автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование концепции модернизации котлов П-59 на базе опыта их эксплуатации на Рязанской ГРЭС

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

I/

На правах рукописи

ШУМИЛОВ Тимофей Иванович

[1

РАЗРАБОТКА Н ОБОСНОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ КОТлОВ П-59 НА БАЗЕ ОПЫТА ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА РЯЗАНСКОЙ ГРЭС

Специальность 05.04.01 - Котлы, парогенераторы

и камеры сгорания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических нavк

/

Москва 1955

Работа выполнена на кафедре Парогенераторостроения Московского энергетического института

Научный руководитель:

доктор технических наук профессор ДВОЙНИШНИКОВ В. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор ГЛЕБОВ В.II.

кандидат технических наук ГРИШУТИН к. с.

Ведущая организация:

Подольский машиностроительный завод

Защита состоится " 6 " октября 1995 г. в13_ час00 мин в аудитории Б-409 на заседании диссертационного Совета К.053.16.05 в Московском энергетическом институте.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 111250, Москва, ул.Красноказарменная, 14, Московский энергетический институт, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан " 1995 р.

Ученый секретарь диссертационного Совета

К.053.16.05 к.т.н. с.н.с.

Лебедева А. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблемы, связанные с необходимостью повышения экономической эффективности использования органического топлива, а также надежности оборудования ТЭС, в частности котельного, продолжают оставаться одними из главных в отечественной теплоэнергетике. Острота их в настоящий момент дополнительно усугубляется инфляцией, а также недостаточными капиталовложениями в развитие топливной отрасли, энергомашиностроение. Кроме того, решение указанных проблем на современном этапе осложнено необходимостью попутного решения другой важнейшей задачи - экологической, связанной с уменьшением вредного воздействия энергетического оборудования на окружающую среду. В первую очередь это касается паровых пылеугольных котлов, являющихся основными источниками вредных твердых (зола, шлак') и газообразных (N0*, 50* и т.д. ) выбросов. Поскольку перечисленные выше проблемы взаимосвязаны, их следует решать комплексно. Именно такой подход был положен в основу настоящей диссертации, в которой рассмотрены вопросы, связанные с повышением эффективности, надежности и экологичности работы котлов П-59 первой очереди Рязанской ГРЭС, в том числе в связи с необходимостью глубокой модернизации их основного и вспомогательного оборудования.

Цель работы: разработка и обоснование предложений по модернизации котлов П-59 и их вспомогательных устройств для повышения надежности, экономической эффективности и снижения уровня вредного воздействия на окружающую среду.

В соответствии с поставленной целью в работе рассмотрен и решен ряд задач, основными из которых являются:

- установление особенностей протекания топочного процесса и причин неудовлетворительного функционирования топочного устройства, системы пылеприготовления и трубчатого воздухоподогревателя котла;

- изучение влияния режимных и конструктивных факторов на тепловой режим работы топки и интенсивность образования в ней оксидов азота;

- разработка мероприятий по повышению надежности и эффективности работы пылесистем, воздухоподогревателя и горелочных устройств котлов П-59:

- анализ проектных решений по технологической схеме сжигания Ссистема пылеприготовления и организация топочного процесса) с

позиции ее работоспособности и целесообразности сохранения при модернизации;

- формирование технических предложений и основных проектных решений по модернизации котла и его вспомогательных систем.

Научная новизна полученных автором результатов заключается в следующем:

1. Выявлены особенности работы топочного устройства со встречно-смещенными струями (ВСО при применении пылесистем прямого вдувания с молотковыми мельницами.

£.' Установлено влияние воздушного режима и повышенных присо-сов воздуха в топочной камере на тепловой режим ее работы и уровень образования оксидов азота.

3. Предложен новый подход к определению величины параметра Хт для топок с организацией факельного сжигания различных топлив, а также смесей топлив. ,

4. Определена степень влияния режимных и конструктивных факторов на характеристики топочного процесса и образование оксидов азота при встречно-смещенной компоновке горелок в топке.

5. Установлен характер влияния на уровень концентраций оксидов азота в продуктах сгорания на выходе их топки характеристик пыли подмосковного угля, его состава, а также и тепловой доли газа при его совместном сжигании с углем.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечен ы: использованием в экспериментальных исследованиях общепризнанных методов замера параметров; тщательным и многоразовым измерением; применением современных численных методов решения; удовлетворительным совпадением данных математического моделирования с опытными данными, полученными на действующих котлах.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

1. Разработаны и обоснованы основные положения концепции модернизации котлов П-59 и их вспомогательных систем (включая вывод о необходимости их замены).

2. Доказана нерациональность использования схемы сжигания во встречно-смещенных струях на котлах, оснащаемых пылесистемами прямого вдувания с молотковыми мельницами.

