CC BY
18
© Р.В. Ахметова, Ю.Н. Звонарева, И.Р. Шорохов УДК 662.92
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ СЖИГАНИЯ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Р.В. Ахметова, Ю.Н. Звонарева, И.Р. Шорохов
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
ORCID*: http://orcid.org/0000-0003-3137-7727, [email protected]
Резюме: ЦЕЛЬ. Экспериментально исследовать эффективность сжигания газа в прямоточных котлах сверхкритичного давления ТГМП-204ХЛ при работе на 24 горелках при различных паровых нагрузках. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи на котле ТГМП-204ХЛ Сургутской ГРЭС-2 был проведен эксперимент по снижению используемого количества горелок с 36 до 24. РЕЗУЛЬТАТЫ. В сравнении с подовым расположением 36 горелок в три яруса на котле ТГМП-204ХЛ при электрической нагрузке блока 810 МВт в котле ТГМП-204ХЛ с 24 горелками, расположенными в два яруса, интенсивность излучения гораздо выше. Сжигание газа в котле ТГМП-204ХЛ с 24 горелками с увеличенным параметром крутки и коэффициентом рециркуляции позволило снизить концентрацию оксидов азота, получить более высокие значения КПД. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Модернизация котла ТГМП-204ХЛ для сжигания газа в 24 горелках, расположенных в два яруса, позволяет увеличить КПД при наблюдаемом снижении концентрации оксидов азота в уходящих газах. При этом, для дальнейшего повышения эффективности сжигания газа в котлах ТГМП-204ХЛ в 24 горелках, расположенных в два яруса, необходима замена тангенциальных завихрителей воздуха.
Ключевые слова: котел; КПД, природный газ; сжигание; горелка; интенсивность; излучение; выбросы оксиды азота.
Для цитирования: Ахметова Р.В., Звонарева Ю.Н., Шорохов И.Р. Разработка и исследование энергоэффективных методов сжигания газового топлива в энергетических системах // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. №1 (53). С. 13-23.
DEVELOPMENT AND RESEARCH OF ENERGY-EFFICIENT METHODS OF GAS FUEL COMBUSTION IN ENERGY SYSTEMS
RV. Akhmetova, YN .Zvonareva, I.R. Shorohov
Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
ahmetova_rv@bk. ru ORCID*: http://orcid.org/0000-0003-3137-7727
Abstract: THE PURPOSE. The efficiency of fuel combustion in power boilers of thermal power plants largely depends on the layout of the burners in the combustion chamber, on their number and unit capacity. METHODS. An important condition for the efficiency of the selected combustion mode is the absence of a torch surge from the combustion products onto the screen heating surfaces of the furnace. To prevent the formation of large amounts of harmful emissions of nitrogen oxides into the atmosphere, the necessary requirement for burning fuels is to reduce the local values of the flame temperature in the volume of the furnace. RESULTS .The use ofpowerful burners in power boilers, with a decrease in their number, leads to an increase in the length of the torch and, with their frontal arrangement, gives a torch thrust onto the rear screen. The article presents the results of an experimental trail of the efficiency of gas burning in the direct-flow supercritical boiler TGMP-204HL of the Surgut GRES-2 PJSC UNIPRO when it is operating on 24 burners at various steam loads. CONCLUSION. The values of the efficiency of boilers, emissions of nitrogen oxides and the distribution of the radiation intensity of combustion products along the height of the furnace are given. Comparison of the obtained results on efficiency and emissions of nitrogen oxides with the data of the TGMP-204HL boiler using 36 burners is carried out.
Keywords: Boiler; the efficiency factor; natural gas; combustion; burner; intensity; radiation; nitrogen oxide emissions.
For citation: Akhmetova RV, Zvonareva YN, Shorohov IR. Development and research of energy-efficient methods of gas fuel combustion in energy systems. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2022; 14:1(53):13-23.
Введение
На эффективность сжигания топлива в энергетических котлах тепловых электростанций влияет много факторов, среди которых основными являются конструкция горелок, их расположение в топке, тепловая мощность топки, температура и давление питательной воды, способ подогрева воздуха, наличие рециркуляции дымовых газов [1-3].Сжигание топлива в котлах высокой мощности сверхкритического давления имеет свои особенности, так как котлы являются прямоточными. Выбранный для экспериментов при сжигании газа однокорпусной котел сверхкритического давления ТГМП-204ХЛ установлен на самой мощной в России Сургутской ГРЭС-2. Котел ТГМП-204ХЛ (станционный №1) спроектирован на сжигание топлива с использованием 36 вихревых газомазутных горелок, расположенных в три яруса на фронтальной и задней стенах топки [4-8]. На Сургутской ГРЭС-2 котел ТГМП-204ХЛ (станционный №1) модернизирован и работает при нагрузке 800 МВт на 24 горелках, расположенных на первом нижнем и втором ярусах. Третий верхний ярус из 12 горелок во время опытов был отключен. Особенностью работы котла для снижения выбросов оксидов азота является применение дымососа рециркуляции продуктов сгорания непосредственно в горелки. В данной статье приведены результаты экспериментального исследования режимных параметров работы котла при использовании такой схемы сжигания природного газа [9-11].
Научная значимость работы состоит в том, что экспериментально получены зависимости интенсивности излучения факела по высоте топочного объема при различных паровых нагрузках котла ТГМП-204 ХЛ, которые позволяют снизить окислы азота на выходе из тракта движения уходящих газов котла ТГМП-204ХЛ, путем подмешивания вторичных газов из тракта котла.
Литературный обзор
Кроме конструкции котла ТГМП-204ХЛ с встречным настенным расположением горелок, Таганрогским котельным заводом спроектирован и изготовлен для Рязанской ГРЭС однокорпусной котел ТГМП-204П с подовым расположением газомазутных прямоточно-вихревых горелок конструкции УралОРГРЭС [12]. Цель разработки котла ТГМП-204П уменьшить неравномерность распределения тепловыделения по высоте топки, которую имеет котел ТГМП-204ХЛ с встречным настенным расположением 36 горелок [13,14]. При подовом расположении в котле ТГМП-204П расход природного газа через
одну горелку 16,8x10 м /ч, а их число составляет 12 шт (рис. 1).
Рис. 1. Схема подового расположения горелок в Fig. 1. The diagram of the bottom arrangement of котле ТГМП-204П burners in the TGMP-204P boiler
Конструктивно подовая горелка имеет центральный подвод сжигаемого газа 1 от коллектора в коаксиальную коническую трубу 13 (рис. 2). Типовые тангенциальные периферийные лопаточные завихрители воздуха 3, 5 с неподвижными лопатками имеют параметр крутки около единицы. Для улучшения смесеобразования при сжигании мазута в конструкции подовой горелки предусмотрен аксиальный завихритель воздуха 6.
Характерной особенностью подового расположения являются невысокие значения интенсивности излучения в нижней части объема топки (рис. 3) [22]. По испытаниям котлов ТГМП-204П на Рязанской ГРЭС значения интенсивности излучения факела в нижней части топки уменьшились на 20 % по сравнению с котлом ТГМП-204ХЛ. Следствие этого температура металла экранных труб нижней радиационной части уменьшилась на 40 °С, что позволило увеличить их эксплуатационный ресурс. Однако следствием использования подовой компоновки явилось снижение КПД котла ТГМП-204П, по сравнению с котлом ТГМП-204ХЛ, из-за повышенной температуры уходящих газов [12-13].
Рис. 2. Схема подовой горелки котла ТГМП-204П Рязанской ГРЭС с параметром крутки 1,061: 1 -центральный подвод природного газа; 2 - подвод воздуха в центральный кольцевой канал, 3 -воздухозавихряющие тангенциальные лопатки центрального регистра, 4 - подвод воздуха в периферийный кольцевой канал, 5 -воздухозавихряющие тангенциальные лопатки периферийного регистра, 6 - аксиальный завихритель воздуха для сжигания мазута; 7 -подвод дымовых газов рециркуляции,8 -компенсаторные линзы, 9 - амбразура, 10 -электрозапальник, 11 - мазутная форсунка, 12 -пневмозатвор, 13 - коаксиальная коническая труба.
Fig. 2. The diagram of the bottom burner of the TGMP-204P boiler at Ryazan GRES with a twist parameter of 1.061: 1 - central natural gas supply; 2 - air supply to the central annular channel, 3 - air-swirling tangential blades of the central register, 4 -air supply to the peripheral annular channel, 5 - air-swirling tangential blades of the peripheral register, 6 - axial air swirler for burning fuel oil; 7 -recirculation flue gas supply, 8 - compensatory lenses, 9 - embrasure, 10 - electric igniter, 11 - oil nozzle, 12 - pneumatic valve, 13 - coaxial conical pipe.
Рис. 3. Интенсивность излучения факела qф по высоте среднего сечения топки котла ТГМП-204ПРязанской ГРЭС с подовым расположением 12 горелок и для котла ТГМП-204ХЛ Сургутской ГРЭС-2 с настенным встречным расположением 36 горелок на трех ярусах при сжигании газа с коэффициентом рециркуляции равен 23 % и электрических нагрузках блока 800 МВт [12-14].
