эксплуатационных режимов на котле ТП-87. Моделирование выполнялось с помощью программного комплекса SigmaFlame. (разработчик ООО «Торинс», г. Красноярск).


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
УДК

621.18


РАЗРАБОТКА

СХЕМЫ

СЖИГАНИЯ

ПРИ

ПЕРЕВОДЕ

КОТЛА

ТП
-
87

С

ЖИДКОГО

НА
ТВЕРДОЕ ШЛАКОУДАЛЕНИЕ


Межов Е.А.
,

Цепенок А.И., Серант Ф.А., Малышев А.А.

ОО
О ©ЗиО
-
КОТЭСª
, г. Новосибирск,

Россия;



В
стать
е

представлены
основные технические решения по реконструкции
пылеугольн
ого

кот
ла

ТП
-
87

для перевода

с жидкого на твердое

шлакоудаление (ТШУ)
.

Для разработки технических решений выполнены тепловые расчеты котла и СПП,
моде
лирование топочных процессов, а также проработаны контруктивно
-
крмпоновочные
решения по экранам топочной камеры и топочно
-
горелочным устройствам.
для
обеспечения длительной надежной раб
о
ты котла
.

Исходные данные

Работа проводилась в рамках проекта реконстр
укции котельного агрегата ТП
-
87 ст. №9
(производства Таган
рогского котельного завода
) Западно
-
Сибирской ТЭЦ.

Котел был спроектирован

для работы на углях марки ©Тª,
теплотворной способностью

4

900
-
6

000

ккал/кг. В ра
мках

реконструкции встал

вопрос о
необход
имости обеспечения

стабильной работы котла на

кузнецких угл
ях

марок Д и Г

с переходом на твердое
шлакоудаление.

Отличительной особенностью данных углей
,

относительно проектного,

являетс
я более высоко
е
содержание летучих
V
daf
=38
-
40%

против
V
daf
=8
-
1
0%
.

Для о
беспечения бесшлаковочной работы котла при использовании Кузнецких каме
н
ных
углей, марок ©Д, Гª
требуется обеспечение

температуры газов на выходе из топки, на уровне
не
превышающем
Тт

=1050
-
1100 °С, а перед

конвективными пакетами ~950 °С, что ниже, чем для

проектных углей марки ©Тª.


Система

пылеприготовления
выполнен
а

по бункерной схеме с
подачей

пыли
высокой
концентрации под давлением (
ПВКд
)
. В

рамках

рассматриваемой

модернизации система
пылеприготовления и
подачи угольной пыли сохранены

полностью.

Котел
в проектном исполнении

(рис.1)

оборудован 12
-
тью вихревыми горелками,
располаг
а
ющимися по одноярусной встречной схеме. Сбросные горелки располагаются над
ярусом о
с
новных горелок. Для повышения температуры по условиям обеспечения надежного
жидкого шлакоудал
ения камера основного горения ошипована и утеплена ж
а
ростойкой массой.


Таблица 1


Технические параметры котла Е
-
420
-
13,8
-
545

Наименование величины

Значение

Расход свежего пара, т/ч

420

Параметры свежего пара




давление, кгс/см
2




температура, ºС


140

545

Температура питательной воды на входе в к
о
тел,
ºС

230

Температура горячего воздуха, ºС

400

Проектная расчетная температура газов вверху
топки, ºС

1116



Рис. 1. Общий вид котла.


После ряда реконструкций
топочная камера претерпела множество изменений и в
настоящее время выполн
ена без пережима

(рис. 2а)




Описание

Для
настройки математической модели горения в топке котла ТП
-
87 и верификации
расчетных данных с экспериментальными

в р
а
боте проведено

численное

моделирование
эксплуатационных

режимов на котле

ТП
-
87.

Моделирование выполнялось с помощью программного комплекса SigmaFlame
(ра
з
работчик ООО ©Торинсª, г. Красноярск).