3. Обоснована возможность достижения нормативных выбросов оксидов азота за котлом при сжигании подмосковного угля с помощью первичных (топочных) мероприятий.

4. Усовершенствована методика интегрального теплового расчета топки.

5. Обеспечено повышение надежности работы котлов П-59 Рязанской ГРЭС за счет внедрения мероприятий по совершенствованию элементов и узлов пылесистем, схемы ТВП и горелочных устройств.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены:

1. На Всесоюзной научно-технической конференции "Работа ПО "Союзтехэнерго" по снижению удельных расходов топлива, повышению надежности оборудования", г.Москва, 1983 г.

2. На научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в области совершенствования тепловых процессов и новых технологий промышленных установок и ТЭЦ". г.Челябинск, 1987 г.

3. На Юбилейных научных конференциях МЭИ, г.Москва, 1980, 1982 г.г.

4. На республиканской научно-технической конференции "Экологические проблемы теплоэнергетики", г.Одесса, 1990 г.

5. На научно-техническом совещании в корпорации "ЕЗЭК" РАО "ЕЭС России", г.Москва, 1994 г.

6. На научных семинарах кафедры Парогенераторостроения МЭИ, г.Москва, 1992, 1995 г.г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 статей и 4 авторских свидетельства.

Личный вклад автора заключается:

- в проведении исследований топочного процесса и выявлении его особенностей на действующих котлах;

- в разработке и внедрении мероприятий по повышению надежности элементов и узлов пылесистем, трубчатого воздухоподогревателя и горелочного устройства;

- в разработке рекомендаций по совершенствованию расчета параметра Хт в интегральном тепловом расчете топки;

- в постановке расчетных исследований топочного процесса, в анализе и обобщении их результатов;

- в разработке и обосновании основных положений концепции модернизации котлов П-59.

Автор защищает концепцию модернизации котлов П-59 и их вспомогательных устройств: результаты внедрения мероприятий по совершенствованию работы системы пылеприготовления, горелочного устройства и трубчатого воздухоподогревателя, а также обобщение результатов экспериментальных и расчетных исследований топочного процесса; рекомендации по совершенствованию расчета величины Хт в интегральном тепловом расчете топки.

- б -

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 81 наименование . Работа содержит 132 страниц машинописного текста, 88 рисунков, 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении диссертации показана актуальность работы, дана общая характеристика ее направленности.

В первой главе приводятся основные проектные и технические решения по котлам П-59. Указывается, что паровой котел П-59 (990 т/ч, 25,5 МПа, 545/545°С) с Т-образной компоновкой предназначен для работы на подмосковном угле. Шлакоудаление твердое. Сжигание в котле организовано на основе системы встречно- смещенных струй Г ВСС ). Система ВСС котла П-59 состоит из 32 прямоточных горелок и 4 воздушных сопл, расположенных в два яруса на боковых стенах топки. Пылеугольная горелка - вертикально-щелевая, трехканальная, с внешней подачей аэросмеси и внутренней - вторичного воздуха. В качестве вторичного в горелки и сопла подается воздух с температурой 280~290°С. Расчетные теплотехнические параметры топки чр = 3,8 МВт/м2; цлг «1,18 МВт/м2. На котле П-59 впервые в практике использования топок с ВСС на котле применена схема прямого вдувания пыли с размолом топлива в молотковых мельницах. Сушка топлива осуществляется воздухом с температурой 410-420°С. Котел оснащен восемью мельницами, каждая из которых обслуживает четыре горелки. Первоначально применялась поярусная схема подключения горелок к мельницам (схема 1"), а затем каждая мельница была подключена к двум соседним блокам горелок верхнего и нижнего ярусов (схема 2).

Излагаются принципиальные особенности аэродинамической организации сжигания топлив в системе ВСС и опыт использования этого метода сжигания в топочной технике.

Анализируется работа котлов первой очереди Рязанской ГРЭС в начальный период их освоения. Констатируется:

- низкая надежность работы пылесистем из-за неудовлетворительной ргйо™ комбинированных питателей сырого угля СКПСЛ, м-льшш: сильного абразивного износа пыледелителей, пылепроводов;

- значительные присосн воздуха в газовом тракте котла: до 40% в топке и около 70% в конвективной шахте;

- интенсивное шлакование топочных экранов, потолка, ширм.

конвективного пароперегревателя высокого давления и неэффективность работы систем очистки поверхностей нагрева, предусмотренных проектом;

- высокий уровень температур в топке: действительные температуры в верху топки и в поворотной камере перед КПП на 100-150°С превышали расчетные значения, а в ядре горения температуры достигали 1450-1550°С;

- котлы вынужденно работали с нагрузкой, не превышающей 0,7 номинальной и часто останавливались на расшлаковку.

