Обеспечение эффективной очистки топочной камеры обдувочными аппаратами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.182.4

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ ОБДУВОЧНЫМИ АППАРАТАМИ

1 9

© Н.П. Герасимова1, Н.Е. Буйнов2

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Проанализированы причины образования золошлаковых отложений на поверхностях нагрева паровых котлов. Рассмотрены разные способы очистки поверхностей нагрева котлов, в том числе с помощью обдувочных аппаратов, а также показано назначение обдувочных аппаратов паровой и водяной обдувки на примере котлоагрега-тов ТЭЦ-6 ПАО «Иркутскэнерго». Проведен расчет дальнобойного аппарата водяной обдувки топочной камеры, применяемой на работающих котлах БКЗ-320-140-ПТ ТЭЦ-6.

Ключевые слова: золошлаковые загрязнения; поверхности нагрева котлов; топочная камера; обдувочные аппараты; дальнобойные аппараты; водяная обдувка.

PROVISION OF COMBUSTION CHAMBER EFFICIENT CLEANING BY SOOTBLOWERS N.P. Gerasimova, N.E. Buinov

Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The causes of ash and slag depositions on the heating surfaces of steam boilers are analyzed. Different ways of cleaning boiler heating surfaces are considered including the application of sootblowers. The purposes of steam and water blasters are shown on the example of CHP-6 boilers of "Irkutskenergo" OJSC. The calculation of a long-range water blower of a combustion chamber used in operating БКЗ-320-140-ПТ boiler units of CHP-6 is performed. Keywords: ash and slag contamination; boiler heating surface; combustion chamber; sootblowers; long-range (water blowers); water blasting.

Введение

Надежность и экономичность работы котлов в значительной степени определяются состоянием поверхностей нагрева. При сжигании золосодержащих топлив, как твердых, так и жидких, на поверхностях нагрева котлов образуются золошлаковые отложения, в результате чего снижаются технико-экономические показатели котельных установок. Внутренние отложения на стенках труб вызывают повышение температуры металла, что приводит к их перегреву и разрыву.

Образование золошлаковых отложений на поверхностях нагрева паровых котлов является сложной, многофакторной научно-технической задачей, зависящей от большого количества параметров. К ним относятся: химический и минералогический состав неорганической части топлива;

условия превращений неорганической части топлива в топочном процессе; условия сепарации частиц золы в топке; температура газов в районе поверхности нагрева; температура металла поверхности нагрева; скорость газового потока; условия обтекания труб; фракционный состава летучей золы; условия очистки поверхности нагрева и др. [1, 2].

Характер загрязнения экранов связан с параметрами парогенератора, конструктивными особенностями топки, схемой очистки и другими причинами.

Наибольшим образом загрязняются стены топки на уровне расположения горелок. Как правило, относительно сильно загрязнена верхняя часть топки. В местах, где температура экранных труб выше, отложения более прочно связаны с поверхностью.

1

Герасимова Наталья Павловна, кандидат химических наук, доцент кафедры теплоэнергетики, заместитель директора Института энергетики, тел.: 8(3952) 405124, e-mail: gerasimova@istu.edu

Gerasimova Natalia, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Heat Power Engineering, Deputy Director of the Institute of Power Engineering, tel.: 405124, e-mail: gerasimova@istu.edu

2Буйнов Николай Егорович, кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики, тел.: 8(3952) 405126, v38@istu.edu

Buinov Nikolai, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Heat Power Engineering, tel.: (3952) 405126, v38@istu.edu

Способы очистки топочных поверхностей

Для очистки топочных экранов (испарительных и перегревательных радиационных поверхностей нагрева) котлов, сжигающих твердое топливо, как правило, применяют аппараты водяной обдувки. Аппараты паровой обдувки используют лишь для очистки тех зон топочной камеры, где температура металла стенок труб превышает допустимую по условиям надежности экранных труб при водяной обдувке [3].

Для очистки полурадиационных (ширмовых) и расположенных в поворотном газоходе конвективных поверхностей нагрева котлов, сжигающих твердое и жидкое топливо, используют в основном аппараты паровой обдувки либо устройства газоимпульсной очистки. Последние рассчитаны на удаление сыпучих и рыхлых (слабосвязанных) золовых отложений. Для топлива, дающего плотные (связанные) отложения (как, например, канско-ачинские бурые угли), предпочтительней установка аппаратов паровой обдувки.

Для очистки поверхностей от золо-вых отложений нагрева котлоагрегатов (к/а), установленных на ТЭЦ-6 ПАО «Иркутскэнерго», предусмотрены устройства следующих типов [4]: для очистки радиаци-

онных поверхностей нагрева (топки котло-агрегата); водяной обдувочный аппарат (на к/а ст. № 1-8, по 2 аппарата); для очистки пароперегревателя - паровые обдувочные аппараты. Зона обдувки экранов топки кот-лоагрегата - от пережима до фестона. Обдувочные аппараты радиационных поверхностей нагрева установлены с фронта кот-лоагрегата на уровне ~ 15,5 м, по одному в каждом предтопке на к/а ст. № 1-8, и по одному аппарату в центре топочной камеры на к/а ст. № 9, 10. Паровые обдувочные аппараты установлены с левой и правой стороны котлоагрегата в районе расположения пароперегревателя и обдувают поверхности нагрева 3-й и 4-й ступеней и «холодного» пакета 1 -й ступени пароперегревателя и ширм. На к/а ст. № 1-3 установлено 4 паровых обдувочных аппарата, на к/а ст. № 3-10 - 6 аппаратов.

На ТЭЦ-6 используются обдувочные аппараты нескольких типов: глубоковыдвижные типа ОГ (обдуватель глубоковыдвижной) завода Ильмарине и глубоковыдвижные - фирмы Бергеманн-ЗИО типа РБ^ и RKS-SL.

Дальнобойные аппараты в большинстве случаев установлены в один или два яруса по высоте топочной камеры (рисунок).

А

А

- -

ГА 'А

А

А

<->

<Рн

а) б)

Схемы установки дальнобойных аппаратов по высоте топочной камеры: а - установка в один ярус с обдувкой противоположных и боковых стен; б - установка в два яруса с обдувкой противоположных стен

А

А

В

В данной статье представлен пример расчета дальнобойного аппарата водяной обдувки топочной камеры, применяемого на работающих котлах БКЗ-320-140-ПТ ТЭЦ-6 для профилактической наружной очистки топочных экранов с использованием в качестве обдувочного агента технической воды с температурой не более 60°С и рабочим давлением 1,2 МПа по известной методике [5].

Расчетные параметры Эффективность очистки зависит от правильного расчета дальнобойного аппарата водяной обдувки, который, в свою

очередь, включает определение дальнобойности струи при рабочем давлении.

Расчетный расход воды ^, т/ч) через аппарат определен по формуле:

О = 0,125• нс • йс-л/Р = = 0,125-14 • ЛДТ2 = 1,9,

где nc - количество сопл; dc - диаметр сопла в выходном сечении, мм; P - давление воды равно значению давления перед аппаратом (на входе в подводящую трубу аппарата), МПа.

Расчетный расход воды через сопло найден по номограмме [5] Ос = / ):

О = 27 т/ч.

Эффективная дальнобойность струи дальнобойных аппаратов при рабочем давлении определена по номограмме [5]

Я* = ¡(йс):Я* = 16 м .

Основные параметры для определения максимальной расчетной дальности боя струи Я, которая не должна превышать эффективную дальнобойность струи Я* данного типа аппарата, представлены в таблице.

При выборе схемы установки аппаратов и углов охвата зоны очистки учтены следующие требования:

- углы охвата зоны очистки рв, Рн и у1, у2 не превышает допускаемых ний - вВ, вН и у*, определяемых углами развертки сопла аппарата с учетом отклонения траектории струи от пря-молинейной;

- допускаемый угол охвата зоны очистки в горизонтальной плоскости

/ =0,93-Г = 0,93-60° =55,8°,

где Г - угол горизонтальной развертки сопла.

Следовательно, углы охвата зоны

Геометрические параметры топки котла БКЗ-320-140-ПТ и характеристики

зон очистки

Наименование параметра Обозначение, величина, размерность

Ширина топочной камеры в плане В = 6,948 м

Длина топочной камеры в плане А = 13,156 м

Глубина топочной камеры 1 = 6,948 м

Установочные расстояния для дальнобойных аппаратов 1а = 3,960 м

Расстояние от аппарата до боковой стены Ь = 1,980 м

Расчетная высота верхней зоны очистки Ив = 7,5 м

Расчетная высота нижней зоны очистки = 3,470 м

Расстояние от аппарата до наклонной стены Н = 1,5 м

Угол охвата в вертикальной плоскости верхней зоны очистки Рв = 40°

Угол охвата в вертикальной плоскости нижней зоны очистки Рн = 45°

Угол вертикальной развертки сопла а = 45°

Угол горизонтальной развертки сопла Г = 60°

Углы охвата зоны очистки в горизонтальной плоскости У1 = 50°, у2 = 50°

Угол наклона наклонной стены к горизонтальной плоскости ^ = 120°

очистки в горизонтальной плоскости у-1, у2 не превышают допустимых значений.

Допускаемые углы охвата зоны

очистки в вертикальной плоскости /3*в и ¡3*н

приняты по номограммам [5]

РН =/ (ьр) и дн = / (ьр).

Расчетная дистанция обдувки скатов холодной воронки для нижней зоны рассчитана по формуле:

Ь" = 0,75 • 6,948 = 5,211 м

где Ь"р - расчетная дистанция обдувки для

нижней зоны, м; ^ - глубина топочной камеры, м. Расчетная дистанция обдувки для вертикальных стен

Ьр = Ь = 6,948 м .

Из номограмм [5] Р*в= /(Ьр) и

= /(Ьр) следует, что угол охвата в вертикальной плоскости верхней зоны очистки равен Р*в =42,5° и угол охвата в вертикальной плоскости нижней зоны очистки равен /?я=48,50. Следовательно, углы охвата нижней и верхней зоны очистки не превышают допустимых значений. Углы атаки струи 0 приняты не менее 14°, а максимальная расчетная дальность боя струи Ям не превышает эффективную дальнобойность струи Я* данного типа аппарата.

При обдувке боковой вертикальной и противоположной стен минимальная высота верхней зоны очистки на боковой стене равна

к =

k

cos уб

■L- tgß

где L - глубина топочной камеры, м; / -угол охвата принят по противоположной стене равными /в для верхней зоны, уб -расчетный угол представляет собой угол охвата у1 или у2 в зависимости от схемы расположения аппаратов в плане топки, °; k - поправочный коэффициент к высоте зоны очистки, для верхней зоны очистки - 0,55.

Симплекс k / cos уб найден по номо-

грамме [5] k / cos уб = f (yg):

hB6 = 0,6 • 6,948 • tg40o = 4,657м.

При обдувке боковой наклонной (скатов холодной воронки) и противоположной стен минимальная высота зоны очистки на боковой стене определена по формуле

hВ =(Ь • tgM + H)--

6 V ) tgф + tgM>

где b - расстояние от аппарата до боковой стены, м; л - угол наклона наклонной стены к горизонтальной плоскости, °; Н -расстояние от аппарата до наклонной стены, м; ф - расчетный угол при определении высоты зоны очистки на боковой наклонной стене,

ф = arctg ■

49tß

sin уб

где рн - угол охвата в вертикальной плоскости нижней зоны очистки, уб - расчетный угол представляет собой угол охвата у1 или у2 в зависимости от схемы расположения аппаратов в плане топки, °. Угол ф

определен по

Ф = /Ш-Ф = 65°.

номограмме

[5]

h

х-

Н

(1,980- tg120o +1,500) х tg 65о

1,96 м.

tg 65о + tg120о

Для всех схем установки аппаратов дальность боя струи будет наибольшей при попадании струи на противоположные стены. Максимальная расчетная дальность боя струи определена по формуле:

R

M

L- Ф2+-

1

cosyR '

где I - глубина топочной камеры, м; уя -расчетный угол определяет в плане топочной камеры положение точки на экране, наиболее удаленной от аппарата в пределах зоны очистки, Ф - угловой коэффициент.

При обдувке вертикальных противоположных стен угловой коэффициент определен по формуле

Фв = = %40° = 1,12 ,

где Дв - угол охвата в вертикальной плоскости верхней зоны очистки.

Если обдувается вертикальная стена в районе скатов холодной воронки, то

Фн = Н/Ь = 1,5/6,948 = 0,22 ,

где Н - расстояние от аппарата до наклонной стены, м; Ь- глубина топочной камеры, м.

Значение дальности боя струи Rм определены по номограмме [5]

К-м = / (Д) :

RM = 6948 ч 1,122 +

1

cos 30°

= 19,326 м;

RН = 6948 ■ /0,222 +■

1

= 17,745 м.

V соз30°

Выводы

Таким образом, максимальная расчетная дальность боя струи Rм не превышает эффективную дальнобойность струи R*, что обеспечит формирование качественной водяной струи, а значит и равномерное распределение удельной нагрузки, которая служит гарантией эффективной очистки и защиты поверхностей нагрева от шлакования и заноса золой. Результатом качественной очистки, в свою очередь, является увеличение длительности непрерывной кампании, надежность и экономичность котельных агрегатов.

Статья поступила 17.11.2015 г.

1. Василенко Г.В. Предельно-допустимая загрязненность топочных экранов барабанных котлов высокого давления // Теплоэнергетика. 1989. № 5. С. 32-38.

2. Герасимова Н.П., Буйнов Н.Е. Оценка абразивного износа конвективных поверхностей нагрева котельных агрегатов // Вестник ИрГТУ. 2011. № 7 (54). С. 117-120.

3. Гаврилов А.Ф., Малкин В.М. Загрязнение и

кии список

очистка поверхностей нагрева котельных установок. М.: Энергия, 1980. 328 с.

4. Производственная инструкция по эксплуатации котлоагрегата БКЗ-320-140ПТ. Братск: филиал ОАО «Иркутскэнерго» ТЭЦ-6, 2010. 92 с.

5. Методические указания по применению средств наружной очистки поверхностей нагрева паровых котлов РД 34.27.104-92. М.: ВТИ, СибВТИ, УралВТИ, 1992. 89 с.

УДК 621.311.16

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

© М.А. Дубицкий1, Д.В. Ильин2

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Дано определение для термина эффективность основного оборудования электроэнергетических систем (ЭЭС). Выбран показатель эффективности, где учитывается связь эффективности с экономической составляющей, техническим совершенством и надежностью. Показана возможность опытной проверки (или подтверждения) показателя эффективности, а также сопоставления основного оборудования ЭЭС с учетом его эффективности. Ключевые слова: электроэнергетические системы; эффективность; надежность; коэффициент готовности, безотказность; ремонтопригодность; долговечность; коэффициент долговечности.

1Дубицкий Михаил Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры электрических станций, сетей и систем, тел.: 89025779502, e-mail: dubitskii_ma@mail.ru

Dubitsky Mikhail, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Electrical Power Stations, Networks and Systems, tel.: 89025779502, e-mail: dubitskii_ma@mail.ru

2Ильин Дмитрий Васильевич, аспирант, тел.: (3952) 405127, 89148952231, 89021710076, e-mail: fns1984@yandex.ru

Ilyin Dmitry, Postgraduate, tel.: (3952) 405127, 89148952231, 89021710076, e-mail: fns1984@yandex.ru