CC BY
331
Электронное периодическое издание «Вестник Дальневосточного государственного технического университета» 2010 год № 2 (4)
05.00.00 Технические науки
УДК 662.66
А.Н.Штым, К.А. Штым, Е.Г. Воротников, О.В. Распутин
Штым Анатолий Николаевич - д-р техн. наук, заведующий кафедрой теоретической и общей теплотехники ДВГТУ. E-mail: [email protected]
Штым Константин Анатольевич - канд. техн. наук, доцент кафедры теоретической и общей теплотехники ДВГТУ. E-mail: [email protected]
Воротников Евгений Гаврилович - канд. техн. наук, доцент кафедры теоретической и общей теплотехники ДВГТУ. E-mail: [email protected]
Распутин Олег Викторович - канд. техн. наук, доцент кафедры теоретической и общей теплотехники ДВГТУ. E-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ И ОСВОЕНИЕ ВИХРЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ
СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
Представлены этапы освоения вихревой технологии сжигания твердого и жидкого топлив в ДВПИ-ДВГТУ. Приведены примеры модернизации паровых и водогрейных котлов с установкой циклонных предтопков на угле, мазуте и газе.
Ключевые слова: котел, топка, вихревое сжигание, циклонный предтопок.
Anatoliy N. Shtym, Konstantin A. Shtym, Evgeniy G. Vorotnikov, Oleg V. Rasputin RESYCH AND DEVELOPMENT OF VORTICAL TECHNOLOGY
OF BURNING FUEL
Stages of development of vortical technology of burning of firm and liquid fuel in FEPI-FESTU are presented. Examples of modernization of steam and water-heating boilers with installation of cyclone chambers at a coal, furnace fuel oil and gas are resulted.
Key words: boiler, furnace, vortical technology of burning, cyclone chamber.
В теплоэнергетике наиболее перспективным и менее изученным является вихревой способ сжигания топлива, который использует аэродинамические особенности закрученного потока, имеющего сложную структуру, сепарацион-ную способность и высокую степень турбулентности.
С 1961 г. кафедра теоретической и общей теплотехники (ТОТ) и с 1991 г. Центр «Модернизация котельной техники» (МТК) ДВПИ-ДВГТУ располагают опытом внедрения вихревого сжигания по двум аэродинамическим схемам организации топочного процесса: в устойчивом концентрированном вихре (циклонные предтопки) и сопряженных по длине топки разомкнутых вихревых потоках (низкотемпературный вихревой метод и его разновидности). Исследования, как правило, проводились в промышленных условиях, что ограничивало возможность оптимизации конструкции, режимов работы и оперативного устранения выявленных недостатков.
По публикациям 50-х гг. ХХ в. создавалось впечатление о широком применении циклонных топок, поэтому первый предтопок ДВПИ для сжигания углей был спроектирован сразу с привязкой к жаротрубному котлу промышленной котельной. При этом учитывались рекомендации МВТУ (проф. Г.Ф. Кнорре), отдела малой энергетики ЦКТИ и института теплоэнергетики АН Украины, которые проводили исследования циклонных топок. Циклонный предтопок ДВПИ (г.Артем Приморского края, 1962 г.) работал на отходах бурого угля с калорийностью (11 Мдж/кг) и зольностью более 30 %. Предтопок имел воздушное охлаждение, «зажигательное кольцо» (стабилизатор факела) в передней части камеры и относительный выходной пережим меньше 0,5. Работа предтопка на дробленом угле была неустойчивой, что приводило к зашлаковке камеры сгорания, и предтопок был демонтирован. Работа в этом направлении МВТУ, ЦКТИ, КазНИИэнергетики, МЭИ и других организаций также не дала ожидаемых результатов из-за недооценки сложности аэродинамики циклонного процесса и ориентации на водяное охлаждение циклонного предтопка.
До середины 80-х гг. в ДВПИ проводились систематизированные исследования по аэродинамике циклонно-вихревых камер при различных условиях генерации вихря (включая режимы с получением эффекта Ранка-Хильша) [5]. С учетом особенности аэродинамики циклонно-вихревых камер, а также имеющегося отечественного и зарубежного опыта циклонного сжигания топлива, в начале 70-х гг. научным коллективом кафедры ТОТ избрано направление разработки высокоэффективного циклонного предтопка для сжигания жидкого топлива с комбинированной генерацией вихря и полным воздушным охлаждением камеры. Первые предтопки установлены на пяти котлах Шухова-Берлина на «Дальзаводе». Производительность первого котла, который был практически экспериментальным, при модернизации увеличена с 9 до 20 т/ч, он находился в эксплуатации 25 лет. Последующие исследования различных аспектов циклонного сжигания топлива проводились в творческом содружестве с РЭУ «Дальэнерго». После обследования первых модернизированных на «Дальзаводе» и в «Дальэнерго» котлов представителями ЦКТИ, ЭНИНА, ВНИПИ Энергопрома и других организаций, выполненная работа получила одобрение Госкомитета по науке и технике и была рекомендована к широкому внедрению. Это позволило разработать циклонные предтопки единичной мощностью от 17 до 64 МВт к паровым и водогрейным котлам различной производительности для сжигания мазута и газа [6].
Циклонный предтопок представляют собой воздухоохлаждаемую камеру с 2-4-х сторонним подводом тангенциального и торцевым подводом аксиального воздуха (рис. 1). В предтопке сжигается основная часть мазута или газа, от 40 до 90 %, с минимальными
а б
Рис. 1 Циклонный предтопок: а) продольное сечение; б) поперечное сечение
избытками воздуха. Подача мазута осуществляется многосопловой форсункой ЦМКТ, установленной по оси предтопка и позволяющей получить мелкодис-
персный распыл, при давлении не более 16 кгс/см газ раздается в соответствии с программой набора нагрузки через сопла газовых коллекторов. Циклонный предтопок состоит из камеры сгорания (1), обмуровки (2), корпуса циклона (3), завихрителя (4), торцевой вихревой камеры (5).
В настоящее время всего модернизировано более 60 котлоагрегатов 20 типоразмеров, 4 из них являются топливно-реверсивными и способны с высокой эффективностью сжигать жидкое и газообразное топливо.
Наибольшую длительность эксплуатации имеют три водогрейных котла ЭЧМ-25/35 (рис. 2), установленные на ТЦ «Вторая речка», они предназначены для производства горячей воды в системах промышленного и бытового теплоснабжения г. Владивостока. Котлы модернизированы в период с 1977 по 1982 гг. На одном из котлов вместо двух фронтальных горелок конструкции Харьковского филиала ЦКБ «Энерго» на фронте котла установлен горизонтальный циклонный предтопок мощностью 64 МВт. Кроме этого, в топке котла установлены ширмовые поверхности нагрева. В результате модернизации номинальная нагрузка котла увеличена с 35 до 50 Гкал/ч, при КПД брутто 90%. Срок
службы поверхностей нагрева конвектив-
ной части увеличен в три раза. Другие ва-
^ ^ рианты реконструкции котлов ЭЧМ 25/35
Рис.3. Паровой котел БКЗ-75-39 МЦ: р р
1) цикл°нный предтоп°к; 2) барабан предусматривали установку двух предтоп-котла; 3) конвективные поверхности
нагрева; 4) водогрейный контур; 5) сис- ков с фронта котла или размещение пред-тема очистки
топков на боковых экранах. Исследование
Рис.2. Водогрейный котел ЭЧМ-25/35: 1) циклонный предтопок; 2) экранные поверхности нагрева; 3) конвективные поверхности нагрева
аэродинамики, тепловых потоков и многолетняя эксплуатация показали преимущество встречной компоновки предтопков.
