CC BY
21
УДК 621.181.7
КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА С ПОВОРОТНЫМИ ГОРЕЛОЧНЫМИ
УСТРОЙСТВАМИ
М.А. ТАЙМАРОВ, А.И. МУРТАЗИН Казанский государственный энергетический университет
Рассматривается котельная установка, содержащая экранированную топку, в которой по углам установлены горелки. Горелки установлены с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскости. Система контроля температуры перегретого пара снабжена дополнительным датчиком температуры перегретого пара, соединенным электрической связью с исполнительным механизмом сервоприводов поворота горелок в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Ключевые слова: производство тепловой энергии, перегретый пар, котельная установка, тягодутьевые механизмы, энергетические котлы, потери электроэнергии, датчик температуры, высока крутки факела, тепловая энергия, экономия топлива, экономия электроэнергии, защита экранов топочной камеры, изоляция, внутренняя обмуровка.
Введение
Котельная установка с возможностью регулирования параметров перегретого пара при помощи модифицированных горелочных устройств относится к области производства тепловой энергии на ТЭС, в виде перегретого пара, путем камерного сжигания топлива в топке при помощи горелочных устройств. Она может быть использована также в металлургической теплотехнике для регулирования температурного распределения факела внутри топок и газоходов печей.
Известна котельная установка ТГМ-84А для получения перегретого пара, содержащая: экранированную топку, в которой на фронтальной стороне установлены горелки, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещены ступени пароперегревателя, соединенные с межступенчатыми пароохладителями, датчик температуры перегрева пара, опускной газоход и экономайзер [1]. Необходимая величина перегрева пара при повышении температуры пара поддерживается путем впрыска конденсата в пароохладители, а при падении перегрева - за счет снижения избытка воздуха, подаваемого в горелки, и увеличения тяги дымососа.
Недостатки котельной установки ТГМ-84А:
1. Перерасход топлива при поддержании необходимой температуры перегретого пара за счет работы пароохладителей.
2. Перерасход электроэнергии, связанный с работой при низком КПД дутьевого вентилятора и дымососа, при поднятии перегрева пара.
3. Наброс факела на экраны при работе с высокими нагрузками и, как следствие, преждевременное разрушение внутренней обмуровки топки.
Прототипом котельной установки является котельная установка БКЗ-210-140 для получения перегретого пара, содержащая экранированную топку, в которой по углам, тангенциально к окружности диаметром 0,9 м, неподвижно установлены четыре горелки, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещены ступени
© М.А. Таймаров, А.И. Муртазин Проблемы энергетики, 2012, № 9-10
пароперегревателя, соединенные с межступенчатыми пароохладителями, датчик температуры перегрева пара, опускной газоход и экономайзер [2].
В этой котельной установке факел закручивается по спирали и не происходит наброса продуктов сгорания на экран.
Недостатки котельной установки БКЗ-210-140:
1. Перерасход топлива при поддержании необходимой температуры перегретого пара за счет работы пароохладителей.
2. Перерасход электроэнергии, связанный с работой при низком КПД дутьевого вентилятора и дымососа, при поднятии перегрева пара.
Перерасход топлива связан с работой пароохладителей при впрыске конденсата в перегретый пар. Впрыск конденсата в перегретый пар производят для снижения высокой температуры пара, которая может вызвать термическое разрушение металла лопаток паровой турбины. Низкая температура перегретого пара приводит к снижению КПД паровой турбины и, как следствие, к перерасходу топлива при выработке электроэнергии.
Перерасход электроэнергии связан с регулированием производительности, в частности - с уменьшением производительности дутьевого вентилятора и дымососа при повороте лопаток входного направляющего аппарата. Поворот лопаток изменяет расход воздуха и дымовых газов через котельную установку при изменении нагрузки. Увеличение угла поворота лопаток по отношению к всасываемому потоку газа приводит к уменьшению расхода воздуха или дымовых газов через дутьевой вентилятор или дымосос. Одновременно, с увеличением угла поворота лопаток снижается КПД дутьевого вентилятора и дымососа. Энергетические котлы являются котлами с уравновешенной тягой. Поэтому, помимо всего прочего, необходимо согласовать количество воздуха, подаваемого в горелки, с количеством отсасываемых продуктов сгорания. В противном случае пламя будет выбивать через смотровые лючки и неплотности или же, наоборот, будут сверхнормативные присосы воздуха в топку.
