Важная часть технического контроля, необходимого для оценки качества твердого топлива и выбора рациональных методов его сжигания для производства энергии, – определение состава исходного угольного сырья. Методами технического анализа определяют элементный анализ, влажность, зольность, количество и состав органической массы, минеральных примесей. Одной из самых важных характеристик топлива является его удельная теплота сгорания.
Во время работы с муниципальными производителями тепловой энергии было замечено, что поставщик угля в удостоверении качества оперирует различными понятиями теплоты сгорания топлива, вводя в заблуждение тем самым потребителей своей продукции (сказывается недостаточность знаний).
Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшей Qрв называется теплота сгорания, которая определяется без учета расхода теплоты на испарение влаги топлива и влаги, полученной при сгорании свободного и связанного водорода. Низшей Qрн называется теплота сгорания, определенная с учетом расхода теплоты на испарение влаги. Для расчетов тепловых балансов и тарифов на тепловую энергию используется Qpn. Уравнение связи между высшей и низшей удельными теплотами сгорания рабочей массы топлива имеет следующий вид:
Для технического анализа нет необходимости определять столько параметров влажности, достаточно определять Wo6 и Wa, которая очень близка в влаге в угле, приведенном в воздушно-сухое состояние при 20°С и влажности воздуха 65%. Особенности контроля влаги проявляются при весовом учете поступившего угля.
Поступил уголь объемом 1 000 тонн с общей влажностью Wo6 =30% (часто встречаемый на практике показатель, а поставщик в удостоверении качества указал W – влага рабочая, содержащаяся в отгружаемом угле, – 15%). Приемка на складе при разгрузке вагонов производилась путем взвешивания. При его естественном подсушивании на складе до содержания влаги 15% получаем, что у нас улетучилось 15% объема поступившего угля – 150 тонн. Оперируя данными весового контроля, мы недосчитаемся этих тонн, и данные складского учета не будут сходиться. Узнать возможные потери и произвести списание (выставить претензию поставщику) можно только оперируя необходимыми показателями влажности при его мониторинге от вагона до котельной. Анализ качества обойдется дешевле с заключением компетентных специалистов, чем стоимость недостачи, которую придется компенсировать из собственного кармана.
Следующим фактором, существенно влияющим на увеличение удельного расхода угля, является наличие мелочи (класс 0...6 мм) в общем объеме поставляемого угля для сжигания в слоевых топках, а также небрежное отношение к углю при проведении погрузочно-разгрузочных работ и складировании. При этих операциях, даже при бережном обращении, но с использованием традиционных технологий складирования, происходит значительное измельчение угля (до 20% класс 0.. .6 мм, табл. 1).
Рассмотрим, как это влияет при слоевом сжигании мелочи в угле, и приведем потери, которые возникают с изменением процента ее содержания.
Построение нормативной характеристики предусматривает определение значений удельного расхода топлива брутто, кг у.т./Гкал во всем диапазоне нагрузки котлоагрегата Q – от минимальной до максимальной: расхода расчетного вида топлива в условном исчислении при номинальной нагрузке котлоагрегата с учетом прогрессивных показателей удельного расхода топлива на выработку тепловой энергии котлом данного типа Н = (bкабр)ном
Нормативные характеристики используются и для разработки нормативных коэффициентов, учитывающих отклонения условий эксплуатации от принятых при определении индивидуальных норм.
Индивидуальная норма на производство тепловой энергии котлоагрегатом, кг у.т./Гкал, определяется по выражению: Нкабр=К(bкабр)ном.
Интегральный нормативный коэффициент К определяются как: К = К1К2К3,
Коэффициенты К1, К2 и К3 определяются как отношение значений удельного расхода топлива при планируемых или фактических нагрузках котлоагрегата в условиях эксплуатации.
Нормативный коэффициент К определяется по нормативной характеристике bк.а.бр как отношение расхода условного топлива при средней производительности котлоагрегата за фактический период работы (bк.абр)ср к расходу условного топлива при номинальной нагрузке (bк.абр)ном по выражению: К1 = (bк.абр)ср / (bк.абр)ном,
Нормативные коэффициенты К1 для некоторых типов котлоагрегатов в зависимости от их нагрузки приведены в табл. 2,3.
Нормативный коэффициент К2 определяется только при отсутствии чугунных экономайзеров в котлах паро-производительностью до 20 т/ч при параметрах, соответствующих номинальной нагрузке.
Меньшее значение коэффициента К2 принимается для котлов типа ДКВР, ШБА, большее – для котлов типа Шухова, КРШ.
Нормативный коэффициент К3 для стальных секционных и чугунных котлов типа НР-18, НИИСТУ-5, «Минск-1», «Универсал», «Тула-3» др., а также для паровых котлов типа Е-1/9, топки которых оборудованы колосниковой решеткой с ручным обслуживанием, при сжигании рядовых углей с содержанием мелочи (класс 0?6 мм) более 60% принимается равным:
Для остальных котлов коэффициент К3 определяется по потерям теплоты топок от механического недожога q4 в зависимости от типа топочного устройства, зольности и фракционного состава топлива по формуле: К3 = 1 + (q4исх Км – q4исх)/100, где q4иcx – исходное значение потерь теплоты от механического недожога, %; потери теплоты с механическим недожогом в зависимости от типа топочного устройства, зольности и вида сжигаемого топлива принимается по номограмме.
Км – поправка на содержание мелочи в топливе (класс 0...6 мм), определяется по номограмме на рис. 2.из вышесказанного видно, что фракционный состав рядовых углей значительно влияет на удельный расход угля при производстве тепловой энергии. Значит, при техническом анализе угля необходимость анализа по фракциям (особенно частиц размером 0..Д09 мм) не только оправданна, но и обязательна.
В итоге рассмотрим сам процесс влияния мелочи в угле (класс 0...6 мм). В вышеизложенном материале показатели приведены при постоянном коэффициенте избытка воздуха в топке. На практике все выглядит зачастую иначе при работе котла на рядовых углях.
При росте количества мелочи в угле (класс 0...6 мм) насыпная плотность слоя увеличивается, так как воздушные пустоты между более крупными кусками угля заполняются мелочью. Пористость слоя угля уменьшается значительно, тем самым уменьшается количество окислителя (воздуха), участвующего в процессе горения (увеличивается процент химического недожога), – в шлак уходит большое количество несгоревшего угля (на практике показатели золы и шлака в основном имеют величины А 50 – 65%, Qh 2100 – 2500 ккал4<г) (рис. 3,4).
При увеличении подачи воздуха, давления под решеткой, при дутье (делается для увеличения интенсивности процесса горении) мелкие частицы угля уходят в унос. В лучшем случае это приводит к неучастию унесенной мелочи в процессе горения и увеличению удельного расхода топлива. Чаще процесс горения происходит за топочным пространством, что приводит к интенсивному разрушению оборудования котла.
Оптимальным как для процесса горения, так и по экономической эффективности является применение сортированных углей одного класса – 25 и 50 мм (рис. 5). При использовании углей одной марки и класса после проведения аудита со всеми замерами и последующей наладкой возможен выход на проектный КПД (для топок со слоевым сжиганием до 70%). (Рис. вставить).
На сегодняшний день многие котлы работают с КПД около 25%. При этом прямая эффективность использования сортированных углей значительна даже при более высокой цене на эти угли в отличие от рядовых (25...35%), а если еще учесть косвенные причины – уменьшение выбросов в атмосферу угольной пыли (уменьшение платежей за загрязнение атмосферного воздуха) и др., то использование сортированных углей не только оправдано, но и желательно.