генераторного газа при сравнительно низкой температуре (300 -400 С) и облегчает условия очистки газа. Адиабатическая температура сгорания генераторного био-газа в зависимости от исходного сырья находится в пределах tа=1000 -1400 С, в то же время у природного газа tа=1860 С, а у газотурбинного жидкого топлива tа=2100 С. Поэтому при прочих равных условиях (необходимый уровень температуры продуктов сгорания на входе в газовую турбину) количество воздуха, идущего на разбавление продуктов сгорания уменьшается в 2 -3 раза. Это обстоятельство позволит снизить затраты на компрессию и повысить коэффициент полезного действия газовой турбины примерно на 10%. ОАО "НПО ЦКТИ"
Внедрение предлагаемой технологии сдерживается 1. Отсутствием отечественного опыта работы турбин на био-газе. Зарубежный опыт имеется. Проблема технически разрешима. Требуется создание камеры сгорания на био-газе и реконструкция турбинной части и системы управления. 2. Отсутствием отечественного опыта на газификации топлив биологического происхождения под давлением. Атмосферная газификация практически освоена. 3. Требуется также отработка очистки газов под давлением. Раньше такая проблема не стояла. ______________________ Все перечисленные проблемы в основном технические и могут быть решены при создании демонстрационной установки электрической мощностью 0, 5 -1, 0 МВт ОАО "НПО ЦКТИ"
Новые образцы разработанного НПО ЦКТИ газоиспользующего оборудования Котел водогрейный со встроенным теплообменником, расположенным в среде промежуточного теплоносителя, в качестве которого используется высокотемпературн ое вещество органического типа (ВОТ), например ТОСОЛ ___________ Отгрузка партии котлов КВ-0, 09 -80 ОАО "НПО ЦКТИ"
Котел водогрейный со встроенным теплообменником Характеристики котла: - теплопроизводительность – 0, 09 МВт; - температура воды на выходе – 80ºС; - разность температур между входом и выходом – 10 -12ºС; - температура уходящих газов - 214ºС; - расчетное давление во внутреннем контуре (тосол) – 0, 07 МПа; - расчетное давление в наружном контуре (вода) – 0, 4 МПа; - гидравлическое сопротивление в наружном контуре – 0, 03 МПа; - расход воды при перепаде температур 10ºС – 7, 7 т/ч; - режим регулирования – вкл. /выкл. ; - расчетный расход топлива – 8, 3 кг/ч; - к. п. д. котла – 90, 7%; - масса котла (без горелки и греющей среды) – 730 кг. ОАО "НПО ЦКТИ"
Мобильная котельная на базе котлов со встроенным теплообменником ОАО "НПО ЦКТИ"
Мобильная котельная МК-0, 18 -80 представляет собой контейнер заводского изготовления с установленным внутри тепломеханическим оборудованием. Котельная предназначена для выработки горячей воды температурой 80ºС. В котельной установлены два водогрейных котла КВ-ГМ-0, 09 -95 единичной тепловой мощностью 90 КВт. Котлы предназначены для работы на природном газе и/или легком жидком топливе и комплектуются горелочными устройствами фирмы Lamborghini. Котлы оборудованы встроенным теплообменником. Внутренний контур заполнен антифризом (тосолом). Исходная вода из наружного естественного источника циркуляционными насосами подается в наружный контур встроенных котловых теплообменников, в которых осуществляется нагрев. ОАО "НПО ЦКТИ"
Преимущества схемы котельной на базе котлов со встроенным теплообменником в среде промежуточного теплоносителя Снижаются весогабаритные характеристики установки; нет необходимости в обвязке теплообменников. Котловой контур не требует затрат на водоподготовку. В принципе, возможна работа котлового контура с естественной циркуляцией при минимальном избыточном (вплоть до атмосферного) давлении. В этом случае снижаются энергозатраты на привод циркуляционных насосов, упрощаются требования к конструкции котла, увеличиваются надежность и безопасность работы. ____________________ ОАО "НПО ЦКТИ"
ОАО «НПО ЦКТИ» Отделение промышленной энергетики и энергосбережения Контакты: 191167, Санкт-Петербург ул. Атаманская 3/6. www. ckti. ru e-mail: promkotel@ckti. ru тел. (812) 578 87 65; факс (812) 578 87 62 ОАО "НПО ЦКТИ"
Скачать презентацию ОАО НПО ЦКТИ Отделение промышленной энергетики и энергосбережения
презентация котлы кипящего слоя, ГТУ.ppt