Разработки ОАО «ВТИ» в области кипящего слоя для эффективного и экологически чистого использования твёрдых топлив

Георгий Александрович Рябов; Олег Михайлович Фоломеев; Дмитрий Степанович Литун

doi:10.34831/EP.2021.1079.6.003

Разработки ОАО «ВТИ» в области кипящего слоя для эффективного и экологически чистого использования твёрдых топлив

Георгий Александрович Рябов, Олег Михайлович Фоломеев, Дмитрий Степанович Литун

Аннотация

Дан краткий анализ развития технологии сжигания и газификации твердых топлив в кипящем (КС) и циркулирующем кипящем слое (ЦКС). Отмечено, что, эффективность внедрения технологии ЦКС в основном определяется качеством топлива и мощностью установки при заданных ограничениях на выбросы вредных веществ. Важным условием оптимального использования технологии ЦКС является достижение не только существующих в РФ норм на вредные выбросы, но и перспективных норм без использования установок сероочистки и азотоочистки. Другим существенным преимуществом является диверсификация поставок топлива.

Дана ретроспектива исследований ОАО «ВТИ» в области обоснования методов расчета гидродинамики и теплообмена в установках с ЦКС. Дан краткий анализ результатов работы первого в РФ котла с ЦКС блока 330 МВт Новочеркасской ГРЭС, показана необходимость более детального изучения процессов с организацией дополнительных измерений, проведение работ по доводке оборудования, и оптимизации условий эксплуатации.

Особое внимание уделено последним исследованиям процессов сжигания, пиролиза и газификации биомассы. Представлены данные по исследованиям процессов фрагментации частиц биомассы и агломерации слоя. Показано, что ключевым вопросом технологии ЦКС является поддержание оптимального состава материала слоя, который определяется работой системы улавливания и возврата материала. Приведены результаты новых работ по сепарации частиц в циклонах и гидродинамике опускного движения в стояках и пневмозатворах.

Значительные исследования выполнены в области новых технологий со связанными между собой реакторами КС и ЦКС. Они имеют большую перспективу для применения в распределенной энергетике с получением тепла, электроэнергии и полезных продуктов, а также улавливании СО₂ при сжигании и газификации топлив в химических циклах с оксидами металлов – носителями кислорода.

Ключевые слова

кипящий и циркулирующий кипящий слой, гидродинамика, теплообмен, сепарация и возврат частиц, связанные между собой реакторы, биомасса, фрагментация, агломерация.

Полный текст:

PDF

Литература

Leckner, B. Development of Fluidized Bed Conversion of Solid Fuels -- History and Future [Text] / B. Leckner // Proc. of the 22nd Int. Conf. on FBC (June 14 -- 17, 2015). -- Finland, Turku, 2015. – P. 2 -- 11.

Nowak, W. Research Development and Perspectives of Fluidized Bed Boilers in Poland [Text] / W. Nowak // Proc. of the 22nd Int. Conf. on FBC (June 14 -- 17, 2015). -- Finland, Turku, 2015. – P. 12 -- 22.

Zabetta, E. Role and Challenges of CFB in a Changing Energy Market [Text] / E. Zabetta, J. Kovacs, T. Eriksson // Proc. of the 12th Int. Conf. on CFB (May 23 -- 26, 2017). – Poland, Krakow. – P. 77 -- 83.

Рябов, Г. А. Использование технологии сжигания твёрдых топлив в циркулирующем кипящем слое в мире и в России [Текст] / Г.А. Рябов, Е.В. Антоненко, И.В. Крутицкий, О.М. Фоломеев, А.В. Беляев // Электрические станции. – 2018. -- № 3. – С. 11 -- 17.

Chapman, P.J. Application of CFD Modeling Tools to Optimize 660 Mw Ultra Supercritical CFB Design [Text] / P.J. Chapman, I.F. Abdulally, S.G. Kang, P. Gauville // Proc. of 11-th Int. Conf. on CFB and Fluidization Technology (May 14 -- 17, 2014). -- China, Beijing.

Adamczyk, F. Integration of flue gas heat recovery system in the worldwide largest fluidized bed boiler Lagisza 460 MWe: Efficiency increase and CO2 Reduction [Text] / F. Adamczyk // VGB PowerTech. – 2008. – No. 12.

Долгушин, И.А. Утилизация тепла уходящих газов угольных ТЭЦ [Текст] / И.А. Долгушин, Г.А. Рябов, К.В. Ханеев // Сб. докладов конференции с международным участием «VIII Всероссийский семинар вузов по теплофизике и энергетике» (12 -- 14 ноября, 2013). -- Екатеринбург, 2013.

