ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2008, № 6, с. 22-28
УДК 662.62 +662.7
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ СЖИГАНИЯ БРИКЕТОВ ЛИГНИНА
И КАМЕННОГО УГЛЯ
© 2008 г. В. Г. Лурий
ФГУП "Институт горючих ископаемых - научно-технический центр по комплексной переработке твердых
горючих ископаемых", Москва E-mail: igi@au.ru; igi-ffi@rambler.ru Поступила в редакцию 26.09.2007 г.
Проведены испытания нового вида биотоплива - брикетов из гидролизного лигнина в сравнении с рядовым каменным углем марки СС при слоевом сжигании их в водогрейном котле "Универсал-6". Установлено, что коэффициент полезного действия (брутто) котла при сжигании брикетов из лигнина на 38% выше, чем при использовании каменного угля; недожог при сжигании брикетов составил 1%, а при сжигании каменного угля - 48.2%; загрязняющих окружающую среду вредных газовых выбросов при сжигании брикетов было в 4.5 раза меньше, чем этих выбросов при сжигании каменного угля.
Для оценки брикетов из лигнина как топлива по сравнению с Кузбасским углем марки СС, были проведены испытания в коммунальной котельной г. Пушкино Московской области на водогрейном промышленном котле типа "Универсал-6". Брикеты были изготовлены из лигнина (отходы Онежского гидролизного завода) и представляли собой прямоугольные параллепипеды коричнего цвета сечением 45 х 45 мм длиной 40-100 мм. При транспортировке в мешках, где помещается 2225 кг брикетов, они практически не разрушаются. Характеристика брикетов и угля приведена в табл. 1.
Испытания проводили в одинаковых условиях, т.е. при одинаковых расходах и тепловосприятиях воды как при работе котла на угле Кузнецкого бассейна, так и при сжигании брикетов. Сначала проводили эксперимент при работе котла на угле, затем из топочной камеры удаляли очаговые остатки; в топку загружали брикеты, а после их воспламенения и нагрева воды до примерно такого же уровня (как и при работе на угле) начинали измерения необходимых показателей. Каждый из опытов длился Т ~ 1.5 ч.
Во время испытаний через каждые 15-20 мин измеряли следующие показатели:
температуру воды на входе в котел и выходе из него; давление воды на входе в котел;температу-ру уходящих газов за котлом; состав продуктов сгорания (уходящих газов) - содержание кислорода, оксидов азота, оксидов углерода. После опытов при работе на каждом виде топлива отбирали
очаговые остатки (золошлаковые отходы), которые затем анализировали на содержание горючих.
Состав продуктов сгорания измеряли многокомпонентным прибором "Fyrite-4" американской фирмы "Bacharach, Ync", который сертифицирован в России.
Результаты работы котла на угле и брикетах приведены в табл. 2 и на рис. 1 и 2. Характеристики золы, образующейся при сжигании угля и брикетов, представлены в табл. 3.
В обоих режимах работы котла определяли средние коэффициенты избытка воздуха во время опыта, средние объемы продуктов сгорания (табл. 4), выброс вредных веществ и количество золошлаковых отходов (табл. 5), эффективность работы котла (табл. 6), характеризующуюся коэффициентом полезного действия котла (брутто).
