CC BY
102
10. Справочник проектировщика АСУ ТП /Под редакцией Г.Л. Смилянского. М.: Машиностроение, 1983.-527с.
O.A. Erzin, E.S. Gospodinko
ANALYSIS OF ENERGY TECHNOLOGY SYSTEMS
The article presents a model of energy-processing system is the basis for techniques such as those reflected assess the effectiveness of manufacturing operations, makes it possible to determine the right amount of material and energy resources.
Key words: energy efficiency, technological system, methods of evaluating effectiveness.
Получено 19.06.12
УДК. 662.613.5
А.Д. Алёшкин, асп., вед. советник отдела текущей деятельности министерства жилищной политики, энергетики и транспорта Иркутской области, 89086531417, [email protected] (Россия, Иркутск, НИ ИрГТУ)
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МУФЕЛЬНЫХ ГОРЕЛОК ДЛЯ РАСТОПКИ И ПОДСВЕТКИ ФАКЕЛА
Для растопки и поддержания работы пылеугольных котлов на пониженных нагрузках используется мазут. Цена мазута намного выше цены на уголь, поэтому представляется целесообразным его замена пылеугольным топливом. В статье рассмотрены трудности, которые имели место при проведении испытаний муфелей на котельной Тулунского гидролизного завода и на Н-З ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго».
Ключевые слова: муфельные горелки, муфель, безмазутная растопка, пыле-угольные котлы, мазут, уголь, газификация угля, пониженные нагрузки.
Как известно на котлах, работающих на твердом топливе, для растопки и стабилизации горения при работе на пониженных нагрузках (в летний период) применяется высокореакционное жидкое топливо - мазут. Однако представляется целесообразным сокращение использования топочного мазута в теплоэнергетике из-за его высокой сернистости, которая чрезвычайно агрессивна по отношению к металлу. Что ведет к необходимости частых ремонтов и замены хвостовых частей котлоагрегатов, а также из-за повышения выбросов канцерогенной пятиокиси ванадия. Сокращение потребления мазута оправдано и с экономической точки зрения, из-за его высокой стоимости.
Одним из вариантов решения этих проблем является замена жидкого топлива эквивалентным по тепловыделению пылеугольным топливом, специально подготовленным в муфельных горелках. Применение муфельных горелок на пылеугольных котлах позволяет сжигать в одном котле угли с разными теплотехническими характеристиками [1].
В котельной Тулунского гидролизного завода установлены котлы
Ла-Монт, номинальная паропроизводительность которых 30 т/ч, расчетные
2 0
параметры свежего пара: Ро= 23 кгс/см" и 1:о=375 С. В этих котлах сжигался азейский уголь.
В связи с тем, что завод находился в тяжелом финансовом положении, было принято решение о сжигании смеси азейского угля и лигнина, накопленного за время работы завода, для уменьшения затрат на топливо. При этом происходило затягивание факела, и добиться устойчивой работы котла не получалось.
Для устранения вышеперечисленных недостатков было предложено внедрить систему муфельной растопки на котельной. Эти работы проводились в 2008 г. Была установлена муфельная горелка, изображенная на рис. 1, которая должна была интенсифицировать процесс горения и получить устойчивое воспламенение лигнина.
Рис. 1. Муфельная горелка, установленная на котле Ла-Монт 1 - корпус муфельной горелки; 2 - воздушная подушка; 3 - сопло вторичного воздуха; 4 - сопло предварительной закрутки
топлива; 5 - обмуровка котла
Муфельная горелка представляет собой цилиндрическую камеру внутренним диаметром 900 мм и длиной 1600 мм [2]. Выполнена она была из нержавеющей стали толщиной 8 мм. Из-за финансовых трудностей
имевших место на Тулуиском гидролизном заводе, муфель не был футерован внутри огнеупорным материалом.
Горелка разогревалась мазутом в течение 10 минут, а затем подавались азейский уголь и лигнин. Отсутствие футеровки вызывало необходимость периодической подачи мазута для поддержания горения. После 30 минут работы произошло налипание лигнина к стенке горелки в месте подачи топлива, продолжая гореть, лигнин стал выполнять функции нагретой футеровки, обеспечивая тем самым устойчивое воспламенение подаваемой смеси топлив. Стабильное горение наблюдалось в течение одного часа, после чего происходило постепенное затухание, вследствие значительных тепловых потерь в окружающую среду от стен муфельной горелки. После двух часов работы вследствие температурных перекосов корпус горелки деформировался, и образовалась трещина по сварному шву, из-за чего пришлось прекратить испытания.