Yang, H. Update design and operating experience of CFB boilers with energy saving process in China [Text] / H. Yang, G. Yue, H. Zhzng, J. Lu // VGB PowerTech. – 2011. – No. 7. – P. 49 -- 53.

Nuortimo, K. Advanced CFB Technology for Repowering projects and for Utilization of Refinery Residues [Text] / K. Nuortimo, H. Lampenius, A. Khryashcheva, E. Halikka // Proc. of the Int. Conf. on Russia Power (4 – 6 Mart, 2014). – Moscow, 2014.

Evseev, A.R. Measurements of velocity and concentration of particles in circulating fluidized bed by differential Doppler anemometer with fiber optics [Text] / A.R. Evseev, V.A. Orlov, G.A. Ryabov // Proc. of the 7-th Int. Conf. on Lazer Anemometry (Sept. 8 – 11, 1997). -- Germany, Karlsruhe.

Фоломеев, О.М. Исследование гидродинамики и тепломассообмена применительно к условиям работы надслоевого пространства котлов с циркулирующим кипящим слоем [Текст] / О.М. Фоломеев, С.Н. Трухачев, Г.А. Рябов // Теплоэнергетика. – 2000. -- №10.

Ryabov, G.A. An Experimental Study of Hydrodynamics and Heat- Mass Transfer in CFB Model [Text] / G.A. Ryabov, O.M. Folomeev, S.N. Trukhachev // Proc. of the 6th Int. Conf. on CFB (August 22 – 27, 1999). -- Germany, Wurzburg. – P. 373 -- 378.

Ryabov, G.A. Solid mass fluxes in the exit region of CFB furnace [Text] / G.A. Ryabov, O.M. Folomeev, S.N. Trukhachev, D.A. Shapochnik // Proc. of 7th Int. Conf. on CFB. – Canada, Niagara Falls, Ontario, 2002.

Ryabov, G.A. Solid separation in upper part of CFB riser [Text] / G.A. Ryabov, O.M. Folomeev, D. A. Shaposhnik // Proc. of the 8-th Int. Conf. on CFB (May 10 -- 13, 2005). – China, Hangzgou.

Рябов, Г.А. Исследование систем улавливания и возврата на установках с циркулирующим кипящим слое [Текст] / Г.А. Рябов, О.М. Фоломеев, Д.А. Шапошник // Теплоэнергетика. – 2002. -- № 8.

Кадников, Б.Л. Моделирование физико-химических процессов в котлах с циркулирующим кипящим слоем [Текст] / Б.Л. Кадников, Н.И. Давыдов, Г.А. Рябов, Б.И. Шмуклер // Теплоэнергетика. -- 1994. -- № 5. -- С. 64 -- 70.

Рябов, Г.А. Обоснование расчёта топочного контура котлов с циркулирующим кипящим слоем [Текст] / Г.А. Рябов, О.М. Фоломеев // Теплоэнергетика. – 2011. – № 6. – С. 12 – 18.

Ryabov, G.A. Economical Comparison PC and CFB Boilers for Retrofit and New Power Plants in Russia [Text] / G.A. Ryabov // Proc. of the 20th Int. Conf. on FBC (18 – 21 May, 2009). – China, Xian. – Р. 282 – 291.

Рябов, Г.А. Разработка типовых котлов с ЦКС для технического перевооружения ТЭС [Текст] / Г.А. Рябов, О.М. Фоломеев, Д.А. Мельников [и др.] // Электрические станции. – 2011. – № 6. – С. 18 – 26.

Рябов, Г.А. Котлы с циркулирующим кипящим слоем на сверхкритические параметры пара [Текст] / Г.А. Рябов // Электрические станции. – 2013. – № 9. – С. 14 – 22.

Крутицкий, И.В. Первые результаты эксплуатации энергоблока 330 МВт с котлом с циркулирующим кипящим слоем ПП-1000-24,5-565 АКТФ [Текст] / И.В. Крутицкий, А.Н. Волков, С.П. Черняев, Е.В. Антоненко, Г.А. Рябов, О.М. Фоломеев // Энергетик. – 2017. -- № 12. -- С. 5 -- 10.

Ryabov, G. The first year experience of once through CFB boiler operation of 330 MWe unit [Text] / G. Ryabov, D. Kuchmistrov, E Antonenko, I. Krutitskiy, O. Folomeev, D. Melnikov, A. Beliaev // Proc. of the 23th Int. Conf. on Fluidized Bed Conversion FBC-23 (13 – 17 May). – Korea, Seoul.

