Диссертация (Исследование сжигания эстонских сланцев с непроектными топливами), страница 11

4.9). В расчетных исследованиях совместного сжигания сланца с углемдоля последнего по теплу менялась от 10 до 90% во всем эксплуатационномдиапазоне котла.Таблица 4.9Характеристики бурого угляПараметрНизшая теплота сгорания нарабочую массу, МДж/кгВлажность, %Азот, %Углерод, %Сера, %Водород, %Кислород, %Зольность, %Выход летучих Vdaf, %Бурый уголь16.921.500.5843.440.403.2511.6019.2343.00Тепловые расчеты котла при совместном сжигании сланцев с пониженнойтеплотой сгорания и бурогоугля проводились с помощью созданнойматематической модели.

Коэффициенты загрязнения ε и тепловой эффективности73ψ поверхностей нагрева, коэффициент тепловой эффективности экранов топкиψэкр принимались в соответствии с адекватной моделью котла на сланце, какосновного топлива, и рекомендациями [70]. Параметр М, учитывающий характерраспределениятемпературыгазовповысотетопкиизависящийототносительного местоположения максимума температуры пламени, определялсяпо [70] и не менялся при изменении долей топлив по теплу, так как всерассматриваемые топлива относятся к высокореакционным.В расчетах регулирование температуры острого и промежуточного параобеспечивалось, как и в выше приведенных главах, работой ППТО и всемиимеющимися впрысками в тракт ВД, а также изменением избытков воздуха.

Приэтом аварийный впрыск в тракт НД в расчетах не учитывался, поскольку онпредназначен для защиты выходного пакета ШПП НД.Результаты тепловых расчетов приведены в табл. А.11-А.18 и на Рисунках4.10, 4.11 (для совместного сжигания сланца калорийностью 4,84 и 6,64 МДж/кг сбурым углем).Анализ результатов исследований работы котла при сжигании смеси сланцас бурым углем показал, что в целом требуемая температура перегретого пара500÷530°C по обоим трактам обеспечивается практически во всем диапазонеизменения доли угля по теплу (Рисунки 4.10, 4.11).При этом значения температуры перегрева имеют слабо экстремальнуюзависимость: - при малых долях углей (по теплу) минимальные значения температурперегрева наблюдаются при высоких нагрузках; - при больших долях углей (по теплу) минимальные значения температурперегрева наблюдаются при низких нагрузках.Первое объясняется тем, что при малой доле угля уровень температурпродуктов сгорания относительно невелик из-за низкой теплоты сгорания смеси.Со снижением нагрузки количество теплоты, необходимой для перегрева пара,снижается и в результате температура перегрева пара растет.Рисунок 4.10.

Рабочие характеристики котла при сжигании сланца калорийностью4,84 МДж/кг с бурым углем в зависимости от доли угля (по теплу)74Рисунок 4.11. Рабочие характеристики котла при сжигании сланца калорийностью6,64 МДж/кг с бурым углем в зависимости от доли угля (по теплу)7576При долях угля по теплу близких к 100% минимальные значениятемпературы перегретого пара объясняются более глубоким охлаждениемпродуктов сгорания в топке при низких нагрузках из-за их малого объема и,соответственно, относительно низких температур газов в соединительномгазоходе и опускной шахте.

Кроме того из-за снижения расхода продуктовсгорания уменьшается конвективная составляющая теплообмена.Рост доли угля (по теплу), как более калорийного топлива, вызываетувеличение адиабатной температуры горения и температур продуктов сгораниядалее по газовому тракту, где установлены пароперегреватели.

