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 файл 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