Паровые котлы БКЗ-75-39 МЦ (рис. 3) водотрубные, однобарабанные с естественной циркуляцией установлены на Владивостокской ТЭЦ-1 в количестве трех единиц. В 1984 г. котлы были переведены со сжигания угольной пыли на циклонно-вихревое сжигание мазута. Два циклонных предтопка мощностью 50 МВт размещены на боковых экранах котла. Вместо рекуперативного воздухоподогревателя установлены водогрейные пакеты, что позволило сделать котел пароводогрейным. Суммарная тепловая мощность котла увеличена на 25% при КПД брутто 91%.
Паровые котлы ДКВР-20/13 (рис. 4) водотрубные, с естественной циркуляцией установлены на ТЦ «Вторая речка». Котлы предназначены для выработки насыщенного пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий и для теплоснабжения. По проекту модернизации в 1984 г. вместо трех фронтовых горелок завода «Иль Марине» смонтирован один циклонный предтопок мощностью 18 МВт. Номинальная мощность котла увеличена до 27 т/ч при КПД брутто 92 %.
Два водогрейных котла КВ-ГМ-20 МЦ (рис. 5) предназначены для получения горячей воды в системах промышленного и бытового теплоснабжения, а также для технических целей порта «Восточный», модернизированы в 19961999 гг. Вместо ротационных горелок установлены циклонно-вихревые пред-
Рис.4. Паровой котел ДКВР-20/13: 1) циклонный предтопок; 2) экономайзер; 3) верхний барабан; 4) нижний барабан
Рис.5. Водогрейный котел КВ-ГМ-20 МЦ:
1) циклонный предтопок; 2) конвектив-
нью п°верхн°сти нагрева; 3) система топки мощностью 29 МВт (25 Гкал/ч).
очистки
Техническое решение предусматривает
повышение мощности, надежности, экологичности котла и упрощение схемы управления котлом.
Паровые котлы Б-35-40 (рис. 6) водотрубные, однобарабанные с естественной циркуляцией установлены в количестве четырех единиц на котельной ДВЗ «Звезда». Котлы предназначены для работы в районах с сейсмичностью до 7 баллов включительно по шкале MSK. В 1989 г.
1. л\
IIII 1111
г
.
Рис.6. Паровой котел Б-35-40: 1) циклонный предтопок; 2) конвективные поверхности нагрева; 3) барабан; 4) пароперегреватель
при модернизации вместо четырех вихревых горелок на всех котлах установлено по два предтопка ЦМКТ мощностью 22 МВт каждый. В конструкцию топки и предопков заложены решения по подавлению вредных выбросов. Теплопро-изводительность увеличена с 35 до 50 т/ч, при КПД брутто 92%.
Водогрейные котлы ПТВМ-30 (рис. 7), установленные на ТЦ ДВЗ «Звезда» в количестве четырех единиц, предназначены для работы в пиковом режиме в системах промышленного и бытового теплоснабжения. В 1991-1995 гг. в результате модернизации, предусматривающей замену шести прямоточных го-
Рис. 7. Модернизированные котлы серии ПТВМ: релок на два цикЛ°нных
1) циклонный предтопок; 2) конвективные поверхности нагрева; 3) система очистки
предтопка мощностью по 22 МВт каждый, мощность котла увеличилась на 10 % при КПД брутто 90%.
Один из котлов модернизирован в 1998 г. по проекту, предусматривающему увеличение мощности с 30 до 44 Гкал/ч при сохранении габаритных размеров каркаса. На его боковых стенах установлены два предтопка мощностью по 29 МВт.
На ТЦ «Северной» установлены четыре водогрейных котла КВ-ГМ-100, которые предназначены для производства горячей воды в системы промышленного и бытового тепло-
II
А
1 1 * г
Рис.8. Водогрейный котел КВ-ГМ 100 МЦ: 1) циклонный предтопок; 2) конвективные поверхности нагрева; 3) система очистки
снабжения г. Владивостока. Их модернизация в 1980 г. предусматривала замену трех ротационных горелок на два циклонных предтопка предельной мощностью 70 МВт и установку дополнительного конвективного пакета (рис. 8). Уве-
личена номинальная мощность на 20 %. Кроме этого, на котлах реализована система циклонного термообезвреживания замазученной воды и пневмоимпульсная установка для очистки конвективных поверхностей нагрева от наружных отложений. Из девяти модернизированных котлов этого типа (Благовещенская ТЭЦ, Хабаровская ТЭЦ-2, Владивостокская ТЭЦ-1), два котла для ВТЭЦ-1 впервые поставлены Дорогобужским котельным заводом в максимальной готовности к использованию циклонно-вихревой технологии.
Паровой котел Бабкок-Вилькокс (Дп=120 т/ч) водотрубный, однобарабанный с естественной циркуляцией
Рис.9. Паровой котел Бабкок-Вилькокс: 1) циклонный предтопок; 2) экономазер; 3) пароперегреватель; 4) барабан котла
установлен на Артемовской ТЭЦ. Котел модернизирован в 1993 г. с заменой четырех фронтовых вихревых пылеугольных горелок на два циклонных пред-топка мощностью 50 МВт, расположенных встречно на боковых экранах (рис. 9). Вместо рекуперативного воздухоподогревателя установлен водогрейный контур. Реконструкция позволила на 15 % увеличить тепловую мощность котла при КПД брутто 95 %.
Пиковый теплофикационный водогрейный котел ПТВМ 180 МЦ тепло-Г кал/ч предназначен для покрытия пиков теплофикационных нагрузок на Хабаровской ТЭЦ-3. Котел водотрубный, прямоточный, башенного типа. В 1992 г. был модернизирован с заменой 20 горелок
Рис. 10. Пиковый теплофикационный водогрейный котел ПТВМ 180 МЦ: 1) циклонный предтопок; 2) конвективные поверхности нагрева; 3) система пневмоим-пульсной очистки
на четыре циклонных предтопка предельной мощностью 70 МВт (рис. 10). В результате увеличилась номинальная теплопроизводительность на 200 Гкал/ч при КПД брутто 89 %.
Паровой котел ДЕ-25-24/380 МЦ на сахарном комбинате г.Уссурийска предназначен для выработки перегретого пара, используемого для технологических нужд комбината и привода паровой турбины. тел двухбарабанный вертикальноводотрубный, с естественной циркуляцией.
В 1996 г. был модернизирован. Вместо го-
Рис.11. Паровой котел ДЕ-25-24/380 МЦ: т-л/ггт1/с ~
1Ч „ оч ~ релки Г МП-16 установлен циклонный
1) циклонный предтопок; 2) экономай- ^ ■’
зер; 3) верхний барабан котла; 4) верхний предтопок единичной мощностью 20
МВт (рис.11). Теплопроизводительность котла при КПД брутто 91,5% увеличилась до 27 т/ч.
Котельный агрегат БКЗ 120-100 ГМ паропроизводительностью 120 т/ч установлен на Охинской ТЭЦ, основное топливо - газ, резервное - сырая нефть. В заводском варианте котел оснащен восемью газомазутными и двумя мазутными горелками, установленными в три яруса на фронте. Реконструирован в 1998 г. с заменой горелок на два циклонных предтопка единичной мощностью 64 МВт, расположенных в два яруса на правом боковом экране (рис. 12). Кроме этого, на котле проведена замена третьей ступени воздухоподогревателя на дополнительную ступень экономайзера. Максимальная мощность, достигнутая на данном котле, составляет 147 т/ч при КПД брутто 92,2%. Циклонные предтопки данного котла позволяют работать как на газе и нефти, так и на двух видах топлива в любых пропорциях, т.е. являются топливно-реверсивными. В циклонном варианте котел отличается повышенной маневренностью, сочетающейся с простым управлением [7].
