Работа низкотемпературной вихревой топки ЛПИ при сжигании торфа

Впервые сжигание немолотого фрезерного торфа по схеме с низкотемпературным вихрем было опробовано на реконструиро­ванном серийном котле ПК-10 на ГРЭС-8 Ленэнерго [30]. После завершения наладочных опытов проведены исследования, которые показали, что при резком повороте потока у заднего экрана происходит сепарация частиц топлива: крупные частицы попадают в вихрь, а мелкие уносятся дымовыми газами в верх­нюю, прямоточную часть факела.

Именно недогоревшие мелкие частицы в прямоточной части факела образуют механический недожог в отличие от обычных топок, в которых потери q₄ связаны с неполным выгоранием крупных частиц топлива.

Испытания котла после реконструкции показали, что органи­зация низкотемпературного вихря в нижней части топки улуч­шила условия выгорания крупных частиц торфа. Кроме того, снижена температура в ядре горения и уменьшена неравномер­ность падающих и воспринятых экранами лучистых потоков. Этот опыт был распространен на котлы ТЭЦ-15 Ленэнерго, Кировской ТЭЦ-3 и Тюменской ТЭЦ.

Особенно большой объем исследовательских работ проведен на реконструированном котле БКЗ-210-140Ф Тюменской ТЭЦ. Основная цель реконструкции состояла в снижении шлакова­ния поверхностей нагрева. Попутно решались задачи упроще­ния эксплуатации (за счет отказа от размола топлива) и сниже­ния выбросов токсичных оксидов азота путем уменьшения максимальной температуры в топочной камере.

Первоначально на низкотемпературное вихревое сжигание был переведен котел № 11 (при этом мельницы были сохране­ны). Результаты реконструкции оказались обнадеживающими: если при прямоточном факеле кампания котла даже при наг­рузках 150 т/ч не превышала 500-700 ч, то после реконструкции длительность кампании между чистками пароперегревателя достигла 3000 ч даже при работе с нагрузками до 190 т/ч. Уда­лось, кроме того, снизить коэффициент избытка воздуха в топке.

При реконструкции котла № 12, осуществленной совместно с Барнаульским котельным заводом, на фронтовом экране выпол­нен аэродинамический выступ, в нижнем скате которого были установлены горелочные устройства, наклоненные к горизонту под углом в 45° (см. рис. 22). За счет перегиба труб фронтового экрана сужено устье холодной воронки, чтобы уменьшить поте­ри с провалом.

После этого котел с реконструированной топкой начал рабо­тать на немолотом торфе, качество которого заметно отлича­лось от торфа, сжигаемого на ленинградских электростанциях: повышенное содержание СаО (до 45%) и наличие оксидов ще­лочных металлов (К₂0 и Na₂0) создавали благоприятные усло­вия для шлакования поверхностей нагрева. Снижение темпера­туры на выходе из топки на 80-100°С практически устранило шлакование труб пароперегревателя. При увеличении доли первичного и вторичного воздуха (до 50 и 20% соответственно) снизились пульсации факела. Потери теплоты с уносом колеба­лись от 0,55 до 1,5% при коэффициентах избытка воздуха а_т = 1,15÷1,25 [31]. Основные технико-экономические показате­ли котла № 12 с низкотемпературным вихрем оказались лучше, чем соседних котлов (котел № 10 имел шахтно-мельничную топку с горелками МЭИ, а котел № 13 -мелющие вентиляторы с газовой сушкой топлива).

Важным достоинством топки с низкотемпературным вихрем оказалось также снижение концентрации оксидов азота в дымовых газах. Из-за высокого содержания азота в торфе (N^P = 1,6 ÷1,9%) концентрация NO_x за обычными  котлами БКЗ-210-140 составляла в среднем 800 мг/м³. На котле № 12 с топкой ЛПИ эта концентрация оказалась на 100-150 мг/м³ ниже.

Во всех перечисленных котлах с топкой ЛПИ успешно сжигал­ся фрезерный торф в течение нескольких лет, пока котлы не были переведены на природный газ в связи с решением сокра­тить (а впоследствии и вообще прекратить) использование торфа в качестве энергетического топлива.

4.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ВИХРЕВОЙ ТОПКИ < ЛПИ ДЛЯ СЖИГАНИЯ СЛАНЦА

Острой проблемой, возникающей при эксплуатации энергети­ческих котлов на прибалтийских сланцах, является шлакова­ние и загрязнение поверхностей нагрева. Ухудшение условий теплообмена вследствие загрязнений не только снижает эконо­мичность котлов, но также ограничивает их паропроизводительность и сокращает кампанию непрерывной работы. Так, напри­мер, котлы БКЗ-75-39 ф-сл работают с максимальной нагрузкой 65 т/ч вместо 75 т/ч, котлы ТП-17-180 т/ч, вместо 220 т/ч, котлы ТП-67-280 т/ч вместо 320 т/ч и котлы ТП-101 - 570 т/ч вместо 640 т/ч по проекту [32]. С учетом этого ЛПИ начал освоение низкотемпературного вихревого сжигания на котлах среднего давления БКЗ-75-39 ф-сл ТЭЦ Ахтме и ТЭЦ комбината "Сланцы".

Первый же опыт реконструкции типового котла показал, что замена прямоточного факела вихревым снижает максимальную температуру в ядре горения примерно до 1220°С без нарушения стабильности воспламенения. Максимальная нагрузка котла повысилась, но все же оставалась ниже расчетной.

Для дальнейшего снижения максимальной температуры решили увеличить теплоотвод из вихревой зоны путем установ­ки ширмовых поверхностей нагрева. На рис. 24 приведена схема размещения топочного ширмового пароперегревателя на котле БКЗ-75-39 ф-сл (станц. № 5) ТЭЦ Ахтме. Одновременно на этом котле угрубили помол с R₉₀ = 14*25% до R₉₀ = 50*60%. Горелки наклонили вниз под углом 45°, и в них за счет уменьшения сечения повысили выходную скорость до 15 м/с. Четыре ширмы, установленные с шагом 1350 мм, были первой ступенью паропе­регревателя, трубы этих ширм имели диаметр 32x5 мм и были выполнены из стали 12Х1МФ. Общая поверхность ширм состав­ляла 64 м², а температура пара в них повышалась с 250 до 300-340°С. Ширмы очищались 1 раз в сутки аппаратами водяной обмывки [32].

Исследования, проведенные ЛПИ и Таллиннским политехни­ческим институтом, показали, что на ширмовом пароперегре­вателе образуются в основном нестабилизировавшиеся сульфат­но-связанные отложения, легко отделяемые от труб при очистке и даже при изменении нагрузки. В результате тепловосприятие топочных ширм

Рис. 24. Котлы БКЗ-75-29ф-сл ТЭЦ Ахтме (а) и ТП-17 Прибалтийской ГРЭС (б) с низкотемпературной вихревой топкой и топочным ширмовым пароперегревате­лем [33]:

1 — сепаратор; 2 — горелка; 3 — топочный ширмовый пароперегреватель; 4 — сопла заднего дутья; 5 — фестон; 6 — конвективный пароперегреватель; 7 — встроенный жалюзийный золоуловитель; 8 — сопла нижнего дутья

при полной нагрузке котла составляло 68-70 кВт/м² в течение всего периода исследований (свыше 22 тыс.ч). Максимальный уровень температур в топке снизился до 1150-1180°С. Бесшлаковочную нагрузку котла удалось под­нять до номинальной (75 т/ч). Несмотря на наличие потерь теп­лоты с провалом , КПД котла составлял пример­но 89%, что на 1-1,5% выше, чем на соседних котлах с прямоточ­ным факелом [33].

Немаловажным достоинством котла с низкотемпературным вихрем явилось также снижение затрат металла и расхода электроэнергии на размол (на 20-25%) в связи с угрублением помола. Повысилась также взрывобезопасность пылесистем. Но главным достижением реконструкции было возрастание тепло­вой эффективности поверхностей нагрева из-за уменьшения их загрязнения.

Успешная работа котла № 5 на ТЭЦ Ахтме в течение несколь­ких лет позволила распространить полученный опыт на котлы высокого давления. На схему сжигания с низкотемпературным вихрем перевели котел ТП-17 (станц. № 13) на Прибалтийской ГРЭС. В топке этого котла установили шесть пароперегрева тельных ширм, поверхность которых составляла 300 м². Темпе­ратура пара на входе и на выходе из ширм, соответственно, 310 и 390°С.

Установка дополнительных поверхностей нагрева в зоне низкотемпературного вихря и угрубление помола топлива до R90= 80÷90% снизили максимальную температуру в топке до 1150-1200°С. Тепловая эффективность топочных экранов доста­точно высока и в результате температура газов на выходе из топки не превышала 830°С при нагрузке 190 т/ч. Несмотря на снижение температурного напора в конвективном пароперегре­вателе (его тепловосприятие не превышало 10 кВт/м2), во всем диапазоне нагрузок обеспечивался требуемый перегрев пара. Интенсивность золового загрязнения топки и пароперегревате­ля уменьшилась настолько, что скорость нарастания температу­ры газов за пароперегревателем не превышала 0,6°С/сут, не­смотря на отсутствие регулярной очистки поверхностей нагрева.

Трудности, которые наблюдались в первый период эксплуата­ции котла после реконструкции, были связаны с забиванием жалюзийного золоуловителя и с работой котельновспомогательного оборудования.

Опыт внедрения топки ЛПИ на ТЭЦ Ахтме и на Прибалтий­ской ГРЭС показал, что низкотемпературное сжигание сланца при многократной циркуляции крупных частиц и при насыще­нии топки двусветными поверхностями нагрева в значительной степени снимает проблемы, связанные с интенсивным шлако­ванием поверхностей нагрева сланцевых котлов.