Выделяются три характерных этапа в работе котлов, отличающихся между собой условиями топочного процесса. Лается краткая принципиальная характеристика работы котлов в каждом из этапов.

В конце главы формулируются основные задачи исследований и излагаются пути их реализации.

Во второй главе рассмотрены вопросы повышения надежности и эффективности работы элементов основного и вспомогательного оборудования котлов.

Отмечается,что низкая надежность пылесистем является одной из причин недостаточно высоких показателей по средней нагрузке котлов и коэффициенту использования установленной мощности блоков. Приводятся основные показатели надежности работы пылесистем за 1974. 1976 и 1979 годы, указываются факторы, служившие главными причинами простоя пылесистем. Описываются реализованные на Рязанской ГРЭС технические решения по совершенствованию КПСУ, транспортеров, течек сырого угля /1/; увеличению сроков работы Сил мельниц, устранению пиления отдельных элементов путем их герметизации и залдоты конструкции от абразивного износа. Обосновывается переход на уменьшенное число оборотов роторов мельниц Гс 730 до 590 об/мин) и перевод пылесистем на новую схему связи горелок с мельницами. Анализируются итоги этого перевода: указывается, что он способствовал выравниванию гидравлических сопротивлений пылепроводов; уменьшению шлакования экранов НРЧ в режиме работы котла с отключением отдельных пылесистем; поддержанию примерно постоянной температуры газов в поворотной камере при переходе с одной пылесистемы на другую.

В связи с ухудшением температурных условий работы выходной части горелок остановленных пылесистем, приводится решение задачи по определению минимально возможной скорости охлаждающего воздуха в горелках отключенных пылесистем. В расчетной схеме принято, что потоки первичного воздуха движутся вдоль горизонтальной оси го-

- г< -

редки (первичный воздух - по периферии,вторичный - по центру). Задача считается двумерной, ввиду достаточно большой высоты горелки. Для описания процесса передачи тепла в первичном и вторичном потоках использовано дифференциальное уравнение Фурье. Решение уравнения производилось численным методом на ЭВМ СМ-4. Из результатов решения следовало, что при отключении горелки по первичному воздуху с сохранением подачи вторичного воздуха в качестве охлаждающего даже скорость вторичного воздуха, равная 39,3 м/с, оказалась недостаточной для обеспечения надежной работы металла выходной части стенки горелки (1с=640°С против допустимой для углеродистой стали по условиям жаропрочности - 500°С). В связи с чем было принято решение о выполнении выходных частей корпусов горелок из жаростойкой стали. Режимные карты котлов были скорректированы таким образом, чтобы в отключенных горелках не допускалось снижение скорости охлаждающего воздуха ниже 15 м/с.

В целях предотвращения образования отложений пыли в выходных частях каналов первичного воздуха горелки и подшлаковки амбразур было произведено также частичное удаление перегородок между каналами первичного и вторичного воздуха /2/.

рассмотрен вопрос о повышении надежности работы трубчатого воздухоподогревателя (ТВШ. Необходимость с того диктовалась интенсивно протекающей сернистой коррозией стенок первых рядов труб нижних кубов ТВШ: коррозия имела место даже при высокой температуре уходящих газов в начальный период эксплуатации. Для улучшения работы ТВП была реализована каскадная схема подогрева воздуха, разработанная ЗиО. Реконструкции подверглась первая трехходовая ступень ТВП. Каскадная часть ТВП организована в 1-ом ходе, за которым установлен смеситель /3/. Предусмотрено байпасирование части воздуха после калорифера и смешение ее с воздухом, выходящим из 1-го хода ТВШ. Воздух, поступающий в 1-ый ход ТВШ,дополнительно подогревается за счет рециркуляции воздуха, отбираемого после 1 ступени (^=0,263).

Испытания КТВП показали /4,5/, что минимальные температуры стенок труб первого ряда примерно на 8-10°С выше температуры воздуха на входе в КТВП, но несколько ниже, чем температура точки росы для подмосковного угля (142,5°С). Поэтому скорость коррозии труб КТВП достаточно высока (0,27 мм/год). Требуется дальнейшее повышение температуры воздуха на входе в КТВП до 140°С. Вместе с тем отмечается, что внедрение каскадной схемы подогрева воздуха на котлах П-59, а также реализация мероприятий по совершенствова-

нию систем пылеприготовления и горелочных устройств, способствовали повышению надежности работы котлов в целом /4. 5/.

Третья глава посвящена рассмотрению воздушного режима котла, исследованию температурных и концентрационных условий горения в топке, а также интенсивности теплообмена в ней. Отмечается, что с момента ввода котлов П-59 в эксплуатацию они постоянно работали с присосами воздуха в газовый тракт, значительно превышающими расчетные значения. Лаже после капитальных ремонтов котлов присосы воздуха в топочную камеру не опускались ниже 15%, а в конвективной шахте их величина была близка к 45%. Обычно же по прошествии нескольких месяцев эксплуатации присосы возрастали: в топке - до 25-30% и даже более; в конвективной шахте котла - до 75% (в бескаскадном варианте ТВЛ) и до 50% (в каскадном его варианте).

Приводятся основные причины, обусловливающие повышенные присосы в котле, и результаты негативного воздействия присосов на экономические показатели работы котла и протекание топочного процесса /6/. Рассматриваются результаты испытаний котла блока N 1 и расчетного анализа, выполненного по программе ЗиО с целью оценки степени влияния величины присосов на уровень тепловых потерь котла. Отмечается, что потери теплоты с уходящими газами в зависимости от г/агруэки котла, избытка воздуха и температуры воздуха на входе в ТВ11 составляли 12-15%, потери теплоты от механической неполноты сгорания были близки к проектной величине - 1%, а потери теплоты от химической неполноты сгорания практически отсутствовали. Доведение присосов на котлах хотя бы до более или менее нормального эксплуатационного уровня (д«т=-0,15, дакш=0,212) позволило бы, как показали расчеты, поднять их КПД "брутто" на 2,5-4,5%.

Исследования температурного режима топок котлов проводились при работе их на подмосковном угле до и после внедрения водяной очистки экранов НРЧ. В первом случае работа котла характеризовалась значительным шлакованием топочных экранов. На уровень температур газов в ядре горения и на выходе из топки сильное влияние оказывает нагрузка котла (рис.1). На каждые 10 МВт увеличения нагрузки рост температуры составлял 14°С. Максимальная температура в топке находилась на отметках 18-19 м. Влияние избытка воздуха в топке больше сказывалось на изменении температуры газов на выходе из топки и в меньшей степени на температуре в ядре. Температура газов на выходе из топки во всем диапазоне изменения нагрузок котла оставалась существенно более высокой, чем проектная (на 140-150°С).

Выявилась большая зависимость характера распределения температур по ширине топки от числа и сочетания работающих мельниц. Так, в режимах с отключением хотя бы одной мельницы происходило устойчивое смещение факела в сторону горелок отключенной мельницы. При этом температура газов на стороне неработающих горелок становилась на 150-200°С выше, чем на противоположной стороне топки.

Повторные исследования температурного режима топки проводились на котле после перевода мельниц на схему 2 связи с горелками и внедрения водяной очистки экранов с помощью дальнобойных аппаратов М-ЗА /?/'. Вследствие интенсивного применения обдувочных аппаратов, более низкой , чем ранее, калорийности топлива (0РН<;9,24 МДж/кг). а также работе котла на пониженной нагрузке, сильного шлакования экранов в зоне активного горения не возникало. Максимальные температуры факела в ядре горения были на 150-200°С ниже наблюдавшихся ранее. То же касается и температур газов на выходе из топки - они оказались равными и"т = Ю00-1100°С в диапазоне нагрузок (0,5-1,0)0н. Несмотря на изменение схемы подключения горелок котла к мельницам, как и прежде, отчетливо проявлялось явление температурного перекоса факела при несимметричном включении мельниц (рис.21.

Интенсивность теплообмена в топочной камере изучалась путем замеров с помощью четырехточечного Г-оОразного термозонда падающих и отраженных тепловых потоков. Установлено влияние на них нагрузки котла, числа работающих мельниц и степени наружного загрязнения экранов. Выявлено, что характер распределения тепловых потоков по высоте топки практически одинаков для всего исследованного диапазона нагрузок котла (0,6-1,0)Он. Наибольшие значения тепловых потоков имеют место на отметке 18,8 м (на 2.5 м выше оси верхнего яруса горелок/. Вверх и вниз от этого уровня происходит резкое снижение величины падающих потоков..Распределение тепловых потоков по ширине топки зависит от числа и сочетания работающих мельниц. При симметричной работе мельниц распределение тепловых потоков симметрично относительно оси топки. При отключении мельницы наблюдается смещение максимума от центра в ту или другую сторону.

Величина коэффициента тепловой эффективности НРЧ , как показала обработка полученных результатов, уменьшается с увеличением нагрузки котла и составляет в диапазоне нагрузок блока 180-290 МВт до и после обдувки соответственно 0,275-0,246 и 0,31-0,293

tрис.3). Важно отметить, что полученные абсолютные значения q) даже после обдувки оказались существенно меньше нормативных. Кроме того, полученное распределение тепловых потоков по ширине НРЧ хорошо согласуется с распределением температур.

Особенности концентрационных условий протекания топочного процесса изучались путем отбора проб газа из различных зон топки с последующим анализом проб на содержание кислорода (или полного состава, если концентрация кислорода была менее 27»). Выявлено наличие в топочном объеме зон как с весьма малым содержанием кислорода и повышенным содержанием продуктов неполного горения (СО и Нг), так и с высоким содержанием кислорода. Одна из зон с высоким содержанием кислорода располагается у боковой стены вблизи ее участка, примыкающего к углу топки. Показано, что ее образование связано со слабым взаимодействием струй воздушной завесы в области активного горения с топливом, поступающим из горелок, в результате чего смешение топлива с окислителем переносится в зону дожигания. Насыщение краевых зон системы ВСС кислородом наиболее отрицательно сказывается в тех случаях, когда отключаются по топливу соседние с соплами горелки, расположенные на противоположной соплам стене топки. В таких режимах подачу воздуха через соответствующие сопла было рекомендовано исключить.

Четвертая глава посвящена расчетным исследованиям влияния режимных и конструктивных факторов на тепловой режим топочного процесса и образование оксидов азота. Обосновывается необходимость постановки таких исследований и формулируются задачи:

- изучение влияния отличительных от проектных условий организации топочного процесса на тепловой режим топки;

- выявление закономерностей изменения характеристик топочного процесса при нерасчетных режимах работы котла;

- определение влияния проектных решений по топке и пылесис-темам на топочный процесс;

- определение возможности обеспечения допустимого уровня выбросов N0 за котлом внутритопочными мероприятиями.

Приводится описание использованной в расчетах программной системы FURNACE, разработанной под руководством проф.В.А.Двойниш-никова, и комплексной математической модели топочного процесса. Излагается алгоритм построения расчетных исследований и обосновывается необходимость нового подхода к определению параметра Хт, используемого в интегральном тепловом расчете топки. Приводятся расчетные зависимости для определения Хт, в которых учитывается

не только распределение топлива по ярусам и положение последних относительно пода топки, но также и избытки окислителя в ярусах горелок, положение отдельных вводов воздуха в топку, а в случае одновременного сжигания нескольких топлив - также теплота сгорания каждого из них.

Дается методика обработки результатов исследования, которая сводилась к графическому представлению зависимостей наиболее важных характеристик топочного процесса от варьируемых параметров, а также изменения и. аг. лв, N0 по высоте топки. На рис.4 в качестве примера приведены некоторые из них.

Дается подробный анализ влияния каждого фактора в отдельности и в совокупности на тепловой режим топки и на образование в ней оксидов азота. Наиболее важные результаты этого анализа сводятся к следующему. Наблюдавшийся на первом этапе эксплуатации котлов высокий уровень температур в топке во многом был обуслов лен отклонением условий работы котлов от проектных. Это явилось следствием повышенных присосов в топку, низких значений избытков воздуха в горелках, неравномерности раздачи топлива по ярусам и блокам горелок и высокого уровня зашлакованности топки.

Сжигание угля с отличным от проектного составом или в смеси его с газом приводит к изменению температурного режима топки и сказывается на экономических показателях котла. В то же время влияние состава топлива и доли газа не столь высоко по сравнению с влиянием на топочный процесс «г, д<хт.

Изменение в расчетах конструктивных параметров - расстояния между ярусами горелок и числа ярусов горелок - показалов, что их влияние на характеристики топочного процесса слабее, чем режимных факторов.

Уровень приведенной концентрации оксидов азота на выходе из топки при сжигании в ней подмосковного угля, а также угля в смеси с природным газом может меняться в широких пределах - от 1100 до 150 мг/м3.

Наибольший уровень Г N01пр в котле П-59 наблюдается в тех случаях, когда в обоих ярусах реализуется равномерное распределение топлива и воздуха по горелкам. Любой фактор, приводящий к отклонению от этой однородности, способствует снижению [Ш]Пр.

Резкое снижение [Ш]пр при совместном сжигании угля с газом наблюдается при значениях тепловой доли газа, больших ЮХ.

Внутритопочными мероприятиями в принципе возможно достижение значений Ш0]пр ниже норматива ПДВ.