Из опыта эксплуатации модернизированных котлов следует, что использование циклонно-вихревого метода сжигания жидкого и газообразного топлива позволяет увеличить их теплопроизводительность на 10-20 %, уменьшить удельный расход топлива, довести выбросы оксидов азота до уровня, не превышающего установленные нормы во всем диапазоне нагрузок, уменьшить затраты электроэнергии на тягу и дутье на 10-20 %. Кроме этого, значительно упрощается система автоматического управления котлоагрегатом, повышается надежность процессов зажигания, горения и регулирования нагрузки. Специальные исследования, выполненные на действующем оборудовании, показыва-
Рис.12. Топливно-реверсивный котел БКЗ-120-100 ГМ МЦ: 1) циклонный предтопок; 2) барабан котла; 3) ширма; 4) экономайзер; 5) воздухоподогреватель
ют снижение количества натрубных отложений и, как следствие, увеличение срока службы поверхностей нагрева. Применение циклонного термообезвреживания позволяет утилизировать замазученные воды и снизить концентрацию оксидов азота в уходящих газах до 30 %. По общему мнению инженернотехнического персонала котельных, внедрение циклонно-вихревой технологии выводит на новый уровень культуру эксплуатации оборудования.
Циклонные предтопки длительное время успешно эксплуатируются на ТЭЦ-1 г. Владивостока, ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3 г. Хабаровска, Якутской ТЭЦ, Охин-ской ТЭЦ и ряде котельных промышленных предприятий Дальнего Востока. Следует отметить, что на третьей части от общей численности котлоагрегатов в РАО «Дальневосточные энергетические системы» сжигается мазут и газ. Дальний Восток располагает достаточными разведанными запасами нефти и газа, кроме того, идет бурное развитие нефтяных и газовых проектов, призванных усилить экономическое состояние региона, поэтому в перспективе очевидно увеличение доли использования этих видов топлива в общем балансе энергосистемы [8].
По нашему мнению, проблема эффективного и экологичного сжигания жидкого и газообразного топлива принципиально решена, что позволяет в короткие сроки произвести модернизацию действующих котлов с переходом на циклонно-вихревое сжигание топлива в предтопках Центра МКТ.
Научно-технический и внедренческий Центр «Модернизация котельной техники», учрежденный ДВГТУ с целью продвижения инновационных проектов в энергетические системы Дальнего Востока, выполняет полный цикл работ (от технико-экономического обоснования до сдачи в эксплуатацию с инженерным сопровождением молодыми специалистами) по внедрению циклонновихревого сжигания топлива на водогрейных и паровых котлах.
С учетом опыта работы газо-мазутных предтопков разработана конструкция двух камер с тангенциальной и аксиальной подачей твердого топлива [9]. Циклонные предтопки смонтированы на фронтовой экранной части котла Баб-кок-Вилькокс (паропроизводительность 120 т/ч) на Артемовской ТЭЦ. Для
обеспечения надежной работы котла в период осенне-зимнего максимума нагрузок на боковых экранах топки установлены две вихревые горелки, рассчитанные на сжигание каменных углей нерюнгринского и липовецкого месторождений. Котел оборудован индивидуальной системой пылеприготовления с промбункером и двумя мельницами типа ШБМ-250/390. Одна мельница обеспечивает работу основных пылеугольных горелок и двух муфелей, другая подает топливо на циклонные предтопки. Реконструкция схемы воздуховодов позволяет изменять температуру вторичного воздуха, подаваемого на циклонные предтопки от 30 до 270 оС. По оси предтопков установлены двухпоточные многосопловые механические мазутные форсунки конструкции ЦМКТ. Проведен первый этап пуско-наладочных работ на циклонных предтопках при подаче че-ремховского каменного угля, артемовского бурого угля и смеси углей Артемов-ского, Смоляниновского и Липовецкого месторождений с характеристиками, представленными в таблице.