В связи с этимнесколько возрастает тепловосприятие пароперегревателей в соединительномгазоходе (табл. 4.10).Таблица 4.10Приращение энтальпии рабочего тела в пароперегревательных поверхностяхкотла ТП-101 на номинальной нагрузке при сжигании разных топлив, кДж/кгТопливоАдекватная модель насланце 6,92 МДж/кгСланец 6,64 МДж/кгСланец 4,84 МДж/кгСланец 6,64 МДж/кг(55%) + БУ (45%)Сланец 6,64 МДж/кг(45%) + БУ (55%)Сланец 4,84 МДж/кг(40%) + БУ (60%)Сланец 4,84 МДж/кг(30%) + БУ (70%)НРППШПП ШПП ШПП ШПП ШПП ШПП ШПП ШППIIIIIIIVVVIНД I НД II255,37 80,3852,3548,3047,29 143,40 156,98 291,85 152,43232,91 71,10191,54 70,7446,6546,3443,7243,8142,87 135,01 143,73 282,96 143,3943,00 141,76 154,64 283,46 146,44259,66 82,7354,0949,4948,43 143,57 153,01 300,39 153,92272,11 84,2855,1150,1149,02 142,51 152,46 297,84 153,25262,67 84,3155,0050,2749,18 145,83 154,57 303,52 155,41279,76 86,3556,3651,0749,95 144,05 153,92 297,97 153,51В итоге, начиная с определенных долей угля (по теплу) на нагрузкахблизких к максимальным, температура газов на выходе из топки и передповоротной камерой будет превышать значения 1100°C и 1000°C соответственно.Это неприемлемо с позиции шлакования поверхностей нагрева.

Предельныезначения долей бурого угля на номинальной нагрузке составили при сжигании77совместно со сланцем с теплотой сгорания 4,84 МДж/кг – 50%, со сланцем степлотой сгорания 6,64 МДж/кг – 40% (Рисунки 4.10, 4.11).Одновременно с этим из-за роста адиабатной температуры тепловосприятиеэкранных поверхностей топки увеличивается. Это приводит к увеличениютемпературы пара на выходе из настенного радиационного пароперегревателя(НРПП), установленного на фронтовой стене топочной камеры. Также снижаетсямассовое паросодержание среды на выходе из экономайзера x вэ (Рисунки 4.12,4.13), что повышает надежность работы экономайзера и узла ввода среды вбарабан.

Согласно критериям, описанным в главе 3 настоящей работы,допустимым является значение xвэ не более 25%. Оно достигается намаксимальной нагрузке при сжигании сланца калорийностью 4,84 МДж/кг придоле бурого (по теплу) от 60%, и при сжигании сланца с теплотой сгоранияМассовое паросодержание среды навыходе из экономайзера, %6,64 МДж/кг – от 50%.50403020100-10-20-30-400102030405060708090Доля дополнительного топлива по теплу, %Dвд = 130 т/чDвд = 217 т/чDвд = 292 т/чDвд = 320 т/чРисунок 4.12.

Массовое паросодержание среды на выходе из экономайзера наразных нагрузках при совместном сжигании сланца калорийностью 4,84 МДж/кг сбурым углем в зависимости от доли угля (по теплу)78Степень кипения на выходе изэкономайзера, %403020100-10-20-30-400102030405060708090Доля дополнительного топлива по теплу, %Dвд = 130 т/чDвд = 217 т/чDвд = 292 т/чDвд = 320 т/чРисунок 4.13. Массовое паросодержание среды на выходе из экономайзера наразных нагрузках при совместном сжигании сланца калорийностью 6,64 МДж/кг сбурым углем в зависимости от доли угля (по теплу)Расчетнаязависимостьтемпературыпродуктовсгоранияпередэкономайзером от доли угля имеет экстремальный вид.

Это связано с тем, что сувеличением доли угля с одной стороны растет уровень температур газов, а сдругой стороны при этом снижается расход продуктов сгорания. В связи с этимтемпература газов перед экономайзером вначале увеличивается с ростом долиугля, а затем снижается. Важно отметить, что предельное значение 800°C,определенное по условию предотвращенияшлакования, ниприодномсоотношении топлив и ни при каких нагрузках не превышается.Далее по газовому тракту температура продуктов сгорания снижается сувеличением доли угля (Рисунки 4.10, 4.11). Это связано как с уменьшениемрасхода газов, так и с более глубоким их охлаждением в предыдущихповерхностях нагрева.

