Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов - файл n1.doc

Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов
скачать (984 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc984kb.03.11.2012 13:51скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6



В. Р. Котлер
Специальные
топки энергетических
котлов
МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1990 г
ББК 31.37

K73 УДК 662.93

Рецензент Л.М. Капельсон Редактор издательства А.А.Кузнецов

Котлер В.Р.

Специальные топки энергетических котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 104 с: ил. - (Б-ка теплоэнерге­тика).

ISBN5-283-00141-5

В книге рассмотрены новые отечественные и зарубежные топочные устройства, способные эффективно работать на углях с переменными или ухудшенными характеристиками и обеспечивающие допустимые санитарными нормами выбросы в атмосферу оксидов серы и азота. Обобщен опыт разработки и внедрения котлов различной производи­тельности с такими топочными устройствами. Показаны перспективы их применения.

Книга рассчитана на специалистов по теплоэнергетике и промыш­ленной энергетике.





ПРЕДИСЛОВИЕ

Эффективное использование твердого топлива в последние годы приобретает все большую актуальность. Вместе с тем решение этой задачи существенно осложняется из-за снижения качества углей, которые приходится использовать на тепловых электростанциях, а также ужесточения требований по защите окружающей среды. Все это делает закономерными попытки научных коллективов и специалистов разработать новые мето­ды сжигания твердых топлив и новые топочные устройства, реализующие эти методы.

* В последние годы, как в СССР, так и за рубежом накоплен значительный экспериментальный материал по проверке эф­фективности оригинальных топочных устройств, создаваемых для промышленных и энергетических котлов. В периодической печати и различных сборниках трудов имеется большое число публикаций о результатах как стендовых, так и промышлен­ных исследований специальных топочных устройств. Авторами этих публикаций являются обычно создатели и разработчики исследуемых конструкций, и это вносит некоторый субъекти­визм в оценку перспектив дальнейшего использования в энер­гетике новых топочных устройств. Вследствие этого у теплотех­ников, занимающихся эксплуатацией котельного оборудо­вания, появляется надежда на то, что в ближайшее время на электростанции будут поставляться унифицированные по топливу малогабаритные топочные устройства, способные работать надежно и экономично в широком диапазоне нагру­зок.

Интерес к перечисленным топкам усиливается еще и тем, что все они, по сообщениям авторов, обеспечивают существенное снижение образования оксидов азота, что становится все более важной характеристикой любого котла.

Таким образом, назрела необходимость обобщить опыт стендовых и промышленных исследований нетрадиционных топоч­ных устройств, чтобы объективно, с позиций сегодняшних
требований, оценить перспективу их широкого внедрения в
энергетику. В предлагаемой читателю книге автор, не претендуя на глубокий анализ процессов, происходящих в топочных камерах ставил перед собой задачу ознакомления широких кругов теплотехников с опытом внедрения новых методов сжигания главным образом твердого топлива.

При подготовке рукописи к печати были учтены замечания рецензента Л.М. Капельсона и научного редактора А.Я. Антоно­ва, которым автор выражает искреннюю признательность.

Автор будет благодарен читателям за критические замеча­ния, которые следует направлять по адресу: 113114, Москва,, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат.

Автор
ВВЕДЕНИЕ

Процесс горения органического топлива несколько десятилетий остается в центре внимания теплоэнергетиков. Создание, освоение и совершенствование топочных устройств с факельным методом сжигания, как правило, сопровождается попытка­ми интенсифицировать процессы воспламенения и выгорания топлива, с тем, чтобы уменьшить габариты топочной камеры. Это позволило бы сократить высоту котла, а значит, - снизить расходы на сооружение и ремонт не только собственно котла, но и главного корпуса электростанции.

Особенно заметным процесс создания форсированных топоч­ных устройств стал в послевоенные годы, когда во многих стра­нах быстрыми темпами началось увеличение единичных мощ­ностей котельных установок. В послевоенные годы крупными считались котлы паропроизводительностью 200 т/ч, с середины 50-х годов в США работали котлы паропроизводительностью по 750 т/ч (моноблоки по 250 МВт на ТЭС Галлатин), а советские энергетики разрабатывали котлы к дубль-блокам мощностью 300 МВт. В конце 50-х годов на ТЭС Брид и Филип Спорн (США) были сданы в эксплуатацию котлы производительностью 1320 т/ч (моноблоки 450 МВт). В Европе также сооружались мощные котлы, высота которых достигала нескольких десятков метров.

