Удаление продуктов сгорания твердого топлива - золы и шлака - один из важнейших этапов процесса получения тепловой энергии, способный влиять на эффективность работы угольных котельных и ТЭЦ в целом.
Система шлакоудаления за пределы котельной
Система шлакоудаления за пределы котельной или ТЭЦ подразделяется в свою очередь на "сухую" и "мокрую".
К механизированным способам сухого шлакоудаления относятся емкостные и конвейерные механизмы, перемещающие топливо как по горизонтали, так и по вертикали. Емкостные механизмы - это ковшовые устройства, включающие скреперы, грейферы, скиповые установки. Конвейерные механизмы, широко применяемые для всех систем шлакоудаления, - это скребковые, шнековые и ленточные транспортеры.
Ленточные транспортеры с бесконечно движущейся прорезиненной лентой из специального материала нельзя применять для шлаков с температурой выше 80 °С. Скребковые транспортеры можно использовать для непрерывного и автоматизированного шлакоудаления. Эти транспортеры могут прокладываться по различным траекториям и наклонной поверхности до 45°, тогда как ленточные могут иметь максимальный угол подъема только 20°. Шнековые или винтовые транспортеры также используются для перемещения сухого и смоченного водой шлака.
В системе шлакоудаления "мокрым" способом используется вода. В этом случае применяются багерные и шламовые насосы, гидроаппраты Москалькова, смывные сопла. Шлак вместе с водой направляется по пульпопроводам в места отвала или к потребителям.
Особенно широкое распространение получила система шлакоудаления с помощью пневматических установок. В ней в качестве движущей силы применяется воздух, как сжатый (напорные системы), так и вакуум. До входа в пневмосистему требуется обязательное шлакодробление и металлоулавливание. Пневматическая система шлакоудаления не дает такого износа механизмов, как при механическом способе и не требует большого запаса воды, как для гидравлического оборудования.
Также в крупных котельных и электростанциях нашли применение комбинированные способы шлакоудаления, предусматривающие одновременное использование механического и гидравлического оборудования или механического и пневматического (система с эрлифтом).
Система шлакоудаления из котла
Система шлакоудаления из котла может быть реализована в двух вариантах - твердое шлакоудаление (ТШУ) и жидкое шлакоудаление (ЖШУ).
В топках с твердым шлакоудалением в нижней части находится холодная воронка, образованная за счет сближения фронтовой и задней части с наклоном в 50° - 60°. В связи с этим температура газов в этой части топки понижается, выпадающие из ядра факела шлаковые частицы отвердевают и выпадают по экранированным холодным поверхностям в шлаковый бункер, откуда через затвор периодически удаляются в канал шлакозолоудаления. Топки с ТШУ применяют для сжигания широкого спектра топлив (бурых, каменных углей, сланцев и фрезерного торфа) с тугоплавкой золой, то есть с температурой начала жидкоплавного состояния более 1400 °С.
В котлах с жидким шлакоудалением в нижней части топочной камеры находится зона активного горения с высокими температурами. Там же расположен под, через летку которого шлак вытекает тонкими струями в ванну с водой, где затем гранулируется и уже в остывшем виде механически удаляется в канал гидрозолоудаления. ЖШУ целесообразно использовать для сжигания малореакционных углей: тощих и спекающихся углей, антрацита, полуантрацита, а также бурых и некоторых сортов каменных углей.
Каждая из систем шлакоудаления имеет свои преимущества и недостатки.
Серьезным минусом топок с ТШУ является недожог топлива и низкий процент выпадения золы в топочной части (10-20%), большая часть золы поднимается с дымовыми газами и вызывает быстрое изнашивание конвективных поверхностей, а также требует установки мощных систем золоулавливания.
Жидкая система шлакоудаления позволяет отчасти устранить эти недостатки. Количество выпавшей золы достигает 30-40%, кроме того, фракции золы становятся меньше, что позволяет снизить износ и увеличить сроки эксплуатации котла. Также уменьшается механический недожог топлива, так как содержание в жидком шлаке горючих веществ приближается к нулю.
Однако расплавленный при высоких температурах шлак, уносит с собой из топки высокопотенциальное тепло, которое пока не находит применения. Вода, в которой гранулируется шлак, также не используется. Эти теплопотери относятся к минусам топок с ЖШУ.
Жидкая система шлакоудаления имеет и другой существенный недостаток - значительный выброс токсичных оксидов азота. В котлах с твердым шлакоудалением при температуре до 1400 °С оксиды азота образуются из азотосодержащих составляющих органической части топлива. При жидком шлакоудалении температура в топке может достигать 1600-1700 °С, и в результате происходит образование еще и термических оксидов. Их общая концентрация превышает в 2-3 раза концентрацию в газах котлов с ТШУ. Это требует дополнительных мероприятий для снижения выбросов токсичных веществ в атмосферу.