В итоге имеет место значительное снижение температуры79уходящих газов до 185÷187°C при номинальной нагрузке. Из-за этого снижаютсяпотери с уходящими газами, что приводит к росту КПД котла более чем на 7%.По этой же причине с ростом доли угля по теплу снижается температурагорячего воздуха на 20÷50°C (в большей степени на минимальных нагрузках) исоставляет 272÷274°C на минимальной нагрузке. Это обстоятельство можетсоздать проблему с точки зрения воспламенения угля, так как согласно [70]температура горячего воздуха для бурого угля должна быть не менее 350°C. В тоже время для сланца по [70] рекомендованная температура горячего воздухасоставляет 250÷300°C и, учитывая большой выход летучих у сланца, это можетсоздать температурные условия в топке, достаточные для устойчивоговоспламенения угля.Анализ работы мельниц показывает, что при сжигании смеси сланца степлотой сгорания 6,64 МДж/кг и бурого угля ограничений по работе мельницнет.

Однако при совместном сжигании сланца с теплотой сгорания 4,84 МДж/кг сбурым углем на работу мельниц накладываются существенные ограничения, таккак в связи с низкой теплотворной способностью сланца значительноувеличивается расход топлива на котел. Поэтому на номинальной нагрузке котласушильно-мельничная система может обеспечить необходимую размольнуюпроизводительность только при доле бурого угля (по теплу) от 60%.На работу тягодутьевых машин также накладываются ограничения из-запревышения их максимально возможной производительности.

Рост нагрузкикотла ведет к увеличению расхода продуктов сгорания и воздуха. Поэтому прималых долях угля по теплу и высоких нагрузках котла тягодутьевые машины несмогут обеспечить требуемые расходы сред. При сжигании сланца с теплотойсгорания 6,64 МДж/кг с углем нормальная работа ТДМ обеспечивается прилюбом соотношении топлив до нагрузки около 220 т/ч, а во всем диапазоненагрузок котла нормальная работа тягодутьевых машин возможна лишь при долеугля от 40% и более.Аналогичная ситуация наблюдается при использовании сланца с теплотойсгорания 4,84 МДж/кг. Нормальная работа ТДМ при любом соотношении данного80сланца и угля возможна только на минимальной нагрузке. Во всем диапазоненагрузок котла нормальная работа тягодутьевых машин возможна при доле угляпо теплу только от 50% и более.Совместноесжиганиесланцевпониженнойкалорийностиирассматриваемого угля в целом снижает затраты на собственные нужды иабразивный износ поверхностей нагрева.

Это происходит из-за сниженияконцентрации золовых частиц, объёма продуктов сгорания и, соответственно,скорости газов в газоходах котла.Расчеты показали, что на минимальной нагрузке 130 т/ч возможнанормальная работа котла на сланце с наибольшим диапазоном долей угля от 0 до80% (по теплу). При увеличении доли угля (по теплу) на данной нагрузке вышеуказанных значений температуры перегрева пара ВД и НД становятся нижедопустимого уровня 500°С (Рисунки 4.10, 4.11).При увеличении нагрузки котла ограничивающими факторами приопределении минимально возможной доли угля (по теплу) являются следующиепоказатели: температурапаранавыходеизпятойитретьейступенипароперегревателя высокого давления по условию надежной работы труб данныхи следующих поверхностей пароперегревателя; расходы воздуха на горение и продуктов сгорания за котлом по условиюмаксимальновозможнойпроизводительностидутьевыхвентиляторовидымососов; температура перегрева пара ВД и НД; максимально возможная размольная производительность по нагрузкемельниц; массовое паросодержание на выходе из экономайзера по условию егонадежной работы xвэ ≤ 25%.Максимально возможную долю угля ограничивают факторы: температура перегрева пара ВД и НД;81 температура продуктов сгорания на выходе из топки и в поворотнойкамере по условию отсутствия шлакования.Учитываявышеперечисленныеограничения,былиопределеныминимальная и максимальная доли бурого угля (по теплу), при которых возможнанадежная и эффективная работа котла и котельной установки в максимальнобольшом диапазоне нагрузок (табл.