Таблица
ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ЦИКЛОННЫХ ПРЕДТОПКОВ
Марка топлива 0 Г, МДж/кг Wr, % Аа, % У“, % Wu, % І1,°С
Черемховский каменный уголь 19-22 9-12 15-24 46-52 3 1130
Артемовский бурый уголь 14 19,9 29,5 - 3 1110-1420
Смесь 12,8-13,1 17-21 31-32 49-55 5-13 -
Фракционный состав угольной пыли, подаваемой в предтопки, изменялся в пределах Я90 = 9-23 %; Я200 = 0,5-7 %.
В ходе испытаний показана принципиальная возможность реализации схемы сжигания разносортного твердого топлива в воздухоохлаждаемой циклонной камере с сухим шлакоудалением; определены граничные режимные параметры работы циклонных предтопков, позволяющие обеспечить устойчивое воспламенение твердого топлива без мазута при отсутствии шлакования. Работа одного циклонного предтопка без мазута и муфельных горелок при сжи -гании черемховского угля обеспечивает нагрузку котла 35-40 т/ч, при этом со-
держание горючих в шкале и уносе составляет Гшл = 0,4 %, Гун = 7-11 %. С началом реорганизации системы «Дальэнерго» исследования на котле остановлены из-за отсутствия финансирования.
Как известно, низкотемпературное вихревое сжигание (НТВ) углей осуществлялось кафедрой «Реакторо- и парогенератостроения» ЛПИ (под научным руководством В.В.Померанцева) начиная с 1968 г., сначала на торфе, а затем на кузнецком каменном угле и сланце. Опыт применения НТВ на бурых углях [1] впервые был получен в 1973 г. в одной из котельных г.Владивостока на трех котлах ТП-20. Перевод котлов ТП-20 с пылеугольного на НТВ сжигание (рис.13) с угрублением помола позволил ликвидировать шлакование на тавричанском буром угле с Q р = 20 Мдж/кг, Wр = 14 %, Aр = 24,9 % и повысить максимальную производительность котлов на 40 %, при сокращении расходов электроэнергии на пылеприготовление и увеличение моторесурса молотковых мельниц. Система пылеприготовления позволяла плавно угрублять помол топлива за счет сужения гравитационного сепаратора пыли. Горелки типа МЭИ и
сопло нижнего дутья были разделены по высоте на две неравные части с независимым регулированием расхода потоков в них. Была предусмотрена возможность подачи угольной пыли из мельницы в нижнюю часть топки для улучшения заполнения факелом топочного объем, а на задней стене установлен глубокий (на 1/3 глубины топки) аэродинамический выступ. В нижней части топки был размещен промежуточный шлаковый бункер с поворотным затвором внизу, позволяющий
Рис.13. Схема НТВ топки котла ТП-20 М:
1) топка; 2) мельница; 3) пылепроводы; 4) первичный воздух; 5) вторичный воздух; 6) нижнее дутье; 7) третичный воздух; 8) шламовый затвор; 9)горелки
предотвращать провал при значительном угрублении помола. Струя верхней части сопла нижнего дутья была направлена вдоль фронтового ската холодной воронки и обеспечивала транспорт частиц малого и среднего размера, а струя нижней части сопла, направленная под углом на скат, препятствовала провалу в шлаковый комод крупных частиц топлива, сепарировавшихся из горелок вниз топки. В дальнейшем такая конструкция сопла стала применяться на других котлах с НТВ сжиганием. На котлах ТП-20 выполнен большой объем работ внутротопочных исследований [3, 4].
С 1980 по 1985 гг. сотрудниками ЛПИ совместно с учеными ДВПИ проводилась работа на Приморской ГРЭС по освоению вихревого сжигания в топке котла БКЗ-220 с мельницами-вентиляторами и тангенциальной компоновкой прямоточно-щелевых горелок. Опробовано несколько вариантов неохлаждае-мых конструкций нижнего дутья при угрублении помола за счет подачи топлива на напорную часть тракта пылесистемы, а также работа мельниц-вентиляторов на воздушной сушке. Добиться надежной и экономичной работы котла не удалось, но была создана конструкция нижнего дутья, получившая название «Классификатор» и взятая в дальнейшем в основу вихревой ВИР-технологии запатентованной ООО «Политехэнерго» (г. Санкт-Петербург). Сотрудниками ДВПИ получены патенты на топку (рис. 14) при угловом тангенциальном расположении горелок и «пропеллерным» устройством нижнего дутья, улучшающие аэродинамику нижней части топки.
