Сжигание высоковлажных бурых углей в ихревой топке ЦКТИ

Полномасштабная проверка вихревой топки ЦКТИ при сжига­нии твердого топлива осуществлена на Назаровской ГРЭС, где был реконструирован корпус Б двухкорпусного котла П-49 блока мощностью 500 МВт [21]. Паропроизводительность одного корпу­са по свежему пару 800 т/ч, проектные параметры пара 25 МПа, 565°С. Топочная камера каждого корпуса до реконструкции была оборудована 16 прямоточными горелками, расположен­ными встречно в один ярус на фронтовой и задней стенах топоч­ной камеры. Исследования, проведенные ВТИ, ЦКТИ и СибВТИ показали, что встречное расположение мощных прямоточных горелок при небольшой глубине топочной камеры (-^ 8 м) приводит к созданию ядра статического подпора в центре каме­ры горения. Вследствие этого значительная часть вторичного воздуха двигалась из горелок к пережиму по укороченной траектории, минуя область повышенного давления, а в центре топки и около пода ощущался недостаток кислорода. Торможе­ние процесса горения в центре топки приводило к тому, что в сечении пережима (на оси топки) степень выгорания топлива достигала только 87% [22].

Догорание значительной части топлива в камере охлаждения приводило к повышению температуры газов и к шлакованию ширмовых поверхностей нагрева, что ограничивало нагрузку котла. Попытки изменить аэродинамическую структуру топоч­ной камеры путем малозатратной реконструкции горелок не дали ощутимых результатов и было принято решение устано­вить на одном из корпусов котла П-49 вихревую топку ЦКТИ.

После реконструкции нижняя часть топочной камеры корпу­са Б представляла собой горизонтальный циклон с условным диаметром 6,2 м (рис. 20).

Рис. 20. Реконструированный корпус 7Б котла П-49 Назаровской ГРЭС:

1 — вихревая камера горения; 2 — двусветные экраны в камере горения; 3 — двусветные экраны в СРЧ; 4 — защитные ширмы; 5 — ширмы пароперегревателя; 6 — конвективные поверхности нагрева; 7, 8 — основная и дополнительная по­верхности экономайзера

Теплонапряжение объема при полной нагрузке составляло 830 кВт/м³. Вихревая камера тремя дву­светными экранами разделена на четыре отсека, в каждом из которых на фронтовой стене установлено по две горелки. Пря­моточные горелки имели регулирующие шиберы, которые позволяли поддерживать почти постоянной (80-100 м/с) ско­рость вторичного воздуха при изменении нагрузки котла. Для транспорта топлива к горелкам использовалась система концен­трированной подачи пыли под давлением.

Реконструкции подвергались и другие элементы котла: в зоне СРЧ установили три двусветных экрана, увеличили поверхность экономайзера на одном из двух потоков, в каждом из четырех отсеков разместили по одному глубоковыдвижному аппарату водяной очистки.

После реконструкции корпус Б работал на сушонке назаровского угля, поступавшей с центрального пылезавода. На корпусе в течение 20 сут проведено опытное сжигание березовского угля. Характеристика сожженной пыли:

До реконструкции котла основной причиной, которая не позволяла работать с нагрузкой выше 80% номинальной, было шлакование защитных ширм. Поэтому основное внимание при проведении опытов как на назаровском, так и на березовском угле, уделялось именно этому. В результате испытаний установ­лено, что оптимальным является коэффициент избытка возду­ха в горелках а_r = 1,2. Такой избыток воздуха обеспечивает мак­симальное выгорание топлива в вихревой камере (94-95%), пониженную интенсивность шлакования защитных ширм и снижение температуры газов на выходе из топки на 30-40°С по сравнению с опытами, в которых а_г = 1,1 [23].

Зондирование вихревой камеры показало, что основная масса топлива сгорает в пристенной зоне, где температура почти на 100°С выше, чем в центре вихря. При максимальной нагрузке, с которой мог работать корпус Б (90-95% номинальной), и темпе­ратуре горячего воздуха 340-350°С температура в пристенной зоне вихревой камеры составляла 1500-1550°С при сжигании назаровского угля и 1540-1590°С - при сжигании березовского угля. Этого оказалось достаточно для надежного выхода жидко­го шлака в диапазоне нагрузок 50-95% номинальной. Коэф­фициент шлакоулавливания был равен 0,5.

Оценивая этот показатель работы вихревой топки ЦКТИ, следует иметь в виду, что минеральная масса сожженной пар­тии березовского угля имела умеренные плавкостные характе­ристики золы: tj= 1210-5-1338°С, t ₂ = 1221-5-135ГС, Ц = 1227-5-1368°С. При снижении зольности березовского угля в его мине­ральной части увеличивается содержание СаО, что приводит к повышению плавкостных характеристик и ставит под сомнение возможность удаления шлака в жидком виде, особенно при ра­боте на сниженных нагрузках.

Однако при сжигании высокозольного березовского угля вихревая топка ЦКТИ работала удовлетворительно. Потери теплоты от механической неполноты сгорания составляли 0,1-0,2%, концентрация оксидов азота за котлом была умерен­ной для топок с жидким шлакоудалением ( c_NO мг/м³

при коэффициенте избытка воздуха в горелках а_г = 1,10÷1,15), a применение двусветных экранов ликвидировало наблюдаемую до реконструкции значительную неравномерность температуры по ширине топочной камеры.

Подробное исследование выгорания топлива в вихревой топке котла П-49 проведено Томским политехническим инсти­тутом [24]. Отбор проб газа и пыли из различных точек одного из отсеков камеры горения при разных скоростях на выходе из горелок и разных избытках воздуха показал, что у заднего экрана степень выгорания топлива составляет 65%, а у фронто­вого - до 80%. Эти данные были получены при оптимальных зна­чениях выходной скорости (W_r = 100÷110 м/с) и коэффициента избытка воздуха в горелках (а_г = 1,19÷1,21). При уменьшении выходной скорости в горелках до 70-80 м/с поток газов, подни­мающихся вдоль фронтового экрана, захватывает большее количество топливовоздушной смеси из корня факела, в резуль­тате чего снижается степень выгорания топлива в сечении пережима, а содержание кислорода (между горелками) повыша­ется до 12%.

В камере дожигания (выше пережима) наблюдается неравно­мерность по глубине топки: максимум выгорания и температу­ры смещен к фронтовому экрану. Уменьшение избытка воздуха в горелках ниже a_r = 1,19 приводит к ухудшению выгорания топ­лива из-за неполного перемешивания его с окислителем, к появ­лению химического недожога на выходе из камеры горения и к снижению температурного уровня в камере горения [24].

Главным результатом реконструкции котла П-49 авторы считают подтверждение эффективности вихревой топки ЦКТИ при работе на перспективных углях Канско-Ачинского бассейна с учетом необходимости сооружения ряда крупных ГРЭС на этих углях. Установка вихревой топки ЦКТИ вместо призмати­ческой топки с твердым шлакоудалением позволяет почти в 3 раза сократить объем, в котором будет происходить сжигание топлива и охлаждение продуктов сгорания до температуры 1100°С. Это позволит, как считают авторы разработки, создать котельный агрегат к энергоблоку единичной мощностью до 2000 МВт даже на природных канско-ачинских углях, не говоря о продуктах их энерготехнологической переработки [25].

В качестве промежуточного этапа авторы решили создать и проверить в длительной эксплуатации на твердом топливе котел с вихревой топкой ЦКТИ производительностью 500 т/ч. Такой котел ТПЕ-427 изготовлен таганрогским заводом "Крас­ный котельщик" и сдан в опытно-промышленную эксплуатацию на Новосибирской ТЭЦ-3 [26].