ífis o,i o,is о,го o,2s 0,3 о,is

Рис.4. Влияние доли газа характерногшш топочного процесса

СМГ

(/00

zoo

юо

г— ^ X L иншты. о-Ьнкпг Снп Мосзнергма/>адла ----11

s --О- С--

Ло

sao боо ?оо зоо Зоо 2», т/у Рис.5. Сравнение расчетных и оштных значений при работе коша на разных нагрузках

«т

I

Рве.6. Сравнение расчетных ж шмннх значевдй t/c* opa сигани смеси шдав _ с разной доаеи црародаого rasa

На риг..5. б дано сопоставление значений приведенной концентрации оксилои азота. полученных расчетным путем, с результатами измерений tN01 на котлах П-59. выполненных в разное время "Цент-ротехэнерго" ¡1991 г.). СМИ "Мосэнергонапапка" (199" г.), Рязанским ГТУ Московского ГТЦ Газнадзора РФ (1993 г. ) и службой Рязанской ГРЭС. Во всех случаях получена удовлетворительная сходимость результатов расчетных исследований с опытными данными. При этом необходимо отметить, что вид зависимости [N0]np=fiD) отличается от подобных зависимостей, полученных для других котлов. Различи' связано с особенностью воздушного режима котла П 59. а именно. ■ ростом аг при снижении нагрузки котла, что приводит к повышению величины (N0]np за котлом при снижении его нагрузки.

Пятая глава посвящена рассмотрению технических предложении по модернизации котельного оборудования первой очереди Рязанской ГРЭС. Отмечается.что несмотря на значительную работу, проделанную на станции по совершенствованию основного и вспомогательного обо рудования за более чем 20-летний срок службы котлов эксплуатационная мощность последних составляет не более 0.8 номинальной. Указываются т атаке коренные недостатки в работе котлов, снижающие их экономичность и надежность. Подчеркивается, что уровни выбро сов в атмосферу золы, оксидов азота и серы котлами П 59 не отвечают требованиям современных стандартов. Делается вывод о том. что, с учетом большого физического износа этих котлов, дальнейшие капиталовложения в них для продления срока эксплуатации не оправданны. Поставлен вопрос о замене существующих на станции котлов II-59 новыми с аналогичными параметрами, которые должны быть вписаны в существующие котельные ячейки /8/. Замещающий котел рассчитывается для работы на подмосковном угле ухудшенного качества. Природный газ и мазут предусматриваются на котле как вспомогательное топливо.

Анализируются тенденции изменения характеристик подмосковного угля. Отмечается, что снижение качества угля в последние годы происходит за счет увеличения его зольности. Делается вывод о том. что наметившееся увеличение содержания железа в золе топлива не должно заметно увеличить образование железистых отложений в топке новых котлов при условии поддержания в.ней оптимального режима горения. Показано, что предварительная переработка или обогащение высокозольного подмосковного угля экономически нецелесообразны из-за больших потерь органики в данных процессах.

Формулируются технические предложения по компоновке замещаю

щего котла, его тепловой схеме, конструкциям поверхностей нагрева (котел П- или Т-обраэный, газоплотный, с цельносварными экранами и ширмами). Анализируются варианты выполнения воздухоподогревателя трубчатым или регенеративным. С учетом опыта работы котлов П-59 предлагается: температуру газов в верху топки принять равной не более 1050°С, а перед первыми плотными конвективными пучками -не более 0ОО°С; тепловое напряжение зоны активного горения установить равным 0,8-0,85 МВт/м2 при числе ярусов горелок - 3-4.

Рассматриваются возможные аэродинамические схемы сжигания для нового котла. Применение на нем схемы ВСС не рекомендуется. Аналиэируется возможность использования двухвихревой и одновихре-вой тангенциальных топок, а также встречной компоновки вихревых горелок. Отмечается неоднозначность имеющихся в публикациях оценок по применению схемы ступенчатого сжигания бурых углей. Делается вывод о необходимости оснащения замещающего котла комплексной системой очистки поверхностей нагрева от наружных отложений шлака и золы.

Обращается внимание на целесообразность применения полуразомкнутой или разомкнутой схемы пылеприготовления с ШШ и газовой сушкой топлива. Как один из возможных вариантов для условий Рязанской ГРЭС, рассматривается случай применения полуразомкнутой схемы прямого вдувания с ШБМ двусторонней конструкции по вводу и выводу топлива. Анализируется конкретный пример совмещения данной схемы с четырьмя ШБМ для П-образного котла с одновихревой тангенциальной трехъярусной топкой. Указывается на преимущества сочетания подобных пылесистем с тангенциальной схемой сжигания в топке нового котла при восьми вводах топлива в ярусе. Рассматриваются также преимущества использования при данной схеме сжигания пыле-делителей центробежного типа.

Годовые суммарные выбросы котлами П-59 золы, серы и азота в настоящее время весьма велики и наносят значительный ущерб окружающей среде.

Разбираются причины недостаточно эффективной работы электрофильтров (ЭФ), обеспечивающих степень очистки газов от золы только на уровне 96-982. Приводится перечень мероприятий, разработанных для модернизации этих устройств, что позволит повысить КПД до 99,6-99,77. и добиться поддержания концентрации золы в газах на уровне 200 мг/м3 /9-13/.

Показывается, что такими приемами как очистка подмосковного угля от серы и связывание серы в процессе горения путем ввода в

топку различных присадок нельзя снизить уровень выбросов 502 за котлом более чем на 50%. Более предпочтительной поэтому для котла П-59 или замещающего его является использование сероочистной установки (СОУ) высокой эффективности, обеспечивающей удаление серы из газов с КПД на уровне 95-97%. Рассматривается целесообразность применения на котлах первой очереди Рязанской ГРЭС СОУ, работающих по мокроизвестняковому методу, в частности, с использованием технологии фирмы германского консорциума оНЬ. Принято решение о начале строительства в ближайшие годы СОУ по данной технологии для котлов блоков 300 МВт Рязанской ГРЭС на основе проекта, разработанного специалистами России (АО АСП и Германии (ЗНЬ).

На основании полученных в работе результатов расчетного исследования образования Шх при горении в топке котла П-59 показываются возможные способы организации топочного процесса как на котлах П-59, так в будущем и на замещающих котлах, позволяющие минимизировать выбросы котлами оксидов азота до уровня, не превосходящего норматив ПДВ, чисто топочными конструктивно-режимными средствами, не прибегая при этом к специальным дорогостоящим устройствам для денитризации дымовых газов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Результаты проведенных в настоящей работе исследований, а также многолетний опыт наладки и эксплуатации котлов П-59 первой очереди Рязанской ГРЭС показали, что недостаточно надежная и экономичная их работа при сжигании подмосковного угля во многом предопределена неоптимальностью технологической схемы сжигания и нарушениями плотности газового тракта.

2. Топочный процесс в котлах П-59, как показали экспериментальные и расчетные исследования, характеризуется пониженными значениями избытка воздуха в горелках, повышенным уровнем присо-сов воздуха в топку, неравномерностью распределения топлива по блокам горелок, что способствует образованию шлаковых отложений на экранах топки. Для борьбы со шлакованием требуется регулярное и интенсивное применение средств очистки, в первую очередь в зоне НРЧ.

3. Специфические особенности системы ВСС, несмотря на достаточно хорошие показатели котлов по устойчивости горения топлива и выгоранию кокса, не позволяют сглаживать имеющие место в эксплуатации нарушения равномерности раздачи топлива и воздуха по сторо-

нам топки при отключении по топливу блоков горелок в случае остановки отдельной пьшесистемы. Поэтому применение схемы сжигания во встречно-смещенных струях в пылеугольных котлах, оборудованных индивидуальной схемой пылеприготовления прямого вдувания с молотковыми мельницами, является нецелесообразным.

4. Разработаны и внедрены мероприятия по усовершенствованию горелочных устройств, элементов пылесистем (мельниц, КПСУ, течек сырого угля, пылепроводов, пылераспределителей, схемы подключения горелок к мельницам), трубчатого воздухоподогревателя, что позволило повысить эффективность и надежность их работы и снизить затраты труда на ремонт. Вместе с тем из-за повышенной повреждаемости оборудования пылесистем котлов П-59 коэффициент готовности пылесистем Рязанской ГРЭС все же несколько ниже, чем на ряде других пылеугольных станций, эксплуатирующих молотковые мельницы. Перевод же котлов П-59 на каскадную схему подогрева воздуха, несмотря на замедление темпа коррозии ТВП и уменьшение утечек воздуха в газовый тракт, предопределил сохранение высокого уровня температур уходящих газов (185-200°С), что обусловливает довольно низкую экономическую эффективность котлов(в настоящее время п к6р= 83867.).

5. Экспериментально определены значения коэффициента тепловой эффективности экранов в топке котла П-59 при сжигании подмосковного угля. Установлено, что с уменьшением нагрузки котла значения параметра увеличиваются, оставаясь тем не менее во всех случаях меньше нормативной величины Норм=0,45). Полученные в опытах реальные данные по , отличные от проектных значений и учитывающие особенности теплообмена в подшлакованной топке, были использованы в настоящей работе при выполнении комплекса тепловых расчетов для котла П-59.

6. Исследованиями газового состава топочной среды на котлах П-59 выявлено, что ввод части вторичного воздуха в топку через отдельные сопла по краям системы ВСС приводит к вытеснению значительной части этого воздуха непосредственно в зону дожигания топки, что отрицательно сказывается на организации горения топлива в активной зоне топки.

7. Разработана новая методика определения используемого в интегральном тепловом расчете топки параметра Хт, позволяющая учитывать влияние способа организации сжигания одного или одновременно нескольких топлив на температуру газов на выходе из топки и положение максимума температур по высоте топки.

