CC BY
3ИСПЫТАНИЯ КОТЛА КЕ-20-16-320 С ТОПКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО КИПЯЩЕГО СЛОЯ ПРИ СЖИГАНИИ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ
А.А. Скрябин, П.П. Антонов, М.А. Шарапов, А.М. Сидоров
Технология сжигания в низкотемпературном кипящем слое является универсальной и применима для большинства видов твердого топлива, включая древесные отходы.
В котельной ЗАО «Пермский фанерный комбинат» эксплуатировался котел КЕ-25-24-350, в котором сжигался мазут. В силу производственной необходимости потребовалась реконструкция котла с переводом на сжигание древесных отходов.
В 2001 г. ЗАО «Бийскэнергомаш» совместно с НИЦ ПО «Бийскэнергомаш» осуществили реконструкцию данного котла под сжигание технологической щепы влажностью до 45% в форсированном низкотемпературном кипящем слое (НТКС).
Примененный способ сжигания отличается от классического пузырькового кипящего слоя малой площадью воздухораспределительной решетки, высокими скоростями ожижения, способствующими разрушению образующихся в слое агломератов и большей глубиной регулирования нагрузки котла.
В связи с увеличением объемов дымовых газов (при переходе на древесное топливо) номинальная производительность была ограничена величиной 20 т/ч, номинальное давление определено заказчиком 1,6 МПа. В результате котел замаркирован как КЕ-20-16-320 ОГВ (резервное топливо - природный газ).
ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА
Изменения конструкции котла в основном касались топочного объема. Под топочные блоки котла на опорной раме была установлена топка НТКС, представляющая собой конструкцию с плоской воздухораспределительной решеткой колпачкового типа и воздушным коробом под ней. Решетка выполнена водоохлаждаемой для защиты от высоких температур в период растопки котла.
Подача воздуха под воздухораспределительную решетку производится высоконапорным вентилятором ВДН-8,5х3000 снизу воздушного короба и через растопочное устройство (рисунок 1). При растопке котла воздух подается только через растопочное устройство.
В качестве инертного наполнителя кипящего слоя используется мелкий песок с
размером частиц до 2 мм и температурой плавления не менее 1100°С.
Для ввода древесных отходов в топку с фронта котла установлен скребковый питатель топлива. Из питателя топливо попадает в раздающий короб, затем по двум течкам и коробам ввода топлива подается в зону кипящего слоя. Для более равномерного распределения топлива по длине топки в короба ввода топлива над разгонной плитой через щели шириной 10 мм подается воздух.
Для снижения потерь с химическим и механическим недожогом на котле предусмотрена система острого дутья (вторичного воздуха), которая в верхнем объеме топочной камеры формирует вихрь с горизонтальной осью.
Для снижения потерь с механическим недожогом и уменьшения расхода инертного наполнителя слоя на котле предусмотрена двухступенчатая система возврата уноса. Первая ступень, образующаяся за счет расширения топки в верхней части, улавливает наиболее крупные частицы, вылетающие из кипящего слоя. По наклонным стенам эти частицы скатываются обратно в кипящий слой. Частицы, вынесенные из топочной камеры, улавливаются в конвективном блоке и через золовые бункера и эжекторы открытого типа пневмотранспортом возвращаются в надслоевой объем топочной камеры.
Растопка котла осуществляется прогревом кипящего слоя горячими газами, образующимися при сжигании жидкого (например, дизельного) топлива в растопочном устройстве. Для контроля температуры и высоты кипящего слоя на боковых стенах нижнего объема топочной камеры установлены закладные трубы для установки термопар и датчика уровня слоя.
Для поддержания высоты кипящего слоя в рабочем диапазоне и слива слоя при ремонте топки НТКС на фронтовой стене котла установлена труба слива с устройством удаления шлака.
Для работы котла на природном газе (резервное топливо) на фронтовой стене установлена горелка ГМ-10 с модернизированной газовой частью.
Основные расчетные показатели работы котла представлены в табл. 1. Продольный разрез реконструированного котла представлен на рисунке 1.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ В результате испытаний установлено, что котел КЕ-20-16-320 ОГВ с топкой низкотемпературного кипящего слоя, при условии непрерывной подачи технологической щепы в бункер топлива, обеспечивает расчетные параметры работы: нагрузку - 20 т/ч при избыточном давлении и температуре перегретого пара, соответственно 1,6 МПа и 320°С.
В процессе пусковых операций были определены аэродинамические характеристики воздухораспределительной решетки, подобрана расходная характеристика форсунки растопочного топлива, отработаны режимы растопки котла из холодного состояния, из "горячего" резерва, плановый и аварийный остановы котла в "горячий" резерв.