При горении температура в камере муфельной горелки находилась в диапазоне 1000-1200°С. Температура первичного воздуха составляла 6070 °С, а вторичного воздуха 200-250 °С.
Такие же проблемы, связанные с применением мазута для растопки и стабилизации горения при работе на пониженных нагрузках (в летний период) существуют и на Ново-Зиминской ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго». На этой тепловой электрической станции установлены котлы БКЗ-420-140.
Топки котлов оборудованы восемью вихревыми пылеугольными горелками (рис. 2).
Рис. 2. Устройство горелки: 1 - Подвод пылевоздушной смеси; 2 - Подвод вторичного воздуха; 3 - Рассекатель; 4 - Привод лопатки; 5 - Лопатка вторичного воздуха; 6 - Канал для установки мазутной форсунки; 7 - Направляющая лопатка
1003
3020
Для растопки котла предусмотрено 8 мазутных форсунок парового распыливания, встроенных в основные горелки. Производительность каждой форсунки составляет 1175 кг/час при давлении пара 13 кгс/см" и мазута 5 кгс/см2.
По методике, приведенной в [3] были выполнены расчеты по определению габаритов муфельных горелок, для котла БКЗ 420-140 станционный №3. Расчеты показали, что муфели с рассчитанными габаритами установить на данный котел, без проведения реконструкции не представляется возможным.
В связи с тем, что проведение реконструкции дорогостоящее мероприятие, требующее множество согласований и времени было принято решение произвести своими силами реконструкцию двух штатных горелок на котле ст. №3 и провести испытания котла с применением муфелей. Для этого на горелках были перенесены направляющие лопатки, что позволило увеличить камеру газификации муфеля. Также в результате модернизации была нанесена обмуровка и установлены термопары, для контроля равномерности прогрева обмуровки (рис. 3).
Изоляция газификационной камеры муфельной горелки была выполнена из карборундовых отливок, карборундовой обмазки, асбестовых листов и армированной сетки. Реконструкция производилась на штатных горелочных устройствах, конструктивные особенности которых не позволяли нанести изоляцию равномерно.
Рис. 3. Муфельная горелка, установленная на котле №3 Ново-Зиминской ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго» 1 - термопара
В связи с тем, что стояла задача произвести реконструкцию с минимальными затратами, изоляция была нанесена таким образом и такой толщины насколько позволяла конструкция штатной горелки (рис. 4;5).
На входном участке газификационной камеры длинной 500 мм (рис. 4) изоляционный слой выполнен из четырех сегментов карборундовой огнеупорной отливки, сетки из арматуры диаметром 10 мм с размером ячейки 250х250 мм.
Рис. 4. Изоляция муфельной горелки 1 - огнеупорная карборундовая отливка из четырех сегментов;
2 - огнеупорная обмазка; 3 - сетка из арматуры.
Внутри камеры муфеля был нанесен огнеупорный изоляционный слой толщиной 50 мм, состоящий из асбестового листа 1 толщиной 4 мм, сетки из арматуры 2 с размером ячейки 200х200 мм и карборундовой обмазки 3 (рис. 5). При нанесении обмуровки изолируемая часть делилась на три равных сегмента. Каждый сегмент имел свою сетку из арматуры, которая никак не соединялась с сетками соседних сегментов. Сетка каждого из сегментов крепилась к корпусу муфельной горелки при помощи специальных штырей, как минимум в восьми точках. Асбестовый лист плотно прижимался к корпусу муфеля для исключения образования пустот вдоль камеры сгорания. После выполнения всех этих мероприятий, наносилась карборундовая обмазка. Мазутная форсунка и завихритель были установлены на входе угольной пыли в газификационную камеру муфеля.
После того как все работы по реконструкции муфельных горелок были закончены, провели испытания муфельных горелок. За время испытаний был выявлен ряд недостатков. Из-за того, что обмуровка была нанесена на внутреннюю поверхность газификационной камеры, ее проходное сечение уменьшилось на 100 мм, в результате скорости газов на выходе из устья муфеля превышали расчетные в несколько раз. И струя пламени дос-
тавала до задних экранов камеры сгорания, что приводило к перекосу факела внутри топки и неравномерности нагрева экранных труб.
1 I
Рис. 5. Способ нанесения карборундовой обмазки
Так как реконструкция горелок производилась с минимальными затратами, поэтому для прогрева муфеля была оставлена штатная мазутная форсунка, хотя ее производительность была в 2,5-3 раза больше чем требовалось. В результате прогрев муфельной камеры протекал неравномерно, раскрытие факела наблюдалось на участке в конце муфеля, а мазут не успевавший сгореть частично оседал на стенках камеры сгорания и коксовался. По показаниям термопар, установленным внутри нанесенной обмуровки, можно сделать вывод, что до температуры 10000С прогревался только участок длиной 0,5 м перед выходом из горелки. На участке где подводилась угольная пыль, температура едва доходила до 5000С.
Для нормальной работы муфельной горелки необходимо чтобы обмуровка муфеля была прогрета до температуры 1000 0С, для того, чтобы угольная пыль, попадая в камеру сгорания, воспламенялась за счет тепла обмуровки.
Для того чтобы поддерживать горение внутри муфеля приходилось подавать мазут через форсунку. После того, как прекращалась работа растопочной форсунки, наблюдалось постепенное затухание муфельной горелки и требовалось снова подавать мазут с периодичностью 10-15 мин.
При подаче угольной пыли, она частично прилипала к мазуту за-коксовавшемуся на стенках горелки, в результате чего уменьшалось проходное сечение камеры сгорания и приходилось периодически очищать стенки муфеля с помощью металлической пики.
138
Добиться устойчивого режима работы муфеля не удалось, из-за чего не получилось проверить возможность работы котельного агрегата на пониженных нагрузках без подсветки факела мазутом, а также на сколько эффективно использование муфельных горелок для снижения выбросов оксидов азота и возможности работы котла на пыли более грубой фракции.
Учитывая положительный опыт эксплуатации муфельных горелок еще во времена СССР [4, 5], можно говорить о том, что предварительная термическая обработка угольной пыли в муфельных горелках перед подачей в топку котлоагрегата позволяет обеспечить устойчивое горение пыле-угольного факела при пониженной нагрузке котла или при резко переменном графике работы. Опираясь на это, основными причинами, по которым не получилось добиться устойчивой работы муфельных горелок можно назвать следующие:
1.На Тулунском гидролизном заводе при монтаже муфельной горелки не была нанесена обмуровка, из-за чего температура внутри муфеля не поднималась до необходимой для поддержания устойчивого горения. Следовательно, можно говорить о том, что для устойчивого воспламенения пыли, подаваемой в муфельную горелку, обязательным условием является наличие обмуровки нагретой до 1000 °С.
2.Исходя из опыта применения муфельных горелок на Ново-Зиминской ТЭЦ, напрашивается вывод о необходимости изготовления муфелей в строгом соответствии с разработанным проектом. А также при эксплуатации системы муфельной растопки, необходимо обеспечить плавное регулирование подачи угольной пыли в камеру муфельной горелки во всем диапазоне нагрузок, помимо этого для растопки самой муфельной горелки необходимо установить мазутную форсунку малой производительности, с помощью которой можно было бы регулировать процесс прогрева обмуровки муфеля.
Список литературы
1. Бочкарев В.А., Фролов А.Г., Золотарев Р.С., Алешкин А.Д.// Применение предварительной термической обработки угольной пыли для растопки и организации устойчивого факела при работе котлов на пониженных нагрузках./ Сборник «Проблемы теплофизики и теплоэнергетики: материалы семинара вузов Сибири и Дальнего Востока. Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, изд-во ИрГТУ,2008.
2. Бочкарев В.А., Клыш Е.А., Клыш Р.А., Алешкин А.Д.// Методика расчета теплового баланса муфельной горелки./ сборник «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, изд-во ИрГТУ,2010.
3. Бочкарев В.А., Воронков В.В., Казанцев А.Е., Алешкин А.Д., Клыш Е.А., Клыш Р.А.// Применение муфельных горелок на тепловых электрических станциях ОАО «ИРКУТСКЭНЕРГО»./ Сборник «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, изд-во ИрГТУ,2009.
4. Муфельные горелки их конструкция и эксплуатация. Сборник работ./Под редакцией Н.Л. Ойвина. М.: Госэнергоиздат. 1947.
5. Мейкляр М.В. Паровые котлы с естественной циркуляцией. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955.
A.D. Alyoshkin
MUFFLE BURNERS APPLICATION EXPERIENCE FOR KINDLING AND LIGHTING OF THE FLARE.
Boiler oil is used to start kindling and maintenance of work pulverized-coal fired boilers on the lower load. The price boiler oil is much higher the coal price, therefore it is valid to use coal instead of boiler oil. The problems muffle burner test on boiler-house of Tu-lunsky hydrolytic plant and on N-Z thermal power station are considered.
Key words: Muffle burners, muffle, kindling, pulverized-coal fired boilers, oil, coal, gasification of the coal, the lower loads.
Получено 19.06.12
