Диссертация (Исследование сжигания эстонских сланцев с непроектными топливами), страница 13

Этот вариант будет характеризовать режимы работы котла впоследующийпериодвременипослезавершенияпроцессачастичнойсамоочистки поверхностей нагрева.Вариант 3 – значение коэффициента тепловой эффективности экрпринималось равным для газообразного топлива РГ = 0,65; этот вариант будетхарактеризовать работу «чистого» котла в случае теоретически полной очисткиповерхностей нагрева от загрязнений, появившихся при сжигании сланца.Очевидно, что варианты 1 и 3 являются предельными случаями и их задачазаключается в том, чтобы показать весь диапазон изменения возможных режимовработы котла в случае его перевода со сжигания сланца на сжигание88полукоксового газа. Более представительными для рассматриваемого случаяпереводакотланаполуококсовыйгазявляютсярезультатырасчетов,выполненные для варианта 2.Результаты тепловых расчетов приведены в табл.

А.19 и А.20. Во всехвариантах регулирование температуры пара ВД и НД проводилось с помощьюрегулируемого ППТО, трех впрысков в тракт ВД, изменением избытков воздуха.При этом аварийный впрыск в тракт НД в расчетах принимался равным нулю,поскольку он предназначен не столько для регулирования температурыпромперегрева, сколько для защиты выходного пакета ШПП НД.Как видно из результатов тепловых расчетов при переходе на сжиганиеполукоксовогогазавкачествеединственноготопливапроисходит рядпринципиальных изменений в работе котла (Рисунок 5.1). Поскольку дляснижения эмиссии термических оксидов азота предполагается использоватьрециркуляцию дымовых газов, то тепловые расчеты котла (по варианту 2)выполнены также с учетом подачи газов рециркуляции в размере 20%.Так при переходе на сжигание полукоксового газа при одинаковых илиблизких избытках воздуха заметно снижаются расходы воздуха, организованноподаваемого в топку, и соответственно расходы продуктов сгорания в газовомтракте котла.

Из-за существенно большей калорийности полукоксового газа(49,8 МДж/м3 по сравнению 4,84 и 6,64 МДж/кг для сланцев) существенноувеличивается адиабатная температура горения и температура газов на выходе изтопки. Последнее распространяется на «грязный» котел (вариант 1) и котел счастичной самоочисткой загрязнений (вариант 2). В случае «чистого» котла(вариант 3) в силу повышенного тепловосприятия экранов топки (РГ = 0,65)наоборот температура продуктов сгорания на выходе из топки будет меньше, чемпри сжигании сланцев (см. табл.

А.1 для адекватной модели и табл. А.19).Рисунок 5.1. Рабочие характеристики котла при сжигании полукоксового газав зависимости от паропроизводительности (вариант 2)8990Увеличениетепловосприятияиспарительныхповерхностейнагревавызывает снижение массового паросодержания среды на выходе из последнейступени экономайзера. В результате этого экономайзер перестает быть«кипящим» во всем диапазоне рабочих нагрузок от 130 до 320 т/ч для всех трехвариантов (Рисунок 5.2).

Недогрев воды на выходе из экономайзера составляет отнескольких до десятков градусов в зависимости от нагрузки (бóльший недогревМассовое паросодержание среды навыходе из экономайзера, %на меньших нагрузках).0-5-10-15-20-25-30-35130,0217,0292,0320,0Паропроизводительность котла, т/чвариант 1вариант 2вариант 3вариант 2 с рец. r = 20 %Рисунок 5.2. Массовое паросодержание среды на выходе из экономайзера наразных нагрузках при сжигании полукоксового газаВитогепроисходитизменениесоотношенийрадиационногоиконвективного теплообмена в пароперегревательных поверхностях нагрева,выражающеесявувеличениитепловосприятиярадиационныхиполурадиационных поверхностей нагрева в топочной камере и горизонтальномгазоходе и снижении тепловосприятия конвективных поверхностей нагрева впоследующих опускных и подъемном газоходах (табл. 5.1).91Таблица 5.1Приращение 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/кгПолукоксовый газ(вариант 2)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 70,7446,6546,3443,7243,8142,87 135,01 143,73 282,96 143,3943,00 141,76 154,64 283,46 146,44391,91 106,21 78,3558,5657,15 108,63 121,19 199,82 105,56В свою очередь температуры газов перед конвективными поверхностяминагрева (ВЭ и ТВП) стали ниже по сравнению с режимами сжигания сланца, чтопривело к уменьшению температурных напоров в этих поверхностях исоответственно их тепловосприятия.

Вследствие этого снижается температурагорячего воздуха, значение которой не превышает 292C (Рисунок 5.1). Однакоэти значения достаточны в случае сжигания полукоксового газа для егостабильного воспламенения.В то же время во всем диапазоне нагрузок 130÷320 т/ч за счетрегулирования избытками воздуха (увеличивая их вплоть до  = 1,91 наминимальных нагрузках) принципиально возможно обеспечить перегрев пара ВДи НД более 500С (Рисунок 5.1) как в начальный период после перехода насжигание полукоксового газа («грязный» котел, вариант 1), так и в процессе егодальнейшей длительной эксплуатации (вариант 2).

КПД котла на этих режимахвыше, чем при сжигании сланца и составляет 85,8÷89,5%.Однако в процессе длительной эксплуатации в результате самоочисткиповерхностей нагрева от загрязнений и дальнейшего перераспределения долейрадиационного и конвективного теплообмена область нормальной работы котла стребуемыми характеристиками (см. главу 3) будет постепенно сужаться.

