Особенности конструкции котла с кольцевой топкой
§ Кольцевая топка представляет собой восьмигранную вертикальную экранированную призму, внутри которой по всей высоте коаксиально (соосно) установлена восьмигранная экранированная вставка. Поперечный размер этой вставки для разных топлив составляет 50 – 60 % поперечного размера наружной камеры. Стены внутренней и наружной камер состоят из газоплотных сварных панелей.
§ При таком решении вращающийся факел оказывается зажатым в кольцевом пространстве между внутренними и наружными экранами. Условия смешения, воспламенения и выгорания топлива и теплообмена в такой топке существенно отличается от условий в обычных тангенциальных топках, где в центральной (приосевой) области практически отсутствует активное движение газов. Проведенные сравнительные исследования цилиндрической и многогранной кольцевых камер показали, что при восьмигранном сечении аэродинамика кольцевой топки близка к течению цилиндрической кольцевой камеры.
§ Кольцевая топка для обоих котлов представляет собой восьмигранную наружную камеру с установленным диаметром 27,5 – 28 м, внутри которой соосно установлена полная восьмигранная камера с условным диаметром 13,75 – 14 м.
§ Основные параметры котлов приведены в табл. 3.1. Характеристики углей – в табл. 3.2.
§ Экраны наружной и внутренней камер выполнены в виде вертикальных цельносварных газоплотных панелей из труб диаметром 32х6 (ст. 12Х1МФ) с шагом 48 мм.
§ Во внутренней камере установлена основная строительная колонна («пилон»), лифт и площадки обслуживания.
§ Топка оборудуется 32 прямоточными горелками, расположенными в четыре яруса по одному горелочному блоку на каждой наружной грани топки. Для обеспечения вращательного трения в горизонтальном сечении оси горелок направлены по тангенциальной схеме.
§ В кольцевой топке используются специальные регулируемые горелки, обеспечивающие возможность изменения направления ввода в объем топочной камеры горелочных струй. Это позволяет сравнительно легко настроить положение вращающегося факела без активного касания его внутренней и наружной камер.
§ Для дополнительного снижения выбросов NOx часть вторичного воздуха вводится в топку отдельно от горелок на их уровне расположения, а также в зону выше горелок. При этом для уменьшения крутки газов перед их входом в конвективные газоходы верхний ввод воздуха (OFA) организован по тангенциальной схеме с направлением, противоположным вращению основного потока топочных газов.
Рис. 3.8. Принципиальная схема кольцевой топочной камеры Ф.А. Серанта
Таблица 3.1.
Основные параметры котлов с кольцевой топкой для блока 800 МВт.
№ п/п | Параметры | Котел для бурых углей | Котел для каменных углей |
Паропроизводительность котла, т/ч | |||
Давление первичного пара за котлом, МПа | |||
Температура первичного пара на выходе из котла, оС | |||
Температура питательной воды, оС | |||
Расход вторичного пара, т/ч | |||
Давление вторичного пара на выходе из котла, МПа | 3,5 | 3,5 | |
Температура вторичного пара на выходе из котла, оС | |||
КПД котла, % | 91,0 | 92,6 | |
Температура дымовых газов, оС в конце зоны активного горения на выходе из топки |
Таблица 3.2.
Характеристики топлива
Наименование | Обозначение | Бурый уголь | Каменный уголь |
Влажность, % | Wr | 15,5 | |
Зольность, % | Ar | 4,7 | 6,6 |
Теплотворная способность, кДж/кг | Qr i | ||
Выход летучих, % | Vdaf | 33,8 |
Для котлов принята схема пылеприготовления с прямым вдуванием и использованием восьми мельниц-вентиляторов для котла на каменных углях. При этом каждая мельница подключена на 4 горелки одного горелочного блока, расположенного на одной грани топки.
Профилактическая очистка топочных экранов от золовых отложений производится с помощью дальнобойных и маловыдвижных водяных аппаратов, установленных на наружных стенах топки.