В 1986-1989 гг. на котле ТП-20М ТЭС в г. Арсеньеве учеными ДВГТУ проводились работы по освоению сжигания грубоизмель-ченного и немолотого топлива с целью новления оптимальной степени помола при низкотемпературном вихревом сжигании [2]. Система пылеприготовления с молотковыми
„ мельницами и воздушной сушкой была
Рис. 14. Схема вихревои топки с пропеллерным нижним дутьем: 1) горел°чн°е видоизменена для существенного устройство; 2) сопла нижнего дутья
ления помола (подача топлива на напорную часть тракта). При этом обеспечивалась полная взрывобезопасность пылесистем, производительность котла возросла в 1,5-2 раза, расход электроэнергии на размол снижен с 15-17 до 3-6 кВт-ч/т. Для возможности сжигания угля грубого помола применена модульная топка, в которой нижнее дутье выполнено с шириной существенно меньше ширины топки, а высота сопла нижнего дутья соответственно увеличена (рис. 15).
В режимах со значительным угрублением помола топлива проведены исследования при сжигании павловского, реттиховского, райчихинского и березовского бурых углей. При подаче ирша-бородинского угля оказалась возможна работа котла на составе, соответствующем немолотому топливу на тепловых электростанциях. Для получения такого гравитационного состава в системе то-пливоподачи после дробилок был установлен специально разработанный грохот. Крупные куски с него подавались на слоевые котлы, а отсев (Я56 = 46,357,8 %, Я63 = 89,6-94,7 %) - в модульную НТВ топку. Работа котла отличалась
Рис.15. Модульная вихревая топка: 1)горелочное устройство; 2)сопла нижнего дутья
большой устойчивостью.
Рис. 16. Модульная вихревая топка котла БКЗ-220: 1) горелки; 2) сопла нижнего дутья
Параллельно с этой работой сотрудниками ДВПИ проведено освоение сжигания в модульной топке (рис. 16) на котлах БКЗ-220 и БКЗ-210 Хабаровской ТЭЦ-1 при сжигании бурых и каменных углей, преимущественно сильно шлакующихся (гусиноозерского и бага-нурского). Перевод на вихревое сжигание позволил обеспечить
снижение шлакования и повышение нагрузки котлов до номинальной, но при длительной работе и скорости нижнего дутья до 40 м/с был выявлен сильный износ труб фронтового экрана в районе горелок. От продолжения работ на этом объекте пришлось отказаться.
В 2004-2005 гг. в Центре «МКТ» для котлов малой производительности применена технология сжигания углей с комбинацией кипящего слоя (КС) и НТВ-метода. КС-НТВ технология сжигания предполагает увеличение для типовых котлов объема топки путем опускания слоевой решетки вниз и экранирования стен дополнительного объема (рис. 17), сужения до 0,5-0,7 м и наклонной установки колосниковой решетки, а также подачу под нее воздуха в количестве и со скоростью, достаточной для подъема основной массы топлива в топочный объем. Остальная часть воздуха вводится через наклоненные вниз горелочные устройства, расположенные на фронте, и наклоненные вниз сопла третичного дутья, расположенные на задней стене топки. Внутритопочная циркуляция частиц и применение эффективной системы возврата уноса обеспечивает сравнительно невысокий (3-5 %) мехнедо-жог, а наличие подвижной решетки -выжиг даже крупных кусков угля.
Реконструированные котлы работают с эксплуатационным КПД 8487 % при повышенной (в 1,25-1,5 раза) мощности. Удельный расход электроэнергии составляет 4-6 кВт-ч/Гкал, содержание оксидов азота находится в пределах 250-320 мг/м3. На котлах сжигались угли Павловского, Смоляниновского, Раковского, Сахалинского, Ургаль-ского, Бородинского, Никольского и других месторождений, характери-
Рис.17. Схема движения газов в КС-НТВ топке: 1) слоевое колосниковое полотно; 2) горе-лочное устройство; 3) сопло острого дутья; 4) экраны
стики которых находились в пределах = 7,23-23,97 МДж/кг, 1№г =
4,6-27,4 %, Аг = 9-40,7 %.
Для повышения надежности теплоэнергетических систем был разработан [10] котельный агрегат, способный работать на жидком (циклонные предтопки) и твердом (низкотемпературный кипящий слой) топливе (рис. 18) как попеременно, так и совместно. В настоящее время три таких котла ТС-35 обеспечивают паром Спасский цементный завод и прилежащие жилые районы.
С 2002 г. и по настоящее время ООО «Политехэнерго» проводит на Владивостокской ТЭЦ-2 (без официального участия ДВГТУ) работы по внедрению вихревого сжигания на павловском и харанорском бурых углях. Реконструировано восемь котлов БКЗ-210 первой очереди ТЭЦ с мельницами вентиляторного малого типоразмера МВ-1600, что позволило увеличить моторесурс мельниц и достичь номинальной производительности котлов, ранее ограниченной недостаточной производительностью мельниц.
Опыт внедрения вихревого сжигания углей показал перспективность метода для решения ряда проблем работы котлов, таких как предупреждение шлакования, повышение устойчивости воспламенения высоковлажных углей, снижение износа мельниц и увеличение их моторесурса, повышение производи -тельности котлов и снижение выбросов оксидов азота.
Работы по совершенствованию конструкции вихревых топок для сжигания углей не завершены. В первую очередь необходимо искать пути повыше -ния надежности устройств нижнего дутья и добиться снижения величины механического недожога топлива.
Рис. 18 Схема комбинированной топки
1. Воротников Е.Г., Померанцев В.В., Финкер Ф.З. Способ работы топки //Авторское свидетельство СССР. №2335486. 1976. Бюл. № 24.
2. Обухов И.В. Исследование низкотемпературной вихревой топки котла малой мощности при сжигании дальневосточных и канско-ачинских бурых углей: автореф. дис....канд. техн. наук. Владивосток, 1999. 22 с.
3. Распутин О.В. Исследование и совершенствование вихревого сжигания бурого угля в топках промышленных парогенераторов: автореф. дис.... канд. техн. наук. Л., 1981. 18 с.
4. Сухинин В.И. Исследование особенностей теплообмена в топках котлов малой мощности при различной организации сжигания бурого угля: автореф. дис... канд. техн. наук. Л., 1981. 16 с.
5. Штым А.Н. Аэродинамика циклонно-вихревых камер: монография. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1985. 200 с.
6. Штым А.Н. и др. Повышение эффективности работы водогрейных мазутных котлов за счет применения воздухоохлаждаемых предтопков ДВПИ // Электрические станции. 1989. № 8. С.78-81.
7. Штым А.Н. и др. Модернизация котлов БКЗ-75-39ФБ путем перевода на сжигание мазута в циклонных предтопках ДВПИ // Электрические станции. 1994. № 11.С. 22-26.
8. Штым К.А. Модернизация и исследование паровых и водогрейных котлов с циклонными предтопками ДВГТУ: автореф. дис..канд. техн. наук. Владивосток, 2000. 28 с.
9. Штым А.Н., Штым К.А., Рудницкий В.А. и др. Циклонный предтопок (варианты, угольный) // Патент Росии № 2190154. Зарегистрирован 27.09.2002. Бюл. № 27.
10. Штым К.А., Балабин Д.Н., Сухинин В.И. Устройство для одновременного или попеременного сжигания кускового с другим видом топлива // Патент России №2239127. Зарегистрирован 27.10.2004. Бюл. № 30.
