Конструкции опытных и серийных котлов с вихревой топкой для энергоблоков различной мощности разрабатываются на базе обширного комплекса опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ. Основная особенность конструкции котла: в нижней части имеется горизонтальная вихревая камера высокотемпературного горения с фронтальным расположением горелок, соединенная с камерой охлаждения.

Выполненные к настоящему времени комплексные исследования теплотехнологических процессов в вихревой топке позволяют надежно конструировать высокоэффективные топки со ступенчатым сжиганием, что решает проблему снижения выбросов окислов азота. Экспериментальные исследования аэродинамики вихревых топок на изотермических воздушных и гидравлических моделях и математическое моделирование аэродинамических процессов дали возможность установить основные геометрические соотношения в рационально спроектированных вихревых топках, а математическое моделирование лучистого теплообмена в вихревой топке позволило подробно вскрыть картину процесса горения в вихревой камере, процессов теплообмена в камере, определить оптимальные значения коэффициентов избытка воздуха при ступенчатом сжигании, установить условия минимального выхода окислов азота в режиме жидкого шлакоудаления.

Элементная база технологии сжигания топлива в вихревой топке зависит от того, устанавливается ли эта технология при реконструкции котла или она используется на проектируемой станции.

На вновь проектируемой станции использование котлоагрегата с вихревой топкой позволяет значительно сократить габариты котлоагрегата и тем самым снизить капиталовложения в основное оборудование. При этом пылесистема проектируется в соответствии с требованиями вихревой технологии. Эти требования не вызывают появления новых элементов в технологической схеме ТЭС и изменения рабочих параметров.

При реконструкции функционирующих ТЭС установка вихревой топки на реконструируемом котлоагрегате требует, во-первых, существенной переделки самого котлоагрегата и, во-вторых, возможной переделки пылесистем.

Применение вихревой технологии обусловливает из­менения: гаммы теплив в связи с бесшлаковочным сжига­нием канско-ачинских углей в котлоагрегатах с вихре­вой топкой и жидким шлакоудалением, режимных параметров котла и надежностных параметров, коэффициента готовности котлоагрегата из-за повышенного износа тепловоспринимающих поверхно­стей при вихревом сжигании твердого топлива, экологических параметров.

2. Технология термоподготовки топлива

Сущностью термической подготовки пылевидно­го топлива является предварительная частичная аллотермическая его газификация при температурах 600...800 °С и выше доли размолотого угля в горелочном устройстве, либо полностью всего потока угля в специальном предтопке, например, циклон­ного типа. Прогрев рабочего потока угольной пыли осуществляется за счет сжигания высокореакци­онного топлива, в качестве которого могут исполь­зоваться газ, мазут или высокореакционный уголь, на­пример КАУ.

Поток высококонцентрированной угольной пыли 3 тангенциально поступает в установку 1, выполненную в виде цилиндра, и образует реакторное пространство, внутрь которого направляется горящее высокореакционное топливо 2 с концентрацией кислорода, обеспечивающей устойчивое горение. В предтопке поток рабочего топлива прогревается с образованием двухфазного топлива – газовзвеси, содержащей в основном окись углерода, водород, непрореагировавшую угольную пыль, коксовый остаток, метан, углекислый газ и азот. На выходе из предтопка газовзвесь смешивается со вторичным воздухом и вместе с продуктами сгорания инициирующего топлива поступает в топку котла. Для надежного воспламенения и регулирования процесса горения на начальном участке факела часть вторичного воздуха отбирается и подается в коллектор, откуда через спец.трубки, расположенные под углом к оси движения газовзвеси и по касательной к образующей ТЦП. При необходимости возможно добавление пара или воздуха для частичной газификации рабочего топлива, а также применение стадийного сжигания 6.

Недостатком технологий с термической подготовкой топлива можно считать усложнение системы топливоподготовки по сравнению с традиционными из-за необ­ходимости создания двух потоков топлива (рабочего и инициирующего) и организации паровоздушного дутья для частичной газификации. Однако эти усложнения не связаны с созданием принципиально нового и уникаль­ного оборудования, так как для потока инициирующего топлива используется станционное газовое или мазутное хозяйство, а в случае использования в качестве ини­циирующего топлива высокореакционного угля топливоподготовка для него выглядит аналогично схемам с прямым вдуванием пыли. Для потока рабочего угля топливоподготовка аналогична схемам с промбункером. Отбор пара для частичной газификации может осуще­ствляться, например, из станционного коллектора соб­ственных нужд. Кроме того, большинство станций уже оборудованы мазутным хозяйством, а многие имеют и газовое, что упрощает внедрение технологии в рамках реконструкции действующих станций.

3. Технология плазменного розжига твердого топлива

В основе технологии лежат процессы термодеструкции и пиролиза твердого топлива под воздействием температуры. Однако направленность технологии и ее техническое оснащение отличны от технологии термоподготовки топлива в ТЦП. Технология плазменного розжига – это в первую очередь средство повышения реакционной способности твердого топлива. В последнее время эта технология рассматривается и как средство снижения выбросов оксидов азота.

Плазменный розжиг и подсветка пылеугольного факела направлены на вытеснение из топливного баланса ТЭС мазута на эти нужды. Технология заключается в обработке струей низкотемпературной плазмы (3500…5000