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
Таблица 1. Котлы с циркулирующим кипящим слоем фирмы Лурги

Паропроиз-

Давление,

Темпера-

Топливо

Год пуска

водитель-

МПа

тура па-







ность, т/ч




ра, "С







113

6,5

482

Отходы углеобогаще­ния

1982

270

14,5

535/535

Каменный уголь

1985

2X150

9,3

535

То же

1985/1988

140

15,0

566

Полубитуминозный и антрацит

1987

175

17,8

530/425

Бурый уголь

1988

2X200

11,5

535

Полубитуминозный уголь

1988

120

9,2

535

Бурый уголь

1989

180

7,5

504

Тоже

1989

170

20,0

535

Каменный и бурый уголь

1989

327

19,6

540/540

Полубитуминозньгй и лигнит

1989

367

13,4

545

Водоугольная суспен­зия

1990

63

10,5

513

Каменный и полуан­трацит

1990

150

6,4

450

Каменный и бумаж­ный шлам

1990

150

9,3

535

Каменный

1991

Для котлов с расширяющимся кипящим слоем при скорости* ожижающего газа 3,5-4,5 м/с рекомендуется 20-кратная рециркуляция частиц при относительно большом времени пребыва­ния в кипящем слое (около 5 с). Температура продуктов сгора­ния снижается с 850 до 300-400°С перед циклоном, что поз­воляет выполнить его из стали с керамической противоизносной вставкой, которая направляет поток на входе. Избыток воздуха должен быть равен 1,25, причем 60% воздуха должно подаваться в виде первичного, а 40% - в виде вторичного и тре­тичного.

Недостатком котлов с расширяющимся кипящим слоем (западногерманская фирма Дейче Бабкок выпускает их под торговым названием Циркофлюид) является опасность эрозии поверхностей нагрева, которые расположены до циклонов, в местах с чрезвычайно высокой концентрацией золовых частиц.

Крупнейшей европейской фирмой, выпускающей с конца 70-х годов котлы с циркулирующим кипящим слоем, является финская фирма Альстром. По данным на конец 1987 г. она поставила 61 котел такого типа общей тепловой мощностью

Таблица 2 Котлы с циркул»ФЛ°шим кипящим слоем фирмы Комбасшен Ин*енирИиг

Паропроиз-

Давление,

Темпера-

Топливо

Год пуска

водитель-

МПа

тура пара,







ность, т/ч




°С







2.95

10

510

Антрацитовый штыб, древесина и т.д.

1986

95

6,2

482

Сланцы и полубитуми­нозный уголь

1986

66

8,6

510

Отходы лигнитов

1987

123

6,4

482

Антрацитовый штыб

1987

2x100

8,7

513

Древесина

1988/1989

2x465

13,7

540/540

Лигниты

1989

220

12,4

538

Антрацитовый штыб

1989

2x132

12,1

513

Полубитуминозный уголь

1989

374

10,6

513

Антрацитовый штыб

1989

2x308

13,6

540/540

Восточный битуми­нозный уголь

1989

4x259

12,9

540/540

Битуминозный и полу­битуминозный уголь

1990

2x213

6,3

443

Навоз

1991

5424 МВт. На втором месте идет объединение Лурги и Комбас­шен Инжениринг - 30 котлов тепловой мощностью 4616 МВт. Крупными поставщиками котлов с циркулирующим кипящим слоем являются также известные котлостроительные фирмы Готаверкен, Бабкок-Вилькокс, Рилей Стокер, Килер Дорр Оли­вер, Фостер Уилер, Штейнмюллер, Дейче Бабкок и Комбасшен Пауэр.

В общей сложности до конца 1987 г. на мировой рынок было поставлено 148 котлов с циркулирующим кипящим слоем сум­марной тепловой мощностью 14 586 МВт. К марту 1989 г. эти цифры возросли до 182 котлов и 18 507 МВт. Основными постав­щиками остаются фирмы Альстром Пирофлоу (40%) и Лурги-Комбасшен Инжениринг (30%).

Основными заказчиками котлов с циркулирующим кипящим слоем являются промышленные предприятия и энергоснабжающие компании США (76 котлов по данным на конец 1987 г.), ФРГ (26 котлов), Швеции (15 котлов), Финляндии (13 котлов), Авст­рии, Японии, Южной Кореи - по 4 котла и т.д.

В заключение приведем некоторые характеристики наиболее крупных котлов с циркулирующим кипящим слоем, установлен­ных или заказанных фирмам Лурги (табл. 1) и Комбасшен Инже­ниринг (табл. 2) по данным на конец 1988 г.

В Советском Союзе в стадии проектирования находятся котлы с циркулирующим кипящим слоем для сжигания подмос­ковного бурого угля, антрацитового штыба и высокосернистых каменных углей Донецкого бассейна. Разработкой котлов вмес­те с котлостроительными заводами занимаются специалисты ВТИ, СКВ ВТИ, НПО ЦКТИ, ЦКБ НПО "Энергоремонт" и другие организации. Экспериментальные исследования проводятся на огневых стендах КазНИИэнергетики и Уральским Политехни­ческим институтом. Внедрение котлов с циркулирующим ки­пящим слоем ожидается в середине 90-х годов на Новомосковс­кой ГРЭС, Кураховской ГРЭС и на одной из электростанций, сжигающих высокозольный экибастузский уголь.

6.6. ТОПКИ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

В последнее время возрос объем исследований, относящихся к топкам с кипящим слоем под давлением. Основное достоин­ство таких топок состоит в возможности осуществления комби­нированного цикла, когда генерируемый в котле пар использу­ется в паровой турбине, а продукты сгорания, имеющие повы­шенное давление, используются в газовой турбине. Такая схема повышает термодинамический КПД цикла, а также позволяет еще в большей степени снижать габариты топочных устройств и уменьшать вредные выбросы в атмосферу.

Изготовление котлов с кипящим слоем под давлением поз­волит почти на 60% сократить их габариты по сравнению с кот­лами обычного типа. В результате экономия на капитальных затратах составит 10%, а время, необходимое для строительства электростанций, сократится на 25%. По расчетам сотрудников фирм Комбасшн Инжиниринг и Лурги блок мощностью 250 МВт, состоящий из шести модулей, может быть почти полностью собран в заводских условиях, что позволит свести до минимума объем монтажных работ на месте сооружения ТЭС [51].

Широкое внедрение котлов с топками кипящего слоя под давлением сдерживается в связи с тем, что имеется ряд нере­шенных проблем. Например, продукты сгорания, которые ис­пользуются в газовой турбине, требуют тщательной очистки. Тканевые фильтры в этом случае нельзя использовать из-за высокой температуры газов, а механические золоуловители не обеспечивают достаточной степени очистки газов. Вторая нерешенная проблема - обеспечение плотности установки, работающей под давлением до 1,2 МПа.

Энергокомпания АЕР заявила о сооружении демонстрацион­ного энергоблока мощностью 170 МВт с топкой кипящего слоя под давлением. Предварительно проведены испытания на пилотной установке в Лизерхэд (Англия). Эти испытания подтвердили эффективность



Рис. 39. Установка тепловой мощностью 15 МВт с кипящим слоем под давлением [52]:

1 — камера горения; 2 — паровая турбина; 3 — конденсатор; 4 — зола; 5 - эконо­майзер; 6 — уходящие дымовые газы; 7 — газовая турбина; 8 — воздух; 9 — уголь; 10 — доломит

снижения выбросов диоксида серы и оксидов азота, а также работоспособность лопаточного аппарата ГТУ на продуктах сгорания топки с кипящим слоем под давле­нием.

Энергокомпания АЕР подписала соглашение с ASEA PFBC (бывшей фирмой Стал Лавал) о создании демонстрационной установки путем реконструкции котла ц& ТЭС Тидд (штат Огайо). Цель работы заключалась в экономическом сопоставле­нии котла с кипящим слоем под давлением и обычного пылеугольного котла, оборудованного десульфуризационной уста­новкой.

В соответствии с тем же соглашением в г. Мальме (Швеция) смонтирована испытательная установка тепловой мощностью 15 МВт с давлением в камере горения 1,6 МПа. В этой установке воздух с помощью компрессора подается сначала в корпус, а затем в кипящий слой. Уголь и доломит смешиваются и пнев­матической системой подаются в кипящий слой в который погружены парогенерирующие трубы котла. Горячие газы, которые образуются над слоем, очищаются в циклонах, а затем поступают в газовую турбину (рис. 39). Зола из слоя и из цикло­нов пневмотранспортом подается в бункер.

В течение 500 ч исследовалась установка при сжигании биту­минозного угля со средним содержанием серы 4,4%. Доломит подмешивали в молярном отношении Ca/S = 1,9. Средняя ско­рость воздуха для ожижения слоя составляла 0,9 м/с, а избыток воздуха достигал 30% [51

Результаты оказались весьма обнадеживающими. Процесс горения и параметры кипящего слоя соответствовали ожидае­мым. Эффективность горения составила 99%. Эксплуатация установки оказалась более простой, чем ожидалось. Кипящий слой под давлением разжигался с помощью мазутных горелок, затем переводился на уголь. Пуск котла из холодного состояния занимал около 4 ч. Температура слоя достигала почти номи­нального значения примерно через 40 мин, температура пара перед перегревателем стабилизировалась через 3 ч после розжи­га горелок.

Кипящий слой под давлением ведет себя стабильно и в некоторой мере нечувствителен к нарушениям в подаче топли­ва. Большие изменения нагрузки достигаются изменением массы кипящего слоя. При полной нагрузке все трубы котла погружены в кипящий слой высотой 4 м. Этим обеспечивается хорошая теплопередача к трубам и высокая температура подво­димого к газовой турбине газа. Если высота слоя уменьшается за счет удаления части золы, некоторые трубы оказываются над слоем.

При этом нагрузка котла снижается (при высоте слоя 2,5 м вдвое). Снижение нагрузки происходит, во-первых, из-за умень­шения количества теплоты, передаваемой к трубам в слое, вследствие чего генерируется меньше пара, и, во-вторых, в результате того, что трубы, оказавшиеся вне слоя, охлаждают газ, поступающий в газовую турбину, и снижают ее мощность.

Одной из важнейших целей программы было исследование в реальных условиях элементов установки, которые подвергаются воздействию давления и коррозионно-эрозионному износу. В соответствии с программой испытаний установка проработала более 2000 ч. За это время не отмечено существенного износа или коррозии турбинных лопаток. Не отмечалось также износа циклонных установок, но заметная эрозия обнаружена в систе­мах подачи топлива и удаления золы. Кроме того, на лопатках газовой турбины обнаружены золовые отложения.

В дальнейшем из-за финансовых трудностей решено демонст­рационную установку на ТЭС Тидд ограничить мощностью 70 МВт вместо намечавшейся мощности 170 МВт.

Кроме ТЭС Тидд топки с кипящим слоем под давлением в схеме ПГУ сооружаются в настоящее время в Швеции (ТЭС Вертэн) и в Испании (ТЭС Эскатрон).

Первая из этих электростанций расположена в центральной части Стокгольма.и работает на систему централизованного теплоснабжения. Эта ТЭС тепловой мощностью 1000 МВт имеет мазутные котлы и тепловые насосы. Необходимость замены мазута углем в сочетании с жесткими экологическими требо­ваниями и ограниченностью площадки определила необходимость применения новой технологии. Котлы с топками кипяще­го слоя под давлением будут установлены на блоке электри­ческой мощностью 135 МВт и на отопительной установке тепло­вой мощностью 210 МВт. Топливом для установки будет слу­жить польский каменный уголь с содержанием серы 1% и золы 15%.