Именно в эти годы в энергетике США, ФРГ и СССР начали применяться высокофорсированные циклонные предтопки, которые обеспечивали экономию по площади до 15% и по объе­му - до 20% по сравнению с обычными пылеугольными установ­ками.

Первый промышленный котел с горизонтальным циклоном начал работать в 1944 г. в США. Советскими энергетиками был разработан и внедрен в 1951 г. на Закамской ТЭЦ котел с верти­кальным циклонным предтопком [1]. Позже котлы с вертикаль­ными (типа KSG) и с горизонтальными циклонными предтопками появились в ФРГ и в других промышленно развитых странах. В 1958 г. в СССР был сдан в эксплуатацию котел с горизонталь­ными циклонными предтопками на ТЭЦ-14 Ленэнерго, несколь­ко позже - на ТЭЦ-17 Ленэнерго и на Кузнецкой ТЭЦ (г. Ново­кузнецке, с. 1966 г. начали работать такие же котлы паропроизводительностью по 220 т/ч на Черкасской ТЭЦ. Котлы с верти­кальными циклонными предтопками системы ВТИ длитель­ное время работали на Мироновской и Ангренской ГРЭС.

Все эти циклонные камеры имели высокие тепловые напря­жения объема: от 1,75 МВт/м3 для вертикальных до 4,65МВт/м3 для горизонтальных циклонов, поперечного сечения - от 11,6 до21,0МВт/м2.

В процессе разработки и исследования первых промышлен­ных котлов с циклонными предтопками предполагалось, что они будут универсальными, т.е. не чувствительными к измене­нию характеристик сжигаемого топлива. Ожидалось также, что высокое шлакоулавливание в циклонной камере позволит уменьшить опасность шлакования и загрязнения конвективных поверхностей нагрева и снизить выбросы золы в атмосферу. Возможность отключения части циклонов позволила надеять­ся на глубокое регулирование нагрузки таких котлов. Но глав­ным достоинством считалось уменьшение габаритов и повыше­ние КПД котлов как за счет снижения расхода электроэнергии на приготовление топлива, так и за счет уменьшения коэф­фициента избытка воздуха с обычных значений

до

В какой-то степени эти надежды были вызваны широкой рекламой, развернутой зарубежными котлостроительными фирмами, главным образом Бабкок-Вилкокс (США) и KSG (ФРГ). Все это заставило ведущие отраслевые институты ВТИ, ЦКТИ, МОЦКТИ, ЭНИН, КазНЙИЭ, многочисленные кафедры учебных институтов МВТУ, ЛПИ, УПИ развернуть интенсивное изучение процесса горения применительно к циклонным топочным камерам, тем более, что упорядоченная аэродинамика циклон­ных камер открывала большие возможности для аналитических и экспериментальных исследований в этой сравнительно новой и, казалось, перспективной области энергетики.

В результате сложилась несколько парадоксальная ситуация, на которую обратил внимание доктор техн. наук М.А. Наджаров, отметив, что, несмотря на совершенно незначительное по срав­нению с США и ФРГ промышленное применение энергетичес­ких циклонных топок на отечественных электростанциях, советские научные работы по исследованию структуры циклон­ного и вихревого процессов сжигания твердого топлива остав­ляют далеко позади себя как по количеству, так и по качеству известные нам зарубежные публикации по этому вопросу [2].

Вместе с тем, опыт эксплуатации котлов с циклонными предтопками не подтвердил надежд на их универсальность по отношению к сжигаемому топливу. Более того, циклонные предтопки оказались весьма требовательны к качеству и ста­бильности характеристик топлива. Полнота тепловыделения в циклонах составляла только 0,85-0,9, в результате чего макси­мальная температура в циклонах оказалась ниже расчетной. Наблюдались случаи зашлаковки леток горизонтальных цикло­нов что приводило к вынужденным остановам котла, так как расшлаковка циклонных леток на ходу невозможна. Из-за высокого давления на периферии циклонных камер (7-8 кПа) ужесточались требования к герметичности их обшивки. Слож­ной проблемой оказалось обеспечение плотности в месте при­соединения циклонов к камере охлаждения.