Функциональные тепловые испытания котл
а

проводились при сжигании Кузнецкого угля
со сле
дующими теплотехническими х
а
рактеристиками:

W
r
=10…13,5

%;

A
r
=15,7…21,9

%;

Q
r
н
=4722…5386 ккал/кг;

V
daf
=39,4…43,3 %.

Для верификации математической модели использовались данные тепловых испыт
а
ний.

По результатам испытаний с
оставлен топливно
-
воздушный

баланс

(рис.
2
а
)
при нагрузке

0,9Дном. На рис.
2
а

так же
представлена

трехмерная компьютерная модель
существующей
топки котла ТП
-
87.

На рис.2б. представлены некоторые результаты моделирования
эксплуатационного режима
работы котла

в виде полей температур и концен
трации кислорода в осевом сечении топки.



а)







б)

Рис. 2.
а)
Топливно
-
воздушный баланс топки ко
т
ла ТП
-
87 на

нагрузке 0,9Дном

(и его трехмерная
модель
).

б) Температура
(
°С
)

и содержание кислорода
(
кг/кг
)

в осевом сечении топки
.


В таблице 2 сведены результаты
:

тепловых расчетов (по нормативному методу),
трехмерного математического моделирования в программном ко
мплексе SigmaFlame и
исп
ы
таний котла.


Таблица 2

Сводная таблица результатов тепловых расчетов котла, мате
матического моделирования
и тепловых испытаний на нагрузке

0,9Дном при существующей схеме
сж
и
гания.


Параметр

Результаты мат.

моделир
о
вания в

SigmaFlame

Результаты теплового
расчета котла (по
нормативному мет
о
ду)

Тепловые испытания
котла

Коэффициент
избы
т
ка воздуха на
выходе из топки (отм.
+27,0)

α
=1,215

α
=1,215

α=1,215

(усреднено)

Температура газов
вверху топки

1096

°С

109
7

°С

1100′1125

°С

Температура факела
на уровне горелок

Средняя температ
у
ра:
1630
°С

По центру
топки: 1750
°С

Нет данных.

а
диабатическая
температ
у
ра горения

1898

°С

Пирометрия на ярусе
г
о
релок:
1650′1700
°С

По результатам, представл
енным в
таблице 2,

можно сделать вывод,

что
разработанная
математ
и
ческая модель
топки котла ТП
-
87 в целом отражает
существующую картину
топочных
процессов, показывая близкие значения
с натурными испытани
я
ми

и
тепловыми
расчетами котла. Данная

математическа
я модель
далее
использовалась

для изучения
нового
топочно
-
горелочного устройства

и
различных
схем сжигания
.


На рис. 3
. п
редставлены
усредненные по сечению температуры
по высоте топочн
ой камеры для
экспериментально проверенного
0,9

Дном

и номинально
го 1,0Дном

режимов.

Рис. 3
. Средние температуры в сечении по высоте топочной камеры.

Сравнение
различных
схем

сжигания

В ходе расчетных исследований

были
рассмотрены

различные

схемы сжигания

с
переводом котла на ТШУ
:




1
)

В
стречное фронтальное
расположение 8 вихревых
горелок и сбросных сопел на
боковых стенах.

2
) Т
ангенциальная двухвихревая
схема


8 прямоточных
горелочных блоков. Сбросной
агент подводится через 8 сопел в
противокрутк
у основным вихрям
.

3
) В
стречное расположение 12
вихревых горелок. Сбросные
сопла по встречно
-
смещенной
схеме (5+6) организуют зону
дожигания.
Сопла имеют
наклон 10º к горизонту.




4
) Двухярусное встречное
расположение 16 вихревых
горелок с организацией канала
сброса в горелки.


5
) Схема сжигания с 2
м
я ярусами
встречных горелок: 8


в первом, 4


во втором. Сбросной агент
подведен по тангенциальной
схеме. Выше сброса расположен
ярус третичного воздуха.

6
) Встречное располо
жение 12
вихревых горелок

(наклон 10º
вниз)
. Сбросные соп
ла на
фронтовой стене 6 шт.