В Испании новую технологию осваивает энергоснабжающая компания ENDESA. В качестве топлива для первой установки такого типа будут использованы лигниты месторождения Ара­гон, содержащие от 4 до 8% серы, 25-45% золы и около 20% влаги. Устанавливаемый на ТЭС Эскатрон котел с топкой кипя­щего слоя под давлением рассматривается как промышленно-демонстрационная установка для широкого использования испанских лигнитов. Котел будет вырабатывать 288 т/ч пара с параметрами 9,5 МПа, 510°С. При этом расход топлива составит 65 т/ч, расход известняка 25 т/ч. Ожидается, что установка позволит снизить выбросы S02 на 90% и выбрось! NOx - на 30%.Для всех котлов с кипящим слоем под давлением принята скорость псевдоожижения 0,9 м/с, высота слоя 3,5 м и давление в топке 1,2 МПа.

Результаты испытания демонстрационной установки на ТЭС Эскатрон будут использованы для проектирования блока мощ­ностью 350 МВт, сооружение которого намечается в 1995 г. В табл. 3 приведены полученные расчетным путем сравнительные данные для блоков тепловой мощностью 200 и 800 МВт с котла­ми, имеющими топки с кипящим слоем под давлением (PFBC).

Большое внимание топкам с кипящим слоем под давлением уделяют в ФРГ. В лаборатории фирмы Бергбау - Форшунг были проведены исследования, которые показали возможность существенного снижения эмиссии вредных веществ и увеличения теплового

Таблица 3. Основные характеристики проектируемых блоков 200 и 800 МВт L с котлами PFBC Наименование Марка котла







PFBC-200

PFBC-800

Газовая турбина




GT-35P

GT-120 Р

Давление пара, МПа




17

17

Тепловая мощность, МВт




224

920

Мощность ГТУ, МВт




17

76

Мощность паровой турбины,

МВт

72

290

Суммарная мощность брутто

,МВт

89

366

Суммарная мощность нетто,

МВт

86

355

КПД установки, нетто, %




38,4

38,6

напряжения объема и сечения при повышении дав­ления. Оказалось, что по мере увеличения давления в пароге­нераторе от 0,1 до 0,8 и 1,6 МПа относительное поперечное сечение может быть уменьшено со 100 до 18 и 9%, а тепловое напряжение сечения увеличено, соответственно, с 1 до 8 и до 16 МВт/м2. Более высокое напряжение поперечного сечения требует более тесных шагов трубного пучка, геометрия которого должна обеспечивать равномерное перемешивание слоя, а также мини­мальные эрозию и коррозию. Коэффициент теплопередачи в топках под давлением выше, чем в атомосферном кипящем слое и составляет 260-400 Вт/(м2 • К). Приведенный диапазон связан с размерами частиц слоя. Исследованиями установлена кубическая зависимость изно­са от скорости и квадратичная - от размера частиц, поэтому оптимальной считается скорость, примерно 1 м/с и размер час­тиц ниже 3 мм. Дальнейшие поиски мероприятий по снижению износа связаны с установкой накладок, плавников, наплавок. Расстояние от распределительной решетки до трубного пучка должно составлять около 600 мм. Должна также учитываться возможность вибрации труб. Низкая скорость ожижения ставит проблему перемешивания слоя, а большая высота слоя приво­дит к температурному расслоению.Одной из центральных проблем является очистка газов от пыли, на установках Гримторп (Великобритания) и Мальме (Швеция) достигнута степень очистки 99,8%, что соответствует концентрации пыли в чистом газе 80-100 мг/м3 при нормальных условиях. Остается неясным, допустима ли такая концентра­ция для газовой турбины.

