EN
Айналып тұрған қабатты жану қазіргі заманғы энергетикалық өндірісте отынның толық жануын қамтамасыз етудің ең тиімді технологияларының бірі болып табылады. Дәстүрлі қатты қабатты жүйелерден айырмашылығы, бұл алғашқы деңгейдегі жану әдісі отын бөлшектеріне жану ауасымен ұзақ уақыт бойы әсер ететін орта құрады, нәтижесінде қатты отын толықтай жанады. Бұл технологияның негізгі артықшылықтарын түсіну үшін көмір мен биомасса қолданысында жоғары тиімділік пен аз шығындарды қамтамасыз ететін негізгі механизмдерді қарастыру қажет.
Suyıqtırılğan tөmendegi pechlerdің жоғары отын жану сапасы жылу электр станцияларында өндірісті түбегейлі өзгертті, әсіресе көмір, биомасса және қалдықтар сияқты жануға қиын отындар үшін. Толық отын жануы – бұл өндірістің тиімділігін, экологиялық нормаларға сайлығын және жүйенің сенімділігін тікелей әсер ететін маңызды операциялық мақсат. Егер жану толық болмаса, жанбаған көмір ұшқын түрінде шығып кетеді немесе төменгі қалдық ретінде жиналады, нәтижесінде энергияның пайдаланылуы төмендейді және тасымалдау шығындары артады. Бұл мақала толық отын жануын қамтамасыз ететін ғылыми принциптер мен бұл технологияны ірі масштабды электр өндірудің алдыңғы қатарлы таңдауына айналдыратын операциялық артықшылықтарды қарастырады.
Турбулентті араласу және ұзақтығы көп тұру уақыты
Қозғалыс қалай оптималды жану жағдайларын жасайды
Циркуляциялық қабатта жану процесінің негізгі артықшылығы — отын бөлшектері мен жану ауасы арасындағы интенсивті араласуды қамтамасыз ету қабілетінде. Циркуляциялық жүйеде қабаттың ауасының жоғары жылдамдығы (әдетте 4–8 метр/секунд) отын бөлшектерін отын камерасының ішінде тұрақты түрде ілгерілетеді, олардың шөгуіне мүмкіндік бермейді. Бұл ілгеріленген күйде отын бөлшектері үнемі циркуляцияланады және олардың камера ішіндегі болу уақыты бойынша таза оттегімен қайта-қайта әрекеттеседі. Дәстүрлі пештерде көмірдің жану технологиясы жиі толық емес жануға ұшырайды, себебі отын ауамен шектеулі әрекеттесетін «өлі аймақтарға» шөгеді. Циркуляциялық жобалау бұл өлі аймақтарды қатты бөлшек ілгерілеуі мен қайта циркуляциялануын қамтамасыз ету арқылы жояды.
Бөлшек қайта циркуляциялану механизмдері
Tsiklon bөлгіштер циркуляциялық ұсақталған қабатты пештің тиімділігін есептеуде маңызды рөл атқарады. Бұл құрылғылар жану камераcынан шығатын отын бөлшектерін ұстап, оларды пешке қайтарып береді, сондықтан гравитация ғана қамтамасыз ете алмайтын әсерлі тұру уақыты ұзақтығын кеңейтетін циркуляциялық цикл пайда болады. Жеке отын бөлшегі толық жанғанша жану аймағы арқылы бірнеше рет циркуляциялануы мүмкін. Бұл циркуляция аз ұшқыш көмір компоненттері мен биомасса бөлшектерінің жануы үшін қайталанатын мүмкіндіктерді кепілдейді. Ағаш, ауыл шаруашылығы қалдықтары және басқа органикалық материалдар жану нүктесіне жетуге дейін жеткілікті кептірілу мен газификацияны талап еткендіктен, биомасса энергиясын түрлендіру жүйелері осы механизмнен ерекше пайда көреді. Кеңейтілген циркуляциялық жол бұл материалдарға жеткілікті жылулық әсер етуін қамтамасыз етеді.
Температураның біркелкілігі және жылулық орта
Тұрақты жану қабаты температурасын реттеу
Толық отынның жануы тұрақты, оптималды жану температурасын сақтауға тікелей тәуелді. Циркуляцияланатын қабатты жану жүйелері отын бөлшектерімен бірге циркуляцияланатын қабат материалының (әдетте құм немесе әктас) үлкен жылу сыйымдылығы арқылы осыны іске асырады. Бұл үлкен жылу сыйымдылығы температураның градиенттерін азайтатын жылулық тұрақты орта құрады. Дәстүрлі бу қазандарындағы көмір жану технологиясы жиі локальды ыстық дақтар мен суық аймақтарға әкеледі, нәтижесінде суық аймақтарда толық емес жану пайда болады. Циркуляцияланатын қабатты жану қондырғысындағы біркелкі температура өрісі отын бөлшектерінің пеш ішіндегі вертикальды немесе горизонтальды орнына қарамастан, барлығына бірдей қолайлы жану жағдайларын қамтамасыз етеді.
Жану аймағы бойынша оттегі қолжетімділігі
Оттегі концентрациясы отын камерасының барлық аймағында тұрақты түрде қолжетімді болады, себебі ауа бірнеше нүктеден енгізіледі және интенсивді циркуляция қабаттану процесін болдырмаған. Қозғалмалы қабатты пештің пайдалы әсер коэффициенті осы оттегі біркелкілігіне тәуелді, өйткені жергілікті оттегі аздығы кейбір көміртектің толық емес жануына әкеледі. Қатты қабатты материал жылу алмасу ортасы ретінде қызмет етеді және жану энергиясын біркелкі таратады, ал циркуляциялық қозғалыс таза ауаның үнемі отын беттерімен әрекеттесуін қамтамасыз етеді. Биомасса энергиясын түрлендіру жүйелері осы тұрақты оттегі қорын талап етеді, себебі әртекті отын бөлшектері (ағаш шаңы, қабық, сабан) әртүрлі жану сипаттамаларына ие. Оттегі қолжетімділігінің біркелкілігі бұл айырымдарды жеңеді, өйткені әрбір бөлшек түрі үшін жеткілікті тотықтырғыш қамтамасыз етіледі.