Выполненные по программе «FLUENT» расчеты позволяют получить распределение скорости и температуры в горизонтальном сечении топки. Установка в приосевой области топки большей поверхности нагрева в виде внутренней вставки и дополнительная интенсификация теплообмена обеспечивают в кольцевой топке сравнительно низкий (1200–1230 оС) уровень максимальных температур факела, при котором может быть исключено активное шлакование топочных экранов. При этом, несмотря на низкие температуры, в кольцевой топке обеспечивается устойчивое воспламенение и экономичное выгорание топлива.
По построению схемы пароводяного тракта котел с кольцевой топкой практически не отличается от обычного котла Т-образной компоновки. Тракт первичного пара выполнен в виде двух (по числу газоходов) несмешивающихся параллельных потоков с автономными системами регулирования. При этом каждый поток, в свою очередь, делится на два подпотока, которые периодически перемешиваются для исключения тепловых разверок.
Тракт вторичного пара состоит из четырех самостоятельно регулируемых потоков. Схема включения поверхности нагрева, их конструкция и применение полнопроходных встроенных сепараторов позволяют обеспечить работу котла на скользящих параметрах.
Особенностью конструкции котла с кольцевой топкой в части строительных решений является установка в центральной части внутренней камеры мощного строительного пилона, лифта и площадок обслуживания, что значительно облегчает развязку каркаса и всей подвесной системы котла.
Основные технические решения, принятые для рассмотренных выше котлов для блоков 800 МВт, проверены и обработаны в течение пяти лет на котле паропроизводительностью 820 т/ч, установленном в России на Ново-Иркутской ТЭЦ (г. Иркутск).
Котел с естественной циркуляцией рассчитан на параметры пара сдавлением 14 МПа и температурой 560 оС и работает на бурых шлакующих углях с влажностью 25 – 33 %, зольностью 6 – 12,8 %, содержанием летучих 46 – 48 % и теплотворной способностью 15655 кДж/кг. Плавкостные характеристики золы ТА =1100 – 1180 оС, ТВ =1210 – 1300 оС, Тс=1230 – 1310 оС.
Восьмигранная кольцевая топка имеет размеры по наружной камере 18,54 м и по внутренней – 9,27 м. Топка рассчитана на теплонапряжение объема – 97 кВт/м3 и сечения 2,83 МВт/м2.
Специальные регулируемые горелочные устройства по высоте топки установлены в три яруса по высоте топки на шести наружных гранях. Указанное количество горелочных блоков связано с ограничениями по условиям его компоновки в существующем здании (не более шести мельниц-вентиляторов).
При этом каждая мельница подключена по топливу к своему блоку горелок. На двух противоположных гранях топки, оставшихся без вводов топлива, установлены только сопла вторичного воздуха.
Регулируемые горелки позволяют за счет перераспределения потоков вторичного воздуха в широких пределах изменять направление горелочных струй относительно внутреннего и наружного экранов топки.
В верхней части топки установлены сопла третичного воздуха (OFA). Для лучшего смешивания и ликвидации остаточной крутки факела эти струи направлены по тангенциальной схеме в противоположном направлении вращению основного факела. На выходе из топки и в двух последующих конвективных газоходах расположены ширмовой и конвективный пароперегреватель и экономайзер. Трубчатый воздухоподогреватель вынесен в отдельную колонку. Во внутренней шахте котла смонтированы ремонтные площадки и водоотпускные трубы, идущие от барабана к нижним камерам котла.
§ Котел установлен в существующем здании, запроектированном ранее под котел производительностью 500 т/ч. Верхняя отметка котла – 50 м, что на 20 м ниже аналогичного по тепловой мощности котла с обычной топкой.
§ За несколько лет на котле проведено много исследований и испытаний на разных топливах, в результате которых полностью подтверждена работоспособность и высокая эффективность кольцевой топки. В ходе этих испытаний проверены различные режимы работы котла на нагрузках от 380 до 820 т/ч при различном количестве (от четырех до шести) и сочетании работающих мельниц. На заключительном этапе испытаний был успешно проведен тестовый опыт на максимальной нагрузке 900 т/ч.