Дальнейшее совершенствование топок с кипящим слоем под давлением будет, вероятно, направлено на поиск средств для повышения температуры на входе в ГТУ. Так как температура в кипящем слое должна быть не выше 900°С, рассматривается вопрос о частичной газификации угля с тем, чтобы за счет сжигания полученного газа повысить температуру перед турби­ной. При этом топка с кипящим слоем должна быть приспо­соблена для сжигания как сырого угля, так и твердых продук­тов пиролиза, образующихся при газификации части угля. Следует отметить, что при осуществлении программы техни­ческого перевооружения устаревших ТЭС топки с кипящим слоем под давлением позволяют одновременно увеличить мощность энергоблока; заменить мазутный или устаревший пылеугольный котел новым, обеспечивающим соблюдение экологических требований без использования дополнительной территории; повысить экономичность энергоблока.Модульный характер топок с кипящим слоем под давлением значительно сокращает время на сооружение и монтаж таких установок. Достоинством таких топок является также возмож­ность сжигания низкосортных углей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов законченных работ приводит к выводу о том, что в настоящее время еще преждевременно ставить во­прос о массовом внедрении какой-либо одной и тем более всех рассмотренных схем топочных устройств в энергетику. Несмотря на большой объем проведенных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ эти топочные устройства имеют и существенные недостатки. Так, например, все вихревые топки с форсированным сжиганием требуют сложной подготовки топли­ва, а при сжигании высоковлажных бурых углей - разомкнутой системы пылеприготовления. При этом возникают технические трудности, связанные с обеспечением взрывобезопасности пылесистем и с очисткой от мельчайшей угольной пыли су­шильного агента, выбрасываемого в атмосферу.

Эти проблемы автоматически исчезают в случае применения топок с низкотемпературным вихрем на дробленке, но при этом возникают новые трудности. Резкое уменьшение реагирующей поверхности при переходе от угольной пыли к дробленке не позволяет за короткое время дожечь до приемлемого уровня даже высокореакционные бурые угли. Все проверенные в про­мышленности топки с низкотемпературным вихрем вынужден­но работают с повышенным избытком воздуха, но и в этом случае потери теплоты с механической неполнотой сгорания в несколько раз превышают аналогичный показатель для обыч­ных пылеугольных топок.

По всей видимости, область применения топок ЛПИ с низко­температурным вихрем следует ограничить такими топливами, как торф, сланцы и высоковлажные башкирские угли.

В топках с кипящим слоем снимается вопрос о времени пребывания топлива в камере горения. Несмотря на отсутствие мельниц, схемы подготовки топлива перед подачей в слой оказываются достаточно сложными. Особенно заметными становятся эти проблемы при переходе от малых отопительных котлов к крупным энергетическим котлам. При умеренном числе вводов топлива в слое возникает существенная неравно­мерность. Проще обстоит дело при забросе топлива на слой: в этом случае можно обойтись меньшим числом вводов. Однако при таком способе подачи топлива требуется отделение из него

мелких фракций, поскольку они выносятся недогоревшими из топочной камеры, не попадая в слой.

Проблема дожигания крупных частиц топлива решается как будто в топках с циркулирующим кипящим слоем, но и здесь вынужденно появляется новое оборудование (горячие цикло­ны, охладители материала слоя и т.д.), надежность и эффектив­ность которого еще далеки от совершенства.

Существенное повышение КПД цикла смогут обеспечить топки с кипящим слоем под давлением в случае применения парогазовых установок. Однако для использования продуктов сгорания топок в газовых турбинах необходимо решить задачу очистки газов без их предварительного охлаждения.

И все же перечисленные трудности нельзя считать непрео­долимыми. Реконструкция действующих котлов с установкой новых топочных устройств в отдельных случаях сейчас позволя­ет преодолевать трудности, связанные, например, с ухудшением поступающего топлива по сравнению с проектным. Достаточно успешно применяются топки ЛПИ с низкотемпературным вихрем при сжигании сланцев и высоковлажных башкирских углей (Кумертауская ТЭЦ). Целесообразно, вероятно, примене­ние топок с кипящим слоем для промышленных и небольших энергетических котлов, работающих на высокосернистых углях. Учитывая отсутствие у энергетиков СССР опыта сооружения и эксплуатации сероулавливающих установок, представляется перспективной идея разработки котлов с циркулирующим кипящим слоем для сжигания подмосковного бурого угля и донецких каменных углей с высоким содержанием серы. Воз­можно, такие котлы окажутся достаточно эффективными и при сжигании сланцев, антрацитового штыба и высокозольного экибастузского угля.

В дальнейшем можно избавиться от имеющихся недостатков разработанных топочных устройств и энергомашиностроители смогут даже для крупных энергетических блоков поставлять котлы с умеренными габаритами, надежные и высокоэкономич­ные в работе и с допустимым содержанием токсичных компо­нентов в дымовых газах.

1   2   3   4   5   6


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