Химиялық кинетика және жанудың тездетілуі
Реакция жылдамдығын оптималды жағдайлар арқылы арттыру
Айналып тұрған қабатты жану кезінде пайда болатын нақты жағдайларда отынның тотығуының химиялық кинетикасы жылдамдайды. Жоғары температура (әдетте 800–900 °C) мен белсенді оттегі қоры дәстүрлі жанудың салыстырмалы түрде суық және аз турбулентті нұсқасына қарағанда реакция жылдамдығын әлдеқайда көтереді. Көмірдің жану технологиясы осы жоғары температурадан пайда болады, себебі жоғары молекулалық қозғалыс көміртектің тотығуын жылдамдатады. Осы жоғары температурада ұсталу уақыты орта есеппен 5–10 секунд құрайды, бұл шамамен барлық улеткіш заттар мен тұрақты көміртектің толық тотығуы үшін жеткілікті. Биомассаның энергиялық түрлендіру жүйелері де осындай жоғары толықтыру деңгейлеріне қол жеткізеді, себебі механикалық турбуленттілік пен жылу энергиясы ағаш құрылымын ыдыратады және целлюлоза мен лигнин компоненттерінің толық тұтынуын қамтамасыз етеді.
Катализаторлық және қоспалық әсерлер
Төсек ішінде циркуляцияланатын әктасты немесе құм бөлшектері жылу тасымалдаушылар мен реакция катализаторлары ретінде қызмет етеді. Бұл инертті материалдар отын бөлшектерінің қатысуы үшін көптеген беттік аудан қамтамасыз етеді, ол жалпы реакциялық интерфейсті кеңейтеді. Төсек материалы ретінде әктасты қолданған кезде оның сілтілі қасиеттері кейбір тотығу реакцияларын күшейте алады, соның нәтижесінде қозғалмалы қабатты бу қазандығының тиімділігі артады. Көмірдің жану технологиясы да пайдаланылады, себебі көмірдегі минералдық қоспалар (зола) төсек материалымен әрекеттеседі, ол беттік реакциялар арқылы көміртектің толық жануын қамтамасыз етеді. Биомасса энергиясын түрлендіру жүйелері үшін минералдық әрекеттесу орындарының көптігі зола ретінде печтен шығарылғанға дейін тұрақты көміртектің толық тотығуын қамтамасыз етеді.
Жиі қойылатын сұрақтар
Неге көмірдің жану технологиясы жоғары жану деңгейлері үшін циркуляциялық жүйелерді талап етеді?
Тұрақты қабатты көмір жану жүйелерінде отын шашылып, оттегіге шектеулі қатысуы бар аймақтар түзеді, сондықтан күл ішінде жанбаған көміртек қалады. Циркуляцияланатын ұсақталған қабатты жану процесінде бөлшектер үздіксіз ілгері-кейін қозғалып, қайта циркуляцияланады, ол әрбір бөлшекке толық тотығу үшін жеткілікті ауа мен температура жағдайларын қамтамасыз етеді. Бөлшектердің қайта циркуляциясы оларды жану аймағы арқылы бірнеше рет өткізеді, нәтижесінде толық емес жану шамамен жойылады және ұсақталған қабатты бу қазандықтарының пайдалы әсер коэффициенті дәстүрлі жүйелерге қарағанда 3–5 пайызға артады.
Биомасса энергиясын түрлендіру циркуляцияланатын жүйелерде қалай ерекшеленеді?
Биомасса отындарының тығыздығы, пішіні және жану сипаттамалары өте әртүрлі болады, сондықтан статикалық қабатта толық жану қиынға соғады. Циркуляцияланатын ұсақталған қабатты жану осы әртүрлілікті ескере отырып, отынның біртектілігін жеңуге мүмкіндік беретін біркелкі жылулық және химиялық жағдайлар қамтамасыз етеді. Кеңейтілген тұру уақыты мен үнемі қайта циркуляциялану ақырын жанатын биомасса компоненттеріне (қалың қабық, ылғалды кесектер) толық жану үшін жеткілікті жылу мен оттегі әсерін қамтамасыз етеді. Бұл бейімделушілік циркуляцияланатын жүйелерді қалдық ағаштар, ауыл шаруашылығы қалдықтары және аралас биомасса ағымдары үшін жоғары деңгейде тиімді етеді.
Толық отын жануынан қандай практикалық жұмыс істеу артықшылықтары пайда болады?
Сұйықтықпен қозғалыстағы қабатта толық отын жануын қамтамасыз ету тікелей жылулық пайдалы әсер коэффициентін көтереді, шлактың тасымалдану көлемін азайтады, жанбаған көміртектің жоғалуын минималдандырады және реттеуші талаптарға сәйкестікті жақсартады. Жанбаған көміртектің төменгі мөлшері бірлік отыннан алынатын энергияның көбеюін білдіреді, ол өндірістік шығындарды азайтады. Толық жану сонымен қатар көміртегі монооксиды мен түтін шығарындыларын азайтады, экологиялық нәтижелерді қолдайды. Көмір жану технологиясын немесе биомасса энергиясын түрлендіру жүйелерін басқаратын операторлар үшін толық жану жылулық шығын, әрбір мегават-сағатқа келетін отын шығыны және экологиялық сәйкестік шектері бойынша нақты жақсаруға алып келеді.