Впределе, если в процессе эксплуатации котла произойдет практически полнаясамоочистка поверхностей нагрева от сланцевых загрязнений (вариант 3,«чистый» котел), то температуру перегрева острого пара удастся обеспечить92только при нагрузках котла ниже 220 т/ч, а температура вторичного пара не будетобеспечена во всем рабочем диапазоне нагрузок от 130 до 320 т/ч.Это объясняется тем, что при более загрязненных поверхностях нагреватемпературы газов в газоходах котла возрастают по сравнению с «чистыми»,обеспечивая больший температурный напор в конвективных поверхностяхнагрева.Следовательно, номинальные параметры пара ВД и НД при переводе котлаТП-101 на сжигание полукоксового газа могут быть обеспечены во всем рабочемдиапазоне нагрузок котла от 130 до 320 т/ч за счет существенного увеличенияизбытков воздуха на малых нагрузках (вплоть до  = 1,91) для обеспеченияконвективной составляющей в пароперегревателях (Рисунок 5.1).

При этомтемпература уходящих газов снижается до 166÷170С, т.е. на 30÷35С посравнению с режимами сжигания сланца на максимальных нагрузках и примернона 10÷20С – на минимальных нагрузках. В результате этого, а также из-зауменьшения количества выбрасываемых в атмосферу уходящих газов, КПД котлавырастает до 89,33%, т. е. на 5,9% по сравнению с текущими режимами сжиганиясланца (при 20%-ной подаче газов рециркуляции соответственно до 88,82% илина 5,39%).

Кроме того снижаются потери на собственные нужды в связи сотключениемсушильно-мельничнойсистемы,существеннымснижениемсопротивления газового тракта (см. табл. А.19) и др.Одним из негативных моментов перехода на сжигание полукоксового газаявляется увеличение интенсивности низкотемпературной коррозии холоднойчасти ТВП из-за его повышенной сернистости. Выполненная в соответствии с [82]оценка показывает, что температура конденсации паров, в результате чегообразуется серная кислота, будет существенно превышать температуру стенкихолодного пакета ТВП. В связи с этим необходимо предусмотреть мероприятия,снижающие вероятность низкотемпературной коррозии.Оценка экологических показателей работы котла при сжиганииполукоксового газа.

Расчетные оценки концентрации оксидов азота в продуктах93сгорания при сжигании полукоксового газа производилось по методике,изложенной в СО 153-34.02.304-2003 «Методические указания по расчетувыбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов тепловых электростанций»[78]. Так как при сжигании полукоксового газа образуются «термические» оксидыазота, то расчетные оценки проводились для нагрузок 320 и 292 т/ч, для которыхбудет наблюдаться их максимальная эмиссия.При оценке учитывалось, что значительное влияние на образование оксидовазота будет оказывать степень загрязнения топочных экранов.

В связи с этимрасчеты выполнялись для трех вариантов: «грязного» котла (вариант 1, экр =0,33), после частичной самоочистки (вариант 2, экр = 0,49) и «чистого» котла(вариант 3, экр = 0,65). Проведенные расчеты (табл. 5.2) показали, что безиспользования природоохранных мероприятий концентрация оксидов азота длявсех значений экр существенно превышает требуемое значение 200 мг/м3(табл. 5.2, варианты 1, 4, 7, 10, 13, 16).Таблица 5.2Результаты оценки выбросов вредных веществ при сжигании полукоксового газаПараметрПаропроизводительностькотла D, т/чКоэффициент тепловойэффективности экрановтопки экрРасход полукоксовогогаза Вг, нм3/сТемпература горячеговоздуха tГВ, °CДоля рециркуляции RТемпература газоврециркуляции tГР, °CКоэффициент избыткавоздуха в газахрециркуляции αГРДоля воздуха,подаваемого во вторуюступеньКонцентрация NOX (приО2=3%), мг/м312Номер варианта экологических расчетов34567893200,650,490,335,403 5,545 5,545 5,481 5,588 5,5885,566 5,696 5,696280,4 304,1 304,1 285,1 308,3 308,3291,3 315,5 315,5020200202002020-364,3 364,3-369,6 369,6-378,7 378,7-1,405 1,405-1,405 1,405-1,405 1,40500250025002536518512061532019596050530094Продолжение таблицы 5.2Параметр10Паропроизводительностькотла D, т/чКоэффициент тепловойэффективности экрановтопки экрРасход полукоксовогогаза Вг, нм3/сТемпература горячеговоздуха tГВ, °CДоля рециркуляции RТемпература газоврециркуляции tГР, °CКоэффициент избыткавоздуха в газахрециркуляции αГРДоля воздуха,подаваемого во вторуюступеньКонцентрация NOX (приО2=3%), мг/м311Номер варианта экологических расчетов121314151617182920,650,490,335,103 5,224 5,224 5,1865,255,255,217 5,327 5,327278,3 303,7 303,7 283,7308308289,1 315,3 315,3020200368368-377,2 377,2-1,405 1,40502020-362,8 362,8--1,405 1,405-1,405 1,4052020002500250025360185115610315190945490295Для снижения выбросов оксидов азота наиболее рационально использоватьрециркуляцию продуктов сгорания, отбираемых перед ТВП, в воздухопроводгорячего воздуха перед горелками.