С пересекающимися струями на твердом топливе

Полномасштабная проверка метода сжигания в пересекаю­щихся струях осуществлена путем реконструкции работавшего на АШ серийного котла ТП-150, установленного на Зуевской ГРЭС* [5]. При устройстве пережима в нижней части призматической

^: Ныне — Зуевская экспериментальная ТЭЦ ВТИ.

ческой топочной камеры был выделен предтопок, который при максимальной паровой нагрузке (190 т/ч) имел тепловое напря­жение 580 кВт/м³ (рис. 5).

Скорость на выходе из горелок полного предварительного смешения составляла по проекту 87 м/с, пыль от лопастных питателей транспортировалась к горелкам сушильным агентом с температурой 140-170°С. Давление воздуха под пылепитателями достигало 3,5 кПа, что затрудняло равномерность подачи пыли во времени. Именно это, по мнению авторов, служило причиной высокого содержания горючих в уносе (35-45%).

В процессе исследований установлено, что переход на схему прямого вдувания (путем закрытия шибера под циклоном) благоприятно сказывается на равномерности подачи угольной пыли в топку. Поэтому котел переведен на схему с прямым вдуванием, для чего пришлось установить высоконапорный мельничный вентилятор с давлением 9,5 кПа и делительное устройство, обеспечивающее равномерное распределение аэро­смеси на три горелки. В результате этих мероприятий увеличил­ся выход жидкого шлака, а содержание горючих в уносе снизи­лось до 16-17%. Однако надежность мельничного вентилятора оказалась неудовлетворительной: даже применение износоус­тойчивых наплавок не позволяло продлить его кампанию более 5мес.

В дальнейшем авторы несколько изменили аэродинамичес­кую структуру факела: наклон горелочных струй к горизонту был несколько увеличен, в результате чего часть топливовоздушной смеси двигалась не по вихревой траектории, а после удара в задний экран поворачивала вверх и двигалась вдоль нижнего ската пережима к выходному сечению в камеру охлаж­дения. Благодаря такой аэродинамике с частичным пересече­нием струй резко снизился вынос воздуха и невоспламенившейся пыли из корня факела. Это позволило установить горелку полного предварительного перемешивания.

После проведенной модернизации котел № 11 работал вполне удовлетворительно: при нагрузке 160-180 т/ч, температуре горячего воздуха 400-410°С и фракционном составе пыли, харак­теризуемом R₉₀=4,5÷5,5%, содержание горючих в уносе снизи­лось до 19-25% [5]. По мнению авторов повышение степени выгорания АШ в предтопке дало основание установить в камере охлаждения низкоопущенные двусветные экраны.

Следующим этапом внедрения топки МЭИ была реконструк­ция котла ТП-43 Ворошиловградской ГРЭС [6]. Здесь была внедрена схема с частичным пересечением струй (рис. 6), кото­рая позволяла при сжигании малореакционного АШ обеспечить сравнительно неплохие экономические показатели. Высокое тепловое напряжение камеры горения (до 640 кВт/м³) и активное

Рис. 5. Реконструированная топка котла ТП-150 Зуевской ГРЭС [3]

 

Рис. 6. Топка с частичным пересечением струй (котел ТП-43 Ворошиловградской ГРЭС)

омывание под горячими газами улучшили маневренные харак­теристики котла: минимальная нагрузка при сжигании АШ составляла 30-35% без подсветки мазутом.

В [35] приводятся более скромные результаты: опыты, прове­денные ЮжВТИ, ПЭО Донбассэнерго и МЭИ, показали, что при сжигании АШ с теплотой сгорания 18,1 МДж/кг жидкий шлак вытекает при снижении нагрузки только до 70% номинальной без подсветки факела мазутом. При сжигании ухудшенного АШ с ( = 16,75 МДж/кг для подсветки (по условиям надежного вы­хода жидкого шлака) пришлось на всех нагрузках использовать мазут, хотя доля его по теплоте составляла только 10%.

При проведении этих же опытов была проверена возможность сжигания смеси АШ и золы из золоотвала. Теплота сгорания этой смеси составляла примерно 7,9 МДж/кг (1885 ккал/кг Опытное сжигание показало, что надежный выход жидкого шлака наблюдался при доле мазута по теплоте 54%.

