Разработка и внедрение муфелизированных предтопков для снижения технического минимума пылеугольных котлов
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Марта 2015 в 23:29, статья
Описание работы
В статье представлены основные технические решения по реконструкции пылеугольного котла БКЗ-420.
Файлы: 1 файл
VIII Всероссийская конференция с международным участием «Горение твердого топлива»
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, 13–16 ноября 2012 г.
103.1
УДК 614.841.343:662.9
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МУФЕЛИЗИРОВАННЫХ
ПРЕДТОПКОВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО
МИНИМУМА ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ КОТЛОВ
1
Цепенок А.И.,
1
Серант Ф.А.,
1
Белоруцкий И.Ю.,
1
Квривишвили А.Р.,
1
Ставская О.И.,
2
Полосков В.А.,
3
Боярченко В.Г.,
3
Егоров П.Р.
1
ЗАО «ЗиО-КОТЭС», г. Новосибирск,
2
ОАО «Иркутскэнерго», г. Иркутск,
3
Ново-Зиминская ТЭЦ, г. Саянск
В статье представлены основные технические решения по рекон-
струкции пылеугольного котла БКЗ-420-140-6 Ново-Зиминской ТЭЦ с
установкой системы муфельной подсветки.
Многие ТЭЦ России, особенно в небольших промышленных городах, по
отпуску тепловой и электроэнергии привязаны к конкретному соседствующему
потребителю. Это могут быть фабрики, заводы, комбинаты, в первую очередь
для нужд которых проектировались и строились ТЭЦ. На сегодняшний день,
ввиду невысоких объемов производства и падения потребления технологическо-
го пара, в теплый сезон Иркутские ТЭЦ вынуждены работать с малыми произ-
водственными отборами пара и низкой нагрузкой тепловых сетей. Это приводит
к переходу работы теплофикационной станции в конденсационный режим, кото-
рый, как известно, обуславливает снижение КПД цикла ТЭЦ, повышение стои-
мости выработки энергии, ее высокой цены для рынка и конечного потребителя.
В то же время из-за сложных технологических процессов на промыш-
ленных предприятиях ТЭЦ необходимо поддерживать высокую надежность
снабжения паром потребителя. Это обуславливает работу ТЭЦ в летний период
как минимум с двумя паровыми котлами и турбинами. Пылеугольные паровые
котлы по условиям стабильности горения топлива, надежности циркуляции па-
роводяной смеси и нормальному водно-химическому режиму редко способны
нести длительную нагрузку менее 0,5D
ном
. Необходимость понижения нагрузки
зачастую сводится к использованию в качестве подсветки мазута, что конечно
снимает описанные ограничения и позволяет снизить нагрузку до 0,3D
ном
, тра-
диционно считающуюся техническим минимумом пылеугольного котла при ра-
боте на мазуте.
Однако использование мазута несет с собой ряд проблем: как техниче-
ского характера, связанных с безопасной работой поверхностей нагрева, так и
экологического характера, связанных с повышением содержания оксидов серы в
дымовых газах. Сжигание сернистых мазутов является причиной низкотемпера-
турной коррозии хвостовых поверхностей нагрева, приводящей к снижению
КПД котла, повышению расхода дымовых газов через дымосос и необходимости
периодической замены нижних кубов ТВП. Кроме того, мазут – дорогостоящее
топливо. Совместное сжигание угля и мазута традиционно считается крайне не-
благоприятным режимом работы котла.
103.2
Все это заставляет задуматься о замене жидкого топлива при подсветке
эквивалентным по тепловыделению пылеугольным топливом. В данной статье
описаны решения по применению для надежного зажигания и стабильного горе-
ния пылеугольных муфелизированных предтопков (муфельных горелок). Такая
система муфельной подсветки разработана и внедрена на котле БКЗ-420-140-6
Ново-Зиминской ТЭЦ.
Исходные данные
Рис. 1. Общий вид котла
БКЗ-420-140-6.
Котел БКЗ-420-140-6 (ст. №3) Ново-Зимин-
ской ТЭЦ однобарабанный, вертикально-водотруб-
ный, с естественной циркуляцией предназначен для
получения пара высокого давления при сжигании
азейского бурого угля с твердым шлакоудалением
(рис. 1).
Компоновка котла выполнена по П-образ-
ной схеме. Топочная камера является первым вос-
ходящим газоходом. В верхней части топки распо-
ложен ширмовый пароперегреватель. В горизон-
тальном газоходе расположены конвективные по-
верхности нагрева пароперегревателя. В опускном
газоходе расположены экономайзер и воздухопо-
догреватель.
Таблица 1. Технические характеристики котла.
Параметры
Обозначение
Величина
Номинальная паропроизводительность, т/ч
D
пе
420
Давление перегретого пара, кгс/см
2
P
пе
140
Температура перегретого пара, °С
T
пе
560 (550)
Температура питательной воды, °С
t
пв
230
Температура уходящих газов, °С
t
ух
139
Температура горячего воздуха, °С
t
гв
286
Котел оборудован четырьмя индивидуальными системами пылеприго-
товления с прямым вдуванием и молотковыми тангенциальными мельницами
ММТ-1500/2510/740М с инерционными сепараторами.
Для организации топочного процесса топка оборудована восьмью вихре-
выми пылеугольными горелками, расположенными на фронтовой стене топки в
два яруса. Горелки верхнего яруса расположены на отметке 14,25 м, нижнего –
на отметке 10,95 м.
Котел БКЗ-420-140-6 спроектирован для сжигания бурых углей Азейско-
го месторождения. Угли марки 3Б, имеют среднеплавкую золу (t
С
=1420°С) и от-
носятся к III группе взрывоопасности (по шкале ВТИ). Состав и характеристики
используемых на станции углей приведены в табл.2. [1]
103.3
Рис. 2. Схема подключения мельниц к горелкам котла БКЗ-420-140-6 ст.№3.
Таблица 2. Состав и характеристики применяемых углей.
№ п/п
Наименование
Ед. изм.
Азейский уголь
Мугунский уголь
1
Q
r
i
ккал/кг
3820
4130
2
V
daf
%
48
46
Элементный состав топлива
3
W
r
%
25
22
4
A
r
%
16,5
15,6
5
S
r
%
0,5
0,9
6
C
r
%
42,7
46,0
7
H
r
%
3,1
3,6
8
N
r
%
0,9
0,9
9
O
r
%
11,3
11,0
При низких нагрузках котла (от 0,5D
ном
и ниже) для стабильного горения
требуется подсветка мазутом. На подсветке обычно работают две форсунки с
расходом мазута ≈ 2÷2,4т/ч. [1]
Описание системы муфельной подсветки
Спроектированная и внедренная система муфельной подсветки (рис.3)
состоит из следующих основных элементов:
1.
Муфельные горелки (2 шт.), располагающиеся на боковых стенах
топочной камеры на уровне первого яруса основных горелок;
2.
Делители-пылеконцентраторы (2 шт.), установленные на пылепро-
водах от центральных мельниц к горелкам второго яруса;
3.
Пылепроводы от делителей-пылеконцентраторов до муфельных го-
релок;
4.
Воздуховоды от коробов вторичного воздуха котла до муфельных
горелок.
Задача муфельных горелок заключается в предварительной термообра-
ботке угольной пыли и подаче в топочную камеру высокотемпературного пыле-
угольного факела. Муфельные горелки, установленные на расстоянии ≈2м от
103.4
осей фронтовых экранных труб (рис. 3), должны обеспечивать равномерное за-
полнение топки факелом и стабильность воспламенения основных горелок ниж-
него яруса. Номинальная тепловая мощность муфельных горелок (N
муф
= 7 МВт
каждая) принята эквивалентной тепловыделению от мазутных форсунок при
подсветке. Таким образом, мощность муфельной горелки составляет ≈ 20 % от
мощности основной горелки [4].
Установленные для отбора пыли делители-пылеконцентраторы оснаще-
ны поворотным лопаточным аппаратом, который позволяет изменять количество
подаваемого на муфельную горелку топлива (рис. 4).
Рис. 3. Расположение муфельных горелок.
Рис. 4. Делитель-
пылеконцентратор.
Рис. 5. Эскиз муфельной горелки.
Рис. 6. Муфельная горелка. Общий вид.
Муфельная горелка (рис. 5, 6) представляет собой цилиндрическую ка-
меру, футерованную изнутри огнеупорным материалом. На торцевой стенке
располагается вихревая горелка, состоящая из двух коаксиальных каналов: внут-
103.5
ренний канал ПВС (пылевоздушная смесь), внешний – канал вторичного возду-
ха. В канале ПВС установлен неподвижный аксиальный лопаточный завихри-
тель. В кольцевом канале вторичного воздуха установлен двухступенчатый ак-
сиальный завихритель с регулируемой круткой. Регулирование крутки обеспе-
чивается поворотом лопаток второй ступени завихрителя с помощью поворотно-
го механизма.