Можно назвать еще несколько причин, которые сначала тормозили широкое внедрение циклонных предтопков в энерге­тике, а позже заставили вообще отказаться от таких котлов. Это, во-первых, сложность изготовления и монтажа циклонных предтопков, а также более высокая трудоемкость при проведе­нии ремонтно-восстановительных работ. Во-вторых, это высокие требования к квалификации обслуживающего персонала из-за повышенной сложности котлов с циклонными предтопками.

Опыт эксплуатации различных топочных устройств показал, что в отношении универсальности и маневренности циклонные топки не превосходят обычных пылеугольных топок. При этом циклонные топки всех типов заметно превосходят однокамер­ные пылеугольные топки по своей стоимости, трудозатратам на изготовление, монтаж и ремонт. Кроме того, циклонным предтопкам свойственно повышенное образование оксидов азота из-за высоких тепловых напряжений объема и соответственно высокой температуры горения.

Все это предопределило отказ от широкого внедрения котель­ных установок с циклонными предтопками в энергетике, но не убавило стремления к интенсификации топочного процесса с целью уменьшения габаритов топочной камеры и повышения степени унификации топочных устройств.

Для решения этой проблемы на новом этапе специалисты пошли по пути создания оригинальных однокамерных топочных устройств, которые сохраняли некоторые преимущества циклон­ного принципа сжигания, но позволяли избавиться от сооруже­ния сложных циклонных предтопков. Вниманию энергетичес­кой общественности были предложены топка МЭИ с пересекаю­щимися струями, топки ВТИ с встречно-наклонным располо­жением прямоточных горелок (гамма-топка), вихревая топка ЦКТИ и топка с низкотемпературным вихрем ЛПИ. Примерно в те же годы в связи с проблемой защиты атмосферы от вредных выбросов и с учетом снижения качества твердых топлив появля­ется большей спрос на котлы с охлаждаемым кипящим слоем. Несколько позже были развернуты работы по исследованию кольцевой топки Сибтехэнерго, прямоточно-вихревой топки МЭИ-ЦКБ НПО "Энергоремонт" и некоторых других конструкций.

В настоящее время накоплен большой объем лабораторных полупромышленных исследований, связанных с разработку конструкций перечисленных топочных устройств. Некоторые и них внедрены при реконструкции действующих котлов: топка, МЭИ с пересекающимися струями, гамма-топка ВТИ, ряд топок с кипящим слоем, другие топки были сооружены на котлостроительных заводах: котел ТПЕ-427 с вихревой топкой ЦКТИ, коте; БКЗ-420-140 с низкотемпературным вихрем ЛПИ, коте; Е-820-13,9 с кольцевой топкой.

Рассмотренный в книге материал свидетельствует о том, что специалисты по горению в отраслевых институтах и на кафедpax ВУЗов совместно с конструкторами КБ и котлостроительных заводов добились определенных успехов в создании более совершенных топочных устройств. Предложенные схемы топоч­ных устройств обладают некоторыми существенными преиму­ществами перед традиционными пылеугольными топками с факельным методом сжигания. Почти все они позволяют нес­колько снизить габариты топочных камер благодаря раннему воспламенению и форсированному выгоранию угольной пыли. Некоторые конструкции топок снижают интенсивность шлако­вания топочных экранов и уменьшают загрязнение конвектив­ных поверхностей нагрева. Благодаря этому удается повысить бесшлаковочную мощность котлов, а также избавиться от сложных систем очистки поверхностей нагрева.

В большинстве случаев специальные топочные устройства снижают образование токсичных оксидов азота, а в некоторых случаях - также агрессивного триоксида серы. Топки с кипя­щим слоем даже без добавки кальцийсодержащих присадок значительно уменьшают выбросы диоксида серы (особенно при достаточно высоком содержании оксида кальция в минераль­ной части топлива). Таким образом, и с экологической точки зрения конструкции специальных топочных устройств обладают определенными преимуществами.

Глава первая

ТОПКА МЭИ С ПЕРЕСЕКАЮЩИМИСЯ СТРУЯМИ

1.1. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СХЕМА ТОПКИ МЭИ С ПЕРЕСЕКАЮЩИМИСЯ СТРУЯМИ

Для форсировки топочного процесса МЭИ предложена новая схема топочного устройства, которая обладает некоторыми положительными качествами циклонных предтопков, в част­ности, строго определенной аэродинамической структурой, но лишена таких недостатков, как сложность конструкции и высо­кое аэродинамическое сопротивление [3]. Топочное устройство МЭИ напоминает горизонтально расположенный циклон с однорядным расположением прямоточных горелок вдоль обра­зующей циклона (рис. 1). Струи топливовоздушной смеси нап­равляются по касательной к нижнему скату пережима, большая часть продуктов сгорания совершает один оборот и выходит в камеру охлаждения в промежутках между струями, вытекающи­ми из прямоточных горелок. Благодаря этому обеспечивается подвод большой массы высокотемпературных газов к корню факела, что должно, по мнению авторов, существенно интенси­фицировать воспламенение и выгорание топлива даже в случае сжигания малореакционных углей типа АШ.