Что касается схемы топки с полным пересечением струй, то авторы пришли к выводу, что ее можно рекомендовать только для сжигания серосодержащих газов и высокосернистых мазу­тов. Этот вывод следовал, во-первых, из не вполне удачного опыта работы топки с полным пересечением струй на АШ и, во-вторых, из теоретического исследования, показавшего поло­жительное влияние такого фактора, как разбавление топливовоздушной смеси топочными газами на снижение образования триоксида серы S0₃ и оксида азота NO₂.

1.4. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ТОПКИ МЭИ С ПЕРЕСЕКАЮЩИМИСЯ СТРУЯМИ ПРИ СЖИГАНИИ МАЗУТА

Исследования физико-химических процессов образования S0₃ при сжигании сернистых мазутов [7] показали, что повы­шенная концентрация С0₂ в зоне горения сдерживает цепную генерацию атомарного кислорода. Уменьшение концентрации атомарного кислорода, в свою очередь, приводит к уменьшению концентрации S0₃, а также замедляет образование термичес­ких оксидов азота N0^.

Аэродинамическая схема топки с пересекающимися струями обеспечивает интенсивное смешение топочных газов с высоким содержанием С0₂ и топливовоздушной смеси, выходящей в топку. Поэтому можно было ожидать, что применение топки с пересекающимися струями при сжигании сернистого мазута обеспечит снижение образования вредных оксидов. Проверить это обстоятельство удалось на Дягилевской ТЭЦ, где был уста­новлен серийный котел БКЗ-420-140ГМ6, оборудованный топкой с пересекающимися струями.

На этом котле смонтированы щелевые горелки с выходной скоростью топливовоздушной смеси 50-70 м/с. Для более пол­ного перемешивания топочных газов с горелочными струями организовано некоторое затягивание воспламенения послед­них. Добиться этого удалось за счет меньшего угла распыла плоской паровой форсунки по сравнению с углом раскрытия воздушной струи [8].

Измерение концентрации серного ангидрида в дымовых газах показало снижение его образования на 30-40% по сравнению с аналогичными котлами, не оборудованными топкой с пересека­ющимися струями. Точка росы при этом снижалась на 30°С в диапазоне нагрузок котла от 60 до 100%. В результате продолжи­тельность работы воздухоподогревателей при сжигании высоко­сернистого мазута увеличилась почти в 2 раза [9].

В отношении выбросов оксидов азота также получен суще­ственный эффект: по измерениям авторов концентрация NO₂ за котлом, оборудованном топкой с пересекающимися стру­ями, оказалась на 50-60% ниже, чем за обычными котлами (при сопоставимых условиях по нагрузке и избытку воздуха). Авторы объясняют это только рециркуляцией топочных газов в камере горения, однако можно предположить, что какую-то роль сыграл и вынос части воздуха из корня факела в камеру охлаждения, обеспечивающий, по существу, двухступенчатое сжигание.

На рис. 7 приведены результаты опытов при сжигании мазута, проведенных на котлах БКЗ-420-140ГМ и на котле ТП-43. Эти результаты свидетельствуют о значительном влиянии аэродина­мики топки с пересекающимися струями на образование как оксидов азота, так и серного ангидрида,

Рис. Т. Влияние коэффициента избытка воздуха на образование оксидов азота (а) и серного ангидрида (б) при сжигании мазута [6]. Котлы БКЗ-420-140ГМ:

1 — полуоткрытая топка; 2 — топка с пересекающимися струями; котлы ТП-43; 3 - открытая топка; 4 - топка с пересекающимися струями

Комплекс лабораторных и промышленных работ, выполнен­ных МЭИ совместно с Зуевской, Ворошиловградской ГРЭС и Дягилевской ТЭЦ, позволил сделать вывод о том, что топочное устройство с пересекающимися струями является перспектив­ным для котлов, работающих в маневренном режиме и исполь­зующих различные виды топлива (например, АШ и мазут). Однако отмечены и недостатки предложенной аэродинамичес­кой схемы, в частности, необходимость расположения всех горелок в один ярус на фронтовом экране топки. При переходе к мощным котлам такая схема приводила к чрезмерно высокой по топливу нагрузке на единицу ширины фронта котла. Этого недостатка была лишена топка, предложенная сотрудниками ВТИ.

 

Глава вторая

ПОЛУОТКРЫТАЯ ТОПКА ВТИ