CC BY
162
УДК 621.311.181
РАБОТА КОТЛОВ КВТС-20 И КВТСВ-20 С ОРГАНИЗАЦИЕЙ ВИХРЕВОГО ДВИЖЕНИЯ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ НАД СЛОЕМ ТОПЛИВА
1 9
© В.А. Бочкарев', А.Г. Фролов2
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты сравнительных испытаний и анализ работы котлов марки КВТС-20 до и после модернизации подачи воздуха над слоем топлива при сжигании разных типов углей. Приведена оценка снижения затрат на топливо при слоевом сжигании на неподвижных и подвижных решетках. Дана оценка возможной модернизации котлов КЕ-25-14С с целью эффективного сжигания отходов углеобогащения.
Ключевые слова: котельные агрегаты со слоевым сжиганием топлива; теплопроизводительность; эффективность сжигания и КПД котла.
OPERATION OF KVTS-20 AND KVTSV-20 BOILERS INDUCING FLUE GAS VORTEX MOTION OVER A FUEL BED V.A. Bochkarev, A.G. Frolov
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper reports on the results of comparative testing and operation analysis of KVTS-20 boilers before and after the modernization of the air feed above the fuel bed when burning different types of coal. Reduction of fuel costs under grate firing on stationary and moving grids is estimated. Evaluation is given to the possible modernization of KE-25-14S boilers for the purpose of efficient combustion of waste coal.
Keywords: boiler units with stratified fuel combustion; heating capacity; combustion efficiency and boiler efficiency.
Котел КВТС-20 водогрейный, твердотопливный, со слоевым сжиганием, теплопроизводительностью 20 Гкал/ч, с воздухоподогревателем (КВТСВ-20). Котел предназначен для получения горячей воды под давлением до 25 кгс/см и температурой 150°С, используемой в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения. Котел водотрубный, прямоточный, с принудительной циркуляцией. Изменение нагрузки котла осуществляется изменением подачи количества угля, воздуха и тяги дымососа при постоянном расходе сетевой воды.
Основным элементом котла является топочная камера, экранированная трубами 60*3 с шагом 64 мм, входящими в коллектор 219*10; конвективная поверхность нагрева расположена в вертикальной полностью экранированной шахте и набирается из П-образных труб 28*3 с шагами 64 и 40 мм.
Котлы КВТСВ-20 оборудованы механическими топками обратного хода ТЧЗМ-2,7*6,5 с пневмомеханическими забрасывателями с чешуйчатым полотном; относятся к классу механических факельно-слоевых топочных устройств. Активная площадь решетки 15,8 м2. Характерной особенностью этих топок является комбинированный процесс горения топлива во взвешенном состоянии и на цепной решетке. Благодаря пневматическому забросу крупные частицы сгорают
на решетке, а мелкие отвеиваются и сгорают в топочном пространстве. Подача топлива осуществляется непрерывно на всю поверхность колосникового полотна, и при медленном его движении обеспечивается нижнее зажигание по всей длине слоя. Горение происходит в тонком слое, который устанавливается для заданной нагрузки при непрерывном забросе топлива и соответствующем расходе воздуха. Котлы рассчитаны для работы с уравновешенной тягой. Диапазон регулирования нагрузки котла 25-100% [3].
С целью повышения эффективности сжигания твердого топлива на котлах КВТС-20 и КВТСВ-20 реализована организация вихревого движения дымовых газов (ВДДГ) над слоем топлива [2, 5] путем установки дополнительных сопел с фронтальной стенки котельного агрегата (рис. 1).
Скорость воздуха на выходе из сопел фронтового дутья определяется по формуле [4]:
юв = 4,43
Р
Рв (1 + Г)
м/с;
где Р - давление воздуха в раздающем коллекторе фронтального дутья воздуха, мм. вод. ст; ре - плотность воздуха, кг/м3; - коэффициент местного сопротивления при входе воздуха в сопло из коллектора (для круглого сопла принимается ^ = 0,5).
1Бочкарев Виктор Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики Энергетического института, тел.: 89149022470, e-mail: v_bochkariev@mail.ru
Bochkarev Viktor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Heat Power Engineering of the Power Engineering Institute, tel.: 89149022470, e-mail: v_bochkariev@mail.ru
2Фролов Александр Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики Энергетического института, тел.: 89025783263, e-mail: frolov@istu.edu
Frolov Aleksandr, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Heat Power Engineering of the Power Engineering Institute, tel.: 89025783263, e-mail: frolov@istu.edu
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ №3 (98) 2015
211
Рис. 1. Котел КВТСВ-20 с ВДДГ: 1 - фронтовой воздушный коллектор; 2 - вихревая зона
Для организации подачи воздуха с фронта необходимо определить количество сопел в коллекторе фронтового дутья и его дальнобойность. Объемный расход воздуха на фронтовое дутье составляет 10+15% от всего воздуха, подаваемого в топочную камеру под цепную решетку [2, 5].
Глубина проникновения (дальнобойность) струй фронтового дутья определяется по формуле [4]:
h = K■ d ■ -
юг
, мм;
где К - опытный коэффициент, зависящий от относительного шага между струями s/dc, - диаметр сопла, мм; , сов - температура и скорость воздуха соответственно, К, м/с; Гг, ог - температура и скорость газов над слоем топлива соответственно, К, м/с.
Исследуемый тип котлов широко применяется для сжигания местного топлива различных регионов России.
Авторами были проведены работы по реконструкции котлов КВТС-20 с организацией вихревого движения дымовых газов над слоем топлива на котельной
ОАО «Разрез Тугнуйский» в Республике Бурятия, п. Саган-Нур; котельной № 1 западного филиала ОАО «Областное жилищно-коммунальное хозяйство», г. Тулун; котельной № 3 ОАО НПК «Иркут», г. Иркутск. Характеристики топлива, сжигаемого при проведении испытаний, приведены в табл. 1.
Применение ВДДГ позволяет при сжигании различного топлива получить существенный эффект:
- повысить и снизить расход топлива;
- снизить выбросы СО, NOx золы, SO2;
- сжигать различные виды топлива в одном топочном устройстве.
По итогам проведенных работ на котлоагрегатах составлена сводная табл. 2 с результатами сравнительных испытаний.
Анализ работы котлов после модернизации с использованием ВДДГ подтверждает эффективность данного мероприятия [2, 7]. Кроме того, реализация ВДДГ позволяет сжигать не только различные по характеристикам угли, но и отходы углеобогащения.
Характеристика сжигаемого топлива
Таблица 1
Параметры Норматив До реконструкции После реконструкции Норматив До реконструкции После реконструкции Норматив До реконструкции После реконструкции
Топливо Олонь-шибирский уголь (п. Саган-Нур) Азейский уголь (г. ТУлУн) Азейский уголь (г. Иркутск)
Влажность рабочая, % 7,5 8,6 8,6 25,0 20,76 20,76 25,0 25,48 25,48
Зольность рабочая, % 16,7 15,2 15,2 16,5 13,12 13,12 16,5 23,59 23,59
Низшая теплота сгорания, ккал/кг 5020 5011 5011 3820 4410 4410 3820 3303 3303
Выход летучих, % 43,5 46,7 46,7 48 48,4 48,4 48 48 48
На отвалах центральной обогатительной фабрики (ЦОФ) разреза «Черемховуголь» скопилось приблизительно 37 млн т отходов углеобогащения [6]. В результате ухудшается экологическая обстановка, а также безвозвратно утрачивается полезное топливо. Элементный состав отходов весьма разнообразен и зависит от срока и места хранения (табл. 3). Размеры фракций угля, находящегося в отвалах, составляют менее 3-4 мм и более 22 мм, а уголь с фракцией от 4 до 22 мм поставляется на предприятия для получения кокса и полукокса.
На ЦОФ установлены три котла КЕ-25-14С, работающие на черемховском угле. Котлоагрегат КЕ-25-14С - двухбарабанный, вертикально-водотрубный, с экранированной топочной камерой, с двухступенчатой схемой испарения и развитым кипятильным пучком, паропроизводительностью 25 т/ч, расчетным давле-
нием насыщенного пара 14 кг/см . Топочная камера по глубине разделена на два блока. Каждый из боковых экранов (правый и левый) переднего и заднего топочных блоков образуют самостоятельные циркуляционные контуры. В проектном исполнении под котлом устанавливается механическая топка ТЧЗМ 2,7/5,6, состоящая из чешуйчатой цепной решетки обратного хода и двух пневмомеханических забрасывателей с пластинчатым питателем. Для снижения химического и механического недожога на данных котлах применяется острое дутье и возврат уноса; сопла расположены на задней стенке топочной камеры. Топочное устройство ТЧЗМ 2,7/5,6 предназначено для сжигания каменных углей с максимальным размером куска до 50 мм и содержанием не более 50% мелочи размером 0-6 мм. Допустимая влажность каменного угля не более 8%, бурого - не более 40% [3].
Таблица 2
Результаты сравнительных испытаний
До После До После До После
Параметры Нор- рекон- рекон- Нор- рекон- рекон- Нор- рекон- рекон-
матив струк- струк- матив струк- струк- матив струк- струк-
ции ции ции ции ции ции
Топливо Олонь-шибирский уголь (п. Саган-Нур) Азейский уголь (г. Тулун) Азейский уголь (г. Иркутск)
Потери, %
Ян, 13,4 14,47 11,15 13,4 17,24 8,12 13,4 11,92 11,64
Яэ 0,5-1,0 6,3 2,1 до 0,1 2,54 2,04 до 0,1 0,73 0,47
Я4 6,0 6,2 6,0 6,0 14,89 4,99 6,0 12,03 7,82
Я5 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2
Яе 0,2 0,34 0,28 0,2 0,48 0,2 0,2 0,48 0,48
tводы,°С: на входе 70 67 69 70 58 48,3 70 56 55,8
на выходе 150 140 146 150 77 98 150 108 106
КПД, брутто, % 82 80,5 83,82 79,1 61,56 83,42 79,1 73,64 78,39
Таблица 3
Результаты анализа отходов углеобогащения_
Место отбора Марка, класс Рабочая масса топлива, % Низшая теплота сгорания, Огн, МДж/кг (ккал/кг) Выход летучих, Vе, %
№ А" Б" Ср Нр N ор
Ново-Гришево Д, шлам 22,6 18,2 0,5 46,9 3,1 0,6 8,1 17,44 (4166) 47
Гидроотвал Д, шлам 8,2 58,1 1,7 20,0 3,1 0,6 8,1 10,04 (2399) 47
Таблица 4
Характеристики павловского и новошахтинского бурых углей_
Характеристики сжигаемых углей Размерность Величина
Влажность % 26,5-34,5
Зольность % 25,3-31,0
Низшая теплота сгорания кДж/кг (ккал/кг) 10100-13400 (2410-3200)
Содержание фракций размером более 20 мм % 6-22,5
Содержание фракций размером менее 6 мм % 56-79,5
^ЭЫ 1814-3520_ВЕСТНИК ИрГТУ №3 (98) 2015_213
Таблица 5
Оценка снижения затрат на топливо при слоевом сжигании_
Тип решетки, марка котла Теплопроиз-водительность котельного агрегата, Гкал/ч КПД котельного агрегата, % Годовая экономия топлива, т/год Снижение затрат на топливо, руб./год
Слоевое сжигание С организацией ВДДГ
Неподвижная 1 72 78 106,4 106400
Подвижная, КЕ-2,5-14С 1,4 76 82 134 134000
Подвижная, КЕ-4-14С 2,25 76 82 215,5 215500
Подвижная, КЕ-6,5-14С 3,66 76 82 350,4 350400
Подвижная, КЕ-10-14С 5,62 76 82 537,8 537800
Подвижная, КЕ-25-14С 14,11 76 82 1359,9 1350900
Топка котла КЕ-25-14С схожа с топкой котла КВТС-20, что позволяет применить на этих котлах ВДДГ для эффективного сжигания отходов углеобогащения на ЦОФ. Имеется опыт сжигания дальневосточных бурых углей (павловского и новошахтинского) с организацией ВДДГ на котле КЕ-25-14С [7]. Характеристики дальневосточных углей представлены в табл. 4., из которой видно, что характеристики дальневосточных углей и отходов углеобогащения близки.
При реконструкции котла КЕ-25-14С с организацией ВДДГ тепловая нагрузка на котле увеличилась на 15% выше номинального значения, а КПД котельного агрегата брутто увеличился на 4-5% по сравнению с КПД котельного агрегата до реконструкции [7].
Отходы углеобогащения можно также сжигать с повышенной эффективностью на расположенных рядом котельных со слоевым сжиганием после внедрения на них ВДДГ, выполняя тем самым программу по-
вышения энергоэффективности предприятий.
В табл. 5 приводятся результаты оценки снижения затрат на топливо в котельных агрегатах со слоевым сжиганием топлива на неподвижных и подвижных слоевых решетках для Черемховского района. При выполнении расчетов принимался уголь черемховско-го месторождения с низшей теплотой сгорания (Ор) 16410 кДж/кг (3920 ккал/кг) [8]. Экономия топлива за год рассчитана при повышении КПД котельного агрегата на 6%, при продолжительности отопительного сезона 232 суток [1], коэффициенте загрузки котельного агрегата 0,7 и стоимости угля 1000 рублей за тонну.
Исходя из вышеизложенного, внедрение ВДДГ позволяет повысить эффективность сжигания угля и отходов углеобогащения в котлах со слоевым сжиганием топлива в среднем на 3-6% по сравнению с КПД котлов до реконструкции.
Статья поступила 21.01.2015 г.
Библиографический список
1. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. М.: Минре-гион России, 2012. 107 с.
2. Бочкарев В.А., Фролов К.А., Морозов К.А. Повышение эффективности сжигания азейского угля в котле КВТСВ-20 // Вестник ИрГТУ. 2011. № 8. С. 186-192.
3. Либерман Н.Б., Нянковская М.Т. Справочник по проектированию котельных установок систем централизованного теплоснабжения: общие вопросы проектирования и основное оборудование. М.: Энергия, 1979. 224 с.
4. Нечаев Е.В., Лубнин А.Ф. Механические топки для котлов малой и средней мощности. Л.: Энергия, 1968. 311 с.
5. Пат. 2202068, РФ. Топка для котла / И.В. Обухов, Ю.И. Маняхин, В.А. Бочкарев, Н.В. Залевский. Опубл. 10.04.2003. Бюл. № 10.
6. Перспективы использования отходов углеобогащения центральной обогатительной фабрики г. Черемхово / В.А. Бочкарев, В.В. Воронков, А.И. Петухова, О.С. Харебина, Н.А. Ярина // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. С. 194-197.
7. Повышение эффективности сжигания дальневосточных бурых углей в слоевых топках / И.В. Обухов, Н.В. Залевский, Ю.И. Маняхин, В.В. Тениховский // Вестник УГТУ - УПИ. 2003. № 8. С. 15-20.
8. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. 3-е изд., перераб. и доп. СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. 256 с.
