Диссертация (Низкотемпературный вихревой метод защиты окружающей среды от вредных выбросов тепловых электростанций), страница 6

Конструкция горелочного устройства[203...209], размещение горелок в топочной камере [209...214], характер движения газов [215...218] оказывают самое существенное влияние на воспламенение угольной пыли. В отдельных случаях при неотлаженном топочномпроцессе может быть вынос из топки значительного количества невоспламенившегося топлива.Процесс воспламенения в пылеугольном факеле обеспечивается подсосом горячих газов из ядра факела. Это приводит к повышению температурыпоступающей пылевоздушной смеси. В некоторой мере влияет и излучениефакела. Прогревшиеся пылинки выделяют летучие; они, смешиваясь с газами, образуют горючую смесь, которая воспламеняется, что приводит к горению самих частиц [219...222].Организация устойчивого зажигания и стабилизации факела обеспечивается созданием оптимальных динамического, концентрационного и теплового режимов в зоне зажигания [223...228].

Выбор желательного местоположения, протяженности, интенсивности и полноты протекания процесса реагирования в зоне активного горения делается в зависимости от свойств сжигаемого топлива и его золы [169, 229...240], а также от возможного протеканиясопутствующих процессов [241...247]. Для этих целей используются следующие мероприятия: организация зажигания по развитому периметру сечения горелки и соответственно при большем периметре зажигания, приходящегося на единицу площади ее сечения, называемого удельным периметромзажигания; своевременное введение вторичного воздуха в процесс горенияпосле устойчивого зажигания факела.Интенсификация процесса догорания топлива, в особенности при сжигании слабореакционных топлив, организуется, в частности, путем вторичнойтурбулизации потока и повышения температуры в зоне дожигания.Однако по мере роста мощностей котельных установок и ухудшения характеристик топлива все отчетливее стали выявляться недостатки, присущиепрямоточному пылеугольному факелу: ухудшенные условия горения относительно крупных частиц топлива по сравнению с мелкими частицами; наличие24высокотемпературного ядра факела, в котором расплавляется зола, вследствие чего возникает опасность шлакования поверхностей нагрева котельнойустановки [176...178]; взрывоопасность установки при применении мелкоразмолотого в пыль топлива [61...63]; генерация в зоне ядра факела значительного количества оксидов азота [179...182].Иллюстрацией совершенствования технологии прямоточного факелаявляется создание котлов серии Е-500 [3, 248] с тангенциальным двухярусным расположением горелок для сжигания канско-ачинских углей (КАУ),рисунок 1.2.Рисунок 1.2 – Схема тангенциальнойпрямоточной топочной камеры котла кблоку 800 МВт для работы на угляхКанско-Ачинского бассейнаРисунок 1.3 – Кольцевая топочнаякамера Сибтехэнерго котлаЕ-820-13,8-560 БТ Ново-Иркутской ТЭЦ(D = 820 т/ч; рпп = 140 кгс/см2; tпп = 560 оС):1 – ввод аэросмеси и вторичного воздуха;2 – газоплотные экраны топки; 3 – горелки;4 – ввод газов рециркуляции1 – газоплотная восьмигранная призматическая топочная камера; 2 – внутренняя газоплотная экранная вставка; 3 – горелочныеустройства; 4 – сопла газов рециркуляции;5 – система ввода вторичного воздуха25Улучшенные (по сравнению с другими котлами, сжигающими КАУ)технико-экономические и экологические показатели котла Е-500 послужилиосновой для создания на тех же принципах организации топочного процессакотлов П-67 для блоков 800 МВт Березовской ГРЭС-1.

Эти работы позволилидостигнуть некоторого прогресса в пылеугольной технологии сжигания КАУ,но не решили проблемы в полном объеме. Основные ограничения в работекотла П-67 обусловлены следующими моментами:1) недостатком сушильной и размольной производительности мельницвентиляторов МВ-3300/800/490. При подаче углей ухудшенного качества этообстоятельство снижает нагрузку блока на 10…15 %;2) шлакованием поверхностей нагрева зоны активного горения при нагрузках близких к номинальной с образованием прочных шлаковых плит, сползающих по скатам холодной воронки и перекрывающих шлаковые комоды;3) низкой эффективности работы топочных и ширмовых поверхностейнагрева, из-за чего в процессе эксплуатации увеличивается температура газовперед пакетами конвективного пароперегревателя (КПП), которые выполнены в виде шахматных пучков и эффективно не очищаются.

В результате наних образуются золовые отложения, которые при температуре выше 700 ºСспекаются, образуя прочные перемычки в межтрубных пространствах.Следует отметить, что на котлах П-67 теплонапряжение топочной камеры составляет 55…60 кВт/м3, что в 2…2,5 раза меньше рекомендуемого [249]теплонапряжения для этого вида углей, что в конечном итоге привело к увеличению габаритов котла.Таким образом, повышение надежности и некоторое улучшение экологических показателей вышеуказанных котлов привело к значительному увеличению капитальных затрат на сооружение электростанции.