На основании анализа результатов проведенных испытаний и полученного опыта эксплуатации установлено:
В проверенном диапазоне нагрузок 480 – 900 т/ч (60–110 % Dном) котел обеспечивает расчетные выходные параметры по температуре и давлению пара. При этом даже при нагрузке 900 т/ч отсутствуют ограничения по тяге, дутью и регулированию температуры перегретого пара.
Во всем диапазоне нагрузок промежуточные температуры пара и металла не превышают расчетных и предельных значений.
Конструкция кольцевой топки с регулируемыми горелочными устройствами обеспечивает устойчивое вращательное движение факела без заметного «прижатия» его к внутренним и наружным экранам при любом сочетании работающих мельниц. При этом практически отсутствует сепарация невоспламенившихся частиц топлива в холодную воронку.
Максимальный температурный уровень в топке (усредненный по кольцевому сечению уровень температур в зоне их максимума), замеренный оптическим пирометром при нагрузке 820 т/ч, составляет 1180–1190 оС вверху топки – 950–960 оС, в поворотной камере – 620 оС. При этом сравнительно низком уровне температур заметного загрязнения шлакования экранов и пароперегревателя не обнаружено. В период испытаний проектные средства очистки топки и пароперегревателя не использовались. Характер распределения температур по газовому тракту близок к расчетному.
Минимально устойчивая (без подсветки факела мазутом) нагрузка котла, выявленная в период испытаний при работе четырех и пяти мельниц, составляет 60 % Dном (в условиях относительно незагрязненных экранов топки).
В большинстве режимов с различным сочетанием пяти работающих мельниц в кольцевой топке обеспечивается высокая равномерность распределения температуры факела по периметру топки. При работе четырех мельниц наибольшая неравномерность возникает при одностороннем включении мельниц. В этом случае на котле происходят перекосы по температуре пара по газоходам Т-образного котла на уровне 20 – 30оС, при этом значения не превышают предельно допустимые. При всех других возможных сочетаниях четырех и пяти работающих мельниц при вихревом движении факела в кольцевой топке обеспечивается равномерная раздача газов и распределение температуры пара и газов по обоим газоходам.
Применение подачи «холодных» газов с противокруткой в верхнюю часть кольцевой топки позволяет активно воздействовать на температуру пара по потокам, расположенным в правом и левом газоходах котла.
В диапазоне нагрузок 60 – 100 % Dном КПД котла брутто составляет 92,3 – 93,8 % при tух =125 – 140 оС и q4=0,35 – 0,7 % (проектный КПД в этом диапазоне нагрузок – 91,4 % при tух =136 – 147 оС и q4=0,5 %). При этом более высокий КПД (до 93,8 %) получен при сжигании более сухого азейского угля.
Сравнительно низкий температурный уровень в зоне горения (ниже 1200 оС) и высокая интенсивность смесеобразования при вихревом движении газов в кольцевой топке обеспечивают (при нагрузках 60 – 100 % Dном и αпп=1,2 – 1,25) относительно низкие концентрации вредных выбросов NOх=370–410 мг/нм3 и СО=20–70 мг/нм3. Полученные результаты достигнуты без применения системы третичного дутья и отработки специальных низкоэмиссионных режимов.
Котел легкоуправляем как в стационарных, так и переходных режимах.
Использование кольцевой топки позволяет:
§ снизить высоту котла на 30 – 40 %;
§ уменьшить металлоемкость и, следовательно, стоимость поверхности нагрева котла с кольцевой топкой на 20 %
§ повысить надежность работы экранных панелей топки за счет более высокой равномерности их тепловосприятия по периметру топки;
§ уменьшить загрязнение и шлакование топки за счет снижения температурного уровня в топке;
§ снизить выбросы NOх за счет снижения температуры, интенсификации смесеобразования и внутренней рециркуляции;
§ облегчить решение строительных и опорно-подвесных конструкций котла.
Испытания и опыт эксплуатации котла подтвердили его эффективность и целесообразность широкого применения кольцевых топок для крупных котлоагрегатов при сжигании различных топлив.
В 2000 г. котел рекомендован к внедрению РАО «ЕЭС России».
Дата добавления: 2016-10-07; просмотров: 2563;