Сжигание высокореакционных углей в топочной камере котла ТПП-312А с прямоточно-лопаточными горелками
Применение прямоточно-лопаточных горелок позволяет повысить коэффициент полезного действия (нетто) котла, снизить металло- и трудозатраты на изготовление и ремонт горелок, а также уменьшить концентрацию окислов азота в дымовых газах.
Экономия топлива только за счет уменьшения его удельного расхода на выработку электроэнергии для одного котла паро-производительностью 950 т/ч составляет около 3200 т у. т. в год.
В эксплуатации находится серия одно-корпусных котлов ТПП-312А с одноярусным встречным расположением восьми вихревых улиточно-лопаточных горелок тепловой мощностью 100 МВт, которые работают надежно и экономично. Однако по-прежнему остаются актуальными требования, связанные со снижением металло- и трудозатрат на изготовление энергетического оборудования, уменьшением удельного расхода топлива на выработку электроэнергии и увеличением надежности работы котлов. Наиболее остро стоит проблема охраны окружающей среды от вредных выбросов.
Целью настоящей статьи являлась разработка новых конструкций горелочных устройств для сжигания высокореакционных углей, отвечающих перечисленным требованиям, а также опытно-промышленная проверка этих горелок на котле ТПП-312 А.
Ранее проведенные исследования в топочной камере котла ТПП-312А, оборудованной улиточно-лопаточными горелками, показали возможность уменьшения их степени крутки при сжигании высокореакционных углей типа донецких газовых. При этом признано целесообразным снижение путем замены улиточного аппарата на прямоточный ввод пылевоздушной смеси.
При проектировании прямоточно-лопаточных горелок уменьшен диаметр амбразуры с 1720 до 1600 мм, что связано с завышением расчетного коэффициента избытка воздуха в топке котла ТПП-312А с проектными горелками и, соответственно, выходного сечения каналов вторичного воздуха. Для поддержания оптимального соотношения скоростей ш2/ ю>1 на действующих котлах приходилось уменьшать сечение прикрытием шиберов даже иа номинальной нагрузке. Это осложняло условия ведения топочного режима, особенно при пониженных нагрузках котла.
Одновременно изменен подвод горячего воздуха к форсунке при сжигании мазута. При работе котла с проектными улиточно-лопаточными горелками воздух в центральный канал подводится из общего короба через воздуховод сечением 300 X 400 мм и длиной 3 ... 5 м. Языковым шибером, установленным в тракте, регулировался расход воздуха при сжигании мазута. Подвод воздуха в прямоточно-лопаточных горелках осуществлен непосредственно из внутреннего короба вторичного воздуха через трубу диаметром 273 мм и длиной 1,5 ... 2 м (см. рис. 1, поз. 9). Эти изменения позволили значительно упростить конструкцию горелок и технологию их изготовления, а также уменьшить затраты на ремонт.
Следует отметить, что после ~5000 ч работы прямоточно-лопаточных горелок был обнаружен износ трубы сушильного агента в месте пересечения ее потоком пылевоздушной смеси. Для повышения срока службы этого узла принято решение: изменить его конструкцию и защитить износостойкой броней.
Основные расчетные характеристики прямоточно-лопаточных горелок тепловой мощностью 100 МВт
Скорость на выходе из горелки, м/с:
пылевоздушной смеси ............................... 26
вторичного воздуха ы)г............................. 40
сушильного агента до (через дополнительный канал) .................................... 26
Коэффициент избытка воздуха в горелках . . 1.05 — 1,10
Параметр крутки струи:
пылевоздушной смеси ............................... 0
вторичного воздуха при |3Л = 45 °:
наружного канала п ............................... 3,06
ВН О I ,
внутреннего канала .............................. 2.11
сушильного агента пс.............................. 0
суммарной (горелки) пг............................ 1,33
Коэффициент гидравлического сопротивления тракта:
пылевоздушной смеси....................... 1,2—1,5
вторичного воздуха, наружного канала 3,2
то же, внутреннего канала ...................... 2,5
сушильного агента %с........................ 1.0—1,5
Разработанные прямоточно-лопаточные горелки были установлены на котле ТПП-312А для опытно-промышленной их проверки.
Однокорпусный котел ТПП-312А (паро-производительность 264 кг/с, давление пара 25 МПа, температура перегретого пара 565/570 °С) предназначен для сжигания донецких газовых углей (ГСШ) в режиме жидкого шлакоудаления.
Призматическая топочная камера прямоугольного сечения рассчитана на тепло-напряжение объема ду = = 0,15 МВт/м3 и сечения ц? — 5,2 МВт/м2. На фронтовой и задней стенах встречно в один ярус расположены по четыре вихревые прямоточно-лопаточные горелки. Транспортировка пыли к ним производится сушильным агентом — смесью горячего воздуха и дымовых газов, отбираемых после экономайзера. Часть сушильного агента из мельничного вентилятора сбрасывается в топку через дополнительные каналы основных горелок, расположенные между каналами пылевоздушной смеси и центральным каналом. Схема подачи сушильного агента в топку котла ТПП-312А приводится в работе. Основные конструктивные характеристики топочной камеры котла ТПП-312А Размеры топочной камеры, мм:
ширина........................................17 320
глубина....................................... 8 660
высота....................................... 33 500 Расстояние, мм:
от осей крайних горелок до примыкающих стен 5СТ 2 940
по горизонтали между осями горелок 5Г............. 3 960
от осн горелок до начала ската шлакового пода 2 800
Диаметр амбразуры горелки мм......................... 1 600 Безразмерные компоновочные характеристики:
5 ст/°* 1-84
5г/Оа.................................................2,48
°тп^а ................................................*.«>
Аг/Да ............................................... 1.75
Описание, конструктивные особенности, результаты исследования топочной камеры с проектными улиточно-лопаточными горелками приведены в работе [1]. Исследование и обработка опытных данных проводилась по общепринятой методике [3, 4].
Основные режимные параметры, качественные характеристики топлива и золы Тепловое напряжение топочного объема цу,
МВт/м* ......................................... 0,0745—0,144
Нагрузка котла Ьк, т/ч......................... 4 60 — 960
Коэффициент избытка воздуха:
в топке ат.....................................1,09—1,24
в горелках ар.............................. 1,04 — 1,16
Доля присосанного воздуха в топке Дат. . . 0,05 — 0,08
Остаток пыли на снте %...................21,5 — 25,0
Скорости на выходе из горелки, м/с:
пылевоздушной смесн .........................21,3 — 27,5
вторичного воздуха ьо2 ..................... 30,1 —38,2
сушильного агента (через дополнительный
канал) ьос................................. 11.0 — 24,3
Количество (доля) воздуха:
первичного (пылевоздушной смеси) 0,2 —0,3
вторичного ё2................................ 0,6 — 0.7
сушильного (через дополнительный канал) 0,02 — 0.08
Температура, °С:
горячего (вторичного) воздуха ?гв............ 259 — 390
сушильного агента 74> .................. 55 — 90
Теплота сгорания топлива, (2^, МДж/кг.......... 18.2 — 24,3
Выход летучих Уг, %........................... 4 0.5 — 4 5.7
Зольность Лр , %............................... 17.4 — 34,3
Содержание влагн И^Р, %....................... 7 Л —12,8
Содержание в топливе, %:
углерода СР................................. 49,9 — 58,6
водорода НР.................................. 3.3 —4,2
серы 5Р.................................... 1 ,4 — 3,8
азота ыР..................................... 1,2 — 1,4
Температура плавления золы, °С:
начало деформации ^........................ 1320— 1400
начало размягчения .......................... 1355— 1430
жидкоплавкого состояния ................... 13 70- 1-150
Расчетные характеристики донецких газовых углей следующие:
= 21 МДж/кг; Уг - 40 %; Ар = 23 %;
т = 11 %.
Опыты проводились при значении коэффициента неравномерности распределения избытков воздуха по горелкам хг^0,2, который не оказывает заметного влияния на суммарные показатели работы топочной камеры [5] и допускается отраслевым стандартом.
При номинальной нагрузке котла Г>н или близкой к ней вторичный воздух вводился в топку через полностью открытые каналы горелки. По мере снижения нагрузки регулировка расхода вторичного воздуха на каждую горелку производилась постепенным закрытием наружного канала, который перекрывался почти полностью (небольшое количество воздуха подавалось для охлаждения труб) при Бк ~ 0,5 В диапазоне изменения режимных параметров и качества угля, которые имели место в период опытно-промышленной эксплуатации котла ТПП-312А, топочная камера работает устойчиво с надежным выходом жидкого шлака.
Минимальная устойчивая нагрузка котла без нарушения режима жидкого шлакоудаления составляет 0,45 ... 0,5ЛВ период проведения опытов с минимальными нагрузками сжигалось топливо со следующими характеристиками:
фР = 21,5 -г- 22,0 МДж/кг;
уг = 41 -т- 41,9 %; ЛР = 20,2 -т- 26,1 %; № =
= 7,3 ч- 9,9 %.
Коэффициент шлакоулавливания определялся при нагрузке, близкой к номинальной, и составил примерно 20 %. Сепарация и отложение пыли на поду, а также шлакование горелок отсутствуют. Ошипованный пояс и состояние горелок удовлетворительное.
Полученные зависимости (рис. 3) показывают, что при хг ^ 0,2 оптимальных режимных параметрах (ат = 1,14-н 1,16; /ы)1= 1,4-г 1,6) и диапазоне изменения нагрузки топочной камеры от 0,128 до 0,147 МВт/м3 потери тепла составляют: с уходящими газами — 6,5 ч- 6,8%; с химическим недожогом <7з=0%; с механическим недожогом = 0 -г- 0,2 %; в окружающую среду— 0,3 %; со шлаком <7в == 0,25 4- 0,30 %. В диапазоне изменения теплового напряжения топочного объема Цу = 0,074-г--т- 0,147 МВт/м3 и избытка воздуха Т = 1,09 ч- 1,24 коэффициент полезного действия котла (брутто) равен 92,1 ... 93,0 (см. рис. 3), что на 1,45 ... 2,25 % выше расчетного значения.
Следует отметить, что в эксплуатационных условиях, когда качество сжигаемого топлива незначительно отличалось от расчетного, т]^ также превышал проектную величину примерно на 1,4 % и достигал 92 %. При этом за счет уменьшения расхода электроэнергии на собственные нужды (из-за снижения сопротивления тракта пылевоздушной смеси на 40... 50 мм) коэффициент полезного действия котла (нетто) повысился примерно на 0,4%.