Обеспечение воспламенения пылеугольного топлива осуществляется за
счет излучения горячих стенок муфеля. Первоначальный разогрев стенок муфеля
осуществляется за счет подачи горячего воздуха и сжигания мазута, подаваемого
через мазутную форсунку. Время подачи мазута при растопке муфеля 3мин.
Далее температура стенок муфеля поддерживается постоянной за счет излучения
пылеугольного факела.
По всей длине предтопка имеются сопла подвода вторичного воздуха
тангенциально внутренней стенки. Всего по периметру внутренней окружности
предтопка имеется три равноудаленных сопла под углом 120° друг к другу. Тан-
генциальный ввод вторичного воздуха позволяет обеспечить равномерное выжи-
гание топлива по мере его продвижения к выходу из муфельного предтопка, а
также обеспечить охлаждение футеровки и ее защиту от наброса золоугольных
частиц. Тангенциальный подвод вторичного воздуха осуществляется через ули-
точный завихритель, при этом по длине муфеля короб улитки разбит на четыре
секции. На каждую секцию предусмотрена установка регулирующего клапана,
что позволяет перераспределять подачу воздуха по длине муфеля.
Делитель-пылеконцентратор устанавливается на идущих к горелкам
верхнего яруса пылепроводах обеих центральных мельниц и разделяет пылевоз-
душный поток на два. Одна часть потока направляется дальше к основной го-
релке, а вторая отбирается к муфельной горелке. Поворот регулируемых лопаток
делителя-пылеконцентратора позволяет изменять концентрацию пылевоздуш-
ных потоков и, соответственно, количество топлива, идущего к муфельной и ос-
новной горелкам.
Для расчета горения угольной пыли в муфельной горелке использовался
вычислительный программный комплекс ANSYS Fluent 12. Расчеты выполнены
для сжигания пыли азейского угля с Q
r
i
=3819 ккал/кг, тонкостью пыли R
90
=30%
и влажностью пыли W
пл
=12% при температуре горячего воздуха t
гв
=200°C.
На рис. 7–10 приведены поля температур, скоростей по сечениям му-
феля.
Как показывают результаты расчетов муфельной горелки мощностью
7 МВт, в горелочном устройстве обеспечивается стабильное горение угольной
пыли, имеется активная зона рециркуляции горячих дымовых газов к корню фа-
кела, что способствует быстрому прогреву угольной пыли. Ввод тангенциально-
го вторичного воздуха позволяет снизить температуру у стенок муфеля и защи-
тить их от попадания угольных частиц. Средняя температура газов на выходе из
муфеля составляет порядка 1260°С.
На рис. 11 представлены результаты моделирования процесса горения в
топочной камере котла на нагрузке 0,3D
ном
, 2-мельничном режиме с подсветкой
муфелями.
103.6
Рис. 7. Поле температур в сечении
по оси горелки, °С.
Рис. 8. Поле скоростей в сечении
по оси горелки, м/с.
Рис. 9. Массовая доля О
2
в сечении
по оси горелки, кг/кг.
Рис. 10. Поля температур в поперечных
сечениях горелки, °С.
Рис. 11. Поля температур на уровне первого яруса горелок и по оси муфельных горелок, °С.
Результаты расчетов на нагрузке 0,3D
ном
с муфельной подсветкой
показывают, что на уровне ярусов горелок наблюдается активное горение. По
результатам расчетов мощности муфеля N=7 МВт достаточно для поддержания
стабильного процесса горения в топке котла. [1]
103.7
Результаты наладочных испытаний
В июне 2012 года на котле БКЗ-420-140-6 ст.№3 Ново-Зиминской ТЭЦ
специалистами ЗАО «ЗиО-КОТЭС» совместно со специалистами ОАО «НПО
ЦКТИ», ООО «Инженерный центр «Иркутскэнерго» при активном участии
станции и теплотехнической службы ОАО «Иркутскэнерго» выполнена наладка
работы системы муфельной подсветки, проверена циркуляция, проведены ре-
жимные и теплохимических испытания котла с муфельными горелками на на-
грузках (0,3–0,5)D
ном
.
Работа котла на пониженных нагрузках (менее 0,4D
ном
) по условиям при-
емлемого скоростного режима работы основных горелок обеспечивается рабо-
той двух средних мельниц.
При работе муфельных горелок обеспечивается устойчивость факела ос-
новных горелок и общего факела в топочной камере во всем диапазоне прове-
ренных нагрузок.
Муфельные горелки обеспечивают подачу в топочную камеру горящего
факела с температурой 1200–1350°С. Горящий факел от муфельных горелок рас-
пространяется на 1,5–4 м вглубь топочной камеры.
При нагрузке 0,3D
ном
воспламенение основных горелок нижнего яруса
начинается на расстоянии 05–1,0 диаметра амбразуры, верхнего яруса – на
расстоянии 07 диаметра амбразуры от оси экранных труб.
Светимость факела определялась по показаниям датчиков контроля фа-
кела (ДКФ), установленных на боковых стенах топочной камеры выше второго
яруса горелок. Даже при минимальной проверенной нагрузке 0,3D
ном
показатель
светимости превышал минимально допустимой порог по срабатыванию защиты
погасания факела. Это говорит об устойчивости общего пылеугольного факела в
топке.
На первом этапе проведения испытаний тепловая мощность каждой му-
фельной горелки составляла N
муф
≈ 3МВт, в этот же период сотрудниками ОАО
«НПО ЦКТИ» проводились испытания по проверке циркуляции (гидродинами-
ческие испытания) и теплохимические испытания котла. Указанная мощность
муфелей обеспечивалась отводом ≈ 8–13% пыли из пылепроводов верхних горе-
лок. [2]
Включение в работу муфельных горелок даже при небольшой их мощно-
сти приводит к улучшению циркуляции.
При работе котла с нагрузками 0,3D
ном
и работающими муфельными
горелками отмечается устойчивая циркуляция пароводяной среды. Проведение
паровой обдувки экранов топки, периодической продувки экранов не приводит к
нарушению циркуляции.
Проведенные специалистами ООО «Инженерный центр «Иркутск-
энерго» теплохимические испытания котла на разных нагрузках (включая
0,3D
ном
) не выявили каких-либо существенных отклонений от нормального
режима. [3]
По результатам испытаний при работе с минимальной нагрузкой 0,3D
ном
(125 – 132 т/ч) котел обеспечивает допустимые по условиям работы станции
параметры пара.
103.8
Первый этап пуско-наладочных работ и испытаний системы муфельной под-
светки показал ее некоторые конструктивные недоработки. Тем не менее, был дос-
тигнут требуемый результат несения нагрузок (0,3–0,5)D
ном
без подсветки мазутом и
хорошей степенью надежности работы котла в целом.
Заключение
Принятая конструкция муфельных горелок мощностью 3÷8 МВт для
котла БКЗ-420-140-6 ст.№3 Ново-Зиминской ТЭЦ позволяет нести длительную
нагрузку котла (0,3 – 0,5)D
ном
в соответствие с диспетчерским графиком и запро-
сами потребителей без использования мазута в качестве стабилизирующего топ-
лива.
Применение системы муфельной пылеугольной подсветки обеспечивает
стабильное надежное горение в топочной камере в диапазоне минимальных на-
грузок (0,3 – 0,5)D
ном
, при этом обеспечивается устойчивый гидравлический ре-
жим и отсутствуют существенные отклонения от нормального теплохимическо-
го режима котла.
Литература
1. Пояснительная записка №ЗКТ-ПКО.11/10.100000 ПЗ по проекту «Разработка систе-
мы муфельной подсветки котла БКЗ-420-140-6 ст.№3 Ново-Зиминской ТЭЦ». ЗАО
«ЗиО-КОТЭС». Новосибирск, 2011г.
2. Заключение по работе «Выполнение расчетов и проведение испытаний циркуляции
в контурах котла БКЗ-420-140-6 ст. №3 (паровой котел ст.№3, инв. 044927) при на-
грузках Д
к
=(0,5-0,3)Д
ном
». ОАО «НПО ЦКТИ». Санкт-Петербург, 2012г.
3. Отчет по теплохимическим испытаниям котла БКЗ-420-140-6 ст. №3 Ново-
Зиминской ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго», ООО «Инженерный центр «Иркутскэнер-
го». Иркутск, 2012г.
4. Муфельные горелки их конструкция и эксплуатация (сборник работ всесоюзного
ордена трудового красного знамени теплотехнического научно-исследовательского
института им. Ф.Э. Дзержинского). Под редакцией Н.Л. Ойвина. М.: Госэнергоиз-
дат, 1947.
Информация о работе Разработка и внедрение муфелизированных предтопков для снижения технического минимума пылеугольных котлов