Основным отходом производства подсолнечного масла является лузга семян подсолнечника. Поэтому для маслозаводов одной из актуальных задач рационального природопользования является утилизация подсолнечной лузги. Решение данной задачи успешно найдено на Усть Каменогорском маслозаводе АО «Май».
Теплоснабжение маслозавода осуществляется от местной котельной, включающей пять котлов типа ДКВР 10/13-250 ГМ [1] (рис. 1). В качестве теплоносителя используется пар, который необходим для технологии производства подсолнечного масла и отопления зданий. В качестве топлива используются мазут и отходы производства – лузга семян подсолнечника.
Подсолнечная лузга сжигается в факеле горения мазута на двух котлах. Один котел работает только на мазуте. Два котла находятся в резерве. С целью снижения расхода мазута и выбросов диоксида серы в атмосферу, которые составляют 91,146 т/ год [2], было решено произвести реконструкцию топки котла № 1 с переводом его на использование в качестве топлива только подсолнечной лузги (рис. 2) [3].
Рис. 1. Котел паровой ДКВР-10-13
Рис. 2. Подсолнечная лузга
Лузга является более экологически чистым топливом в сравнении с традиционным:
- зольность лузги составляет 0,7 %;
- зольность каменного угля составляет 10… 20 %;
- теплотворность лузги – 11,3 МДж/кг;
- теплотворность мазута 29 МДж/кг;
- выбросы диоксида серы отсутствуют.
Для эффективного сжигания лузги котел реконструирован путем сооружения перегородки между экранными поверхностями двухкамерной топки.
Движение топлива при сгорании в вертикальном вихре обеспечивается воздухом, нагнетаемым через тангенциально направленные сопла. Топочная камера делится продольной шамотной перегородкой на две части. В левую камеру подается лузга, в правую камеру дожигания дополнительно устанавливается мазутная горелка (включаемая при необходимости). В перегородке выкладывается газовыпускное окно диаметром 812 мм с дополнительным подводом воздуха в свод окна. Подача воздуха осуществляется вентилятором через воздуховоды, оснащенные шиберами для регулирования его расхода. Котлоагрегат оснащен экономайзером марки БВЭС V-1 и взрывным клапаном. Техническая характеристика котлоагрегата приведена в таблице 1.
Таблица 1 – Проектные характеристики котла
|
Рабочее давление, кгс/см2 |
13 |
|
Паропроизводительность, т/ч |
10 |
|
Температура пара, °С |
250 |
|
Вид сжигаемого топлива |
основной – лузга, резервный – мазут |
|
КПД котлоагрегата не менее, % |
84 |
|
Температура газов за котлом, °С |
290 |
|
Водяной объем котла, м3 |
9,04 |
|
Паровой объем котла, м3 |
2,56 |
|
Расход лузги, кг/ч |
1851 |
Подача лузги в топочное устройство осуществляется воздушным эжектором. Соотношение подачи воздух и лузги регулируется шибером. Лузга в топку поступает из бункера через дозатор, оснащенный частотным приводом.
Для очистки поверхностей нагрева котла и экономайзера используются пневмоимпульсные генераторы марки ПГ 25/8 в количестве 7 штук. Для обслуживающего персонала работа с пневмогенераторами сводится к открыванию и закрытию запорного вентиля воздушной трассы, включению генератора с помощью электромагнитного пневмораспределителя и наблюдению за исправностью работы системы очистки.
Установленная система автоматизации работы котлоагрегата обеспечивает:
- контроль технологических параметров котла;
- автоматическое регулирование параметров процесса;
- автоматическую остановку котла при отклонении технологических параметров;
- аварийную световую и звуковую сигнализацию отклонения технологических параметров от нормы с запоминанием первопричины аварии;
- предупредительную световую и звуковую сигнализацию по отклонению уровня воды в барабане котла.
Системой автоматизации котла предусмотрены следующие автоматические регуляторы:
- регулятор разрежения поддержание разрежения в топке котла (управление направляющим аппаратом дымососа);
- регулятор соотношения "топливо-воздух" поддержание давления воздуха в зависимости от оборотов питателя топлива (управление направляющим аппаратом вентилятора);
- регулятор производительности поддержание давления пара в барабане котла (управление частотой вращения двигателя питателя топлива);
- регулятор уровня поддержание уровня воды в барабане (управление регулирующим клапаном в питательной линии).
Схема защиты предусматривает остановку котла, выполняемую прекращением подачи топлива в котел и остановкой двигателя вентилятора с запоминанием первопричины аварии при отклонении следующих параметров:
- повышение температуры в топке;
- повышение температуры в бункере лузги;
- понижение разрежения в топке;
- понижение давления воздуха за дутьевым вентилятором;
- повышение давления пара в барабане котла;
- отклонение уровня воды в барабане котла;
- отключение тягодутьевых механизмов (ТДМ);
- отсутствие питания цепей защиты.