Понятно, что в предложенном топочном устройстве при пересечении горелочных струй и продуктов сгорания происхо­дит массообмен, приводящий к частичному выносу топливовоз­душной смеси в камеру охлаждения. Одновременно часть продуктов сгорания присоединяется к топливовоздушной смеси и вновь направляется по вихревой траектории в камеру горения. Это является главной особенностью конструкции, влияющей на развитие топочного процесса.

Известно, что интенсивность перемешивания двух потоков определяется отношением кинетических энергий единиц объемов этих потоков, поэтому авторы уделили большое внима­ние параметру

М = (pw2)r / (pw2)n; здесь р - плотность; w - скорость, а индексы "г" и "п" относятся соответственно к горелочной струе и к потоку топочных газов, проходящих между горелочными струями. Путем простого преобразования показано, что применительно к топке с пересекающимися струями
Рис. 1. Схема топки МЭИ с пересекающимися струями
1.2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПКИ МЭИ С ПЕРЕСЕКАЮЩИМИСЯ СТРУЯМИ

Схема модели топки с пересекающимися струями для холод­ных продувок показана на рис. 1. Путем изменения высоты горелок проведены опыты при двух значениях параметра М= 1,38 и 3,8.

Благодаря подогреву воздуха в предтопке удалось исследо­вать интенсивность перемешивания горелочных струй и потока, выходящего в камеру охлаждения между этими струями. Для изучения закономерности движения двухфазного потока при­менен метод фотографирования тлеющих частиц (в опытах использовались опилки с размером частиц 1-2 мм и пыль коры с размером частиц < 88 мкм). Фотографирование тлеющих частиц в темноте при затянутой выдержке позволило зафиксиро­вать линии токов (треки частиц) и показало, что конфигурация факела в значительной степени определяется отношением ки­нетических энергий пересекающихся потоков: при М = 1,38 за­метная доля потока из горелок поступала в камеру охлажде­ния, не заходя в предтопок. При увеличении М до 3,8 практи­чески все частицы из горелок поступали в предтопок и двига­лись по петлеобразной траектории.


Рис. 2. Перемешивание по оси струи в опытах на холодной модели:

1 — одиночная струя в открытом пространстве; 2 —М- 3,8, малый пережим; 3 — М = 3,8, большой пережим; 4 -М = 1,38, большой пережим (см. рис. 1)
I „ .

Изменение скорости на выходе из горелок от 25 до 50 м/с при постоянном значении М не меняло траектории факела. Опыты показали также слабую зависимость выноса от угла наклона и степени пережима заднего экрана, отделяющего предтопок от камеры охлаждения.

В опытах с подогревом воздуха в предтопке оценивалось изменение концентрации (температуры) по длине струй, выхо­дящих из горелок. Результаты этих измерений показаны на рис. 2, где приведена интенсивность перемешивания ДГ по оси струи. Из графика следует, что невозмущенный участок струи, вытекающей в открытое пространство, равен 10 калибрам, а в топке с пересекающимися струями этот участок равен 1-2 калибрам. С увеличением параметра М и пережима несколько уменьшается доля "горячего" воздуха в струе.

Следующий этап исследований состоял в проведении опытов на огневой модели, схема которой приведена на рис. 3. Топоч­ная камера выполнена из шамотного кирпича и охлаждающих экранов, покрытых огнеупорной обмазкой [4], камера охлажде­ния - из охлаждаемых водой металлических панелей. Для измерения параметров среды и отбора проб газа по ходу

Рис. 3. Схема огневой модели топки МЭИ с пересекающимися струями:

1 — камера горения; 2 — камера охлаждения; 3 — воздухоподогреватель; 4 — вентилятор первичного воздуха; 5 — питатель пыли; 6 — бункер пыли; 7 — напор­ный бак; 8 — охлаждающий экран; 9 — измерительная диафрагма; 10 — шлакоприемный канал

установлены специальные лючки. Воздух, подаваемый к горел­кам, нагревался в трубчатом воздухоподогревателе.