Таблица 3

Варианты схем сжигания и топочно
-
горелочных устройств модернизируемого котла ТП
-
87


Вар
иант


Описание варианта

Результаты
расчета

Примечание

Изменение

Т
’’

Т
ср
,
˚
С

0

Существующее исп
олнение

1144

Тепловой расчет
Т =1097
˚
С; по испытаниям
Т=1125
˚
С;
моделирование

Т=1140
˚
С. В

зоне
основного

горения имеет
ся область температур

1750
˚
С.

-

1

Встречное фронтальное расположение 8 вихревых горелок и
сбросных сопел на боковых стенах.

11
20

В
зоне

о
сновного

горен
ия имеется область
температур
1700
˚
С. За счет

сброса
СА
в ярус

ярус

горение

затянуто
. На стенах имеется области с
температурой Т=1500
˚
С

-
24
˚
С

2

Тангенциальная двухвихревая схема


8 прямоточных горелочных
блоков. Сбросной агент подводится че
рез 8 сопел в противокрутку
основным вихрям.

11
30

В
зоне основного

горен
ия имеется область
температур
1700
˚
С
.

Т на стенах имеется
область
температур
1400
˚
С

-
14
˚
С

3

Встречное расположение 12 вихревых горелок. Сбросные сопла
по встречно
-
смещенной схеме (5+6
) организуют зону дожигания.
Сопла имеют наклон 10 градусов к горизонту.

10
93

В
зоне основного

горения преимуще
ственно
область температур

1700
˚
С Температура

на стенах
до

1450
˚
С

-
51
˚
С

4

Двухярусное встречное расположение 16 вихревых горелок с
организацией
канала сброса в горелки.

11
87

В
зоне основного

горе
ния имеется область
температур

1700
˚
С. На стенах имее
тся области с
температурой до
1500
˚
С

+43
˚
С

5

Схема сжигания с 2я ярусами встречных горелок: 8


в первом, 4


во втором. Сбросной агент подведен по тан
генциальной схеме.
Выше сброса расположен ярус третичного воздуха.

10
95

В
зоне основного

горен
ия имеется область
температур
1700
˚
С. На стенах имее
тся области с
температурой до
1350
˚
С

-
49
˚
С

6

Встречное расположение 12 вихревых горелок. (угол 10 градусов
к
горизонту). Сбросные сопла на фронтовой стене 6 шт.

10
88

Без ярко выраженных особенностей. В основной
зоне горения
область температур
1600
˚
С. На стенах
имее
тся области с температурой до
1350
˚
С


-
56
˚
С

По результатам исследов
ания схем сжигания
представленным в сводной таблице

3

наи
более перспективной схемой для модернизации котла ТП
-
87

предс
тавляется использование
схемы №6

со встречным расположением 12 вихревых горелок и фронтальным расположение 6
сопел сброса. По р
езультатам
моделирования данной схемы

выявлено
минимальное количество

опасных зон с повышенными температурами пылегазовых потоков вблизи стен (потенциальные
зоны шлакования).

Горение локализовано на основном ярусе горелок.

Т
емпература

на выходе
из топочной каме
ры при

переходе от ЖШУ на ТШУ снизилась

на
56
˚
С
, что является
минимальным значением

среди всех рассматриваемых схем

сжигания
. С
хема наиболее пр
оста в
реализации
.

Схема сжигания с вихревыми горелками

Предлагаемая
схема сжигания включает

в себя
:

1.

Топка сохраняется прямоугольного сечения с размерами в плане 7552

14080 мм.

2.

Замену экранов нижней части топки с формированием холодной воронки и обшивкой
труб листом для минимизации присосов. В топочной камере в
полном объеме
искл
ю
чается ошиповка экранов.

3.

Встречную
одноярусную
установку

12
-
ти

(по 6 горелок с фронта и с тыла топки)

вихревых пылеугольных горелок с регулируемой круткой вторичного воздуха и
сохранением подачи пыли высокой концентрации (ПВК).

4.

