Диссертация (1143428), страница 44

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 44)

№ 9 Кировской ТЭЦ-4 до технического перевооружения непревышают нормативных, а выбросы оксидов азота существенно превышаютТаблица 4.14 – Расчётные характеристики природного газаСостав топливаметан CH4этан C2H6пропан C3H8углекислый газ CO2азот N2кислород O2Бутан C4H10Удельная теплота сгорания на сухую массу (низшая), ккал/нм3Величина98,820,180,040,10,8100,057991,82нормативные (при сжигании твердых топлив от 700 до 1500 мг/нм3, при работе на газе  300…370 мг/нм3).

Поэтому одним из основных требований крезультатам работ, наряду с ликвидацией имевшихся ограничений, былообеспечение требований природоохранного законодательства по выбросамоксидов азота при сжигании трех видов топлива (каменный уголь, торф иприродный газ), что потребовало на стадии проектирования котла проведения модельных исследований их генерации и преобразования в низкотемпературном вихревом топочном процессе.4.3.3 Моделирование топочного процесса в низкотемпературнойвихревой топке котла БКЗ-210-9,8-13,8 ст.

№ 9 Кировской ТЭЦ-4и результаты расчетного анализаМодель котла БКЗ-210-13,8 (НТВ) ст. № 9 Кировской ТЭЦ-4 с низкотемпературной вихревой топкой (рисунок 4.49) учитывает заложенныепроектные решения и дает возможность их изменения для оптимизации конструктивных характеристик и режимных параметров работы.Модель топочного процесса основана на диффузионно-кинетическойтеории горения, учитывает генерацию и преобразование газообразных загрязнителей [565, 566], имеет возможность изменения качественных (вид исостав твердого топлива, его помол и пр.) и количественных (расход топлива,скорости горелочного воздуха, воздухов нижнего и третичного дутья и пр.)255характеристик процесса и позволяет проводить количественные оценкивыбросов газообразных загрязнителей  оксидов азота и серы.Рисунок 4.49 – Модель котла БКЗ-210-13,8 Кировской ТЭЦ-4с низкотемпературной вихревой топкойНормативные показатели по выбросам оксидов азота при сжигании природного газа были гарантированы производителем газомазутных горелокГМПВ-45.

Расчеты процесса горения в НТВ-топке котла БКЗ-210-13,8 Кировской ТЭЦ-4 проведены для кузнецкого угля и фрезерного торфа, характеристики которых принимались средними по данным таблицы 4.13. Размеры256топливных частиц, их число на 1 кг расчетного топлива, масса в пределахкаждой фракции и площадь начальной поверхности реагирования находились путем обработки гранулометрических характеристик (рисунок 4.50) исходных топлив: кузнецкого угля (R100 = 30 %, R500 = 1 %), фрезерного торфа(R100 = 50 %, R1000 = 15 %); они представлены на рисунках 4.51 и 4.52. Расчетный размер самой мелкой частицы кузнецкого угля составил min=40,6 мкм,самой крупной частицы  max = 780 мкм, а для фрезерного торфа соответственно min = 380 мкм и max = 7,6 мм.а)б)Рисунок 4.50 – Гранулометрические характеристики топливанизкотемпературного вихревого котла БКЗ-210-13,8 Кировской ТЭЦ-4в логарифмических координатах:а – для кузнецкого каменного угля (R100 = 30 %, R500 = 1 %);б – для фрезерного торфа (R100 = 50 %, R1000 = 15 %)Анализ гранулометрических характеристик проектных топлив показал,что для кузнецкого угля, ввиду его низкой реакционной способности, предусматривается к сжиганию тонкая пыль с равномерным помолом: показательполидисперсности n составляет 0,834, а коэффициент b, характеризующийтонкость помола, равен 0,026.В случае сжигания высокореакционного фрезерного торфа, обеспечивается грубый помол топлива (n = 0,437; b = 0,093), который пылью не является.Для проведения расчетов топочная камера разбивалась на элементарныеячейки (рисунок 4.53), в узловых точках которых находились векторы скорости газовоздушных потоков (рисунок 4.54).

Полученная расчетная аэродинамическая картина течений (рисунок 4.55) использовалась для нахождения траекторий движения (рисунок 4.56) и расчетов выгорания реагирующих топливных частиц (рисунок 4.57) с одновременным определением результирую-257а)Остаток на сите, %1007550250090180270360450540630720810900Размер частиц, мкмб)в)4102 10Число частиц фракцииСредний размер частиц, м8 1046 1044 1042 100101.5 10101 1095 10012345678910123Номер фракцииг)789 1080Площадь поверхности частиц, м2Масса фракции, кг6д)0.60.40.215Номер фракции0.804234567Номер фракции8910604020012345678910Номер фракцииРисунок 4.51 – Обработка рассевочной кривой кузнецкого угля(Wr = 12 %, Ar = 13,2 %, R100 = 30 %, R500 = 1 %) в расчете на 1 кг:а – разбиение рассевочной кривой на интервалы; б, в, г, д – соответственноразмеры, число, масса и площадь поверхности частиц в пределах каждой фракциищей концентрации оксидов азота, образовавшихся в процессе горения и разлагающихся на поверхности горящего углерода в процессе многократнойциркуляции в нижней вихревой зоне НТВ-топки.258а)б)в)373 10Число частиц фракцииСредний размер частиц, м8 1036 1034 1032 10012345678972 1071 10010123Номер фракцииг)6789 10д)15Площадь поверхности частиц, м2Масса фракции, кг5Номер фракции10.80.60.40.2041234567Номер фракции8910105012345678910Номер фракцииРисунок 4.52 – Обработка рассевочной кривой фрезерного торфа(Wr = 55,1 %, Ar = 6,6 %, R100 = 50 %, R1000 = 15 %) в расчете на 1 кг:а – разбиение рассевочной кривой на интервалы; б, в, г, д – соответственно размеры,число, масса и площадь поверхности частиц в пределах каждой фракцииПрименительно к исследуемым рассевочным характеристикам время горения самой маленькой частицы кузнецкого угля составляет  0,7 с, а времяполного сгорания частицы максимального размера находится в пределах 19с; для фрезерного торфа эти величины составляют соответственно  0,4 и 8 с,что хорошо согласуется с результатами [567].259Рисунок 4.53 – Узловые точкидля определения векторов скоростигазоводушных потоковв НТВ-топке котла БКЗ-210-13,8Рисунок 4.55 – Векторы скоростигазовоздушных потоков в объемеНТВ-топки котла БКЗ-210-13,8Рисунок 4.54 – Проекции векторовскорости газовоздушных потоковв НТВ-топке котла БКЗ-210-13,8на координатные осиРисунок 4.56 – Расчетные траекториидвижения реагирующих частиц кузнецкогоугля в НТВ-топке котла БКЗ-210-13,82604Диаметр, м8 1046 1044 1042 10002468101214161820,сРисунок 4.57 – Кривые выгорания частиц кузнецкого угляв НТВ-топке котла БКЗ-210-13,8а)б)Рисунок 4.58  Влияние системы нижнего дутья и третичного воздуха нижнегояруса на траектории движения реагирующих топливных частиц:а  частиц < 250...280 мкм; б  частиц > 300 мкмОрганизация ступенчатого подвода к топливу окислителя (горелочныйвоздух, нижнее и третичное дутье) затягивает процесс воспламенения, снижает локальные максимумы температур в топке, тормозит генерацию оксидов азота и в значительной мере способствует их снижению.

Одновременноналичие ступенчатого подвода воздуха положительно сказывается на аэродинамической структуре газотопливных потоков и работе топочной камеры вцелом. Двухсопловая схема нижнего дутья обеспечивает сепарацию топливных частиц в потоке вдоль фронтового ската топочной воронки. Верхнее сопло отвеивает относительно мелкие (для рассматриваемой тонины помола)частицы (частиц < 250...280 мкм), которые проходят вдоль ската, не касаясь топочных экранов (рисунок 4.58, а), а крупные частицы (частиц > 300 мкм)261Рисунок 4.59  Расчетные ячейкив объеме низкотемпературной вихревойтопки котла БКЗ-210-13,8а)Рисунок 4.60  Плоскость элементарногосечения топки котла БКЗ-210-13,8б)Рисунок 4.61  Сечения по высоте топки котла БКЗ-210-13,8 (а)и концентрации оксидов азота при сжигании кузнецкого каменного угля (б)262движутся вдоль ската (рисунок 4.58, б) с меньшей скоростью под воздействием струи потока из основного сопла (провала частиц в шлаковый комод непроисходит).

Такая организация системы нижнего дутья значительно снижаетвероятность возникновения эрозионного износа вплоть до полной его ликвидации. Третичное дутье нижнего яруса отклоняет поток частиц от заднегоэкрана топки, направляя его вдоль ската топочной воронки (рисунок 4.58).Третичное дутье среднего и верхнего ярусов служит для дожигания продуктов неполного горения путем интенсификации массообменных процессов,одновременно отклоняя поток движущихся частиц соответственно от заднегоэкрана (в верхней его части) и верхнего аэродинамического выступа, препятствуя удару частиц об трубную поверхность (рисунок 4.56).Для анализа расчетных результатов по ширине топочной камеры (рисунок4.59) выбрано элементарное сечение, проходящее через ось горелки (рисунок4.60), применительно к элементам которого (рисунок 4.61, а), после усредненияпо глубине топки показаны концентрации оксидов азота (рисунок 4.61, б).В нижней части топочной воронки концентрации оксидов азота достигают 1000...1300 мг/нм3 с максимумом вблизи струи нижнего дутья.

В сечении, проведенном через вершины скатов НВЗ, концентрация NO снижаетсяпрактически в два раза (до уровня 500...700 мг/нм3) при смещении максимумав область горелочной струи. В верхней части топки, на прямом ее участке,уровень концентрации оксидов азота составляет 350...600 мг/нм3 (в среднем400...500 мг/нм3).Расчеты концентраций оксидов азота при сжигании фрезерного торфапоказали, что в целом их профили повторяют полученные применительнок сжиганию кузнецкого угля, имеют схожую неравномерность по глубинетопки и к выходу из нее находятся на уровне 350...450 мг/нм3 [565, 568].Таким образом, после технического перевооружения котла БКЗ-210-13,8Кировской ТЭЦ-4 (ст.

№ 9) на низкотемпературное вихревое сжиганиеследует ожидать уменьшения выбросов оксидов азота в окружающую средуи выполнения требований нормативных документов.4.3.4 Результаты внедрения НТВ-метода на Кировской ТЭЦ-4.Опыт работы многотопливной топкиПусконаладочные испытания на котле БКЗ-210-13,8 ст. № 9 после еготехнического перевооружения на НТВ-технологию сжигания проводились263согласно методике ОРГРЭС [562] по утвержденным программам. Обработкарезультатов измерений проводилась согласно рекомендациям [563]. Коэффициент полезного действия котла определялся методом обратного баланса свведением поправок на эксплуатационные условия отбора золы.

Режимноналадочные и тепловые испытания на котле проведены в период с октября2008 года по март 2009 г. В результате технического перевооружения послепроведения пусконаладочных работ и режимно-наладочных испытаний накотле БКЗ-210-13,8 ст. № 9 получено следующее.При работе на газе в рабочем диапазоне нагрузок (120…250 т/ч; 57…120 %от номинальной) обеспечиваются следующие показатели: КПД (брутто) котланаходится практически на постоянном уровне 95 % (изменяется в узком диапазоне 94,8…95,2 %) (рисунок 4.62); потери тепла с уходящими газами q2 с ростомнагрузки увеличиваются от 3,5 (при Dпп = 120 т/ч) до 4,5 % при Dпп = 250 т/ч; потери тепла с химическим недожогом q3 составляют незначительную величину(менее 0,01 %) и не учитываются при составлении теплового баланса; потеритепла от наружного охлаждения q5 с ростом нагрузки уменьшаются от 1,14 %при Dпп = 120 т/ч до 0,45 % при Dпп = 250 т/ч.Рисунок 4.62 – Зависимость КПД бруттокотла (η) от нагрузки (Dпп) при работена природном газеРисунок 4.63 – Содержание оксидов азотав уходящих газах в зависимости отнагрузки котла при работе на природном газеАнализ результатов испытаний котла после технического перевооружения показал, что при работе на природном газе за счет организации его ступенчато-вихревого сжигания в топке котла в совокупности с использованиемсертифицированных низкоэмиссионных горелок, выбросы оксидов азота(NOx) изменяются в диапазоне 110…125 мг/нм3 (при α = 1,4) и не превышаютдействующего норматива (125 мг/нм3) (рисунок 4.63).264При работе на кузнецком угле в рабочем диапазоне нагрузокDпп = 140…250 т/ч ((0,66…1,2)Dном) обеспечиваются следующие показатели:КПД (брутто) котла с ростом нагрузки изменяется от 89,35 %при Dпп = 140 т/ч до 91,0 % при Dпп = 250 т/ч; максимальное значение 91,99 %при номинальной нагрузке котла 210 т/ч (рисунок 4.64); потери теплаРисунок 4.64 – Зависимость КПДбрутто котла (η) от нагрузки (Dпп)при работе на кузнецком углеРисунок 4.65 – Содержание оксидов азотав уходящих газах в зависимости отнагрузки котла при работена кузнецком углес уходящими газами q2 с ростом нагрузки уменьшаются от 7,26 % приDпп = 120 т/ч до 5,3 % при Dпп = 210 т/ч и затем возрастают до 7,2 % приDпп = 250 т/ч; потери тепла с химическим недожогом q3 составляют незначительную величину (менее 0,01 %); потери тепла с механическим недожогомq4 с ростом нагрузки уменьшаются от 2,5 % при Dпп = 140 т/ч до 1,3 % приDпп = 250 т/ч; потери тепла от наружного охлаждения q5 с ростом нагрузкиуменьшаются от 0,86 % при Dпп = 140 т/ч до 0,47 % при Dпп = 250 т/ч; потеритепла с физическим теплом шлака q6 отсутствуют.

Характеристики

Список файлов диссертации