Проведенные сравнительные испытания эффективности работы водогрейного котла "Уни-версал-6" при раздельном сжигании угля и брикетов показали, что в последнем случае эффективность использования топлива существенно выше, чем при работе котла на угле. Большой объем выброса СО при работе топки на брикетах по сравнению с работой топки на угле, объясняется тем, что при использовании брикетов вентилятор поддува был выключен и имел место неорганизованный подсос воздуха в топку. При низком сопротивлении слоя брикетов и недостаточном объеме топки подсасываемый воздух значительно снижал температуру в топке, что и определило химический недожог, т.е. повышенную концен-
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ СЖИГАНИЯ БРИКЕТОВ ЛИГНИНА Таблица 1. Характеристики угля и брикетов из лигнина
Показатель
брикетов угля
Общая влага рабочего топлива, , % 7.3 16.1
Зольность рабочего топлива, Аг, % 5.4 20.4
Зольность сухой пробы, А^, % 5.8 24.4
Выход летучих веществ рабочего топлива, V, % 59.6 20.4
Выход летучих веществ сухой беззольной пробы, VЛаа, % 68.2 32.2
Массовая доля общей серы рабочего топлива, 8Г{, % 0.05 0.21
Массовая доля общей серы сухой пробы, , % 0.05 0.25
Массовая доля углерода рабочего топлива, Сг, % 52.0 51.9
Массовая доля углерода сухой беззольной пробы, С^, % 59.5 81.8
Массовая доля водорода рабочего топлива, Нг, % 4.98 2.80
Массовая доля водорода сухой беззольной пробы, Н^, % 5.71 4.42
Высшая теплота сгорания сухой беззольной пробы, Qdiaa, МДж/кг (ккал/кг) 23.38 (5584) 30.74 (7342)
Низшая теплота сгорания рабочего топлива, , МДж/кг (ккал/кг) 19.16 (4575) 19.11 (4565)
Характеристика
Таблица 2. Показатели работы котла (средние за время опыта) при сжигании угля, и брикетов
Показатель Характеристика
угля брикетов
Температура уходящих газов, гух, °С 127 146
Концентрация кислорода в уходящих газах, [02], об. % 18.6 17.7
Коэффициент избытка воздуха, яух 9.3 9.8
Концентрация оксида азота (%) ■ 102 10 9
то же в пересчете на диоксид азота, мг/м3 21 18
то же в пересчете на диоксид азота, мг/м3, при а = 1.4 135 54
Концентрация оксида углерода (%) ■ 102 723 1501
то же, об. % 0.072 0.150
то же, мг/м3 904 1876
то же, мг/м3, при а = 1.4 6260 12809
Давление воды, кг/см2 1.2 1.2
Подогрев воды в котле, Аг, °С 6.8 6.9
трацию СО в дымовых газах. Однако абсолютное содержание СО в дымовых газах было незначительным, поэтому это мало повлияло на КПД котла. Коэффициент полезного действия брутто котла при работе на угле составил около 30%, при работе на брикетах - около 54%. Это объясняется главным образом тем, что эксплуатация на угле характеризуется большими потерями тепла от механического недожога. Последнее является следствием поставок угля, часть которого имеет раз-
Таблица 3. Характеристики шлаков
Показатель Характеристика золы от сжигания
угля брикетов
Массовая доля влаги аналитической пробы, Ша, % 2.2 0.2
Зольность аналитической пробы, Аа, % 46.9 97.9
Массовая доля углерода аналитической пробы (недожог), Са, % 48.2 1.0
24
ЛУРИИ
Концентрация NO(%) ■ 102 Температура, °C Коэффициент избытка воздуха в уходяцих газах, яух (%) ■ 10 200
180 Л 160 140 120 100 80 60 40 20
0
Концентрация CO (%) ■ 102 2000
Л 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
15
30
45 60 75 90 105 120 135 Время с момента загрузки, мин
150 165 180
Рис. 1. Изменения параметров при сжигании угля в котле "Универсал-6": 1 - концентрация NO; 2 - температура входящих газов; 3 - концентрация СО; 4 - температура уходящих газов; 5 - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах; A-A - интервал усреднения.
Концентрация NO(%) ■ 102 Температура, °C Коэффициент избытка воздуха в уходяцих газах, яух (%) ■ 10 200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Концентрация CO (%) ■ 102 2000
Л
4 А1800
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
15
30
45 60 75 90 Время с момента загрузки, мин
105
120
135
Рис. 2. Изменения параметров при сжигании брикетов в котле "Универсал-6": 1 - концентрация NO; 2 - температура входящих газов; 3 - концентрация СО; 4 - температура уходящих газов; 5 - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах; A-A - интервал усреднения.
Таблица 4. Расчет объемов воздуха для горения и продуктов сгорания
X К
К »
ч ш м ч и о ч о н о я а к
ш >
г
о\
(О
о о
Способ определения Результаты расчета при сжигании
(по нормативному методу [1]) угля брикетов
Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива (т.е. а = 1) [1]:
У0 = 0.0889(СГ + 0.3758г + 0.265НГ - О.ОЗЗОО, нм3/кг У° = 0.0889(51.9 + 0.375 • 0.21) + + 0.265 • 2.8 - 0.033 • 7.29 = 5.122 Уб = 0.0889(52 + 0.375 • 0.05) + + 0.265 • 4.98 - 0.033 • 28.47 = 5.0
Теоретически объемы продуктов сгорания при а = 1:
трехатомных газов:
Уйо2 = 1.866 1Ш , нм3/кг „у ! о^51.9 + 0.375 • 0.21 ппп Уко2 = 1-866 1Ш = 0.97 т/6 1 + 0.375 • 0.05 „ „„„„ Уйо2 = 1.866 1Ш =0.9707
азота:
У?, = 0.79 У° + 0.8 ^-,нм3/кг 2 100 У?, = 0.79-5.122+ 0.8^ =4.057 «2-у Ю0 У?, =0.79-5 + 0.8^- =3.964 N2-6 юо
водяных паров:
= 0.111Нг+0.124Жг+0.0161У°,нм3/кг у£2о_у = 0.111 • 2.8 + 0.124 • 16.1 + + 0.016-5.122 = 2.39 у£2о_б = 0.111 • 4.98 + 0.124 • 7.3 + + 0.0161 - 5 = 1.538
Объемы продуктов сгорания при а > 1:
водяных паров:
УЙ20 = У°20+ 0.0161 (а-1)У°,нм3/кг Ун2о-у =2.39 + 0.0161(9.3 - 1)5.122 = 3.075; < =9.3 УНго_б = 1.538 + 0.0161(9.8 - 1)5 = 2.246; «сбр =9.8
продуктов сгорания:
УГ = Уко2 + <2 + ^н2о + (а-1)У0, нм3/кг Уу = 0.97 + 4.057 +3.075 + (9.3 - 1)5.122 = 50.6 Угб = 0.9707 + 3.964 + 2.246 + (9.8 - 1)5 = 51.18
О
ч >
и
X К н и й й4 X № нч
И Ч И 00 <С
й4 Ч
сг
I—I
о *
к
ч >
X К й
и ч К Я
И
н о и
й к
ч X К
X >
ю (л
Таблица 5. Расчет выбросов вредных веществ за время опытов по [2] и образующихся золошлаковых отходов
ON
Способ определения (по нормативному методу [1])
Результаты расчета при сжигании
угля
брикетов
X S
S »
ч ш м ч и о
4 о н о я а
5
ш >
г
о\
(О
о о
802
Выбросы сернистого ангидрида М = 0.025б5г(1 - г) ), кг, где ц 802 = 0 - коэффициент сероулавливания, так как сероочистка отсутствует; В6 = 44 кг - количество брикетов, сожженных во время испытаний;
-Вд ' _ д
В у =---, кг - количество сгоревшего угля (без учета недожога),
so
Му 2 = 0.02 • 0.21 • 44.1 = 0.1852, кг (за время опыта), а% =9.3,
Q.
'-у
эквивалентное теплоте сожженных брикетов; Sr - серосодержание топлива, %
Выбросы золы в атмосферу при уносе ауи = 0.02. Количество золы, поступившее в атмосферу за время опыта с дымовыми газами [2]
Аг
аун(1-Цзу),кг,
Мз = %0-Г
ун
где т|3у = 0 - КПД золоуловителя (золоуловитель на этих котлах не используется); Гун - содержание горючих в уносе
Выбросы в атмосферу оксида углерода Мсо = С ■ Vcr ■ В ■ 10 \ г, где Мсо - средняя концентрация оксида углерода в сухих газах, мг/м3; Vcr - объем сухих газов, нм3/кг; В - количество сгоревшего за время опыта топлива, кг
Выбросы в атмосферу оксида азота MN0 = С
NOv
Vcr ■ В ■ 10"3, г,
где Схо - средняя концентрация оксидов азота в сухих газах, мг/м3
Количество образовавшихся за время опытов золошлаковых отход
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.