Ус
тановку на фронтовой

стене над
основным
ярусом горелок

6
-
ти сдвоенных сбросных
горелок

(©труба в трубеª).

Схема компоновки топочно
-
горелочных устройств показана на

рис.
6.

Индивид
у
альное регулирование крутки горелок позволяет влиять на формирование факела
отдельных г
о
релок,

обеспечить отсутствие наброса

факела на стены топки, а также стабильное
раннее воспламенение угольной пыли за счет внутренней рециркуляции горячих т
о
почных
газов к устью горелок.


Рис.
6
. Компоновка топочно
-
горелочных устройств
и примеры вихревых горелок

ООО ©ЗиО
-
КОТЭСª
.


Сбросной сушильный

агент вместе с частью наиболее тонкой угольной пыли поступ
а
ет в
сбросные горелки, что несколько снижает температуру на ярусе основных горелок.


Рис. 7
. Пример вихревой горелки
,
с ПВКд
.

Результаты

Существующая схема

сжигания

Схема сжигания с вихревыми горелками

и ТШУ

Температура в осевых сечениях топки ºС





Концентрация кислорода в осевых сечениях топки, кг/кг.





Концентрация топливных частиц в осевых сечениях топки, кг/кг.






Заключение



При переходе с жидкого шлакоудаления на твердое одной из основных проблем
является обеспечение бесшлаковочной работы экранов топки и конвективного
пароперегреват
е
ля.



П
ри модернизации и переходе на ТШУ

д
л
я уменьшения шлакования стен топки
целесообразно внедрение системы водяной обдувки стен топки котла и системы
пар
о
вой очистки ширмово
-
конвективных поверхностей пароперегревателя.



И
спользование вихревых горелок

позволяет более эф
фективно задействовать
нижнюю
часть топочной камеры
, а их компак
т
ное одноярусное расположение позволяет
исключить возможное затягивание гор
е
ния.



Особенностью

выбранной
схемы сжигания является
минимизация прямого
воздействия факе
лов отдельных горелок

на экраны топочной камеры. Зоны
повышенных концентраций топлива и максимальных темп
е
ратур находятся в районе
факелов горелок, пристенные области напротив преимущественно характеризуются
низкими концентрациями дискретной фазы с одновре
менным присутствием
кислорода. За счет этого снижается риск шлакования экранов топки, также они
защищаются от
высокотемпературной коррозии в восстановительной среде
.



Список литературы

1.

Алехнович, А.Н./ Характеристики и свойства энергетиче
ских углей / А.Н. Але
х
нович.


Челябинск: Цицеро, 2012


549 с.: ил.

2.

Государственный Стандарт Российской Федерации. Установки котельные Те
п
ломеханическое
оборудование. Общие технические требования: ГОСТ Р 50831
-
95.

3.

CO 153
-
34.03.352
-
2003 Инструкция по обеспечению взрывобезопасности топл
и
воподач и
установок для пылеприготовления и сжигания пылевидного топлива. М., 2004.

4.

Тех. отчет. ©Разработка технических решений по реконструкции котла ТП
-
87 ст. №9
Западно
-
Сибирская ТЭЦª (заключительный) Шифр работы ЕВРАЗ ЗСМК 1405/2256205. Москва 2013г.


5.

Гидравлический расчет котельных агрегатов: (Нормативный метод)/ Балд
и
на

О.М., Лошкин
В.А., Петерсон Д.Ф.и др.; Под редакцией В.А. Лошки
на и др.

М.: Энергия, 1978.
-
256с. Ил.

6.

Расчет и проектирование пылеприготовительных установок котельных агрегатов (нормативные
материалы). Л.: ЦКТИ
-
ВТИ, 1971.

7.

Долежал Р./ Топки с жидким шлакоудален
ием/ Перевод с чешского Рихтера Л.А. и Черновой
Г.Г.


Государственное энергетическое издательсво: Москва, 1959.



Приложенные файлы

  • pdf 6992629
    Размер файла: 858 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий