CC BY
30
ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ ФАКЕЛА В ТОПКЕ КОТЛА
ТПЕ-429
ТАЙМАРОВ М.А. *, ЗАКИРОВ И. А.* *, МАКСИМОВ Е.Г. *, ХУСАИНОВ Д.Г. *,
ТАЙМАРОВ В.М. *
**Казанская ТЭЦ-3 *Казанский государственный энергетический университет
В работе исследуется интегральная интенсивность излучения факела в топке котла ТПЕ-429 при сжигании уренгойского газа.
Введение
При конструировании новых типов топок для расчета необходимы данные результатов исследования радиационного теплообмена для эксплуатируемых топок [1]. Ввиду того, что радиационный теплообмен в топках зависит как от эмиссионных свойств факела, так и от конструктивных особенностей топок, экспериментальные исследования на натурных котлоагрегатах являются актуальными. В данной работе эксперименты по исследованию радиационных свойств факела проводились на котле ТПЕ-429 Казанской ТЭЦ-3 (станционный №7). Паровой котел ТПЕ-429 спроектирован АО ТКЗ "Красный котельщик” и согласно ГОСТ-3619-82 имеет обозначение Е-400-13,8-560КТ. Котел ТПЕ-429 предназначен для выработки перегретого пара с рабочим давлением 13,8 МПа (140 кгс/см2) и температурой 560°С при сжигании кузнецкого угля марки СС, донецкого ГСШ, карагандинского ППМ и природного газа. На момент экспериментов сжигался уренгойский газ. Паровой котел ТПЕ-429 однобарабанный с естественной циркуляцией, П-образной компоновки, газоплотный, с твердым шлакоудалением.
Котел ТПЕ-429 состоит из топочной камеры и опускной конвективной шахты, соединенных в верхней части горизонтальным газоходом. Топочная камера открытая, призматическая, прямоугольного сечения глубиной 8640 мм, шириной 12880 мм. На фронтовой и задней стенах топочной камеры на отметке +12500 мм восемь плоскофакельных горелок, по 4 горелки на каждой стене. Для контроля факела на каждой горелке в верхних соплах вторичного воздуха установлены ионизационные датчики. Стены топочной камеры экранированы газоплотными панелями, выполненными из труб 060x6 мм с вваренной между ними полосой сечением 06x20,5 мм. В нижней части топочной камеры фронтовой и задний экраны образуют скаты "холодной" воронки с углом наклона труб 55°С. Фронтовой и задний экраны имеют ширину по осям труб 12720 мм и состоят из 8 блоков каждый. Правый и левый боковые экраны, шириной по осям труб 8560 мм, конструктивно выполнены из пяти блоков каждый. Схема испарения двухступенчатая с промывкой пара питательной водой. Вода из барабана внутренним 01600 мм (8=112 мм) к испарительным экранам подводится по четырем стоякам 0426x36 мм, из которых раздается трубами 0159x15 мм в нижние коллекторы экранов. Пароводяная смесь отводится в барабан из верхних коллектор экранов трубами 0133x13 мм и 0159x15 мм.
© М.А. Таймаров, В.А Закиров, Е.Г. Максимов, Д.Г. Хусаинов, В.М. Таймаров Проблемы энергетики, 2006, № 1-2
Потолок топочной камеры, переходного и опускного газоходов, под и стены переходного газохода, стены опускного газохода экранированы цельносварными мембранными панелями из гладких труб 032x5 мм и с проставкой из полосы сечением 06x20,5 мм. В верхней части топочной камеры по всей ширине фронтового экрана и на первых от фронта панелях боковых экранов расположен радиационный пароперегреватель. Кроме того, радиационный пароперегреватель закрывает верхнюю часть заднего экрана, образует аэродинамический выступ глубиной 3000 мм и переходит в пароперегревательную поверхность нижнего ограждения горизонтального газохода.
Методика исследования и оборудование
Экспериментальная методика [2] включала в себя бесконтактное и контактное определение температуры факела, измерение падающих потоков теплового излучения от факела радиометром, проверку градуирования радиометра в станционных условиях эксперимента и послойные измерения температуры факела вглубь топки. Для контактного измерения температуры продуктов сгорания в топке разработан пирометрический термозонд, представляющий собой неохлаждаемый двухэкранный трубчатый кожух и термопару типа хромель-алюмель с каолиновой тепловой изоляцией в виде нити внутри этого кожуха. Радиометр разработан на основе рефракторной оптики с линзой объектива, выполненной из флюорита. В качестве приемника излучения использован термостолбик, составленный из 10-ти последовательно соединенных хромель-копелевых термопар. Бесконтактное измерение яркостной температуры факела проводилось оптическим пирометром ОППИР-017.
Градуировочная характеристика интегрального радиометра описывается формулой
Е =169188 и+10272, (1)
где Е - поверхностная плотность потока излучения, кВт/м2; и - значение сигнала чувствительного элемента радиометра, регистрируемое вторичным измерительным прибором - цифровым милливольтметром, мВ.
Градуировочная характеристика термозонда на основе термопары хромель-алюмель для послойных измерений описывается аппроксимирующей формулой
г = 0,0272 и2 + 23,008 и + 8,7702, (2)
где г - температура, °С; и - значение сигнала рабочего спая термопары хромель-алюмель, регистрируемое вторичным измерительным прибором -цифровым милливольтметром, мВ.
Систематическая погрешность определения интегрального потока излучения факела составляла сти = ± 12,7% при температуре Т = 1370 К.
Основные результаты и их обсуждение
На рис. 1-5 представлены схема и результаты измерений температуры факела по высоте топки котла ТПЕ-429, полученные с помощью контактного термозонда на основе хромель-алюмелевой термопары.
Рис. 1. Габариты и схема сечений по глубине топки котла ТПЕ-429 при измерениях падающих потоков и послойных контактных измерениях температуры факела (® - плоскофакельные пылегазовые горелки, расположенные на отметке 12,5 м фронтовой и задней стенах топочной
камеры)
Как видно из графиков (рис. 2-5), в пристеночном слое на толщине факела Ь до 1 м происходит сильный рост температуры продуктов сгорания по направлению к центру топки. Так как сечения, в которых проводились измерения температуры, расположены в пристеночном слое фронтового и заднего экранов, то на распределение температуры при послойных измерениях накладывается влияние месторасположения горелок.
Лючок №7, отметка 18,4 м
м
Лючок №1, отметка 13,3 м
£, м
Рис. 2. Распределение температуры факела в первом сечении по высоте топки котла ТПЕ-429 в зависимости от расстояния Ь от левого экрана (при паропроизводительности Д0 = 400 т/ч, температуре питательной воды (пв = 230°С, температуре уходящих газов = 125 °С,
коэффициенте избытка воздуха а = 1,059, топливо - уренгойский газ )
/., м
Лючок №2, отметка 13,3 м
/., м
Рис. 3. Распределение температуры факела во втором сечении по высоте топки котла ТПЕ-429 в зависимости от расстояния Ь от левого экрана (при паропроизводительности Д0 = 400 т/ч, температуре питательной воды гпв = 230°С, температуре уходящих газов гух = 125 °С, коэффициенте избытка воздуха а = 1,059, топливо - уренгойский газ )
Лючок №9, отметка 18,4 м
/.. м
Лючок №5, отметка 13,3 м
м
Рис. 4. Распределение температуры факела во втором сечении по высоте топки котла ТПЕ-429 в зависимости от расстояния Ь от правого экрана (при паропроизводительности До = 400 т/ч, температуре питательной воды гпв = 230°С, температуре уходящих газов гух = 125 °С, коэффициенте избытка воздуха а = 1,059, топливо - уренгойский газ )
Лючок №10, отметка 18,3 м
I., м
Лючок №6, отметка 13,3 м
/., м
Рис. 5. Распределение температуры факела в первом сечении по высоте топки котла ТПЕ-429 в зависимости от расстояния Ь от правого экрана (при паропроизводительности Д0 = 400 т/ч, температуре питательной воды гпв = 230°С, температуре уходящих газов гух = 125 °С, коэффициенте избытка воздуха а = 1,059, топливо - уренгойский газ )
Как и следовало ожидать, максимум излучения факела (рис. 6, 7) располагается в области горелок по высоте топки к=12 м, считая от холодной воронки, находящейся на отметке 3 м. В сравнении с данными других авторов для газомазутных котлов, плотность падающего излучения факела на стены топочной камеры котла ТПЕ-429 в среднем на 20 % ниже.