При проведении опытов сжигалась широкая гамма углей: от донецкого АШ с выходом летучих на сухую массу Vс = 5,9% до бурого угля Подмосковного бассейна Vе = 51,1%. Изменение па­раметра М в различных опытах достигалось установкой специ­альных вставок в выходные сечения горелок.

При рассмотрении динамики выгорания топлива по ходу фа­кела особое внимание обращалось на зону пересечения горелочных струй и потока топочных газов, выходящих из предтопка.

Рис 4 Зависимость выноса пыли (Дд4) от параметра М при сжигании донецкого тощего угля [2]


Как и следовало ожидать, в этом месте обнаружен определен­ный вынос пылевоздушной смеси, а также частичная рецирку­ляция топочных газов. Для количественной оценки выноса сравнивалось содержание горючих, отобранных в точках В и Г (см. рис. 3). Более подробными измерениями показано, что вынос пылевоздушной смеси происходит только в теневой области вытекающих струй, поэтому разница в содержании горючих (или величины ) в точках Г и В характеризует ин­тенсивность выноса несгоревшей пыли из корня факела.

На рис. 4 приведена зависимость выноса пыли (приращения потерь с механической неполнотой горения Д4) от параметра М при сжигании донецкого тощего угля. В этих опытах темпера­тура пылевоздушной смеси составляла 131-157 °С, а температу­ра газов на выходе из камеры горения 1340-1490 °С.

Таким образом, опыты на огневой модели топки с пересекаю­щимися струями, как и холодные продувки, подтвердили тео­ретические предпосылки о наличии устойчивого зажигания пылевоздушной смеси, а также о выносе части несгоревшей пыли и воздуха из корня факела в камеру охлаждения. Показа­но, что при наличии кислорода и достаточно высоких темпера­тур вынесенная пыль быстро догорает. И, тем не менее, при проектировании реального котла необходимо стремиться к увеличению конструктивного параметра М, повышение которо­го снижает вынос и соответственно механический недожог


1.3. ПРОМЬШШЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПКИ МЭИ

С ПЕРЕСЕКАЮЩИМИСЯ СТРУЯМИ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Полномасштабная проверка метода сжигания в пересекаю­щихся струях осуществлена путем реконструкции работавшего на АШ серийного котла ТП-150, установленного на Зуевской ГРЭС* [5]. При устройстве пережима в нижней части призматической

: Ныне — Зуевская экспериментальная ТЭЦ ВТИ.

ческой топочной камеры был выделен предтопок, который при максимальной паровой нагрузке (190 т/ч) имел тепловое напря­жение 580 кВт/м3 (рис. 5).

Скорость на выходе из горелок полного предварительного смешения составляла по проекту 87 м/с, пыль от лопастных питателей транспортировалась к горелкам сушильным агентом с температурой 140-170°С. Давление воздуха под пылепитателями достигало 3,5 кПа, что затрудняло равномерность подачи пыли во времени. Именно это, по мнению авторов, служило причиной высокого содержания горючих в уносе (35-45%).

В процессе исследований установлено, что переход на схему прямого вдувания (путем закрытия шибера под циклоном) благоприятно сказывается на равномерности подачи угольной пыли в топку. Поэтому котел переведен на схему с прямым вдуванием, для чего пришлось установить высоконапорный мельничный вентилятор с давлением 9,5 кПа и делительное устройство, обеспечивающее равномерное распределение аэро­смеси на три горелки. В результате этих мероприятий увеличил­ся выход жидкого шлака, а содержание горючих в уносе снизи­лось до 16-17%. Однако надежность мельничного вентилятора оказалась неудовлетворительной: даже применение износоус­тойчивых наплавок не позволяло продлить его кампанию более 5мес.

В дальнейшем авторы несколько изменили аэродинамичес­кую структуру факела: наклон горелочных струй к горизонту был несколько увеличен, в результате чего часть топливовоздушной смеси двигалась не по вихревой траектории, а после удара в задний экран поворачивала вверх и двигалась вдоль нижнего ската пережима к выходному сечению в камеру охлаж­дения. Благодаря такой аэродинамике с частичным пересече­нием струй резко снизился вынос воздуха и невоспламенившейся пыли из корня факела. Это позволило установить горелку полного предварительного перемешивания.