Fig. 3. The intensity of the flame radiation qf along the height ht of the middle section of the furnace of the TGMP-204P boiler at Ryazan GRES with a bottom arrangement of 12 burners and for the TGMP-204HL boiler of the Surgut GRES-2 with a wall opposite arrangement of 36 burners on three tiers during gas combustion with a recirculation coefficient of the unit equal to 23% and electrical loads 800 MW [12-14].
Для снижения температуры уходящих газов и повышения КПД котел ТГМП-204ХЛ (станционный №1) на Сургутской ГРЭС-2 был модернизирован путем увеличения пропускной единичной способности горелок по сжигаемому газу и увеличения крутки воздуха. Это позволило сократить число работающих горелок с 36 штук до 24 штук и снизить температуру уходящих газов за счет отключения третьего верхнего яруса горелок из 12 штук.
Материалы и методы
Прямоточный однокорпусный котел ТГМП-204XЛ (маркировка по ГОСТ Пп-2650-25-545/542ГМ) производства Таганрогского котельного завода предназначен для получения водяного пара сверхкритических параметров с давлением 25,5 МПа и температурой 545°Спри сжигании природного газа и работы в блоке с одновальной конденсационной турбиной ЛМ3 К-800-240-5. Котел ТГМП-204ХЛ газоплотный паропроизводительностью 2650 т/ч имеет П-образную компоновку. Котел состоит из топочной камеры и опускного газохода, соединенных в верхней части горизонтальным поворотным газоходом. Котел оснащен двумя отдельно стоящими регенеративными вращающимися воздухоподогревателями СХП 32/1850 с диаметром ротора 14 м. Температура подогрева воздуха 360°С. Проектная температура подогрева питательной воды 270 °С при давлении 31 МПа. Топочная камера котла выполнена в виде прямоугольного сечения с глубиной 10,3 м и шириной 20,7 м, экранирована подовым экраном, нижней, средней и верхней радиационными частями в виде панелей из плавниковых труб. Котел не имеет собственного каркаса и подвешивается к металлоконструкциям здания котельного цеха. Отметка на верхней точке котла 67,3 м.
Подовый экран расположен в нижней части топки и конструктивно экранирует часть фронтовой и задней стены до отметки 22,8 м. Кроме того по две средних панели первой нижней радиационной части (НРЧ-1) располагаются на боковых стенах топки до отметки 22,8 м. Вторая нижняя радиационная часть (НРЧ-2) образована из восьми крайних панелей фронтовой и задней стены нижней части топки (по две панели со стороны боковых стен), расположенными до отметки 22,8 м и четырех крайних панелей боковых стен до отметки 22,8 м.
Первая средняя радиационная часть (СРЧ-1) является непосредственным продолжением экранов НРЧ-2 Вторая средняя радиационная часть СРЧ-2 экранирует центральную часть фронтовой, задней и боковых стен топки и расположена между отметками 22,8 м и 35,8 м. Верхняя радиационная часть (ВРЧ) экранирует верхнюю часть топочной камеры и занимает полностью фронтовую, боковые и задние стены топки между отметками 35,8 м и 55,3м, причем ВРЧ задней стены топки экранирует аэродинамический выступ и часть горизонтального газохода на отметке 43,6 м. Потолок топки горизонтального газохода и конвективной шахты экранирован потолочным экраном. На боковых стенах поворотной камеры между отметками 43,6 м и 55,3 м расположены экраны горизонтального газохода. В горизонтальном газоходе в площади газового окна установлен ширмовый пароперегреватель (ШПП), далее по ходу газов установлены первая и вторая ступени конвективного пароперегревателя высокого давления КППВД-(1, 2) и вторая ступень конвективного пароперегревателя низкого давления КППНД-2. Первыми по ходу газов в конвективной шахте установлены поверхности КППНД-1. Последними по ходу газов установлены блоки водяного экономайзера. Задний экран ВРЧ образует в верхней части топочной камеры аэродинамический выступ, защищающий ширмы от прямого излучения из топочной камеры.
Пароводяной тракт котла выполнен двухпоточным с автономным регулированием расхода среды и температуры перегретого пара [18]. Регулирование температуры первичного пара производится с помощью впрысков перед ширмами и в рассечку пароперегревателя высокого давления. Для регулирования температуры вторичного пара установлены два дымососа рециркуляции ГД-26х2-1, забирающих дымовые газы за конвективной шахтой и подающих их в горелки. Используются также впрыски после первой ступени пароперегревателя низкого давления [19-20]. Ввод газов рециркуляции производится в горелочные устройства и служит также для снижения скорости высокотемпературной коррозии НРЧ и подавления окислов азота. В проектном исполнении топочная камера оснащена 36 газомазутными горелками мощностью по 60 МВт, размещенными встречно по 18 штук на фронтовой и задней стенах топки в три яруса на отметках 12,9 м, 15,9 м и 18,9 м. Воздух и газы рециркуляции подводятся к горелкам общими коробами [21]. Котел предназначен для работы на уравновешенной тяге и оснащен двумя дутьевыми вентиляторами типа ВДН-36х29 и двумя дымососами Д0Д-43-500 ГМ.