После реконструкции котлоагрегата был проведен ряд испытаний для выбора оптимального режима сжигания лузги в зависимости от изменения параметров дымовых газов. Испытания проводились с определением физических и химических параметров дымовых газов с помощью прибора «Testo 335». Результаты испытаний представлены в таблице 2.
На рис. 3 представлены графики зависимости концентрации оксидов азота и КПД котлоагрегата от коэффициента избытка воздуха после экономайзера.
Топка для сжигания лузги в вихревом потоке имеет следующие преимущества (в сравнении с камерным сжиганием лузги в факеле мазута):
- лузга сжигается без использования мазута, но имеется возможность часть мощности вырабатывать с применением мазута (сжигать мазут во второй камере топки);
- значительное снижение выбросов диоксида серы;
- отсутствие выбросов золы мазута;
- значительное снижение залповых выбросов золы лузги;
- снижение засорения топки золой лузги;
- возможность прочистки второй камеры топки без остановки котлоагрегата.
Результаты испытаний котлоагрегата после реконструкции топки показали положительный эффект. Происходит утилизация отходов производства подсолнечной лузги без использования мазута и с получением пара с требуемыми параметрами.
Таблица 2 – Результаты испытаний работы котлоагрегата № 1 после выполненной реконструкции
|
Определяемые параметры |
Ед. изм. |
Порядковый номер проведения испытаний |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
||
|
Инструментальные замеры |
- |
после скруббера |
перед дымососом |
|||||
|
Температура |
оС |
71 |
103 |
180 |
199 |
152 |
203 |
206 |
|
Коэффициент избытка воздуха, α |
- |
2,32 |
2,76 |
3,15 |
3,68 |
3,91 |
3,57 |
3,3 |
|
Содержание в дымовых газах О2 |
% |
12,26 |
13,68 |
14,62 |
15,54 |
15,87 |
15,37 |
14,91 |
|
КПД по потерям тепла с дымовыми газами (КПД д.г.) |
% |
93,9 |
87,4 |
76,2 |
74,3 |
79,4 |
75,5 |
77 |
|
Содержание в дымовых газах NOх |
мг/м3 (н.у) |
61,64 |
85,76 |
100,5 |
105,86 |
22,78 |
49,58 |
45,56 |
|
Скоростное давление в точке замеров |
Па |
140,8 |
154 |
299,8 |
78,5 |
76 |
76,3 |
70,2 |
|
Статическое давление в точке замеров |
Па |
995 |
400 |
703 |
-1443 |
-2001 |
-1241 |
-1250 |
|
Плотность дымовых газов в точке замеров |
кг/м3 |
1,022 |
0,930 |
0,759 |
0,719 |
0,788 |
0,708 |
0,703 |
Рекомендации по совершенствованию конструкции котлоагрегата и его эксплуатации:
- Обеспечить температуру в ядре факела не более 900 оС. В настоящее время температура превышает 1200 оС. Указанное позволит значительно снизить выбросы оксидов азота в атмосферу с дымовыми газами;
- Обеспечить коэффициент избытка воздуха за экономайзером в пределах 2,5… 3,2. В настоящее время коэффициент избытка воздуха превышает 3,5;
- Для очистки дымовых газов от золы лузги установить скруббер ударного действия (рис. 4);
- Разместить у перегородки экранные трубы. Это позволит снизить температуру в топке без потери мощности. Снижение температуры обеспечит снижение выбросов оксидов азота.
Рис. 3. График зависимости концентрации оксидов азота
- Для поддержания вихря в топке при малых нагрузках предложено осуществить подачу рециркуляционных дымовых газов в первую камеру топки.
- Перегородку внутри топки выполнить в виде полой металлической емкости и использовать ее в качестве воздухоподогревателя.
- Установить приборы для учета расхода пара.
Выполнение данных рекомендаций позволит обеспечить высокий КПД производства пара и низкие значения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
1 – корпус, 2 – сопло, 3 – каплеуловитель, 4 – дымосос,
5 – газоход, 6 держатель уровня воды в ванне, 7слив пульпы.
Рис. 4. Скруббер ударного действия
ЛИТЕРАТУРА
- Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация. М.: Академия, 2007.
- Проект нормативов предельно допустимых выбросов в атмосферу АО «Май» на 2009-2013 годы. – Усть-Каменогорск: ВКГТУ, 2008.
- Горбатенко В.Я. Топочное устройство для сжигания лузги. Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. М.: Издательство МЭИ, 2001.