Основная задача котельной установки с модифицированными горелочными устройствами
Данная установка является конструкцией котельной установки, позволяющей устранить перерасход топлива путем исключения применения пароохладителей для понижения температуры перегретого пара и устранить потери электроэнергии за счет исключения регулирования производительности дутьевого вентилятора и дымососа.
Технический результат достигается тем, что в котельной установке, содержащей экранированную топку с установленными по углам горелками, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещен пароперегреватель, соединенный с межступенчатым пароохладителем, опускной газоход, экономайзер, систему контроля температуры перегретого пара, включающую основной датчик температуры перегрева пара, горелки установлены с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскости, а система контроля температуры перегретого пара снабжена дополнительным датчиком температуры перегрева пара, соединенным электрической связью с исполнительным механизмом сервоприводов поворота горелок в горизонтальной и вертикальной плоскости.
При оптимальной настройке уравновешенной тяги для номинальной паровой нагрузки котельной установки регулирование количества теплоты, отдаваемой продуктами сгорания непосредственно в топке экранным трубам и в пароперегревателе, осуществляется за счет изменения высоты закрученной спирали факела и ее диаметра путем изменения угла поворота горелок по отношению к
© Проблемы энергетики, 2012, № 9-10
диаметру факела в горизонтальной плоскости и изменения угла поворота горелок по отношению к поду котла в вертикальной плоскости. При необходимости быстрого подъема температуры перегретого пара диаметр факела уменьшают, а высоту факела увеличивают до входного окна горизонтального газохода. Доля теплоты, подводимой к пароперегревателю, возрастает. Для быстрого понижения температуры перегретого пара высоту факела уменьшают за счет того, что горелки в вертикальной плоскости поворачивают ближе к поду котла, а диаметр закрутки факела за счет поворота горелок увеличивают.
На рисунке показана схема предлагаемой котельной установки.
Котельная установка содержит топку 1, подвижные горелки 2, расположенные по углам тангенциально к окружности переменного диаметра, экранные трубы 3, барабан 4, горизонтальный газоход 5, четыре ступени пароперегревателя 6, 7, 8, 9, первый и второй межступенчатые пароохладители 10, 11, систему контроля температуры перегретого пара, включающую основной датчик 12 температуры перегрева пара, опускной газоход 13 и экономайзер 14. Система контроля температуры перегретого пара снабжена дополнительным датчиком 15 температуры перегрева пара,
© Проблемы энергетики, 2012, № 9-10
соединенным электрической связью с исполнительным механизмом сервоприводов поворота горелок 2.
Установка работает следующим образом:
Основной датчик температуры 12 перегретого пара дает электрический сигнал на исполнительный механизм впрыска конденсата в пароохладители 10, 11 только в случае быстрого аварийного подъема температуры перегрева.
Рабочее регулирование температуры перегрева пара производится дополнительным датчиком 15, который дает электрический сигнал на исполнительный механизм сервоприводов поворота горелок 2 в горизонтальной и вертикальной плоскости.
При повышении температуры перегретого пара свыше регламентированной горелки поворачиваются электродвигателем с сервоприводом (на фиг. 1 условно не показаны) в вертикальной плоскости на некоторый угол ближе к поду котла и одновременно поворачиваются в горизонтальной плоскости для увеличения диаметра крутки факела. В результате этого испарительная поверхность экранных труб 3 получает больше тепловой энергии и в барабане 4 образуется избыток насыщенного пара, поступающий в ступени 7, 8, 9, 6 пароперегревателя, которые также обогреваются меньшим количеством теплоты, так как в результате перераспределения теплоты происходит увеличение тепловосприятия в испарительной поверхности экранных труб 3 и снижается перегрев пара.
При понижении температуры перегрева за счет электрического сигнала от датчика 15 горелки 2 поворачиваются в вертикальной плоскости для подъема факела ближе к горизонтальному газоходу 5 и также поворачиваются в горизонтальной плоскости для образования крутки факела меньшего диаметра. Так как факел поднимется к выходу топки, испарительные поверхности экранных труб 3 получают меньше теплоты, образуется меньшее количество насыщенного пара, а пароперегревательные поверхности обогреваются сильнее и температура перегретого пара повышается.
Расчет экономии топлива за счет исключения применения пароохладителя для понижения температуры перегретого пара с 570°С до 560°С приведен ниже.
Параметры пара до включения пароохладителя: Т1 = 570 °С, р1 =140 кг/см2, ц = 839,52 ккал/кг.
Параметры пара после включения пароохладителя: Т2 = 560 °С, р2 =140 кг/см2, /2 = 833,26 ккал/кг. Д( м-12)= 6,26 ккал/кг.
При нагрузке 210 т/ч за 1 час работы котла продолжительность периодического включения пароохладителя составила 0,2 час.
Перерасход теплоты
ДО = 6,26 ккал/кг х 210000 кг/ч х 0,2 ч = 262920 ккал.
Перерасход топлива при теплоте сгорания 7961 ккал/нм3 и расходе 16000 нм3/ч Дв = 262920x100 %/( 7961x16000) = 0,21 %.
Расчет экономии электроэнергии за счет исключения применения регулирования производительности дутьевого вентилятора и дымососа путем поворота лопаток входных направляющих устройств на Да=20° на примере котла БКЗ-210/140-ФЖШ, на котором установлено два дымососа №8 (А, Б) и два дутьевых вентилятора ДВ №8 (А, Б).
Потеря КПД при увеличении угла поворота лопаток на Да=20° составляет Дп= 7,5%. При нагрузке 210 т/ч и включении на 0,2 ч поворота лопаток за 1 час работы котла потери электроэнергии для 2-х дутьевых вентиляторов составят
140 кВтх2x0,2 чх0,075 = 4,2 кВтхч. © Проблемы энергетики, 2012, № 9-10
При нагрузке 210 т/ч и включении на 0,2 ч поворота лопаток за 1 час работы котла потери электроэнергии для 2-х дымососов составят:
300 кВтх2х0,2 чх0,075 = 9 кВтхч.
Суммарно при включении на 0,2 ч поворота лопаток за 1 час работы котла потери электроэнергии равны 13,2 кВтхч.
Заключение
Аналогичных установок на сегодняшний день не существует. Котельные установки генерирующей компании на данный момент испытывают проблемы, связанные с неудовлетворительным регулированием температуры пара, а в частности, регуляторы температуры перегретого пара на энергетических котлах не выдерживают постоянные нагрузки регулирования, происходит износ металла и сальниковых уплотнений самих регуляторов. Также немаловажна проблема экономии электроэнергии на собственные нужды и экономии топлива. Все эти проблемы могут быть решены при модернизации и внедрении совершенно новых горелочных устройств, установленных с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях на энергетических котлах.
Summary
The boiler installation containing a water-walled furnace in which on corners torches are established. Burners are established with turn possibility in the horizontal and vertical plane, and the monitoring system of temperature of superheated steam is supplied additional with the sensor of temperature of the superheated steam, connected by electric communication with the executive mechanism of servo-drivers of turn of torches in the horizontal and vertical plane.
Keywords: production of thermal energy, superheated steam, boiler installation, boiler draft system, power coppers, electric power losses, temperature sensor, height of a wash of a torch, thermal energy, economy offuel, economy of the electric power, protection of screens of the furnace chamber, isolation, internal brickwork envelope.
Литература
1. Мейкляр М. В. Современные котельные агрегаты ТКЗ. Москва: Энергия, 1978. 86 с.
2. Ковалев А.П. Парогенераторы. Москва: Энергоатомиздат, 1985. 303 с.
3. Арсеев А. В. Опытные характеристики работы промышленных горелок. Теория и практика сжигания газа: Недра, 1972. С. 191-211.
4. Арсеев А. В. Влияние на характеристики работы горелок степени стеснения и охлаждения факела и размеров газосжигающих устройств. Теория и практика сжигания газа: Недра, 1972. 211-223 с.
5. Таймаров М.А. Практические занятия на ТЭЦ / Учебное пособие. Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2003. 64 с.
6. Таймаров М.А., Закиров И.А., Таймаров В.М. Интенсивность излучения факела в топках котлов ТГМ-84А // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2005. №7-8. С. 14-22.
Поступила в редакцию 14 июня 2012 г
Таймаров Михайл Александрович - д-р техн. наук, профессор кафедры «Котельные установки и парогенераторы» (КУШ ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-43-61; 8 (905) 3121629.E-mail: taimarov@rambler.ru.
Муртазин Альберт Ильсурович - аспирант кафедры «Котельные установки и парогенераторы» (КУПГ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (917) 2557511. E-mail: mcgrady16@rambler.ru. © Проблемы энергетики, 2012, № 9-10
