Опыт эксплуатации питателей сырого угля на Рязанской ГРЭС и пути их преобразования и совершенствования Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ЭНЕРГЕТИКА

УДК 621.311

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПИТАТЕЛЕН СЫРОГО УГЛЯ НА РЯЗАНСКОЙ ГРЭС И ПУТИ ИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

© 2004 г. Н.Н. Ефимов, Д.Ю. Бухонов, В.В. Морозов

Эффективность эксплуатации отдельных групп оборудования тепловых электростанций (ТЭС), как и всех их в комплексе, диктуются рыночными условиями, которые активно внедряются сегодня в электроэнергетику. Новые экономические отношения заставляют ТЭС повышать эффективность энергопроизводства. Надежная работа систем топливоподачи и пыле-приготовления для электростанций, работающих на твердом топливе, имеет огромное значение. Наибольшая эффективность и максимальное удобство в эксплуатации систем подачи сырого угля является одним из критериев надежности работы всей электростанции и приоритетным направлением исследований в области топливоподготовки. На одной из крупнейших тепловых электростанций ОАО Рязанской ГРЭС эти требования эффективности во многом зависят от надежной работы системы подготовки твердого топлива.

Одним из «узких мест» в работе энергоблоков ТЭС является система пылеприготовления. Надежная и экономичная работа пылесистем определяет выработку электроэнергии в соответствии с диспетчерским графиком нагрузки, уменьшает расходы топлива, снижает удельный расход электроэнергии на собственные нужды, уменьшает шлакование топочных камер котлов. Отключение одной пылесистемы приводит к разгрузке энергоблока 300 МВт примерно на 50 МВт. Восстановлением в работоспособное состояние оборудования пылесистем обычно занимается большое количество ремонтного персонала. В настоящее время на электростанции используются три вида питателей сырого угля: ленточные, скребковые и шнековые. Длительный опыт эксплуатации питателей выявил свои плюсы и минусы каждой конструкции в отдельности.

Основные проблемы в работе питателей проявляются в осенне-весенний и зимний периоды года, когда топливо поступает на электростанцию особенно влажным. Трудности, связанные с влажностью топлива, прежде всего возникают при прохождении угля по тракту топливоподачи. Конечная (суммарная) влажность твердого топлива, подаваемого в систему топ-ливоприготовления электростанции, состоит из исходной влажности, существующей при добыче топли-

ва, и влаги, полученной при транспортировке на электростанцию. Поэтому конечная влажность топлива может изменяться в течение года и отличаться от указанной в нормативных документах (на рабочую массу и W]ракс). В то же время влажность определяет различные рабочие состояния твердого топлива и условия его обработки. Топливо по содержанию влаги характеризуется:

- максимальной влагоемкостью топлива - Wмакс;

- влажностью, при которой топливо теряет сыпучесть - №сьт',

- влажностью, при которой топливо приобретает способность налипать на поверхности -

- влажностью, при которой происходит смерзание топлива - Wсм.

В таблице представлены некоторые характеристики влажности различных топлив, используемых на электростанциях России.

Присутствие влаги в топливе существенно ухудшает основные технологические характеристики, создает значительные трудности при подготовке к сжиганию, снижает тепловую экономичность топочных процессов. Увеличение влаги в топливе ведет к снижению подвижности его частиц, вплоть до полной потери топливом сыпучести.

Наибольшая влажность, которая может накопиться в топливе при свободном контакте с водой, определяется максимальной влагоемкостью угля Wмакс. Для многих топлив влага, соответствующая состоянию, при котором топливо лишается сыпучести, именуемая влагой сыпучести Wсып, на 2...5 % превышает рабочую влагу Wp (см. таблицу). Основные трудности возникают при налипании топлива на узлы и элементы топливоподачи, дробильные и мелющие устройства. Влажность топлива, при которой оно способно налипать на поверхности, принято называть расчетной влажностью налипания Wрн. Значение Wрн для высоковлажных топлив много выше их рабочей влажности. Величина, показывающая, насколько допустимо увлажнение топлива сверх рабочей влажности ^р) без опасения, что оно приобретет способность к налипанию, называется резервной влагоемкостью: А^ррез = Wрн - Wр.

Некоторые характеристики топлив [1]

Бассейн, разрез QP МДж/кг Влага Зола, ар, % Сера, Sр, %

Wzu , % W % " см ' /и wp/wp % / макс , W % гг сып ' /и

1. Подмосковный (Б) 10,4 7,5 25 32 / 40 35 25 1,2

2. Березовский (Б) 15,7 12 - 33 / 38 38 4,7 0,2

3. Назаровский (Б) 13,03 13 33 39 / 45 44 7,3 0,4

4. Ирша-Бородинский (Б) 15,7 12 - 33 / 36 36 6,0 0,2

5. Переясловский (Б) 18,1 - - 30 32 8,5 0,4

6. Интинский (К) 18,31 7 - 11 / 12 15 25 2,0

7. Азейский (Б) 17,35 11 - 25 / 27,5 29 12,8 0,4

8. Черемховский (Б) 17,9 4,5 - 13 / 16 15 27 1,1

9. Челябинский (Б) 13,95 10 - 18 / 22 20 30 1,0

10. Райчихинский (Б) 12,74 11,0 32 37,5 / 39 - 9,4 0,3

11. Экибастузский (СС) 16,12 2,5 6 7 / 10 - 38 0,4

В зимнее время при низких температурах высоко-влажные топлива могут смерзаться. Поступление на станцию смерзшегося топлива значительно осложняет работу топливоподачи. Трудозатраты на выгрузку такого топлива иногда возрастают в десятки раз по сравнению с нормой. Наибольшее содержание влаги в топливе, при котором еще не происходит его смерзание, характеризуется влагой смерзания wсм, которая для всех топлив близка к гигроскопической влаге (жги) и меньше рабочей (ж р). Некоторая часть влаги входит в состав кристаллогидратов, которые присутствуют среди минеральных примесей топлива и представлены, главным образом, силикатами (например, АЬ203-28Ю2-2Н20 или Ре203^28Ю^2Н20) и сульфатами (Са804 ^2Н20). Эту влагу принято называть гид-ратной водой (Жгд). На ее долю обычно приходится лишь несколько процентов содержания воды в топливе; доля гидратной воды резко увеличивается при повышении зольности топлива. Вода в кристаллогидратах содержится в строго определенных количествах независимо от общей влажности топлива и внешних условий и удаляется из кристаллогидратов только при их разложении в результате химических реакций, протекающих при нагреве топлива выше 150-200 °С. Массовую долю гидратной влаги в топливе определяют по формуле В.С.Крыма [2]

wg =

0,1 [ac -(Fe2Ü3 )c -1,27 (CO2))-

' гд

-1,255П - 2,5(( - 5ф)- 4,25бссф ],

где (С02) - доля диоксида углерода, выделяющего -ся при разложении карбонатов, определенная на сухую массу; - массовая доля сульфатной серы в

золе топлива в пересчете на сухую массу; 5П - сухая

массовая доля пиритной серы в золе топлива; ас -зольность топлива в расчете на сухую массу.

Таким образом, ситуация с влажностью топлива, используемого на тепловых электростанциях, имеет следующую зависимость:

жд < ж < ж < жр < ж < ж < ж

гд — ги — см сьт р.н. макс •

Известно [1], что влага смерзания уменьшается при снижении выхода летучих веществ и зольности. Влияние зольности связано с тем, что минеральные примеси способны смерзаться при значительно более низкой влажности, чем органическая часть топлива. Опыт эксплуатации систем пылеприготовления Рязанской ГРЭС показал, что уголь зависает в бункерах, течках, налипает в пылепроводах, напрессовывается на стенках скребковых питателей. Это приводит к аварийным остановам питателей и нарушению режима работы котельного агрегата. При этом возникает необходимость к дополнительному привлечению оперативно-ремонтного персонала для устранения неполадок. Борьба с зависанием угля в бункерах часто осуществляется ручным способом, хотя на электростанциях, работающих на твердом топливе, такие операции во многих случаях механизированы.

Влажность топлива влияет на работу питателей пыли котлоагрегата. Наиболее неудобными в эксплуатации оказались питатели ленточного типа. Работа ленточного питателя связана с открытой подачей топлива в мельничную систему, что в сухую погоду является источником интенсивного пыления и отложения угольной пыли на горячих элементах котельного агрегата, что в свою очередь является источником возгорания, представляя угрозу взрыва в котельном отделении. В периоды, когда уголь имеет повышенную влажность, он «стекает» с ленты и в помещении цеха наблюдаются значительные пролежни топлива, которые смываются в канал гидрозолоудаления. В жаркое время года при простое ленточного питателя может произойти возгорание угля и прогорание ленты, что в

свою очередь приводит к аварийным ситуациям. Неэффективная работа течки с затвором лепесткового типа способствует выдуванию из мельницы угольной пыли с высокой температурой. Все эти недоработки в питателе ленточного типа, в конечном счете, приводят к потере части топлива и наносят экономический ущерб электростанции.

Приведенные недостатки в большей мере решены в питателе скребкового типа, который отличается конструктивно от ленточного, прежде всего, герметичностью и компактностью. Но на нем так же возникают проблемы зависания угля в бункере, замазывания течки питателя, напрессовки угля на стенки питателя, предварительной подсушки топлива перед подачей его в мельницу. Для подсушки угля можно использовать дымовые газы, температура которых составляет примерно 220 °С, что к тому же дополнительно повышает КПД котельного агрегата за счет уменьшения q2 (потерь тепла с уходящими газами). Расход сушильного агента (кг/кг) на сушку топлива может быть рассчитан по формуле [2]:

Lгаз

% +Е q

где q0 - удельный расход теплоты на сушку, кДж/кг; ^ q - суммарный расход теплоты на сушку топлива, кДж/кг, отнесенный к 1 кг испаренной влаги; свл и свл - удельная теплоемкость влажных газов, кДж/кг К, соответственно при начальной (^) и конечной (/2) температурах сушильного агента.

Из формулы видно, что с целью снижения расхода газов на сушку, потерь топлива с механическим уносом, снижения загрязнения вредными отходами окружающей среды необходимо работать с максимально допустимыми температурами газов, как ^, так и /2.

В результате этого снизится металлоемкость оборудования, повысится КПД [3]. Поэтому подсушка высоковлажного топлива целесообразна экономически и технологически.

При предварительной подсушке топлива использование комбинированных питателей шнекового типа в системах пылеприготовления становится особенно перспективным. В питателях такого типа уже процесс подачи топлива в мельницу можно совмещать с подсушкой и перемешиванием (рисунок). Здесь перемешивание и перемещение топлива происходит перьевыми шнеками. Горячий воздух подводится по центру ротора шнека с последующим сбросом его через отверстия в стенке вала. Снаружи шнековый питатель обогревается дымовыми газами, которые проходят в межстенном пространстве двойного корпуса шнека.

Ложная стенка с виброочисткой

Подшипник

Электродвигатель

Печка

"сырого угля

Дымовые газы

Шнековый питатель

Процесс обогрева стенок, исключающий залипа-ние узлов пересыпки и течек подтверждается длительным опытом работы ряда электростанций (ТЭЦ-22 Мосэнерго, Иркутской ТЭЦ-10) [2]. Сушка топлива происходит с заполнением шнека на 15-40 %, а применение перьевого шнека, выполненного из отдельных лопаток, устраняет замазывание питателя любыми примесями топлив, в том числе и таким крайне липким, как глина. Поскольку для успешной сушки требуется заполнение топливом лишь на 15-40 %, на остальной длине шнека (после бункера) шаг лопаток выполняется в 2 раза меньшим. Между отдельными лопатками привариваются полосы для лучшего перемешивания слоя топлива, что в условиях сжигания смесей топлив делает данный питатель довольно перспективным.

Таким образом, для эффективной работы питателей сырого угля в системах топливоприготовле-ния ТЭС необходимо, чтобы топливо проходило предварительную подсушку перед или в самом питателе до состояния, когда топливо не теряет способности к сыпучести, т.е. чтобы влажность топлива была меньше Wсып , или хотя бы не налипало на стенки элементов питателя (W < Жрн ).

Этому направлению на Рязанской ГРЭС уделяется достаточное внимание.

Литература

1. Справочник по котельным установкам: Топливо. Топливо-приготовление. Топки и топочные процессы / А.Н. Але-ханович и др.; Под.общ.ред. М.И. Неуймина, Т.С. Добря-кова. М., 1993.

2. Белосельский Б.С., Барышев В.И. Низкосортные энергетические топлива: Особенности подготовки и сжигания. М., 1989.

3. Мадоян А.А., Балтян В.Н., Гречаный А.Н. Эффективное сжигание низкосортных углей в энергетических котлах. М., 1991.

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ), ОАО Рязанская ГРЭС

17 февраля 2004 г.

Свл Ч + Свл 12