Исследование опытно-промышленного котла с вихревой топкой ЦКТИ

В содружестве Белгородским котельным заводом и ЦКТИ спроектирован, а затем изготовлен и смонтирован на ТЭЦ ЦКТИ опытно-промышленный малогабаритный котел Е-40ВН с высокофорсированной вихревой топкой.

Принципиальная особенность котла заключалась в том, что впервые в отечественной практике все ограждающие и раздели­тельные стены выполнены из цельносварных, газоплотных панелей [16].

Паропроизводительность котла составляла 40 т/ч, параметры свежего пара 4 МПа, 440°С, наддув в топке 4,9 кПа. Котел (рис. 18) представлял собой ряд последовательно омываемых газами изготовленных на заводе транспортабельных блоков:

Рис. 18. Опытно-промышленный котел Е-40ВН:

1 — вихревая камера горения; 2 — камера охлаждения; 3 — опускной газоход; 4 — экономайзер; 5 — трубчатый воздухоподогреватель

вихревой топки 1 с камерой охлаждения 2, промежуточной ка­меры с пароперегревательной поверхностью нагрева 3, эконо­майзера 4 и трубчатого воздухоподогревателя 5.

Вихревая камера горения имела форму горизонтального цилиндра Ǿ 2600 мм. Стенки цилиндра образованы гнутыми трубами фронтового и заднего экранов, продукты сгорания выходили в камеру охлаждения между горелочными струями. На фронтовом экране установлены две прямоточные пыле-газо-мазутные горелки, наклоненные к горизонту под углом 8-12°. Экраны камеры горения ошипованы и покрыты карборундовой огнеупорной массой. В следующей по ходу газов камере охлаж­дения установлены три испарительные ширмы (у заднего экра­на, обогреваемого с двух сторон).

Первое время после сдачи в эксплуатацию котел работал на газе и на высокосернистом мазуте, причем разность температур продуктов сгорания на выходе из топки при переходе с газа на мазут не превышала 50°С. После некоторой переделки горелок и замены паромеханических форсунок завода "Ильмарине" новыми форсунками с плоским факелом и углом распиливания 40-50° удалось снизить оптимальный избыток воздуха на выходе из топки до а = 1,02+1,03. Полнота тепловьщеления на выходе из вихревой камеры горения составляла 0,9-0,95, а аэродинамичес­кое сопротивление камеры горения 3,5-4 кПа [17].

Особенностью топки при сжигании мазута с зольностью 0,05-0,15% оказалась ее работа в режиме жидкого шлакоудале­ния. Пленка жидкого шлака надежно защищала карборундовую обмазку от разрушения. На ширмовых и конвективных поверх­ностях нагрева образования плотных отложений не наблюда­лось несмотря на длительный период работы котла на мазуте (~ 15 000 ч).

Зондирование топочного объема показало, что вынос продук­тов неполного сгорания сосредоточивался между боковыми экранами и горелками, причем потери от химической неполно­ты сгорания достигали 10%. Однако на выходе из топки хими­ческий недожог отсутствовал.

На следующем этапе исследований авторы перешли к сжига­нию твердого топлива [18].

При работе на пыли каменных углей серьезное внимание уделялось работе систем пылеприготовления, шлакоудаления и золоулавливания, что связано с работой котла под наддувом. Благодаря применению оригинальных конструктивных реше­ний удалось избежать попадания горячих газов в тракт пылесистемы при ее отключении, а также проникновения газов в помещение котельного цеха. Уплотнение лючков-гляделок, лазов и другой гарнитуры оказалось удовлетворительным.

Учитывая перспективность использования бурых углей Канско-Ачинского бассейна и трудности, которые наблюдались при сжигании этих углей, решено было следующую серию опы­тов провести на угле Назаровского месторождения . Разомкнутая система пылеприготовления с сушкой топлива дымовыми газами (с содержанием кислорода перед мельницей не более 5%) обеспечивала взрывобезопасность установки. Сброс обес­пыленного сушильного агента осуществлялся в газоход перед электрофильтром котла.

При температуре горячего воздуха 220-280°С температура аэросмеси перед горелками составляла около 90°С, а влажность пыли после сушки 15-21%. При изменении нагрузки скорость аэросмеси на выходе из горелок изменялась от 15 до 50 м/с, а скорость вторичного воздуха - от 50 до 130 м/с. В общей сложно­сти на котле сожжено 2 тыс. т назаровского угля при изменении в широком диапазоне фракционного состава пыли и коэффици­ента избытка воздуха.

В результате опытного сжигания назаровского угля показано, что при оптимальном фракционном составе топлива потери с механической неполнотой горения составляют 0,2-0,3%, химический недожог за топкой отсутствует, а коэффициент шлакоулавливания в топке состав­ляет 50-70%. В отличие от других топочных устройств вихревая топка ЦКТИ может работать с а = 1,05+1,10 [19].

Особенно важным достижением авторы считали то, что за весь период опытного сжигания назаровского угля (три месяца) конвективные поверхности нагрева оставались эксплуатацион­но чистыми, несмотря на отсутствие средств очистки. Радиаци­онные и конвективные поверхности покрывались лишь слоем легко сдуваемых отложений.

Успешное сжигание газа, мазута и твердого топлива в опыт­но-промышленном котле позволило ЦКТИ рекомендовать заводу "Красный котельщик" выпуск крупных энергетических котлов с вихревой топкой форсированного горения.