Результаты обработки данных, полученных при испытании котла на различных нагрузках, даны в табл. 2^6 и сведены в Таблицу измерений и расчетных данных (табл. 7).
Нагрузка котла изменялась в диапазоне от 11,0 до 20,2 т/ч (55^101%) при абсолютном давлении перегретого пара 15,6^16,5 атм. и
температуре 305^320°С. КПД брутто котлот-лоагрегата на номинальной нагрузке составил 83,88%; на нагрузках до 14,6 т/ч - КПД = 76^78%.
Пониженная, по сравнению с расчетной, эффективность (КПД котла) сжигания древесных отходов объясняется большими избытками и присосами воздуха. Так, коэффициент избытка воздуха за экономайзером (балансовая точка) составил величину 2,48^4,00 против а эк = 1,65 по расчету.
Высокие избытки воздуха на пониженных нагрузках котла объясняются большими при-сосами воздуха (до 3200 нм3/ч) в топку через точки топлива. По этой причине, для снижения избытков воздуха в топке, подача вторичного воздуха на поддув топлива и на острое дутье над слоем была прекращена. Такая организация вторичного дутья была рекомендована для всех режимов работы котла.
Большие присосы воздуха наблюдались и в экономайзере. В различных опытах они составили величину Даэк = 0,44^1,67.
Испытанный котел обладает удовлетворительными показателями выброса вредных веществ. На номинальной нагрузке концентрация оксида углерода не превышает 450 мг/нм3, а оксидов азота - не более 200 мг/нм3.
Таблица 1. Основные показатели работы котла КЕ-20-16-320 ОГВ
№ п/п Наименование параметра Величина
1. Характеристика топлива (технологическая щепа) на рабочую массу: - низшая теплота сгорания, ккал/кг - влажность, % - зольность, % 2470 39,4 0,81
2. Паропроизводительность котла, т/ч 20,0
3. Абсолютное давление перегретого пара, (МПа), кг/см2 (1,6)16,0
4. Температура перегретого пара, °С 330
5. Температура питательной воды, °С 104
6. Температура воздуха в котельной, °С 30
7. КПД котла брутто, % 87
8. Полный расход топлива, кг/ч 5874,7
9. Избыток воздуха за экономайзером 1,65
10. Избыток воздуха за котлом 1,5
11. Температура газов за котлом, °С 340
12. Температура газов за экономайзером, °С 164
Рис. 1. Котел КЕ-20-16-320 ОГВ с топкой НТКС: 1 - растопочная камера; 2 - шибер; 3 - воздухораспределительная решетка; 4 - устройство удаления шлака; 5 - коллектор подачи вторичного воздуха на возврат уноса; 6 - эжектор; 7 - коллектор подачи вторичного воздуха на поддув топлива; 8 - газовая горелка; 9 - коллектор подачи вторичного воздуха на верхнее дутьё; 10 - сопла вторичного дутья
В табл. 8 представлены результаты анализа уноса (дисперсный состав и содержание горючих), взятого из-под первого конвективного блока (справа и слева) и из-под санитарных золоуловителей. Содержание уловленных частиц размером меньше 0,1 мм составляет около 45%, а частиц размером менее 0,05 мм - около 15,5%. При этом, общее содержание горючих не превышает 6%. Дисперсный состав уноса из-под конвективного блока указывает на то, что частицы крупнее 0,2^0,4 мм системой возврата уноса возвращаются в кипящий слой.
В процессе испытаний на котле было осуществлено пробное сжигание коры от окорки сырья. При этом была достигнута производительность котла 11 т/ч при параметрах пара 1,3 МПа и 295°С. Высота слоя составляла около 360 мм и температура около 910°С, давление воздуха над решеткой - около 5,0 кПа. Сжигание коры производилось без подачи вторичного воздуха. Дальнейшее увеличение нагрузки оказалось невозможным из-за конструктивных ограничений пропускной способности питателя топлива, не предназначенного для подачи длинномерного корья.
Таблица 2. Таблица измерений и расчетных данных
№ Наименование параметра Ед. Значения параметров
п/п изм. реж. 1 реж. 2 реж. 3 реж. 4 реж. 5
1 Паропроизводительность т/ч 11,0 14,2 14,6 17,7 20,2
2 Давление перегретого пара МПа 1,57 1,58 1,56 1,60 1,65
3 Температура перегретого пара оС 312 310 305 306 320
4 Температура питательной воды оС 105 105 105 105 105
5 Уровень (высота) слоя мм 280 270 280 270 280
Продолж. табл. 2
1 2 3 4 5 6 7 8
6 Температура слоя 1 оС 930 945 950 990 1005
7 Температура слоя 2 оС 970 985 990 1010 1035
8 Давление воздуха под решеткой даПа 638 721 746 755 804
9 Давление вторичного воздуха даПа 226 226 245 245 245
10 Давление в топке даПа -7,8 -7,4 -7,4 -6,4 -4,9
11 Температура воды за экономайзером оС 150 160 1 64 148 150
12 Температура газов перед экономайзером оС 285 312 316 331 340
13 Температура газов за экономайзером оС 151 157 159 159 162
14 Давление газов перед экономайзером даПа -46 -44 -44 -43 -44
15 Давление газов за экономайзером даПа -140 -145 -141 -142 -143
16 Коэффициент избытка воздуха перед экономайзером - 2,53 2,30 2,33 1,95 2,04
17 Коэффициент избытка воздуха за экономайзером - 3,80 3,80 4,00 2,98 2,48
18 Обороты питателя топлива об/мин 2,0 2,4 2,5 2,9 3,2
19 Концентрация СО за котлом мг/нм3 347 569 623 562 433
20 Концентрация 1\Юх за котлом мг/нм3 200 196 208 200 194
21 Содержание горючих в уносе (среднее) % 3,89 3,89 3,89 3,89 3,89
22 Доля уноса золы - 1 1 1 1 1
23 Потери тепла с уходящими газами % 19,03 19,96 21,22 16,42 14,38
24 Потери тепла с механическим недожогом % 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09
25 Потери тепла с химическим недожогом % 0,44 0,72 0,83 0,56 0,36
26 Потери тепла от наружного охлаждения % 2,36 1,83 1,78 1,47 1,29
27 Потери тепла с физическим теплом шлаков % 0
28 Коэффициент полезного действия брутто (по обратному балансу) % 78,07 77,39 76,08 81,46 83,88
29 Расход топлива кг/ч 3593 4671 4867 5573 6173
30 Удельный расход топлива кг/Гкал 519 523 532 497 483
31 Удельный расход условного топлива кг/Гкал 183 185 188 175 170
32 Низшая теплота сгорания ккал/кг 2470
33 Зольность рабочая % 0,81
34 Влажность рабочая % 39,40
Таблица 3. Результаты анализа дисперсного состава и содержания горючих Унос из-под золоуловителя
Фракция, мм Весовая доля фракции, Ь, % Остаток на сите %
слева справа слева Справа
1 2 3 4 5
2,5 1,65 0,88 1,65 0,88
1,6 0,68 0,41 2,32 1,29
Продолж. табл. 3
1 2 3 4 5
1 0,58 0,54 2,90 1,83
0,63 1,16 0,98 4,07 2,81
0,4 3,58 3,70 7,65 6,51
0,315 3,97 3,73 11,62 10,24
0,2 18,10 16,07 29,72 26,31
0,16 8,23 8,72 37,95 35,02
0,1 18,74 20,64 56,69 55,66
0,063 15,41 17,53 72,10 73,19
0,05 12,29 11,42 84,39 84,61
0 15,61 15,39 100,00 100,00
Возврат уноса
Фракция, мм Весовая доля фракции, Ь, % Остаток на сите %
слева справа Слева справа
2,5 0,27 4,98 0,27 4,98
1,6 0,33 3,92 0,60 8,90
1 2,28 6,10 2,89 15,00
0,63 36,38 32,10 39,27 47,11
0,4 48,77 30,87 88,04 77,98
0,315 5,18 6,24 93,22 84,22
0,2 4,25 6,56 97,48 90,78
0,16 0,76 1,70 98,24 92,48
0,1 0,93 2,46 99,17 94,94
0,063 0,43 2,13 99,59 97,07
0,05 0,22 1,62 99,81 98,69
0 0,19 1,31 100,00 100,00
ВЫВОДЫ
В результате проведенных испытаний установлено, что котел КЕ-20-16-320 ОГВ при работе на технологической щепе обеспечивает расчетные параметры: нагрузку 20 т/ч, давление и температуру перегретого пара 1,6 МПа и 320°С.
Котел работает стабильно при условии непрерывной подачи щепы (ГОСТ 15815-83) в
бункер питателя топлива. При этом обеспечивается удовлетворительные показатели экономичности (КПД и 84%) и экологические показатели (содержание СО - до 450 мг/нм3 и ЫОх - до 250 мг/нм3).
В котле допускается сжигание коры от окорки сырья при условии ее дробления до размеров не более 100 мм со снижением номинальной паропроизводительности до 15 т/ч.