В настоящеевремя ОАО “СибВТИ” проводит комплекс работ по улучшению топочногопроцесса в котлах П-67, среди которых: организация схемы трехступенчатогосжигания топлива (5 ярусов горелок); введение рециркуляции через каналывторичного воздуха горелок; замена мельниц на более мощные; введениеэффективных методов очистки КПП.В ряду работ рассматриваемого направления более перспективным является создание принципиально новой конструкции котла с кольцевой тангенциальной пылеугольной топочной камерой.

Кольцевая топочная камера, посуществу, представляет дальнейшее развитие тангенциальных топок, отличительная особенностью которых  вихревой характер течения газов. Принципиальной особенностью конструкции котла с кольцевой топкой является26топочная камера, представляющая собой многогранную призму, внутри которой по всей ее высоте коаксиально установлена многогранная экранированная вставка.В 1996 году на Ново-Иркутской ТЭЦ был проведен пуск экспериментального котла Е-820-13,8-500БТ, разработанного ОАО “Сибтехэнерго” совместно с ОАО “Сибэнергомаш”.

Котел (рисунок 1.3) однокорпусной, однобарабанный с естественной циркуляцией, Т-образной компоновки, кольцеваятопочная камера имеет форму восьмигранника. Поперечные размеры внутренней и наружной камер (диаметры условно вписанных окружностей) составляют соответственно d1 = 9270 мм и d2 = 18540 мм (соотношение d1/d2 = 0,5).Горелки установлены тангенциально в три яруса лишь на шести наружных гранях топки, так как для данного котла была возможна установка только шести мельниц-вентиляторов. Для возможности регулирования положения факела в кольцевом сечении топки на котле установлены регулируемыегорелки, позволяющие в широких пределах изменять направление горелочной струи относительно внутреннего и наружного экранов топки.

На наружной части экранов (ниже аэродинамического выступа) расположены сопладля подачи низкотемпературных газов рециркуляции, с помощью которыхпроизводится “раскрутка” потока газов на выходе из топки перед переходными газоходами. Опытно-промышленный котел Е-820 установлен в котельном отделении, запроектированном ранее под котлоагрегат Е-500.

Ширинакотельной ячейки 60 м, глубина 45 м и высота 50 м, что на 20 м ниже аналогичного по тепловой мощности котла с технологией сжигания в прямоточномфакеле. Выполненные ОАО “Сибтехэнерго” и СКБ ВТИ проектноконструкторские проработки [250, 251] показали, что для крупных блоков500 и 800 МВт применение кольцевой топки позволяет снизить высоту котлоагрегата на 30…40 % и соответственно сократить стоимость и металлоемкость агрегата. Проведенные в 1998…1999 годах режимно-наладочные и балансовые испытания при сжигании азейского и ирша-бородинского бурыхуглей (Wtr = 19...27 %; Аr = 11...18 %; Qir = 3886...4198 ккал/кг) показали следующие результаты: котел обеспечивает проектные параметры пара в диапазоне нагрузок D = 480…900 т/ч (что составляет 60…110 % от номинальной); вдиапазоне нагрузок D = (0,6…1,0)Dном КПД котла составляет 92,3…93,8 %; вовсем диапазоне нагрузок отсутствует шлакование поверхностей нагрева; достигнуты сравнительно низкие уровни выбросов вредных веществ:NOx  370…410 мг/нм3; CO  20…70 мг/нм3; более высокая степень связывания SOx по сравнению с обычным котлом.27Полученные результаты и опыт эксплуатации в целом подтверждаютцелесообразность применения котлов с кольцевыми топочными устройствами для крупных ТЭС.1.4 Слоевое сжигание топлива.

Опыт кипящего слояи циркулирующего кипящего слояНаиболее перспективным направлением развития российской энергетики является освоение и разработка новых высокоэффективных технологийсжигания твердого топлива. Практически все развитые страны и крупныеэнергомашиностроительные фирмы мира ведут работы в этом направлении.Большинство новых технологий базируется на сжигании дробленого(груборазмолотого) топлива в условиях многократной циркуляции частиц ипониженной температуры в камере сгорания. Различаясь аэродинамическимии конструктивными особенностями реализации процессов, на этой концепции базируются: технологии кипящего слоя (КС), циркулирующего кипящегослоя (ЦКС), метод низкотемпературного вихревого (НТВ) сжигания.

Все указанные технологии успешно развиваются. Сохраняя главные принципы организации процесса, различные фирмы отрабатывают свои конструкции и схемы процессов.Одним из перспективных направлений является технология сжиганиятвердого топлива в кипящем слое (КС) [252...274]. Различают технологиисжигания со стационарным кипящим слоем (СКС) и циркулирующим кипящим слоем (ЦКС). Разработка и начало применения топок с СКС относится к20-м годам XX века.