На рисунке 4 приведена схема котла ТГМП-204ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2 при использовании во время экспериментов 24 горелок при сжигании газа. Измерение интенсивности излучения пламени проводилось через лючки в количестве 44 штук, расположенных на стенах по высоте топки с площадок обслуживания 3 (рис. 4). На рисунке 4 приведено, в качестве примера, проектное расположение 36 горелок в три яруса (вид А). Как уже отмечено, эксперименты проводились с отключением на третьем верхнем ярусе 6 горелок на фронтальной стене и 6 горелок на задней стене.
Использование 24 горелок, расположенных на двух ярусах, вместо 36 горелок, расположенных на трех ярусах, связано с тем, что температура продуктов сгорания на выходе из топки при использовании третьего верхнего яруса сильно возрастает и повышается тепловая нагрузка на пароперегревательные поверхности. Это приводит к необходимости включения пароохладителей для того, чтобы температура перегретого пара не превышала 545 °С. При включении горелок третьего яруса возрастает также интенсивность образования термических оксидов азота, так как температура рециркулируемых в горелки продуктов сгорания из опускного газохода также возрастает.
Схема используемой на котлеТГМП-204ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2 вихревой газомазутной горелки тепловой мощностью 60 МВт приведена на рисунке 5.
Рис. 4. Схема продольного разреза котла ТГМП-204ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2 при использовании 24 горелок на номинальной производительности при сжигании газа: 1 -горелки, 2 - испарительные поверхности, 3 -площадки обслуживания,^ - пароперегревательные поверхности,5-промежуточный пароперегреватель, 6 - экономайзер, 7 - рециркуляция газов, 8 -регенеративный воздухоподогреватель,?- нагретый воздух, 10 - перегретый пар сверхкритического давления, 11 - пар на промежуточный перегрев, 12 - пар после промежуточного перегрева, 13 -питательная вода.
Fig. 4. Diagram of the longitudinal section of the TGMP-204HL boiler (station No. 1) of the Surgut GRES-2 using 24 burners at the nominal capacity when burning gas: 1 - burners, 2 - evaporating surfaces, 3 - service platforms, 4 - superheating surfaces, 5 - intermediate superheater, 6 -economizer, 7 - gas recirculation, 8 - regenerative air heater, 9 - heated air, 10 - superheated supercritical steam, 11 - steam for reheat, 12 -steam after reheat, 13 - feed water.
Тангенциальные лопатки воздушных закручивающих регистров 3,5 (рис. 5) неповоротные. Различная величина тепловых расширений воздушного короба со встроенными в него горелками и экранов топочной камеры устраняется линзовыми компенсаторами 8. Пневмозатвор 12 препятствует выбиванию продуктов сгорания в помещение котельного цеха [23].
Измерение интенсивности излучения факела проводилось радиометром полного излучения ТЕРА-50 с градуировкой РК-15 [24]. Температура продуктов сгорания в пристенном слое топки измерялась при помощи сдвоенных хромель-алюмелевых термопар [2]. Концентрации оксидов азота NOx в продуктах сгорания в режимном сечении измерялась газоанализатором ДАГ-500. Погрешность определения КПД составляла + 0,71 %. Режимные и балансовые параметры работы котла измерялись с помощью штатных приборов с проверкой их показаний по датчикам первичных калиброванных приборов группы наладки и испытаний Сургутской ГРЭС-2.Теплота сгорания топливного газа
определялась в центральной лаборатории Сургутской РЭС-2 путем измерений на электронном бомбовом калориметре АБК-1В.Сжигался Уренгойский природный газ с теплотой сгорания 0,/'= 33662 кДж/нм3.
6 325478 9
Рис. 5. Схема используемой на котле ТГМП-204ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2 газомазутной горелки производительностью 5,2 т/ч по мазуту или 5,6х103 м3/ч по природному газу с параметром крутки 1,115: 1 - центральный подвод природного газа; 2 - подвод воздуха в центральный кольцевой канал, 3 -воздухозавихряющие тангенциальные лопатки центрального регистра, 4 - подвод воздуха в периферийный кольцевой канал, 5 -воздухозавихряющие тангенциальные лопасти периферийного регистра, 6 - датчики давления воздуха; 7 - рециркуляционная подача дымовых газов, 8 - компенсационные линзы, 9 -амбразура, 10 - электрический воспламенитель, 11 - масляная форсунка, 12 - пневмоклапан.
Fig. 5. The diagram of the oil-gas burner used on the TGMP-204HL boiler (station No. 1) of Surgut GRES-2 with a capacity of 5.2 t / h for fuel oil or 5.6 x 103 m3 / h for natural gas with a twist parameter of 1.115: 1 - central supply natural gas; 2 - air supply to the central annular channel, 3 - air-swirling tangential blades of the central register, 4 - air supply to the peripheral annular channel, 5 - air-swirling tangential blades of the peripheral register, 6 - air pressure sensors; 7 - recirculation flue gas supply, 8 - compensatory lenses, 9 - embrasure, 10 - electric igniter, 11 - oil nozzle, 12 - pneumatic valve.
Результаты исследования
В таблице 1 приведены результаты исследования режимных параметров работы котла ТГМП-204 ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2 при сжигании газа в 24 горелках при отключенном третьем верхнем ярусе, на котором по проектным данным должны работать еще 12 горелок. Из них 6 горелок расположены на фронтальной стене и 6 горелок - на задней стене топки.
Таблица 1
Результаты измерений режимных параметров работы котла ТГМП-204ХЛ (станционный №1)
Параметр Электрическая нагрузка блока, МВт
440 550 650 750 810
Паропроизводительность, т/ч 1282 1587 1908 2250 2465
Давление перегретого пара, МПа 23,5 23,5 23,5 23,5 23,5
Температура перегретого пара, °С 545 545 545 545 545
Температура пара промежуточного 525 527 529 530 531
перегрева,°С
Температура питательной воды,°С 240 250 260 268 272
Расход сжигаемого газа, тыс. нм3/ч 127 154 184 214 236
Давление газа перед горелками, МПа 0,035 0,048 0,065 0,083 0,093
Температура уходящих газов, °С 127 130 135 142 145
Потери теплоты с уходящими газами, % 5,68 5,81 6,02 6,34 6,38
Коэффициент рециркуляции, % 52 45 34 30 26
Коэффициент избытка воздуха в 1,041 1,035 1,029 1,026 1,024
режимном сечении
Содержание оксидов азота NOx в 80 90 148 196 287
продуктах сгорания, приведенное к
а=1,4, мг/нм3
КПД котла брутто, % 93,95 93,83 93,75 93,50 93,37
На котле ТГМП-204ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2при использовании 24 горелок, вместо 36 горелок, интенсивность излучения факела qф возрастает при значениях высоты ^ в области от 10 до 20 м (рис. 6).
Рис. 6. Интенсивность излучения факела qф по высоте среднего сечения топки котла ТГМП-204ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2с настенным встречным расположением 24 горелок на двух ярусах при сжигании газа для электрических нагрузок блока 440, 550, 650 и 810 МВт.
Fig. 6. The intensity of the flame radiation qf along the height ht of the middle section of the furnace of the TGMP-204HL boiler (station No. 1) of the Surgut GRES-2 with a wall-mounted counter-arrangement of 24 burners on two tiers during gas combustion for electrical loads of the 440, 550, 650 and 810 MW unit.
В сравнении с данными рисунка 3 для подового расположения горелок котла ТГМП-204П и настенного встречного расположения 36 горелок в три яруса на котле ТГМП-204ХЛ, при электрической нагрузке блока 810 МВт в котле ТГМП-204ХЛ с 24 горелками, расположенными в два яруса, интенсивность излучения qф в области высоты кт от 10 до 20 м гораздо выше. При этом коэффициент рециркуляции составлял 26 %, что приводило к снижению температуры факела на уровне горелок. Для данных рисунка 3 коэффициент рециркуляции равен 23 %.
Обсуждение результатов
Сжигание газа в котле ТГМП-204ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2 с 24 горелками с увеличенным параметром крутки и коэффициентом рециркуляции позволило снизить концентрацию оксидов азота, в сравнении с котлом ТГМП-204ХЛ [14], работающем на 36 горелках (рис. 7).
Рис. 7. Концентрация продуктах сгорания, коэффициенту избытка сжигании газа в
оксидов азота КОх приведенная к воздуха а=1,4, при котле ТГМП-204ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2с 24 горелками с увеличенным параметром крутки в зависимости электрической нагрузки N блока в сравнении с данными [14] для ТГМП-204ХЛ с 36 горелками, расположенными в три яруса.
Fig. 7. The concentration of nitrogen oxides NOx in combustion products, reduced to the excess air coefficient a=1.4, when gas is burned in the TGMP-204HL boiler (station No. 1) of Surgut GRES-2c by 24 burners with an increased twist parameter depending on the electrical load of the N block in comparison with the data [14] for TGMP-204HL with 36 burners arranged in three tiers
Сжигании газа в котле ТГМП-204ХЛ в 24 горелках, расположенных в два яруса, позволяет получить более высокие значения КПД по сравнению с сжиганием в 36 горелках, расположенных в три яруса [14] (рис. 8).
Рис. 8. КПД брутто при сжигании газа в котле ТГМП-204ХЛ (станционный №1) Сургутской ГРЭС-2 с 24 горелками с увеличенным параметром крутки в зависимости электрической нагрузки N блока в сравнении с данными [14] для котла ТГМП-204ХЛ с 36 горелками, расположенными в три яруса.
Fig. 8. Gross efficiency re when burning gas in the TGMP-204HL boiler (station No. 1) of the Surgut GRES-2 with 24 burners with an increased twist parameter depending on the electrical load of the N block in comparison with the data [14] for the TGMP-204HL boiler with 36 burners arranged in three tiers.
Это связано с тем, что при использовании 36 горелок и применении третьего яруса растет температура продуктов сгорания на выходе из топки и вместе с этим возрастают потери теплоты с уходящими газами из-за повышения их температуры в балансовом сечении.
Для дальнейшего повышения эффективности сжигания газа в котлах ТГМП-204ХЛ с 24 горелками, расположенными в два яруса, необходима замена тангенциальных лопаточных завихрителей воздуха на аксиальные периферийные, которые позволяют получить более высокие значения параметра крутки [10,17, 26]. При этом необходимо также центральную конусообразную газоподачу заменить на комбинированную, включающую в себя периферийные газораздающие трубы с поворотными насадками и коаксиальный центральный насадок [23-25]. Это позволит улучшить смесеобразование в факеле и уменьшить интенсивность излучения факела на уровне горелок.
Выводы
1. В рамках литературного обзора установлено, что особенность работы энергетических котлов по снижению выбросов окислов азота ориентированы на другие способы, в частности впрыска водяного пара в дымовые газы.
2. Модернизация котла ТГМП-204ХЛ для сжигания газа в 24 горелках, расположенных в два яруса, по сравнению со сжиганием в 36 горелках, расположенных в три яруса, при увеличении параметра крутки воздуха в горелках позволяет получить повышение КПД и уменьшение концентрации оксидов азота в уходящих газах.
3.Разработанная методика отличается от рассмотренных методов снижения окислов азота по следующим признакам: используется вторичный дымовой газ для дожига окислов азота, применяется оптимальная схема сжигания используемого топлива для снижения выбросов.
4. Для дальнейшего повышения эффективности сжигания газа в котле ТГМП-204ХЛ в 24 горелках, расположенных в два яруса, необходима замена в горелках тангенциальных завихрителей воздуха на аксиальные периферийные и применение комбинированной газораздачи с использованием периферийных газоподающих труб с насадками и центральной коаксиально-конусной газоподачи, что позволит уменьшить локальные значения интенсивности излучения факела на уровне горелок.
5.Полученные результаты позволят снизить концентрации выбрасываемого окислов азота в энергетических котлах и найдут практическое применение при эксплуатации котлоагрегатов.
Литература
1.Таймаров М.А., Лавирко Ю.В., Беляева Е.А. Интенсивность лучистого теплообмена в топке котла при изменении паровой нагрузки // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2015. №7-8. С.1-4.
2.Трембовля В.И. Теплотехнические испытания котельных установок. М.: Энергия. 1977. 297 с.
3.Таймаров М.А., Ахметова Р.В., Сафин Р.Г., и др. Определение зависимости времени выгорания капли мазута от интенсивности излучения пламени. Research Journal of Applied Sciences. 2016. V. 11-12. P. 1660-1665.
4.Zhang J, Yuan H., Zhao J., Mei N. Viscosity estimation and component identification for an oil-water emulsion with the inversion method. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2016. V. 111. pp. 759-767.
5.Абрютин А.А., Вязовой С.К. Исследование теплообмена в топке и ширмовом пароперегревателе при сжигании мазута и газа с малыми избытками воздуха // Теплоэнергетика. 1971. №12. с.16-19.
6. Gelderen L., Malmquist L., Jomaas G. Vaporization order and burning efficiency of crude oils during insitu burning on water // Fire Safety Journal. 2017. №5. р. 558-537.
7. Kadota T., Yamasaki H. Recent advances in the combustion of water fuel emulsion // Progress in energy and combustion science. 2002. V. 28. №6. p. 385-404.
8. Ahrenfeldt J., Thomsen T., Henriksen U., Clausen L. Biomass gasification cogeneration. // Applied Thermal Engineering. 2013. №50. р. 1407-1417.
9. Соболев В. М. Повышение эффективности горелочных устройств в реальных условиях их применения // Газинформ. 2016. №4 (54). СПб. 26 с.
10. Верещетин В.А. Разработка и внедрение малотоксичных горелочных устройств для сжигания стандартных и нестандартных видов жидких и газообразных топлив // Химическая техника. 2015. № 7. С. 29-32.
11. Абрютин А.А. Результаты исследования локального теплообмена в топке котла ТГМП-204П энергоблока 800 МВт с подовыми горелками // Электрические станции. 1986. № 5. С.39-42.
12. Голованов Н.В. Освоение и исследование газомазутного котельного агрегата Пп-2650-255ГМН (ТГМП-204) головного энергоблока мощностью 800 МВт Запорожской ГРЭС. Л., НПО ЦКТИ. 1979. 104 с.
13. Левченко Г.И., Христич Л.М., Резник Н.И. Особенности конструкции котла ТГМП-204ХЛ Сургутской ГРЭС-2 // Теплоэнергетика. 1986. №8. С.35-37.
14. Кормилицын В.И. Комплексные технологии снижения загрязнения окружающей среды тепловыми электростанциями. 2014. Электронный ресурс osi.ecopower.ru.
15. Taymarov М.А., Akhmetova R.V., Akhmetov Е.А. Efficiency of application of various layout arrangements of oil-gas burners in thermal power plant boilers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. 552(2019). 012008.
16. Росляков П.В., Кондратьева О.Е., Альмгрен А. Р., и др. Технические и экономические проблемы и риски внедрения наилучших доступных технологий на российских ТЭС // Новое в российской электроэнергетике. 2021. № 1. С. 15-20.
17. Росляков П.В., Черкасский Е.В., Гусева Т.В., и др. Технологическое нормирование объектов теплоэлектроэнергетики: наилучшие доступные технологии и нормы общего действия // Теплоэнергетика. 2021. № 10. С. 1-13.
18. Злобин В. Г., Зверев Л. О. Повышение эффективности котельных установок на жидком топливе // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. 4. С. 24-31.
19. Иваницкий М.С. Токсичность уходящих газов твердотопливного котла КЕ - 25 -14С // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. № 1. С. 7784.
20. Кудряшов А.Н., Коваль Т.В., Ижганайтис М.И. Опыт сжигания композиционного топлива на основе угольного шлама на ТЭЦ Иркутской области // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т 23. № 1. С. 33-45.
21. Куролап С.А., Петросян В.С., Клепиков О.В., и др. Оценка влияния метеорологических параметров на техногенное загрязнение канцерогеноопасными химическими веществами воздушного бассейна города Воронежа // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 2. С. 60-65.
22. Варганова А.В., Орел Д.А., Коринченко Г.М. Внутристанционная оптимизация промышленных тепловых электростанций в условиях ремонтных режимов // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 3(40). С. 27-33.
23. Варганова А.В., Джагаров Н.Ф. Комплексная оптимизация режимов работы промышленных тепловых электростанций // Электротехнические системы и комплексы. 2020. № 4(49). С. 11-16.
24. Балбукова Е.В., Плоткина У.И. Разработка системы диагностирования технического состояния энергетического котла // Фундаментальные и прикладные исследования в области управления, экономики и торговли: Сборник трудов Всероссийской научно-практической и учебно-методической конференции. В 4-х частях, Санкт-Петербург, 01-04 июня 2021 года. Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. С. 190-196.
25. Варганова А. В. Теплоэнергетическая модель промышленных электростанций // Электротехнические системы и комплексы. 2020. № 3(48). С. 11-16.
26. Кохтавшили Н.Т. Анализ концентрации оксидов азота в уходящих газах котлов ТЭС от влияния различных режимно-технологических факторов процесса горения // Аллея науки. 2020. Т. 1. № 8(47). С. 399-403.
Авторы публикации
Ахметова Римма Валентиновна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Электрические станции им. В.К.Шибанова», Казанский государственный энергетический университет.
Звонарева Юлия Николаевна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения», Казанский государственный энергетический университет.
Шорохов Игорь Романович - студент, Казанский государственный энергетический университет.
References
1. Taymarov M, Lavirko Y and Belyaeva E. 2015 The intensity of radiant heat transfer in the boiler furnace with a change in steam load University News Energy problems. 2015;7-8:1-4 https://www.elibrary.ru/item.asp ?id=24864081.
2. Trembovlya V. Heat engineering tests of boiler installations. M., Energia, 1977. 297 p.
3. Taymarov M, Akhmetova R, Safin R, et al. 2016 Determination of the dependence of the burnout time of a drop of fuel oil on the intensity of flame radiation. Research Journal of Applied Sciences. V.11. Issue12. pp.1660-1665.
4. Zhang J, Yuan H, Zhao J, et al. Viscosity estimation and component identification for an oil-water emulsion with the inversion method Journal of Petroleum Science and Engineering. 2017;111:759-767.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431116319561.
5. Abrutyn A, Vyazovoy S. Investigation of heat transfer in the furnace and the superheater Sormovo the combustion of oil and gas with low excess air. Teploenergetika. 2018; 12:16-19.
6. Gelderen L, Malmquist L, Jomaas G. Vaporization order and burning efficiency of crude oils during insitu burning on water. Fire Safety Journal. 2017;5:558-537.
7. Kadota T, Yamasaki H. Recent advances in the combustion of water fuel emulsion. Progress in energy and combustion science. 2002;28(6):385-404.
8. Ahrenfeldt J, Thomsen T, Henriksen U, Clausen L. Biomass gasification cogeneration. Applied Thermal Engineering. 2013;50:1407-1417.
9. Sobolev V. Improving the efficiency of burner devices in real conditions of their application. Gazinform. 2016; 4 (54):26.
10. Vereshchetin V. Development and implementation of low-toxic burner devices for burning standard and non-standard types of liquid and gaseous fuels. Chemical engineering. 2015;7:29-32.
11. Abryutin A. Results of the study of local heat exchange in the furnace of the TGMP-204P boiler of the 800 MW power unit with hearth burners. Electrical stations. 2018;39-42.
12. Golovanov N. Development and research of the gas-oil boiler unit Pp-2650-255GMN (TGMP-204) of the 800 MW head power unit of the Zaporozhye GRES. L., NPO TSKTI 104 p.
13. Levchenko G, Hristich L, Reznik N. Design features of the TGMP-204HL boiler of Surgut GRES-2.Teploenergetika. 2019;8:35-37.
14. Kormilitsyn V. Integrated technologies for reducing environmental pollution by thermal power plants. Materials of the review as of 2014. Available at: Electronic resource osi.ecopower.ru
15. Taymarov М, Akhmetova R, Akhmetov Е. Efficiency of application of various layout arrangements of oil-gas burners in thermal power plant boilers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. 552(2019). 012008.
16. Roslyakov P, Kondratieva O, Almgren A, et al. Technical and economic problems and risks of introducing the best available technologies at Russian thermal power plants. New in the Russian electric power industry. 2021;15-20.
17. Roslyakov P, Cherkassky E, Guseva T, et al. Technological standardization of thermal power facilities: best available technologies and general action norms. Teploenergetika. 2021;10:1-13.
18. Zlobin V, Zverev L. Improving the efficiency of liquid fuel boiler installations. Energy problems. 2020;22 (4):24-31.
19. Ivanitsky M. Toxicity of flue gases of a solid fuel boiler KE - 25 - 14C. News of higher educational institutions. Energy problems. 2020;22 (1):77-84.
20. Kudryashov A, Koval T, Izhganaitis M. 1 Experience of combustion of composite fuel based on coal sludge at the thermal power station of the Irkutsk region. Energy problems. 2021;23 (1):33-45.
21. Kurolap S, Petrosyan V, Klepikov O. Evaluation of the influence of meteorological parameters on technogenic pollution of the air basin of the city of Voronezh by carcinogenic chemicals. Ekologiya ipromyshlennostRossii. 2021;25 (2):60-65.
22. Varganova A, Orel D, Korinchenko G. Intra-station optimization of industrial thermal power plants under repair conditions. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy. 2018;3 (40):27-33.
23. Varganova A, Dzhagarov N. Complex optimization of operating modes of industrial thermal power plants. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy. 2020;4 (49):11-16.
24. Balbukova E, Plotkina U. Development of a system for diagnosing the technical condition of a power boiler. Fundamental and applied research in the field of management, economics and trade: Proceedings of the All-Russian scientific-practical and educational-methodical conference. In 4 parts, St. Petersburg, June 01-04, 2021. St. Petersburg: POLYTECH-PRESS, p 190-196.
25. Varganova A. 2020 Thermal power model of industrial power plants.
Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy. 2020;3 (48):11-16. doi 10.18503/2311-8318-2020-3(48)-11-16.
26. Kokhtavshili N. Analysis of the concentration of nitrogen oxides in the flue gases of TPP boilers from the influence of various regime and technological factors of the combustion process. Alley of Science. 2020;8 (47):399-403.
Authors of the publication
Rimma V. Akhmetova - Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia.
Julia N. Zvonareva - Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia.
Igor R. Shorohov - Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia.
Получено 16.03.2022г.
Отредактировано 23.03.2022г.
Принято 30.03.2022г.