Котел оборудован разомкнутой пылесистемой, которая, как и сам котел, имеет ряд новых элементов: унифицированные сепараторы, батарейные циклоны с розеточными завихрителями в круглом корпусе, санитарные ступени очистки, аэрожелоба для пневмотранспорта уловленного уноса, система высококон­центрированной подачи пыли под разрежением и т.д.

Собственно котел, кроме высокофорсированной вихревой топки (рис. 21), имел двусветные экраны, цельносварные поверх­ности нагрева и оригинальные узлы крепления поверхностей

Рис. 21. Опытно-промышленный малогабаритный котел Е-500-140ВЖ (ТПЕ-427)

нагрева. Опробование котла проведено на мазуте, а затем котел был переведен на сжигание назаровского бурого угля. В течение длительного времени пришлось устранять дефек­ты, связанные с неудовлетворительной работой как пылесистемы, так и самого котла. В этот период котел работал периоди­чески с нагрузками 200-380 т/ч и с кратковременным подъемом нагрузки до 420-500 т/ч. В диапазоне нагрузок от 40 до 100% номинальной поддерживался режим устойчивого жидкого _; шлакоудаления. При работе с коэффициентом избытка воздуха о_т = 1,12т-1,40 химический недожог за котлом отсутствовал, а потери с механической неполнотой сгорания составляли 0,1-0,3%. Система очистки котла не использовалась. Температу­ра уходящих газов превышала расчетную на 25-30°С из-за сниженной эффективности мембранного экономайзера [26].

В процессе испытаний опробованы все четыре пылесистемы, две из которых (А и Б) имели сброс сушильного агента в золовой электрофильтр, а две другие (В и Г) - в скрубберы мокрой очист­ки и далее - в газоход котла перед дымососом.

После устранения большинства недостатков котел прорабо­тал непрерывно в течение 1050 ч. Однако работать пришлось только на двух пылесистемах (В и Г), так как от сброса слабозапыленного потока в золовой электрофильтр пришлось отказать­ся по соображениям безопасности. В связи с этим нагрузка котла составляла, как правило, 300 т/ч с кратковременными подъемами до 360 т/ч.

В опытах установлено, что даже при нагрузке 250 т/ч коэффи­циент шлакоулавливания достигает 30%. Измерение температу­ры газов оптическим пирометром показало, что в приосевой зоне камеры горения Т_г = 1420÷1480°С, а в сечении пережима 1250-1400°С. Оказалось, что температуры газов по тракту котла от поворотной камеры до трубчатого воздухоподогревателя растут во времени, что свидетельствовало о прогрессирующем загрязнении поверхностей нагрева. Визуальный осмотр котла после 2150 ч работы без систем очистки показал, что в топке имеются шлаковые наросты, а в конвективной части значитель­ные золовые отложения обнаружены на конвективном паропе­регревателе и экономайзере.

Испытания показали, что котел ТПЕ-427 не может быть реко­мендован в серию. Для работы этого котла с проектной произво­дительностью, как считают разработчики, требуется установка скрубберов на пылесистемах А и Б, ввод в действие систем очистки поверхностей нагрева и некоторых других устройств. Главной проблемой, препятствующей широкому внедрению котлов с вихревой топкой ЦКТИ, остается сложность и взрывоопасность пылесистем, а также необходимость высокоэффек­тивной очистки сушильного агента от мелких фракций уголь­ной пыли перед выбросом его в атмосферу.

В отношении простоты эксплуатации котел с вихревой топкой ЦКТИ также проигрывает па сравнению с котлами других типов. Об этом свидетельствует опыт работы двух корпусов котла П-49 Назаровской ГРЭС. Несмотря на то что в котельный цех здесь поступает готовая угольная пыль от центрального пылезавода, эксплуатационный персонал все же отдает предпочтение корпу­су А, который оборудован обычной камерной топкой с встреч­ным расположением вихревых горелок.

Глава четвертая