После проведенной модернизации котел № 11 работал вполне удовлетворительно: при нагрузке 160-180 т/ч, температуре горячего воздуха 400-410°С и фракционном составе пыли, харак­теризуемом R90=4,5ч5,5% , содержание горючих в уносе снизи­лось до 19-25% [5]. По мнению авторов повышение степени выгорания АШ в предтопке дало основание установить в камере охлаждения низкоопущенные двусветные экраны.

Следующим этапом внедрения топки МЭИ была реконструк­ция котла ТП-43 Ворошиловградской ГРЭС [6]. Здесь была внедрена схема с частичным пересечением струй (рис. 6), кото­рая позволяла при сжигании малореакционного АШ обеспечить сравнительно неплохие экономические показатели. Высокое тепловое напряжение камеры горения (до 640 кВт/м3) и активное



Рис. 5. Реконструированная топка котла ТП-150 Зуевской ГРЭС [3]
Рис. 6. Топка с частичным пересечением струй (котел ТП-43 Ворошиловградской ГРЭС)

омывание под горячими газами улучшили маневренные харак­теристики котла: минимальная нагрузка при сжигании АШ составляла 30-35% без подсветки мазутом.

В [35] приводятся более скромные результаты: опыты, прове­денные ЮжВТИ, ПЭО Донбассэнерго и МЭИ, показали, что при сжигании АШ с теплотой сгорания 18,1 МДж/кг жидкий шлак вытекает при снижении нагрузки только до 70% номинальной без подсветки факела мазутом. При сжигании ухудшенного АШ с (= 16,75 МДж/кг для подсветки (по условиям надежного вы­хода жидкого шлака) пришлось на всех нагрузках использовать мазут, хотя доля его по теплоте составляла только 10%.

При проведении этих же опытов была проверена возможность сжигания смеси АШ и золы из золоотвала. Теплота сгорания этой смеси составляла примерно 7,9 МДж/кг (1885 ккал/кг Опытное сжигание показало, что надежный выход жидкого шлака наблюдался при доле мазута по теплоте 54%.

Что касается схемы топки с полным пересечением струй, то авторы пришли к выводу, что ее можно рекомендовать только для сжигания серосодержащих газов и высокосернистых мазу­тов. Этот вывод следовал, во-первых, из не вполне удачного опыта работы топки с полным пересечением струй на АШ и, во-вторых, из теоретического исследования, показавшего поло­жительное влияние такого фактора, как разбавление топливовоздушной смеси топочными газами на снижение образования триоксида серы S03 и оксида азота NO2.

1.4. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ТОПКИ МЭИ С ПЕРЕСЕКАЮЩИМИСЯ СТРУЯМИ ПРИ СЖИГАНИИ МАЗУТА

Исследования физико-химических процессов образования S03 при сжигании сернистых мазутов [7] показали, что повы­шенная концентрация С02 в зоне горения сдерживает цепную генерацию атомарного кислорода. Уменьшение концентрации атомарного кислорода, в свою очередь, приводит к уменьшению концентрации S03, а также замедляет образование термичес­ких оксидов азота N0^.

Аэродинамическая схема топки с пересекающимися струями обеспечивает интенсивное смешение топочных газов с высоким содержанием С02 и топливовоздушной смеси, выходящей в топку. Поэтому можно было ожидать, что применение топки с пересекающимися струями при сжигании сернистого мазута обеспечит снижение образования вредных оксидов. Проверить это обстоятельство удалось на Дягилевской ТЭЦ, где был уста­новлен серийный котел БКЗ-420-140ГМ6, оборудованный топкой с пересекающимися струями.

На этом котле смонтированы щелевые горелки с выходной скоростью топливовоздушной смеси 50-70 м/с. Для более пол­ного перемешивания топочных газов с горелочными струями организовано некоторое затягивание воспламенения послед­них. Добиться этого удалось за счет меньшего угла распыла плоской паровой форсунки по сравнению с углом раскрытия воздушной струи [8].

Измерение концентрации серного ангидрида в дымовых газах показало снижение его образования на 30-40% по сравнению с аналогичными котлами, не оборудованными топкой с пересека­ющимися струями. Точка росы при этом снижалась на 30°С в диапазоне нагрузок котла от 60 до 100%. В результате продолжи­тельность работы воздухоподогревателей при сжигании высоко­сернистого мазута увеличилась почти в 2 раза [9].

