Низкотемпературный кипящий слой (НТКС)

Концепция технологии сжигания в традиционном пузырьковом кипящем слое (в России получило распространение наименование "низкотемпературный кипящий слой - НТКС) состоит в том, что сжигание топлива происходит в ванне раскалённого инертного материала, причём массовая доля топлива в объёме всего слоя не превышает 2-10%.

Котел с кипящим слоем паропроизводительностью 20 т/ч

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 низкотемпературном кипящем слое в несколько раз превышают таковые для обычных способов сжигания. Все эти факторы позволяют сжигать самые низкосортные и низкокалорийные топлива, сжигание которых в традиционных топочных устройствах крайне неэффективно, а порой и невозможно.

Основные преимущества технологии НТКС:

• высокая степень выгорания топлива – реально достижима величина суммарных потерь с механическим и химическим недожогом менее 1%;
• высокие экологические показатели – благодаря двухстадийному протеканию процесса горения и общему низкому уровню температур в топочной камере;
• высокая маневренность котла – благодаря ограниченному количеству находящегося в зоне горения топлива;
• универсальность по сжигаемому топливу – возможность беспроблемного перехода с одного типа низкосортного топлива на другой;
• отсутствие в топке движущихся частей;
• простая и логичная схема автоматического управления процессом горения.

В наибольшей степени преимущества кипящего слоя удается реализовать в котлах единичной мощности от 15 Мвт и выше.

Решетка кипящего слоя провального типа

Применение этой технологии в котлах меньшей мощности допустимо, но его целесообразность вызывает вопросы: 
С точки зрения капитальных затрат и эксплуатационных расходов:

•  высоконапорный вентилятор;
•  растопочное топливо;
•  инертный материал слоя, который необходимо обновлять.

 С точки зрения процесса:

•  нестабильность температуры слоя вследствие его малого объема;
•  недостаток объема в надслоевом пространстве для качественного выгорания летучих и уноса.

Отдельного внимания заслуживает установка котлов НТКС в блоке с паровой турбиной, в составе мини-ТЭЦ на биотопливе. Котлы с кипящим слоем обладают высокой по сравнению со слоевыми котлами маневренностью, что обусловлено меньшим количеством находящегося в топке топлива и возможностью оперативно регулировать его подачу.

В качестве топлива для котлов НТКС следует ориентироваться на коро-древесные отходы повышенной влажности, лигнин, фрезерный торф. Данная технология позволяет также успешно сжигать низкокачественные бурые угли, горючие сланцы, различные виды синтетических топлив, получаемых путем гранулирования различных отходов. Сжигание сухих топлив, а также топлив с высоким содержанием хлора и щелочных металлов, в топках с кипящим слоем следует признать нецелесообразным из-за постоянной опасности зашлаковки слоя и останова котла. Из этого следует, что кипящий слой не совсем подходит для подавляющего большинства сельскохозяйственных отходов. 

Монтаж топки НТКС под котлом Е-25-3,9-440 ДФ

На наш взгляд, оптимальным представляется использование технологии кипящего слоя в паровых котлах производительностью 20 – 100 т/ч, установленных в котельных и мини-ТЭЦ промышленных предприятий и сжигающих топлива биологического происхождения в диапазоне влажности от 50 до 60%.

Специалисты ООО "ИЦ КотлоПроект" принимали участие в разработке и внедрении более десятка котлов с топками НТКС, предназначенных для сжигания древесных отходов, фрезерного торфа, горючих сланцев, бурых углей. На основании полученного опыта мы готовы предложить отработанные эффективные решения, обеспечивающие надежную работу котлов с учетом особенностей сжигаемого топлива и условий эксплуатации. Одним из таких решений является колпачковая решетка провального типа, обеспечивающая обновление (вывод) материала слоя по всему сечению решетки. Данная решетка также оснащается функцией селективного удаления золо-шлаковых отходов, для чего предусмотрен позонный мониторинг температуры слоя; в случае роста температуры выше критического уровня осуществляется ввод под решетку газов рециркуляции и, опционально, - редуцированного пара от линии собственных нужд котла.