Ma, S.-X. The Dynamic Balance of Bed Material Size Distribution in Start-Up Process for Circulating Fluidized Bed Boiler [Text] / S.-X. Ma, J. Guo, W.-M. Chang, G.-X. Yue, H. Zhang // Proc. of Int. Conf. FBC-22. – Finland, Turku, 2015. – P. 788 -- 796.

Litoun, D.S. Evaluation of the In-Bed Heat Release and Temperature in Combustion of Waste from the Integrated Wood Pulp-and-Paper Plants [Text] / D.S. Litoun, G.A. Ryabov // Proc. of the 22nd Int. Conf. on Fluidized Bed Conversion (12 -- 14 June). -- Turky, Finland, 2015. – Vol. 1. – P. 264 -- 272.

Литун, Д.С. Трехзонный инженерный метод теплового расчѐта топок с кипящим слоем на основе данных промышленных исследований распределения тепловыделения при сжигании биомассы [Текст] / Д.С. Литун, Г.А. Рябов // Теплоэнергетика. – 2016. – № 2. – C. 65 -- 74.

Рябов, Г.А. Опыт сжигания различных видов биомассы в России и Белоруссии [Текст] / Г.А. Рябов, Д.С. Литун, Е.А. Пицуха, Ю.С. Теплицкий, В.А. Бородуля // Электрические станции. -- 2015. -- № 9. -- С. 9 -- 17.

Рябов, Г.А. Использование на ТЭЦ технологии циркулирующего кипящего слоя при совместном сжигании биомассы и ископаемых топлив [Текст] / Г.А. Рябов, И.А. Долгушин // Электрические станции. -- 2012. -- № 10. -- С. 4 -- 8.

Litoun, D. Fragmentation of biomass particles in fixed and fluidized bed combustion and gasification [Text] / D. Litoun [et al.] // Journal of Physics: Conf. Series. -- 1261 (2019) 012021.

Scala, F. Particle Agglomeration in Fluidized Beds: Mechanisms, Early Detection and Possible Countermeasure [Text] / F. Scala // Proc. of 12th Int. Conf. on Fluidized Bed Technology (23 -- 26 May). – Krakow, Poland, 2017. – P. 65 -- 76.

Рябов, Г.А. Особенности процессов в слое и надслоевом пространстве при сжигании биотоплив в котлах с кипящим слоем [Текст] / Г.А. Рябов, Э.П. Дик, А.Н. Соболева, Т.Е. Соловьева // Теплоэнергетика. -- 2005. -- № 10. -- С. 54 -- 60.

Рябов, Г.А. Исследование влияния различных факторов на изменение концентрации щелочных элементов, вызывающих агломерацию слоя [Текст] / Г.А. Рябов, О.М. Фоломеев, О.А. Смирнова, Д.С. Литун // Теплоэнергетика. – 2021. -- № 1. – С. 85 -- 94.

Mattisson, T. Chemical-looping technologies using circulating fluidized bed systems: Status of development [Text] / T. Mattisson, M. Keller, C. Linderholm, P. Moldenhauer, M. Ryden, H. Leion, A. Lyngfelt // Proc. 12th. Conf. on Fluidized Bed Technology (May 23 -- 26, 2017). -- Poland, Krakow. -- P. 23 -- 34.

Рябов, Г.А. Применение полигенерирующих систем для повышения эффективности использования твёрдых топлив [Текст] / Г.А. Рябов, К.В. Ханеев // Энергетик. -- 2010. -- № 11. -- С. 35 -- 38.

Рябов, Г.А. Результаты расчётных и экспериментальных исследований гидродинамики циркуляционных контуров в аппаратах с циркулирующим кипящим слоем и системах со связанными реакторами [Текст] / Г.А. Рябов, О.М. Фоломеев, Д.А. Санкин, Д.А. Мельников // Теплоэнергетика. – 2015. – № 2. – С. 33 – 40.

Ryabov, G.A. Pressure Balance model for Dual CFB-FB Reactors Systems [Text] / G.A. Ryabov, O.M. Folomeev, D.A. Sankin, D.A. Melnikov // Proc. of the 22nd Int. Conf. on Fluidized Bed Conversion (12 -- 14 June, 2015). – Finland, Turky.

Рябов, Г.А. Исследование условий движения бинарных смесей частиц применительно к сжиганию топлив в химических циклах с улавливанием диоксида углерода [Текст] / Г.А. Рябов, О.М. Фоломеев, И.А. Долгушин // Теплоэнергетика. – 2018. -- № 7. – С. 26 -- 32.

Hugi, E. Focus on solids strand formation improves separation performance of highly loaded circulating fluidized bed recycle cyclones [Text] / E. Hugi, L. Reh // Chem. Eng. Process. Process Intensif. – 2000. – No. 39. – P. 263 -- 273.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2021.1079.6.003