системы безмазутного розжига ТОХИЛ

1. 1

2. • Наличие и содержание мазутного хозяйства, в том числе поддержание
в горячем состоянии мазутопроводов;
• Снижение качества энергетических углей требует увеличения расхода
жидкого и газообразного топлива;
• Большой расход растопочного топлива;
• Высокая стоимость жидкого и газообразного топлива.
Снижение доли мазута и газа в топливном балансе пылеугольных
котлов за счет использования в качестве растопочного топлива
механоактивированную угольную пыль.
Текущие проблемы розжига пылеугольных котлов
Пути решения
2

3. Система безмазутного розжига
Система безмазутного розжига ТОХИЛ
предназначена для растопки пылеугольных
котельных агрегатов из холодного,
неостывшего и горячего состояний, а также
для подсветки пылеугольного факела на
пониженных нагрузках с использованием
механоактивированной угольной пыли
микропомола.
Система ТОХИЛ является дополнительным
компонентом котельной установки и
подключается к существующей пылесистеме
котла. Система ТОХИЛ может использоваться
как на энергетических, так и на водогрейных
котлах.
Принципиальная технологическая схема установки
3
11
1
2 3
4
5
6
9
8
7
10
12
PS

4. Преимущества системы ТОХИЛ
Снижение расходов на жидкое, газообразное
топливо
Снижение расходов на эксплуатационное
обслуживание мазутного хозяйства
Минимальная реконструкция топочно-
горелочного устройства
Полная автоматизация процесса розжига
котла
Малый срок окупаемости 2 – 5 лет
Система безмазутного розжига пылеугольных котлов
должна в первую очередь обеспечивать надежную и
безотказную работу котла на режимах пуска и на
пониженных нагрузках. В частности, системе приходится
работать в жестких эксплуатационных условиях:
• низкий уровень температуры топочной среды;
• повышенные избытки окислителя;
• значительный диапазон изменения расхода топлива
Обладая требуемой надежностью, система безмазутного
розжига ТОХИЛ обладает рядом преимуществ, по
сравнению с другими системами безмазутного розжига.
4

5. Механическое воздействие на уголь
Изменения физико-химических свойств угольной пыли и повышение ее реакционной
способности
Увеличение удельной поверхности угольной пыли
Пылеугольный факел становится аналогом жидкому
Описание технологии
Суть реализуемого метода состоит в получении механоактивированного угля микропомола с высокореакционными свойствами с
помощью мельниц-дезинтеграторов и подачи его в растопочные горелки котла во время розжига и подсветки пылеугольного факела.
Технологические особенности
5

6. Мельница -
дезинтегратор
ШБМ, ММ, СМ
Свободный удар
Истирание + удар Измельчение + деформация
увеличение удельной поверхности
и формы частиц
Измельчение + активация
увеличение удельной поверхности
и накопление энергии в дефектах
Исходная
частица
Что такое «механоактивация»?
Отличия от измельчения:
Измельчение проводят с целью
получения максимальной поверхности
при минимальных затратах энергии, а
активацию – с целью накопления энергии
в виде дефектов и других изменений в
твердом веществе, которые позволяют
снизить энергию активации его
последующего химического превращения
или улучшить стерические условия для
протекания процесса [1].
[1] Богатырева Е.В. “Развитие теории и практики эффективного применения механоактивации в технологии
гидрометаллургического вскрытия кислородсодержащего редкометалльного сырья”, МиСИС, М.:2015
Механоактивация — процесс образования
более химически активного вещества с
помощью предварительной механической
обработки. Механоактивация происходит,
когда скорость накопления дефектов
превышает скорость их исчезновения
дефекты
6

7. Измельченная
частица
Механоактивированная
частица
Почему возможно использование «механоактивированной» пыли при растопке котла?
Имея одинаковый средний размер, механоактивированные
частицы угля обладают более высокой реакционной
способностью и имеют пониженную температуру
воспламенения, что позволяет организовать устойчивый
факел в неблагоприятных растопочных условиях.
«Механоактивированный»
факел
Пылеугольный
факел
В результате экспериментов было установлено, что скорости
горения после измельчения на различных типах мельниц
существенно отличаются. Об этом говорит большое различие
в энергии активации при воспламенении и горении угля
после измельчения [2].
[2] Бурдуков А.П. и др. «Повышение эффективности использования углей на объектах
теплоэнергетики за счет применения механоактивированных углей микропомола»
Накопленная при механовактивации энергия в виде
дефектов расходуется при горении
7

8. Технология использования
механоактивированных углей
микропомола
Почему при механоактивации увеличивается реакционная способность угля?
Возможная структурная формула угольной частицы
Сущность механического активирования
состоит в создании некомпенсированных
связей, радикалов, подвижных активных
центров и определенной ориентации
деструкционных молекул угольного вещества
[3].
При механических воздействиях на уголь
происходит распад отдельных химических
связей с образованием свободных радикалов,
ускоряющих последующее протекание
химических реакций.
При механоактивации образуются
свободные радикалы, за счет которых
повышается реакционная способность
[3] Бурдуков А.П. и др. «Использование механоактивированных углей микропомола в
энергетике »
C
C
C
C
C
C
CH
C
C
C
CH
C
C
C
CH
C
C
C
C
C
C C
C
C
C
CH2
C
H2C
C
CH
H2C C
CH
C
CH
C
C
H2C
CH
O
CH
O
H2C
H2C
CH2
CH2
C
O
CH
HC
O
H2C
CH
CH
CH2 NH
CH2
CH
CH
O
C
C
CH
H2C
C
C
C
HC
C
CH
CH
C
C
C C
C C
C C
CH
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
HC
CH
C
CH
C
CH
CH
C
CH
CH
H2C
C
CH2
CH2
O
H2C
CH2
Линия разрушения частицы
Свободные
радикалы
8

9. Основные компоненты системы ТОХИЛ
Система ТОХИЛ
Мельница - дезинтегратор
Запально-защитное устройство
Система подвода и подачи угольной
пыли
Система источников электропитания
Система контроля и управления
розжигом котла
Система ТОХИЛ использует технологию механоактивации угля, которая позволяет
снизить температуру воспламенения угольной пыли и организовать стабильный
процесс горения пылеугольного факела на пусковых режимах. В результате
механоактивации происходят изменения физико-химических свойств угольной пыли,
что делает пылеугольный факел механоактивированной пыли аналогом мазутному
факелу (по размерам, теплонапряженности и интенсивности выгорания), что и
позволяет производить замещение мазута при растопке и подсветке без изменения
существующей схемы сжигания топлива.
Общий вид установки
Мельница -
дезинтегратор
Система подвода
угольной пыли
Горелочное
устройство
Топочная
камера
Защитно-
запальное
устройство
9

10. Мельница дезинтегратор
1 - корпус; 2 - рама; 3 - электродвигатели; 4 - платформа с крышкой;
5 - опора подшипников; 6 - диски рабочие с пальцами; 7 - загрузочный патрубок.
Мельница-дезинтегратор
Конструкция дезинтегратора представляет собой два вращающихся в противоположных направлениях ротора (корзины)
насаженных на отдельные соосные валы и заключённых в кожух. Роторы расположены на одной геометрической оси, каждый с
отдельным приводом. На дисках роторов по концентрическим окружностям расположены ряды стержней — пальцев-бил таким
образом, что каждый ряд пальцев одного ротора свободно входит между двумя рядами пальцев другого.
Измельчаемый материал подаётся в
центральную часть ротора и, перемещаясь к
периферии, подвергается многократным
ударам пальцев, вращающихся во встречных
направлениях. Каждая частица соударяется с
пальцами-билами, последовательно испытывая
высокоэнергетические механические
воздействия (удары), приводящие к быстрому
разрушению материала.
10

11. Защитно-запальное устройство
Запально-защитное устройство, используемое в системе
ТОХИЛ, осуществляет электродуговой розжиг. Оно
генерирует плазменную дугу на двух электродах, которая
вводится в зону распыла топлива и поджигает его.
Основным элементом запально-защитного устройства
является запальная штанга. Запальная штанга – это
коаксиальная труба с электродом на одном конце и
разъемным электрическом контактом - на другом. Штанга
подключается к источнику питания запальника с помощью
защищенного высоковольтного кабеля. Запальная штанга
вводится в закладную трубу рядом с форсункой горелки.
Устройство крепится к котлу с помощью кронштейна.
Ввод запальной штанги в зону распыла осуществляется с
помощью электромеханического устройства выдвижения -
актуатора. Актуатор крепится к кронштейну и присоединен к
запальной штанге.
Общий вид запально-защитного устройства
Плазменная дуга запально-защитного устройства
11

12. Технология использования
механоактивированных углей
микропомола
Математическое моделирование работы системы ТОХИЛ
Распределение температуры (К) в
продольной плоскости горелки
Распределение аксиальной компоненты
скорости (м/с) в продольной плоскости горелки
Математическое моделирование проводится с целью выбора оптимальных
конструктивных и режимных параметров установки, позволяющих получить
максимальную полноту выгорания топлива и минимизировать тепловое воздействие
теплонапряженного факела на горелочное устройство.
Математическое моделирование процессов горения включает в себя следующие физико-
химические процессы:
• Турбулентное течение потока пылегазовой смеси;
• Химические реакции, протекающие в газовой фазе, описывающие процессы
окисления и восстановления газообразных компонент топлива, процессы образование
оксидов азота и серы и др.
• Химические реакции, протекающие на поверхности угольных частиц, описывающие
процессы горения кокса и образования топливных оксидов азота;
• Фазовые превращения, описывающие процессы испарения влаги топлива и выхода
летучих;
• Конвективный и радиационный теплообмен между твердыми частицами, газовым
потоком и поверхностями теплообмена.
12

13. Технология использования
механоактивированных углей
микропомола
Система контроля и управления розжигом котла
Мнемосхема управления розжигом котла
Система контроля и управления розжигом котла
предназначена для автоматического дистанционного
управления розжигом. Система позволяет регулировать:
1. Расход пыли на мельницу-дезинтегратор;
2. Производительность мельницы-дезинтегратора;
3. Расход растопочного воздуха.
С помощью системы контроля и управления
осуществляется управление всеми задвижками и
клапанами системы, осуществляется подача и извлечение
запально-защитного устройства в топочную камеру, а также
пуск и останов всех агрегатов системы.
Схема управления воздухом
13

14. Опыт внедрения системы ТОХИЛ
Мельница-дезинтегратор
Горелочное устройство
Факел механоактивированной пыли в холодной топке котла (вид из горелки верхнего яруса)
14

15. Криворожская
ТЭС при растопке
на газе
Кураховская ТЭС
при растопке на
мазуте
Кураховская ТЭС
при растопке на
газе
Стоимость внедрения (CAPEX) 2 282 726 $ 2 282 726 $ 2 282 726 $
Недисконтированный срок окупаемости 2,5 года 1,4 года 1,9 года
Дисконтированный срок окупаемости
(r=10%)
3 года 2 года 2 года
NPV 3 649 778 $ 7 991 680$ 5 738 022 $
ROI 160 % 350 % 251 %
Экономическая оценка внедрения системы ТОХИЛ
15

16. Станция Тип котла Марка угля Срок окупаемости
Барнаульская ТЭЦ-2 БКЗ-210-140Ф СС 8,6
Беловская ГРЭС ПК-40-1 Г, Д 3,2
Эгвекинотская ГРЭС ЧКД-Дукла, К-50-40 Б3 1,9
Чаунская ТЭЦ Е-50-40, ТС-35 Ж 2,5
Кураховская ТЭЦ ТП-109 Г,Д 2
Дисконтированные сроки возврата инвестиций для разных типов котлов
16

17. Расчет ТЭО
Детальное предпроектное
обследование
Анализ образцов
используемого типа угля на
конкретном котле
Расчет технико-
экономических обоснований
Разработка ТЗ и КП
Проектные работы
Разработка технического
проекта
Разработка рабочей
документации
Разработка
эксплуатационной
документации
Экспертная оценка
Поставка оборудования
Изготовление оборудования
Поставка оборудования на
объект
Внедрение
Строительно-монтажные
работы
Пуско-наладочные работы
Эксплуатация
Сдача системы в
промышленную
эксплуатацию
Гарантийное и сервисное
обслуживание
Реализация проекта в целом занимает 6 - 12 месяцев.
Этап монтажа и наладки системы занимает 1-2 месяца, что позволяет
выполнить данные работы в течение текущего или капитального ремонта
и не приводит к специальному выводу энергетического оборудования из
работы.
Этапы реализации проекта
17

18. Q: Сколько электроэнергии потребляет система безмазутного розжига ТОХИЛ?
• А: Наиболее энергоемким элементом системы является мельница-дезинтегратор. При производительности около 3 т/ч энергопотребление мельницы
составляет 70кВт. В состав системы входит несколько мельниц (4-6), поэтому энергопотребление всей системы составляет около 350кВт.
Q: Каков срок службы бил мельницы-дезинтегратора?
• А: Для углей средней абразивности срок службы бил составляет 200-300 часов (40-60 пусков котла).
Q: Какова стоимость обслуживания мельницы-дезинтегратора?
• А: Стоимость обслуживания мельницы определяется в основном стоимостью бил, в качестве которых используются болты M12 (Din 912). Стоимость
комплекта бил на одну мельницу составляет около 10000 руб.
Q: Как долго сохраняется эффект «механоактивации»?
• А: Основной эффект, позволяющий значительно снизить температуру воспламенения частиц, сохраняется в течение нескольких секунд. Остаточная
активация частиц сохраняется в течение суток с постепенным убыванием степени активации.
Q: Насколько безопасна система безмазутного розжига ТОХИЛ?
• А: Система ТОХИЛ проектируется с учетом СО 153-34.03.352-2003 «Инструкция по обеспечению взрывобезопасности топливоподач и установок для
приготовления и сжигания пылевидного топлива». Кроме того, прямое вдувание механоактивированных частиц в котел без их накопления где-либо
значительно повышает пожаробезопасность.
FAQ (часто задаваемые вопросы)
18

19. Патенты
19

20. 20