Сжигание угля в циркулирующем псевдоожиженном слое в Китае

Чтобы повысить и продемонстрировать эффективность выработки электроэнергии, китайские исследователи разработали усовершенствованный котел со сверхкритическим циркулирующим псевдоожиженным слоем (СЦПС) мощностью 600 МВт. Котел был введен в промышленную эксплуатацию в провинции Сычуань в 2013 году

Уголь остается одним из основных мировых энергетических ресурсов, и вряд ли эта ситуация изменится в обозримом будущем. На данный момент во всем мире используется широкий спектр видов углей, в том числе низкосортный уголь с высоким содержанием золы. В последние десятилетия технология циркулирующего псевдоожиженного слоя (ЦПС) быстро развивалась благодаря своей гибкости к различному качеству угольного топлива, эффективному контролю образования NOₓ и эффективному улавливанию серы.

До сих пор технология ЦПС рассматривается как лучший вариант сжигания в качестве топлива для котлов низкокачественного угля. В Китае к 2016 году в промышленной эксплуатации находилось более 3000 котлов, использующих технологию ЦПС, с общей установленной мощностью более 90 000 МВт.

Китай начал исследования по барботажному псевдоожиженному слою (БПС) в 1960-х годах. Тогда была разработана серия котлов малой производительностью 4–130 т/ч пара. Чтобы решить проблему сильной эрозии труб и низкого КПД в котлах с БПС, в тот период появилась технология сжигания угля с рециркуляцией летучей золы. С тех пор китайские исследователи вели свою работу над усовершенствованием технологии сжигания топлива с использованием циркулирующего псевдоожиженного слоя.

Первоначально при разработке котлов БПС в 1980-х годах были допущены ошибки, связанные с неправильным представлением о том, что котел, использующий ЦПС является комбинацией печи БПС и сепаратора. Дальнейшие исследования показали, что картина течения процессов в среде газ-твердое тело или в состоянии псевдоожижения топлива при ЦПС и БПС совершенно разные.

Это недоразумение привело к множеству проблем, включая недостаточную производительность котлов и сильную эрозию поверхностей нагрева, находящихся после сепараторов. Поэтому в 1990-х годах Китай провел более фундаментальные исследования для изучения механизмов горения в ЦПС. Это исследование привело к лучшему пониманию технологии с использованием ЦПС и было применено на практике при производстве котлов различной мощности. В результате разработки новой теории и конструкции котлов была применена усовершенствованная технология ЦПС с меньшим энергопотреблением методом переопределения состояния псевдоожижения.

Чтобы повысить и продемонстрировать эффективность выработки электроэнергии, китайские исследователи разработали усовершенствованный котел со сверхкритическим циркулирующим псевдоожиженным слоем (СЦПС) мощностью 600 МВт. Котел был введен в промышленную эксплуатацию в провинции Сычуань в 2013 году.

Технология котлов с СЦПС была применена примерно к 80 котлам, использующих ЦПС, мощностью 350–660 МВт и экспортирована за границу. В 2011 году в Китае был принят документ о национальном регулировании выбросов, согласно которому концентрация выбросов SO₂ и NOₓ должна быть менее 100 мг/м³.

В 2014 году в Китае был принят План действий по чистому воздуху, в котором ужесточились требования к выбросам для угольных электростанций. План и сверхнизкие выбросы создают дополнительные требования к котлам с ЦПС в Китае. При этом концентрация SO₂ должна быть менее 35 мг/м³, а NOₓ - менее 50 мг/м³.

В настоящий момент китайские исследователи продолжают изучение того, как снизить выбросы при сгорании топлива с использованием ЦПС, чтобы соответствовать новым национальным правилам и требованиям по снижению выбросов. Одним из вариантов является высокоэффективное обессеривание топлива путем впрыска известняка в печь. Этот метод был успешно протестирован на двух демонстрационных установках, в результате чего был достигнут сверхнизкий уровень выбросов SO₂ и NOₓ в печи с ЦПС за счет улучшения состава псевдоожиженного слоя и увеличения скорости циркуляции твердых веществ.

Цитирование:

Runxia Cai, Xiwei Ke, Junfu Lyu, Hairui Yang, Man Zhang, Guangxi Yue, Wen Lingэ. Прогресс технологии сжигания с циркулирующим псевдоожиженным слоем в Китае: обзор, Чистая энергия, Том 1, Выпуск 1, декабрь 2017 г., страницы 36-49, https://doi.org/10.1093/ce/zkx001