В отношении выбросов оксидов азота также получен суще­ственный эффект: по измерениям авторов концентрация NO2 за котлом, оборудованном топкой с пересекающимися стру­ями, оказалась на 50-60% ниже, чем за обычными котлами (при сопоставимых условиях по нагрузке и избытку воздуха). Авторы объясняют это только рециркуляцией топочных газов в камере горения, однако можно предположить, что какую-то роль сыграл и вынос части воздуха из корня факела в камеру охлаждения, обеспечивающий, по существу, двухступенчатое сжигание.

На рис. 7 приведены результаты опытов при сжигании мазута, проведенных на котлах БКЗ-420-140ГМ и на котле ТП-43. Эти результаты свидетельствуют о значительном влиянии аэродина­мики топки с пересекающимися струями на образование как оксидов азота, так и серного ангидрида,



Рис. Т. Влияние коэффициента избытка воздуха на образование оксидов азота (а) и серного ангидрида (б) при сжигании мазута [6]. Котлы БКЗ-420-140ГМ:

1 — полуоткрытая топка; 2 — топка с пересекающимися струями; котлы ТП-43; 3 - открытая топка; 4 - топка с пересекающимися струями

Комплекс лабораторных и промышленных работ, выполнен­ных МЭИ совместно с Зуевской, Ворошиловградской ГРЭС и Дягилевской ТЭЦ, позволил сделать вывод о том, что топочное устройство с пересекающимися струями является перспектив­ным для котлов, работающих в маневренном режиме и исполь­зующих различные виды топлива (например, АШ и мазут). Однако отмечены и недостатки предложенной аэродинамичес­кой схемы, в частности, необходимость расположения всех горелок в один ярус на фронтовом экране топки. При переходе к мощным котлам такая схема приводила к чрезмерно высокой по топливу нагрузке на единицу ширины фронта котла. Этого недостатка была лишена топка, предложенная сотрудниками ВТИ.


Глава вторая

ПОЛУОТКРЫТАЯ ТОПКА ВТИ

С ВСТРЕЧНО-НАКЛОННЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ

ГОРЕЛОК (ГАММА-ТОПКА)

2.1. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СХЕМА ТОПКИ ВТИ

С ВСТРЕЧНО-НАКЛОННЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ГОРЕЛОК

Описываемое топочное устройство более известно под назва­нием "гамма-топка ВТИ" и отличается от рассмотренной выше конструкции главным образом двухфронтальным размещением горелок. Благодаря встречно-наклонному расположению прямо­точных горелок, установленных в верхних скатах пережима (рис. 8), факел приобретает сдвоенную петлеобразную траекторию




Рис. 8. Аэродинамическая схема гамма-топки ВТИ

в форме буквы у. После соударения факелов из встречных горелок создается опускное движение факела в средней части топочной камеры под пережимом. Далее опускной поток, набегая на слабо­наклонный под и поворачивая над ним, вновь раздваивается, образуя подъемные токи у передней и задней стен топочной камеры. После поворота у верхнего ската пережима и прохода между горелочными струями потоки опять соединяются в районе горловины пережима, где к ним присоединяется та часть факела, которая после соударения в центре топки направилась вверх.

Такая аэродинамическая схема факела благоприятна для интенсивного зажигания пыли вследствие принудительного подвода большой массы высокотемпературных топочных газов к корню факела и способствует ускоренному выгоранию пыли благодаря соударениям горелочных струй, а также многократ­ным поворотам потоков топочных газов, омывающих стены топочной камеры.

Вместе с тем на стадии разработки нового топочного устрой­ства авторы убедились, что новая аэродинамическая схема факела ставит ряд вопросов, для ответа на которые необходимо провести исследования на модели топочной камеры. В частно­сти, предстояло выяснить зависимость доли газов, двигающихся по гамма-траектории, от конструктивных параметров, а также вынос этими газами воздуха или аэросмеси из корня горелочных струй. Последнее представлялось особенно важным для надеж­ного конструирования мощных котельных установок; так как увеличение мощности топок приводит к повышению теплового напряжения на единицу ширины фронта и, следовательно, к уменьшению проходного сечения для газов, направляющихся к сечению пережима между горелочными струями.

Кроме того, важно оценить стабильность аэродинамической структуры факела, влияние на аэродинамику неравномерности нагрузки по горелкам и отключения отдельных горелок.
  1   2   3   4   5   6


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации