автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.01, диссертация на тему:Повышение эффективности работы котлов энергоблоков 300 МВт Новочеркасской ГРЭС при сжигании антрацитового штыба ухудшенного качества

Р Г 5 Од

О 2 июн 1ЯЯ7

На правах рукописи

КАЛМЫКОВ ГЕННАДИЙ ИВАНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОТЛОВ ЭНЕРГОБЛОКОВ 300 МВт ПОВОЧЕРКАССКОЙ ГРЭС ПРИ СЖИГАНИИ АНТРАЦИТОВОГО ШТЫБА УХУДШЕННОГО КАЧЕСТВА

Специальность 05.04.01 - котлы, парогенераторы и камеры сгорания

в пиле научного доклада на соискание ученой степени

ДИССЕРТАЦИЯ

кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена на кафедре " Парогенераторостроение " в Новочеркасском государственном техническом университете ( НГГУ )

11аучиый руководитель - кандидат технических наук,

доцент Безгрешное А.Н.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Сулейманов В.И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Двойнишников В.А.

кандидат технических наук Пилипенко A.C.

Ведущая организация - АО Таганрогский котельный завод "Красный котельщик"

Защита состоится 16 мая 1997 года в час. 00 мин. в Б-409 ауд. на заседании диссертационного совета К.053.16.05 при Московском энергегическом институте (Техническом университете) по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные и скрепленные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Диссертация в виде научного доклада разослана 15 апреля 1997 г. Ученый секретарь

диссертационного совета ,__

К.053.16.05 ' А.И.Лебедева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение экономической эффект ивности использования органического топлива, а также надежности работы оборудования ГЭС, в частности котельного, продолжают (плакаться одними из главных проблем в отечественной теплоэнергетике. Острога их в настоящий момент усугубляется недостаточными капиталовложениями и разните топливно - эперюти-ческого комплекса страны. К тому же решение этих проблем на современном этапе осложнено необходимост ью одновременного решения другой проблемы -экологической, связанной с уменьшением вредного воздействия энергетического оборудования на окружающую срсду. В первую очередь это касается паровых котлов, являющихся основными источниками вредных твердых (зола, шлак) и газообразных (N0,, 802 и т.д.) выбросов. Поскольку перечисленные выше проблемы взаимосвязаны, то очевидно, что их решать следует комплексно. Именно такой подход был положен в основу настоящей работы, в которой рассмо1рсн ряд вопросов, связанных с повышением эффективное! и, падежно-сж и экологи'!кости работы котлов 'ГШ 1-110, Т1II1-210 и Т1Ш-210Л Новочеркасской ГРЭС. Необходимость такого рассмотрения предопределена двумя обстоятельствами. Первое - это существе!июе ухудшение качества поставляемого на станцию топлива. Второе - связано с тем. что технологические решения по этим котлам на стадии их проектирования принимались без учета экологических требований к их работе.

Цель работы: разработка, обоснованно и (хгализация комплекса технических решений, направленных на повышение падсжносш. экономичности и экологичное™ котлов ТПП-110, Т1Ш-210 и 'ШП-210Л блоков 300 МВт Новочеркасской ГРЭС при сжигании ЛШ ухудшенного качества.

Основные задачи исследований.В работе рассмотрен и решен ряд задач, основные из которых следующие:

- анализ работы котлов и их вспомогательного оборудования энергоблоков 300 МВт Новочеркасской ГРЭС при изменении качест ва сжигаемого топлива;

- повышение производительности установленных на станции пылесистем ШБМ с промбункером ) и обеспечение оабильности подачи пыли в топки кот-дон;

- совершенствование ор1анишции топочного процесса в котлах Т11П-110, 'ПН 1-210 и ТПП-210А с целью повышения устойчивости, надежности, экономичности и экологичности работы их топочных устройств;

- повышение эффективности работы узлов и элемен тов котлов;

- снижение уровня негативного воздействия работы котлон па окружающую срсду.

Научная новизна и значимость работы состоит в:

- разработке и доказательстве эффективности применения "ступенчато!« способа сушки" угольной пыли ЛШ с использованием горячего воздуха и высокотемпературных топочных газов, отбираемых через ле1ки котла;

- установлении основных факторов, определяющих стабильность выхода пыли из бункера;

- обоснование возможности и целесообразности использования в котлах T1III-110. ТПП-210 и Т11П-210А при работе на А]II схемы сжигания с одновременным применением плоскофакелышх и пихревых горелок (комбинированной сиосмы юрелок ),

- опенке экономической целесообраз!iociи установки дутьевого ветиля-юра за 1*1311 с целью снижения перетоков воздуха в последнем:

- выявлении степени влияния в котлах с Ж1НУ на показатели топочного процесса его аэродинамической организации и режимных факторов.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и практических рекомендаций обеспечивается прежде всего проведением исследований на действующем оборудовании с применением традиционных, отработанных практикой методов измерений и обработки опытных данных, а также положительным опытом практического использования рекомендаций и технических решений по совершенствованию систем нылеприготовления и организации топочного процесса, внедренных на котлах энергоблоков 300 МВт Новочсркас-екой ГРЭС.

Практическая ценность работы состоит:

1. В разработке и реализации технических решений rio:

- увеличению размольной и сушильной производительности пылесистем энергоблоков 300 МВт Новочеркасской ГРЭС;

- повышению надежности работы груб нижней радиационной части котлов;

- снижению расхода мазута при применении комбинированной системы горелок;

- обеспечению стабильности крупности выходящих шлаков из шлакового комода;

- повышению эффективности улавливания золы за котлами;

- снижению уровня выбросов оксидов азота.

2. В установлении определяющего влияния бункера пыли на равномерность подачи пыли в топку при использовании аэропитателей и разработке конкретных мероприятий но обеспечению стабильности выхода пыли из бункера.

3. В реализации и доказательстве эффективности использования комбинированной системы юрелок при сжигании АШ в топках с ЖШУ.

4. В разработке предложений по переводу систем пылеприготовлепия с нромбункером на комбинированную сие i ему питания копш угольной пылью.

Личиый вклад авюра заключайся в: разработке и реализации комплексною подхода решения проблем повышения надежности, экономичности и экологичное! и работы котлов энергоблоков 300 МВт Новочеркасской ГРЭС; участии в nociaiionKC задач исследований, определении пуюй и методов их решения, анализе и обоГнцеиии резулылюв них исследований, разрабожс рекомендаций и реализации их на действующем оборудовании станции.

Автор защищает:

- рекомендации и технические решения но: обеспечению стабильной подачи пыли в топку; снижению уровня вредных выбросов в окружающую среду; повышению надежности и экономичности работы котлов Новочсркасской ГРЭС при сжигании АШ ухудшенного качест ва;

- разработанный "аупепчашй способ сушки" угольной пыли с использованием горячего воздуха и высокогемперлурпых топочных газов;

- целесообразность применения при организации топочного процесса в котлах ТПП-110,ТПП-210 и Т1Ш-210А комбинированной системы горелок;

- резулыапл исследований на дсйстующих котлах по оценке влияния на топочный процесс котлов ТПП-110. 11111-210 и ТШ1-210Л различных вариантов его организации, а также результаты ист.пинии применения гизонылс-угольных форсунок, мсроприя1Ия но модернизации Ш'Ч. шлакового комода и системы золоочистки.

Публикации по рабою. Но результатом выполненных работ, рассмшрн-васмых в научном докладе, шпором опубликовано 22 стип.и. иол>чспо авторских свидетельств на изобретения. Основные положения изложены в работах, перечень которых приведен в конце дисесршции.

Апробация работ. Положения, изложенные в настоящем научном докладе, представлялись и обсуждались на технических совещаниях в Ростовэпер-го. Новочсркасской ГР')С, обласшых паучпо-пракчических конференциях, научных семинарах на кафедре Паро!епера1орос1росния Новочеркасского Государственного Технического Упивсрсис1е1а.

Ниже изложены сущность и результаты выполненных автором работ.

Анализ работы котлов ТПП-110, ТПП-210 и Т1Ш-210А при изменении характерист ик антрацитового штыба.

На восьми энергоблоках 300 МНг Новочсркасской ГРЭС установлены прямоточные котлы СКД Таганрогского котельного завода: по два когла I ипа Т11П-110 и ТШ1-210 и четыре ТИП-210А.

Котлы двухкорпуспые П-образпой компоновки с ЖМ1У. Топка состоит из камеры горения и камеры охлаждения, разделенных пережимом. Экраны камеры горения ошипованы и покрыты огнеупорной массой. Каждый корпус коглов ТПП-110 и ТПП-210 в проектном исполнении оснащен двенадцатью вихревыми двухулточными пылегаюными горелками мощностью по 35 МВт. Компоновка горелок встречная, двухъярусная. П каждом корпусе котла ТПП-210А установлено шесть вихревых пылегазовых горелок мощностью 70 МВт, с расположением их встречно в один ярус.

Котлы рассчитаны на сжигание АН! с теплотой сгорания ()' =24,28 МДж/кг, зольностью Ар =17,8% и влажностью Расчетное тепловое

напряжение камеры горения - 0,571 МВг/м3, всей топки - 0.170 МВт/м3.

Каждый котел имеет три пылесистемы с шаровыми барабанными мельницами Ш-50А и два промежуточных бункера пыли (по одному на корпус). I [роектом предусмотрена сушка топлива горячим воздухом со сбросом отработавшего сушильного агента в топку.

Колебание состава поставляемого на станцию ALLI, с четко выраженной тенденцией резкого снижения его качества, прежде всего теплоты сгорания с 24,28 МДж/кг до 18,89 МДж/кг, за счет роста зольности с 17,8 % до 33,0 %, привело к функционированию котлов и вспомогательного оборудования в нерасчетных режимах. И, как следствие чтого, к изменению основных показателей работы котла [1], как правило, в сторону их снижения по сравнению с расчетными значениями: уменьшился КПД кот ла, возросли потери теплоты с механическим недожогом, а также расход мазута и газа, увеличился выброс золы. Сказалось эю и на величине максимальной паропроизводитсльноети, которую могли мести котлы и на работе узлов котла и его вспомогательных систем:

- нроизволи1слы1ос1ь нмлссис1см оказалась недостаточной для обеспечения твердым топливом котлов при работе энергоблоков на номинальной мощ-

MOCIH,

- возрос золовой износ поверхностей нагрева конвективной шахты, набивки РВИ и лона гок дымососов;

- ухудшился выход жидкого шлака из легок топки;

- резко снизилась устойчивость протекания начальной стадии горения Л1П - воспламенения коксовых частиц, а увеличение доли мазута негативно сказалось на работу 11РЧ и набивки РВ11;

- нарушился расчетный воздушный режим котлов: возросли присосы воздуха в топки и газоходы котла; возник дефицит по тяге из-за заноса поверхностей нагрева; уменьшилась доля организованного воздуха, вводимого в камеры горения через горелки, со всеми соответствующими последствиями;

- снизилась температура подогрева воздуха (с 1970 года по 1986 год) она упала на 45-50°С (с 340-380 до 295-335°С).

В тоже время, следует отмстить, регулярно выполняемые ремонтные работы на действующем оборудовании, направленные па поддержание его работ »способности, не давали ощутимого результата в плане повышения надежности и его экономической эффективности.

Указанные обстоятельства, совместно с ужесточением требований по величине вредных выбросов, потребовали пересмотра технической политики на станции и привели к постановке работ по изучению и совершенствованию технологических процессов в котлах, их пылссистемах с целью разработ ки обоснованных рекомендаций по их модернизации.

В представленном докладе рассмотрена лишь та чае1ь из них, в которых авюр принимал непосредственное личное участие.

Эти работы проводились с привлечением ряда организаций, в частности, ЦКТИ. ВТИ, 11ГГУ, ЦКБэнерго, Донтехэнерго, Ростовэнерго и др.

Повышение эффективности работы пылесистем энергоблоков 300 МВт Новочеркасской ГРЭС

С ухудшением качества поступающего на станцию топлива нарушалась ритмичная подача ныли в топку, возникли трудности при работе котлов на номинальной нагрузке с обеспечением их необходимым количеством топлива. Эти проблемы предопределили постановку исследовательских работ, направленных на их решение. Конкретные задачи, решаемые при этом, сводились к следующим:

- разработка и обоснование возможных способов повышения производительности пылесистем котлов;

- изучение эффективности использования бункерного объема при движении пыли в нем и установление основных факторов, определяющих ритмичность выхода пыли из бункера;

- исследование работы аэропитателя с модернизированной конструкцией с целыо определения влияния работы бункера па равномерность подачи ныли в топку котла;

- разработка рекомендаций по сонсршснсIновацию существующих пылесистем.

Проведенный анализ традиционных способов повышения размольной производительности систем пылеприготовления (СПИ) и опытная проверка некоторых из них показали, что единственным из них, экономически оправданным для СИП Новочеркасской ГРЭС, является способ, связанный с повышением эффективности работы сепаратора ныли, а именно, улучшением структуры готовой пыли [2].

Угрублепие помола готовой пыли до значений Ид0 10-12%, как и увеличение расхода сушилыю-вентилирующего аген та свыше 34,7 м^'с, как показали результаты испытаний, приводит к резкому росту содержания горючих в золе уноса, затягиванию горения, повышению температуры газов па выходе из тонки и к шлакованию ширм. Суммарные потери теплоты с механическим недожогом и уходящими газами при этом мо1уг достигать 25 %. Резко возрастает и расход подсветочного топлива для стабилизации горения.

Возможность увеличения шаровой зафузки 1111>М ограничены ю-»а недостаточной механической прочности барабана, условиями просыпания пыли через уплотнение патрубков и выноса шаров в выходной патрубок.

Замена существующих мельниц на другие большей производительности невозможна из-за стесненности компоновки пылесистем. В связи с этим нее 24 сепаратора пыли Новочсркасской ГРЭС были модернизированы: увеличена на 1000 мм их цилиндрическая часть, радиальный лопаточный аппарат заменен на аксиальный. В результате количест во готовой пыли в возврате уменьшилось на 9-15 % и возросла размольная производительность С11П на 5-7 т/ч [2].

Поскольку увеличение расхода сушилыю-вешилирующего агента неприемлемо по условиям экономического сжигания топлива, то факт ически единственным методом повышения сушильной производительности СПИ является повышение температуры сушильного агента.

Учитывая, что ухудшение качества AILI приводит к снижению температуры горячего воздуха за РВП, повышение температуры сушильного агента может быть достш-нуто либо использованием теплоты продуктов сгорания, либо применением посторонних источников теплоты (индивидуальный газовый или мазутный модуль в каждой СПП).

Or последнего в силу сложности размещения индивидуального модуля при существующей компоновке оборудования пришлось отказаться.

Система со ступенчатой сушкой топлива горячим воздухом и высокотемпературными гоночными газами, отбираемыми через летки когла, реализована на пылссисгсмс 6В Новочеркасском ГРЭС [3, 4]. Она включает мельницу типа Ш-50Л, на которой установлен пылевыдающий патрубок новой конструкции диаметром 1050 мм вместо корытообразного диаметром 1450 мм; к liai рубку с наружной стороны присоединен трубопровод подачи смеси горячего воздуха с высокотемпературными топочными газами, отбираемые из шлаковых комодов 6В и 6Г корпуса 61J. На трубопроводе установлены шибера, позволяющие onepaitiBHo регулировать как общий расход высокотемпературного сушильного агента, так и по каждому комоду, расход горячего воздуха и суммарный расход смеси.

Проведению модернизации на мельнице Ш-50А предшествовали опытно-промышленные исследования на CIIII с мельницами меньших типоразмеров (111-12 и 111-16).

За все время эксплуатации, начиная с 1986 года, не зафиксировано случае» повышения температуры подшипников мельницы сверх допустимой, что являося следе 1висм улучшения условий работы подшипников - уменьшилась icMiiepaiypa среды на входе и выходе барабана, улучшились условия работы уплотнений, особенно на входе.

Подача в пылесистему высокотемпературного сушильного агента (/о,~450 - 5()()°С) повысила сушильную производительность мельницы ( icMiiepaiypa аэ-росмсси поддерживается на уровне 140-160°С), в какой-то мере это способствовало повышению стабильности работы аэропитателей.

Отсос газов через летки котла улучшил условия выхода жидко! о шлака, появилась возможность оперативно, за счет увеличения количества отсасываемых газов, повыниль текучесть шлака.

Установка под выходным патрубком бункера с течкой и мигалкой обеспечили возможност ь непрерывного удаления из барабана шаровой мелочи без остановки пылесистемы. Скорость износа шаров снизилась с 24,1 до 20,8 кг/ч.

Предпринят» попытка решения проблемы стабилыюсж подачи пыли в юпочный обьем, с помощью только замены лопастных питателей аэропитателями, не дали желаемого результата и привела к постановке ряда дополнит ельных исследований [5].

Прежде всего это касается в расширении, проверке и уточнении сведений о возникновении и развитии некоторых процессов, происходящих в слое пыли в середине и у стен бункера пыли. С этой целью на одном из бункеров пыли Пыла смоширована схема кош роля темпера гуры среды по тракгу движения ее

в иылссистеме: в течке из циклона, в самом бункере и приемной коробке пыле-иитагеля. Путем целевого временного повышения температуры и ее последующего резкого снижения фиксировалась порция пыли и время прохождения ее через бункер. Б период опыта на бункер работала одна пылссистема. Сопоставление расчетных времен срабатывания полного объема бункера с их значениями полученными в опытах, показало, что последние вдвое меньше расчетных. 'Это свидетельствует о том, что 50 % обьема бункера приходи гея на слабоактивные и застойные зоны, образующихся в его углах и на скатах. Измерением температур установлено, что ближние к стенке слои пыли имеют более низкую температуру и в результате этого повышенную влажность, плотность и способность к слеживанию и сводообразованию. Образовавшиеся отложения вблизи стенок и своды над питателями при достижении некоторой величины обрушиваются вниз в приемную камеру пылепитатслей. резко увеличивая давление в ее объеме 15-25 к!1а. Резко возрастает подача пыли к горелке (примерно в 2-2,5 раза) превышающая требуемый ее расход.

При остановке котла пыль в бункере достаточно быоро осп.шае!, причем, чем ближе пыли расположена к сгепке, тем больше скорость се остывания. Поэтому в первое время работы котла, после его простоя более 24 ч, наблюдаются особенно сильные и частые броски пыли в горелку. Исследования в стендовых условиях показали [5], что за 30 часов в неподвижном слое пыли АШ се насыпной вес увеличивается с 470 до 750 кг/м\ а угол естественного откоса за 3 ч возрастает практически с 0 до 80°. Эти свойства пыли при снижении се температуры и замедлении движения пыли у стенок бункера и приводят к уплотнению, зависаниям и непредсказуемым произвольным обрушениям пыли в объеме бункера и се броскам в горелку.

Таким образом, для обеспечения нормального режима работы системы подача пыли к горелкам в первую очередь необходимо скругли 1ь уг лы бункера радиусом около 1 м вместо имеющего 0.15 м и поддерживать температуру пыли в бункере на уровне 130°С.

В рамках решения проблемы стабильности подачи пыли в топочный объем исследована и работа аэропитатслей (ЛПП), установленных в пылссистемах вместо лопастных (6, 7]. Их цель - поиск наиболее рациональной конструкции А1Ш и установление степени влияния процессов протекающих в бункере на их работу. Для реализации этой цели установленные АНН на двух коишх были модернизированы (А) 111-М):

аэрационная решетка была размещена иод отссчным шибером бункера ныли, а регулирующий клапан (РК) и выходные окна - в днище А1111.

Стабильность выдачи пыли АПП-М н зависимости от работы бункера ныли изучалась как при постоянном положении РК, так и его автоматическом регулировании. В исследованиях температура аэроныли за мельницей составляла 125°С, давление воздуха за воздуходувками перед А1111-М - 50-53 кПа, а загрузка бункера менялась от 80 до 170 т. Степки бункеров были зачищены и покрыты эпоксидной шпаклевкой.

Выполненные исследования показали, что:

- работа АПП-М, как и АПП по сравнению с лопастными пылепитателями находятся в сильной зависимости от стабильности движения пыли в объеме бункера. Даже слабые нарушения этой стабильности мо1уг привести к появлению значительных колебаний расхода пыли за аэропитателем;

- А1Ш-М и А1Ш, несмотря на их некоторые конструктивные отличия имеют практически одинаковые характеристики по величине и частоте колебаний расхода (8-9 °о от средней производительности и 9-11 раз/ч - во времени);

- при работе аэропитателей возможно появление трех типов колебаний расхода пыли за ними, о тли чающихся между собой частотой, амплитудой и условиями возникновения [6, 7].

Определено, что стабилизации и обеспечению максимума выдачи пыли из АПП способствует периодическая зачистка стенок бункера от отложений пыли и их шпаклевка, а также предварительная аэрация пыли горячим воздухом в нижней части бункера над приемными окнами нылепиталелей.

Стремление как-то ослабить влияние работы бункера пыли на тхшочный процесс привело к разработке комбинированной системы [3], сочетающей достоинства СИП с прямым вдуванием и с промбункером, предусматривающей возможность накопления в бункере и срабатывания из него в случае необходимости готовой пыли.

Ее отличительной особенностью является наличие шести циклонов, непосредственно связанных с горелками котла. При такой схеме пылевоздушный поток после сепаратора пыли распределяется по циклонам, а осажденная в них угольная ныль иооуиасг непосредственно к горелкам. Равномерность раздачи по каждому циклопу обеспечивается равенством их гидравлических сопротивлений по условиям компоновки и возможности подрегулировки расходоп ароем ее и шиберами, установленными на очищенном от пыли воздухе. В случае необходимости угольная пыль из под каждого циклона может полностью или частично подаваться в пылевой бункер.

11ре;()юлагас|ся на нервом этапе применение этой схемы к котлам блоков 300 МВ| осущесшить замену существующего циклопа тина ПИИОГАЗ 03230 мм па 6 циклонов такого же типа диаметром 1300 мм, скомпонованных в циклонную группу, что даст возможность: снизить износ мельничных вентиляторов. уменьшить концентрацию пыли в сбросном воздухе, ввиду увеличения КПД циклонной группы до 90,26 % т.е. па 6,22 % выше существующего; организовать подачу пыли от'одной из крайних пылесистсм (А или В) помимо бункера и ниппелей к горелкам кои|а с сохранением возможности се работы по обычной схеме на свои бункер гоювон мыли.

В конечном счете, как показывает опыт эксплуатации такой системы на цещралыюм пылезаводе Шахтинской Т')Ц и выполненные расчеты, можно ожидап>. чю внедрение эгой,комбинированной системы позволит повысить с1абилыюсгь процесса горения АШ в топке н спи ши, потери топлива с уносом и шлаком.

Совершенствование топочного процесса и котлах ТИП-110, Т1111-210 и ПИ 1-2ЮЛ.

Как известно. /VI11 в силу своих харамсрисшк является слаборсакцион-ным топливом, требующим для устойчивого воспламенения высокотемпературных условий. Это обстоятельство и предопределило ¡с проскшыс решения, которые заложены в котлы Т11П-110, Т11П-210 и Т1111-210Л.

Снижение устойчивости горения, возрастание потерь с механическим недожогом, увеличение расхода сжигаемого мизут и интенсификация высокотемпературной коррозии топочных экранов, вызванные ухудшением качества ЛШ, а также дополнительные требования к снижению выбросов оксидов азота

Привели К НСО0ХОДИМОС1И ПОИСКИ нуюМ С<ЖС|1|||С||С11ИНШ|1НЯ КИКИШНШ |1|К1|(ЦС-

са. В рамках решения этой проблемы рассмотрены следующие конкретные задачи:

- изучение на действующих коIлих Поночсркаеской ГР')С э<|х|>ск|ивности протекания топочного процесса при разных нариащах сю аэродинамической организации с использованием вихревых и нлоскофаксльных горелок;

- проверка на изотермической модели устойчивости аэродинамической картины течения и сохранения специфических особенностей начального развития струй в камере горения при одноярусной встречной компоновке плоскофакельных и вихревых горелок (комбинированная система горелок);

- реализация способа сжигания с комбинированной системой горелок на котлах'11111-210 и проверка эффективности се использования.

На котлах блоков 300 МВт Новочеркасском ГРЭС были опробованы несколько аэродинамических схем сжигания с одноярусной и двухъярусной встречной компоновкой шести и двенадцати вихревых горелок соответственно и с шестью плоскофаксльными горелками при их одноярусной встречной компоновке.

Испытаниями (рис. 1), проведенными с привлечением различных организаций, а также обобщением резулыаюв длшелыюй эксплуашции котлов [8, 9], установлено, что:

1. Работа котлов с тонкой, оборудованных 12 вихревыми горелками с единичной мощностью 35 МВ| харак1еризуегся достаточно стабильным выходом жидкого шлака. Уровень температур в ядре горения и над летками близок к 1650 °С, концентрация оксидов азота составляет 750-850 мг/м3, а максимальная скорость утонения труб экранов НРЧ из-за наружной высокотемисра|урной коррозии - 2,5 мм/год. Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха за конвективным пароперегревателем высокого давления при номинальной нагрузке равно 1,25-1,26. Потери теплоты с уходящими ¡азами //; и механическим недожогом ¡¡4 составляют 7,5 и 4,2% соответственно, а КПД котла брутто - - 87,8 %.

Рис. 1. Показатели работы топок с различными типами горелок

• — вихревые горелки мощностью 70 МВт, котел ТПП-210А;

□ — вихревые горелки мощностью 35 МВт, котел ТПП-210;

О — плоскофакельные горелки мощностью 70 МВт, котел ТПП-210

□ — комбинированная компоновка вихревых и плоскофакельных

горелок мощностью 70 МВт, корпуса ЗА и 4 Б, котлы ТПП-210

10500 мм 11325 мм 10500 мм

Рис. 2. Комбинированная компоновка вихревых и плоскофакельных шрелок

2. Котлы с одноярусным встречным расположением шести горелок единичной мощности 70 МВт, имеют в ядре горения более высокую температуру -1750°С, и, как следствие этот, повышенную устойчивость горения, стабильность выхода жидкою шлака ич тонки. Их экономические показатели несколько лучше, чем в котлах с двухъярусной компоновкой вихревых горелок. При «11л = 1,25-1,26 д, = 7,3 %, д2 = 3,9 % и т£= 88,8 %.

В тоже время условия работы труб НРЧ и этих котлах более тяжелые, скорост ь высокотемпературной коррозии составляет 5 мм/год.

Выше и уровень выбросов оксидов азота - 950 мг/м3.

3. Переход на схему сжигания с уоановкой встречно на стенах топки шести плоскофакельных горелок с мощностью 70 МВт привел к снижению концентрации оксидов азота до значений 650 мг/м', улучшению условий работы труб НРЧ. Скорость коррозии значительно снизилась: замена экранов НРЧ, пораженных коррозией, на этих котлях производилась через 20-25 тысяч часов работы вместо 7-12 тысяч часов работы в коишх с вихревыми горелками такой же единичной мощности. Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха за КПП составляет 1,21-1,22. По экономичности раГимы ни котлы близки к котлам оборудованным 12 вихревыми горелками Т]^ 87.8 %. </, ~ 4.2 %.

Существенным недостатком использования схемы сжигания с плоскофакельными горелками является снижение устойчивости горения (уровень температур в ядре факела всего 1500-1550°С), вызванное этим увеличение на 1,5-3,0 т/ч расхода мазута на подсвету.

Опыт эксплуатации котлов с разными типами горелочных устройств привел к идее использования положительных сторон вихревых и плоекофакельных горелок, путем замены в схеме с плоскофаксльными горелками двух центральных на вихревые той же мощности (комбинированная система горелок). Предполагалось, что применение такой комбинированной системы горелок, позволит сохранить окислительную среду у боковых экранов, обеспечиваемую плоскофаксльными горелками и повысить гомиературу в цешре юпки и над летками при помощи вихревых горелок.

Аэродинамическая целесообразность сонмесшою использования плоскофакельных и вихревых горелок была проверена на изотермической модели топки ТПП-210 [9], выполненной в масштабе 1:15. Исследована аэродинамика предтопка при двух-вариант ах компоновки горелок. Первый - оси грех горелок ( две крайние - плоскофаксльные, а центральная - вихревая), размещенные на одной стенке предтопка, расположены па одном уровне. Второй - 1>сь средней (вихревой) горелки смещена вниз на 750 мм относительно осей плоекофакельных.

В исследованиях использовались как качественные методы (флюгера, подсвет ка) с фиксацией общей аэродинамической картины течения с помощью фотографирования, так и количественные - измерение скорости с помощью пя-тиканального зонда.

Основные результаты проведенных исследований сводятся к следующему. I

Картина течения в предтопке в обеих вариантах компоновки горелок устойчива. Струи, истекающие из горелок, сохраняют присущие им индивидуальность развития на начальному участ ке: у плоскофакельных - это деформация полей скорости с переходом от' вертикального расположения большей оси симметрии к горизонтальному; у вихревых - возникновение приосевой зоны возвратного течения. Взаимодействие сгруй приводит к некоторому развороту плоскофакельных по направлению крутки вихревых горелок. Прослеживается влияние места расположения осей вихревых струй на формирование картины течения в предтопке: прежде всего на долю среды поступающей в нижнюю часть предтопка. При нижнем расположении вихревых горелок она выше. Выход среды из нижней части предтопка при первом варианте компоновке горелок в основном происходит через межструйные пространства около стен, на которых расположены горелки и углы топочной камеры, в втором - в углах и окало боковых стен.

Поскольку явных преимуществ ни одного из рассмотренных вариантов в аэродинамических исследования не установлено, то оба эти варианта и были реализованы на котлах TI111-210. Первый вариант - на котле ЗЛ, в 1994г., второй на котле 4Б в 1993 г. (рис. 2) Длительная эксплуатация этих котлов и выполненные на них испытания подтвердили правильность идей заложенных при разработке схемы сжигания с использованием комбинированной снс<смы горелок |8, I0J. Получено повышение температуры в ядре факела. С помощью ни хрен ы х горелок в нижнем части топки обеспечивается уровень температур 1700-1750°С, чю с!абилизирус| воспламенение и горение пыли AII1 в факеле соседних нлоскофаксльпых горелок, улучшает выход жидкого шлака из леток. Расход мазута'на подсветку пылсугольнпго факела снизился на 2-3 т/ч, чем при работе эт их котлов при схеме сжигания только с плоскофаксльными горелками. Количество выбросов в атмосферу оксидов азота практически ниже или близко к содержанию NO, в дымовых i-азах котлов, оборудованных вихревыми горелками мощностью 35 МВт и на 20-25 % ниже в сравнении единичной мощностью 70 МВт (рис. 1).

Скорость наружной высокотемпературной коррозии топочных экранов практически та же, что ti на котлах с плоскофаксльными горелками: в 2-2,5 раза ниже, чем для котлов с вихревыми горелками.

Наряду с увеличением надежности топок возросла и экономическая эффективность работы котлов. Их КПД брутто повысился на 1,2 % по сравнению с его значениями до модернизации.

Повышение'эффективности работы отдельных элементов и узлов котлов и снижение уровня экологического воздействия работы последних на окружающую среду.

С ухудшением качества топлива и увеличением тепловой доли сжигаемого мазута усложнилась проблема поддержания работоспособности ряда узлов котлов. Возникла необходимость их модернизации с учетом реальных условий

их функционирования. Некоторая чаек. разработк. выполненная с участием а шора в этом направлении, имеющих общий характер для копит подобного тина, представлена в данной работе.

Прежде всего это касается модернизации 11РЧ котла |11, 12|. Изменение температурных и концентрационных условий в предтопке привело к интенсификации выгорания карборундовой набивки, обгорапию шипов, оголению труб и протеканию высокотемпературной коррозии с последующим их разрывом. Так, число аварийных остановов котлов Т1II1-100. 11111-210 и Г11П-2ЮЛ возросло с одного в 1982 г. до 16 в 1985 г.

Опираясь на результаты стендовых исследований совместно с ЦНИИТМАШ на одном из корпусов ТП11-210Л было проведено опробование шипов из сталей 12Х1МФ и ЭИ 889.

Испытания показали, что шипы, выполненные из сталей 12Х1МФ и ЭП 889 с высотой 14 мм при шаге 20 мм, за 2300 ч работ ы в наиболее напряженных участках уменьшилисыю высоте соответственно на 55 и 35%. При начальной высоте шигюв около 10 мм сокращение их составило: 30-40 % - для стали 12Х1МФ и 20-30 % - для стали ЭИ 889.

.Это подтвердило ранее высказанные рекомендации по целесообразности применения укороченных шипов высотой 10 мм, вмесю применяемых с высотой 15-17 мм. Применение укороченных шипов позволило продлить межремонтный период работы ошипованных экранов в два ряда. Повышению надежности работы НРЧ способствовало и смена направления движения в ней среды на обраиюс. Подвод воды от экономайзера мере! подовый »крап с темпера|у-рой 280-325°С был осуществлен в участок панелей, расположенный в середине боковой стены топки, имеющий наиболее высокие тепловые напряжения. До реконструкции этот участок был выходным с температурой среды 365-390°С. После реконструкции выход среды был перенесен в углы топки, где температура газов сущест венно ниже.

I) результате на уровне ядра факела в зонах наибольших падающих тепловых потоков (середина стен топки) температура металла стенок труб боковых экранов при температуре питательной воды около 260°С снизилась с 430-440°С до 380-4()0°С. Это снижение улучшило охлаждение слоя карборундовой набивки и шипов, повышало надежность их работы, число аварийных остановов из-за коррозионных и тепловых разрывов труб после выполненной реконорукции резко сократилось.

Найдено решение и по стабилизации крупности выходящих шлаков из шлакового комода котла |13|. Это установка в нижней части металлической шахты комода специального дробильного устройства, выполненного в виде параллельных валов с установленными на них но винтовой линии пластинами с режущими кромками. Валы приводятся во нращение с помощью зубчатых колес через редуктор, соединенный с клипорсменной передачей с двигателей. Вращение смежных валов происходит к противоположные стороны. Расстояние между валами принимается с таким расчетом, чтобы пластины одного вала за-

ходили между пластииами других валов и обеспечивали размер выходящего из комода шлака требуемой крупности.

Выполнен расчетный анализ, связанный с изучением возможности сокращения перетоков воздуха в регенеративных воздухоподогревателях блоков 300 МВт и соответственно снятия ограничения их мощности по тяге путем установки дутьевого вентилятора за РВИ [14]. При существующей схеме дымосос создает разряжение во всем газовом тракте, включая и газовую зону РВГ1, а дугьевой вентилятор (ДВ) - избыточное давление в воздушном тракте, включающем и воздушную зону РВИ. Расчеты показывают, что разница давлений между воздушным и газовыми потоками в нижнем сечении ротора РВИ достигает 5685 11а, а в верхнем - 2702 11а. Эти перепады давлений при плохой работе уплотнений и обуславливают значительный переток воздуха в продукты сгорания. При установке ДВ за РВИ перепад давлений в нижнем сечспни ротора РВИ уменьшится примерно в 2 раза, а верхнем - давления ¡азов и воздуха становятся практически одинаковыми. Такое изменение перепада давлений резко уменьшит переток воздуха в РВИ, снимет проблему перегрузки дымососов.

Предлагаемая схема включения РВП не затрагивает конструкцию газового тракта котла, а состоит в изменении конфигурации воздуховодов и замене дутьевых вентиляторов, работающих на холодном воздухе, на вентиляторы горячего дутья. Разумеется, такая замена приведет к увеличению затрат па собственные нужды, поскольку потребуется большая мощность на привод вентилятора из-за роста объемов воздуха. Вместе с тем мощность на привод дымососа будет существенно уменьшена за счет сокращения объема уходящих газов и некоторого снижения сопротивления газового тракта.

Анализ зависимости мощности, потребляемой вентилятором N. и суммарной мощности тягодутьевых машин от величины присосов (перетоков) в РВП, выполненный для двух схем включения ДВ, показал целесообразность такого перехода к предлагаемой схеме включения при ЛарШ f>0,3. По это не главное достоинство предлагаемой схемы.

Более важный фактор - возможность обеспечения работы котлов при номинальной нагрузке при оптимальной организации ею воздушного режима.

Повышение зольности A1II усложнило решение и другой проблемы -снижение экологическою воздействия работы котлов на окружающую среду 115, 16].

Уменьшение образования NOx в работе связывалось НС только с внедрением комбинированной системы горелок, но и с применением газопылевьгх <|к>рсунок 117), изменением режимных условий горения.

Проведенными испытаниями одного из корпусов котла ТПП-210А, на котором была осуществлена реконструкция вихревых горелок с установкой на их оси газонылевмх форсунок, установлено, что: применение последних позволяет снизить выбросы N0* примерно на 10 %; увеличение доли сжигаемого мазута (по теплоте) или газа с 2,5 до 16 % и с 8 до 16 % соответственно приводит к снижению оксидов азота с 760 до 700 мг/м\ а изменение величины избытка воздуха с 1,14 до 1,22 - с 740 до 800 мг/м\ Влияние перераспределения же воздуха между каналами горелки на уровень выбросов NOx не обнаружено. Режим

горения в котле С шоиылевымн форсунками был усюйчнн. шлак из леток выходил удовлетворительно, но содержание горючих в золе ушка было на 2.5 % ныше, чем в котлах с обычными вихревыми го|ч;лками.

С целью снижения выбросов толы, оказывающей па окружающую среду по обобщенному показателю вредного воздействия наибольшее uei а i и и нос влияние, па станции был осущссшлсн комплекс мс|ч>прия1ий по модернизации существующей комбинированной системы золоулавливания 118|.

На блоках 5 и 6 (котлы Till 1-2ЮЛ) были установлены высокоэффективные электрофильтры типа Э1 'Л 1-30-12-6-4 с -uicki родами длиной 12 м, что позволило поднять степень очистки газом от золы с 94 до 98 °ъ. Для обеспечения их нормальной работы при стесненной компоновке подводящих и отводящих газоходов с участием автора была разработана принципиально новая конструкция уголково - полочной газораспределительной решетки |19]. Ее использование, по данным Южгсхжерго, позволило повысить КПД электрофильтра на 0,8 %.

основный выводы

1. Установлено, что функционирование котлов и их вспомогательных систем энергоблоков 300 МВт Новочеркасской ГРЭС в нерасчетных условиях из-за ухудшения качества поставляемого на станцию антрацитового нпыба, приводит к значительному снижению показателей их работоспособности, эффективности и экологичпости и требует проведения работ по совершенствованию топочных устройств, систем пылеприготовления и шлакозолоудаления.

2.Разработан комплекс технических решений по совершенствованию технологических процессов и конструкции элементов топочных устройств, систем пылеприготовления и шлакоудаления котлов сЖШУ, работающих на AJ1I, реализация которых позволила на Новочсркасской ГРЭС обеспечить длительную, достаточно надежную с приемлемыми экономическими показателями работу котлов ТПП-110, ТПП-210 и ТПП-2ЮА при сущее i венном снижении качества AIIL

3. Предложен, испытан и внедрен ступенчатый способ сушки угольной пыли А111 с использованием горячею воздуха и высокотемпературных топочных газов, отбираемых через летки котла, применение которого, как показывает длительной опыт эксплуатации котлов Новочеркасской ГРЭС, позволяет одновременно с увеличением сушильной производи! слышсти пылссисгсмы повысить стабильность подачи пыли в топку и выход жидкого шлака из нес.

4. Выявлено, что около 50 % объема бункера ныли приходится на слабоактивные и застойные зоны, размеры и меетообразование которых обусловлены повышением влажности, плотности ныли (из-за снижения температуры), ее

склонностью к слеживанию и сводообразовапию. Два последних свойства пыли являются причиной нестабильности подачи пыли в горелку, причем в момент обрушивания, образовавшихся в бункере сводов расход пыли может в 2-2,5 раза превышать среднее его значение.

Для обеспечения нормального режима работы систем пылеприготовления с нромбункером на Л111 необходимо поддерживав температуру пыли не менее 130°С, а радиус скругления углов бункера целесообразно увеличить с 150 мм до 1000 мм.

5. Установлено, что стабильность подачи пыли в топку в системе пылеприготовления с нромбункером и аэропитателем в основном определяется динамической характеристикой работы бункера пыли.

Показано, что одним из способов стабилизации этой подачи является использованием комбинированной системы, сочетающей достоинства СГ111 с прямым вдуванием и с промбункером.

6. Экспериментально определены показатели топочного процесса котлов ТПП-110, Т1Ш-210 и ТПП-210Л при различных способах его организации с использованием вихревых и плоскофаксльных горелок.

Показано, что применение схем сжигания с вихревыми горелками приводит к интенсификации высокотемпературной коррозии, а плоскофаксльных горелок - к снижению устойчивости горения.

7. Проверка аэродинамической целесообразности совместного использо-пания в схемах сжигания плоскофаксльных и вихревых горелок (комбинированная система горелок) на изотермической модели топки ТПП-210 показала устойчивость картины течения в предтопке и сохранение индивидуальных особенностей развит ия нлоскофакельных и вихревых струй, а опыт эксплуатации и проведенные испытания котлов, оборудованных этой системой горелок подтвердили повышение устойчивости горения по сравнению с системой плоскофаксльных горелок при сохранении малой скорости высокотемпературной коррозии I И'Ч и сокращении расхода мазута.

8. Исследованиями на котле ТПП - 210А установлено, что эффективность способов снижения оксидов азота, основанных на изменении условий горения в начальной стадии его развития, в топке с ЖШУ при сжигании ЛШ весьма низка.

9. Длительной эксплуатацией котлов энергоблоков 300 МВт Новочеркасской ГРЭС подтверждена целесообразность и эффективность:

- использования укороченных шипов высотой 10 мм при ошиновке экранов камеры горения;

- установки в шахте шлакового комода дробильного устройства для стабилизации крупности выходящих шлаков;

- установки в шахте шлакового комода дробильного устройства для стабилизации крупности выходящих шлаков;

- применения уголково - полочной распределительной решетки перед электрофильтрами при стесненной компоновке подводящих и отводящих газоходов к ним;

- применение комбинированной системы горелок, приводящей к повышению устойчивости горения и снижению расхода мазута по сравнению с плоскофакельными горелками.

10. Расчетными исследованиями показано, что снижение присосов в РВП и соответствующее этому повышение КПД котла может быть достигнуто за счет установки дутьевого вентилятора (ДВ) после воздухоподогревателя. Однако экономически оправданным с позиции суммарных затрат на привод дымососа и вентилятора это становится при Ла.рвгГ'0,3.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Калмыков Г.И. Основные проблемы сжигания антрациювого штыба переменного качества и методы их решения на Новочсркасской ГРЭС // Сб. науч. тр./ Новочерк. гос. техн. ун-т. - 1994. - "Улучшение эксплуатационных и экологических характеристик оборудования ТЭС". - С. 17 - 23.

2. Калмыков Г.И., Усиков Н.В., Чуевский C.B. Усовершенствование системы пылеприготовления в связи с ухудшением качества антрацитового штыба - //Сб. научн. тр. / Новочерк. гос. техн. ун-т. - 1994. - "Улучшение эксплуатационных и экологических характеристик оборудования ТЭС".- С. 38- 49.

3. Калмыков Г.И., Усиков Н.В., Ушаков С.Г., Чуевский C.B. Результаты работы модернизированной системы пылеприготовления с HI-50A и ступенчатой сушкой. // Известия Северо-Кавказского научн. центра высшей школы. Техн. науки. - 1990. - №4. - С. 14 - 17.

4. Усиков Н.В., Чуевский C.B., Калмыков Г.И., Синипкнн Л.Н. Исследование влияния отбора газов для сушки топлива на топочный режим парового котла // Электрические станции. - 1994. - № 8. - С. 4 - 7.

5. Каминский В.П., Калмыков Г.И., Синяпкин Л.Н. О работе бункеров пыли //Сб. научн. тр. / Новочерк. гос. техн. ун-т . - 1994. - "Улучшение эксплуатационных и экологических характеристик оборудования ТЭС".- С. 23 - 26.

6. Каминский В.Г1., Калмыков Г.И., Лысенко Е.А. Исследование работы аэропитателей и бункеров пыли до и после их модернизации // Электрические станции. - 1994. - № 11. - С. 29 - 34.

7. Пылеугольная горелка для сжигания пыли высокой концентрации:

A. с. 1672117 СССР, МКИ в 5F23D1 /02 / Г.И. Калмыков. Ь.Н. Муравкин,

B.Г. Юласв (СССР).-4 с. : ил.

8. Каминский B.II., Безгрешное Л.Н., Калмыков Г.И., Синяпкин Л.Н., Усиков II.B., Экспериментальное исследование работы модернизиро-

ванной топочной камеры котла ТПП- 210 с комбинированной компоновкой вихревых и плоскофакельных горелок для снижения выбросов оксидов азота //Тез. докл. научн.-техн. конф. "Экологически чистая энергетика". - Новочеркасск, НГТУ, 1994. С. 51 - 52.

9. Калмыков Г.И., Усиков Н.В., Каминский В.П., Безгрешное А.Н. Исследование аэродинамики топки котла ТПГ1-210 с вихревыми и плоскофа-келными горелками на изотермической модели //Сб. научн. тр. / Новочерк. гос. техн. ун-т. - 1993. - "Повышение надежности и экономичности работы оборудования ТЭС". - С. 69 - 78.

10. Калмыков Г.И., Каминский В.П., и др. Работа топки с комбинированной компоновкой плоскофакельных и вихревых горелок при сжигании АШ. Предварительные результаты // Сб. научн. тр. / Новочерк. гос. техн. ун-т. - 1994. - "Улучшение эксплуатационных и экологических характеристик оборудования ТЭС". - С. 34 - 38.

11. Калмыков Г.И., Каминский В.П. Повышение надежности НРЧ коглов ТПП - 210 // Энергетик. - 1988. - № 4. - С. 24 - 26.

12. Каминский B.IL, Калмыков Г.И. Повышение устойчивости горения АШ ухудшенного качества и надежности работы шиповых экранов. // Тезисы докл. научн.-практ. конф. "Эффективность сжигания низкосортных донецких углей в энергетических котлах" - Горловка, ЮжВТИ, 1987. - С. 16-18.

13. Шлаковый комод: А. с. 1689722 СССР, МКИ в 5F23J1 / 02 / Г.И. Калмыков, Б.Б. Зельдин, Г.И. Рокачев ( СССР). -4с.: ил.

14. Калмыков Г.И., Шсстаченко И.Н., Юринский В.Т. Модернизация схемы включения РВГ1 в газовоздушный тракт котлоагрегата / Изв. ВУЗов. Энергегика. - 1986. - № 12. С. 83 - 85.

15. Калмыков Г.И. Пути повышения экологичности работы котельного оборудования и уменьшения количества вредных компонентов в уходящих газах на НчГРЭС // Тезисы докладов научн.-тсхн. конф. "Экологически чистая энергегика" - Новочеркасск, НГТУ, АО ПЭПЭ. - 1994. - С. 48 - 49.

16. Калмыков Г.И. Вопросы экологии Новочеркасской ГРЭС / Сб. научн. тр. / Новочерк. гос. техн. ун-т. - 1994. - "Улучшение эксплуатационных и экологических характеристик оборудования ТЭС". - С. 50 - 53.

17. Каминский В.П., Калмыков Г.И., Юдаев В.Г., Синяпкин JI.II. Результаты испытаний котла с газопылевыми форсунками / Сб. научн. тр. / Новочерк. гос. техн. ун-т. - 1994. - "Улучшение эксплуатационных и экологических характеристик оборудования ТЭС". С. 30 - 34.

18. Усиков Н.В., Прокш A.C., Калмыков Г.И., Гринюк С.И. Повышение эффективности золоулавливания электрофильтрами типа ЭГА / Изв. Северо - Кавказского научн. центра высшей школы. Технические науки. - 1990. -№2.-С. 23-25.

19. Газораспределительное устройство : А. с. 1692654 СССР, МКИ в 5B03C3 / 36 / Г.И. Калмыков. Н.В. Усиков, A.C. Прокш (СССР). - 4 е.: ил.

Печ. л. Тираж /СС Заказ

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.