8. Расчетным путем установлено изменение основных характеристик топочного процесса котла П-59, в том числе уровня концентрации оксидов авота на выходе из топки для случаев сжигания только подмосковного угля и смеси угля с природным газом. Показано, что содержание Юх в газах на выходе из топки может меняться в широких пределах - от 1100 до 150 мг/м3. Для режимов совместного сдигания угля с газом увеличение тепловой доли газа сверх 10% приводит к резкому снижению выхода ЫОх. Как показали расчеты, в принципе возможно достижение выбросов Юх из котлов П-59 на уровне ниже нормативов ГЩВ. Результаты расчетов по образованию МОх в котлах П-59 показали удовлетворительную сходимость с данными прямых замеров концентрации Шх на этих котлах.

9. На основании результатов проведенных расчетных и экспериментальных исследований по котлам П-59, выявленных существенных недостатков в работе этих котлов, а также с учетом их большого физического износа наиболее оптимальным решением по улучшению работы блоков первой очереди Рязанской ГРЭС представляется замена котлов П-59 на новые, которые могли бы быть вписаны в существующие котельные ячейки.

Предложены основные проектные решения, связанные с созданием замешающего котла, а также комплекс мероприятий по снижению выбросов в окружающую среду:

- золы - путем модернизации существующих электрофильтров с доведением степени очистки газов до 99,6-99,7%;

- оксидов серы - за счет оснащения блоков сероочистными установками мокроиэвестняковой технологии;

- оксидов азота - с помощью использования наиболее эффективных внутритопочных способов снижения образования Шх,

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Панченко В.Ф., Волков В.И., Шумилов Т.И. Улучшение подачи угля на котлах П-59 // Энергетик. - 1976. - N 8. - С.14.

2. Панченко В.Ф., Шумилов Т.И. Изменение конструкции горе-лочных устройств котла П-59 // Энергетик. - 1975. - N 4. -С.21-22.

3. А.с. 1151771 СССР, МКИ3 Р231Л5/04. Смеситель / В.Н.Фомина, Е.Я.Титова, Т.И.Шумилов // Открытия. Изобретения. - 1983. - N 42.

4. Панченко В.Ф., Фомина В.Н., Шумилов Т.И. Некоторые итоги эксплуатации трубчатых воздухоподогревателей котлов П-59 на под-

московном угле /У Энергетик. - 1979. - N 4. - С.6-8.

5. Теплотехнические испытания каскадного трубчатого воздухоподогревателя котла П-59 на подмосковном угле / В.А.Локшин. В.Н.Фомина, Е.Я.Титова, Ю.И.Лафа, Т.И.Шумилов // Электрические станции. - 1981. - N 5. - С.17-21.

6. Организация режима работы топки при сжигании шлакующих топлив / Г.Т.Левит, С.Е.Дмитриев, В.А.Сандлер, Ф.М.Векслер, В.Ф.Панченко, Т.И.Шумилов и др. // Теплоэнергетика. - 1978. -N11. - С.21-27.

7. Опыт освоения средств очистки поверхностей нагрева котлов П-59 при сжигании подмосковного угля / В.Ф.Панченко, Т.И.Шумилов, Г.Г.Зароченцев, Р.У.Юсупов // Электрические станции. - 1981. -N2. - С.23-26.

8. Шумилов Т.И., Двойнишников В.А., Черняев В.И., Ларюшкин М.А. Организация сжигания подмосковного угля в котлах энергоблоков 300 МВт Рязанской ГРЭС / Вестник МЭИ. - 1995. - N 3. -С2б41.

9. A.c.1271571 СССР. МКИ3 ВОЗСЗ/68. Устройство для управления электрофильтром / В.В.Ермаков, В.А.Попов, Т.И.Шумилов // Открытия, Изобретения. - 1986. - N 11.

10. А.с.1389851 СССР. МКИ3 B03C3/76. Устройство для автоматического регулирования котлоагрегата / В.Г.Белун, В.В.Ермаков, Т.И.Шумилов // Открытия. Изобретения. - 1988. - N 37.

И. Бе лун В. Г. Ермаков В. В., Шумилов Т. И. Оптимизация режимов отряхивания электродов электрофильтров // Энергетик.- 1989. - N3. - С.16-17.

12. А.с.1724378 СССР. МКИ3 ВОЗСЗ/68. Устройство для регулирования работы электрофильтра котлоагрегата / Т.И.Шумилов, Е.И.Гав-рилов, В.В.Ермаков // Открытия. Изобретения. - 1990. - N 24.

13. Ермаков В.В., Саларов М.И., Шумилов Т.И. Снижение выбросов золы с использованием системы автоматического регулирования отряхивания электродов электрофильтров ТЭС // Сборник докладов республиканской научно-технической конференции "Экологические проблемы теплоэнергетики". Одесса. - 1990. - С.18-23.

Подписано к печати Л— lr\s\ r~>f\

■Ьч. л. 125 Тираж ЮО Заказ Ь

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.