Рис. 6. Плотность падающих потоков излучения q на правый боковой экран барабанного котла ТПЕ-429 для первого сечения в зависимости от высоты топки к (м) (при паропроизводительности Д0 = 400 т/ч, температуре питательной воды гпв=230°С, температуре уходящих газов гух=125°С, коэффициенте избытка воздуха а=1,059, топливо-уренгойский газ); Д □, о - данные настоящей работы по сериям
опытов; 0-данные Митора В.В. [3] для прямоточного котла ПК-19 при До = 120 т/ч, топливо - газ
Это связано не только с тем, что котел ТПЕ-429 первоначально был спроектирован как комбинированный для сжигания кузнецкого угля марки СС, донецкого ГСШ, карагандинского ППМ и природного газа, но и с тем, что площадь экранных поверхностей нагрева за счет пода, конструктивно выполненного для твердого шлакоудаления, имеет большой запас. В случае сжигания газа из-за малой оптической толщины и степени черноты топки температура топочного объема значительно снижается. Это вызывает снижение значений плотностей падающего потока излучения от факела на экранные поверхности. Одной из мер повышения плотности падающих потоков излучения факела, а следовательно и повышения КПД котла ТПЕ-429, является уменьшение поверхности тепловоспринимающих экранов пода. Необходимо также применение новых более мощных горелок. Так как стены топочной камеры котла ТПЕ-429 выполнены в виде экранов из цельносварных металлических мембранных панелей, то, естественно, при сжигании газа не следует ожидать высоких значений обратных тепловых потоков. Этим фактом объясняются низкие значения температуры факела по всей высоте топки в случае сжигания газа.
Сравнение данных по падающим потокам излучения для сечений 1 и 2 (рис. 6, 7) показывает, что падающие от факела потоки #, измеренные через лючки в сечении 2 (рис. 7), имеют более высокие значения. Это связано с тем, что факел в сечении 1 находится ближе к входной части горизонтального газохода. Топка котла ПК-19 по высоте ниже, чем топка котла ТПЕ-429. Этим объясняются низкие значения падающих потоков котла ПК-19 на уровне к=15 м. Фактически это выход топки котла ПК-19, а для котла ТПЕ-429, это зона активного радиационного теплообмена. Высокая интенсивность излучения факела котла ПК-19 также объясняется тем, что на отметке 9,4 м экраны выполнены ошипованными, что увеличивает обратные тепловые потоки
Рис. 7. Плотность падающих потоков
излучения q на правый боковой экран барабанного котла ТПЕ-429 для второго сечения в зависимости от высоты топки к (м) (при паропроизводительности До = 400 т/ч, температуре питательной воды ¿пв=230°С, температуре уходящих газов гух=125°С, коэффициенте избытка воздуха а=1,059, топливо - уренгойский газ); Д □, о - данные
настоящей работы по сериям опытов; ◊ -данные Митора В.В. [3] для прямоточного о пт :м(| !ПП 411» и,,,2 котла ПК-19 при Д = 120 т/ч, топливо - газ
Выводы
1. Для интенсификации радиационного теплообмена в топке котла ТПЕ-429,
с целью повышения КПД котла при работе на газе, необходимо увеличить мощность горелок на 10____15 %.
2. Для увеличения теплонапряженности топочного объема котла ТПЕ-429 и повышения КПД котла при работе на газе необходимо модернизировать под котла в нижней части топочной камеры, выполнив скаты "холодной" воронки фронтового и заднего экранов с углом наклона труб не более 12°С.
экранов в топку.
Summary
In work the integrated emission power of a flame in furnace of the boiler TPE-429 for want of burning of urengoi gas is investigated.
Литература
1. Трембовля В. И. и др. Теплотехнические испытания котельных установок.- М.: Энергия, 1977.- 297 с.
2. Таймаров М.А. Лабораторный практикум по курсу «Котельные установки и парогенераторы».- Казань: КГЭУ, 2004.- 108 с.
3. Митор В.В. Теплообмен в топках паровых котлов.- М.-Л.: Машгиз, 1963.- 180 с.
Поступила 14.11.2005
