Результаты испытаний топки котла ТГМ-84Б при фосфатном и бесфосфатном водно-химических режимах работы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 536.3

М.А. Таймаров, А.И. Мазитов, В.В. Коваленко, В.А. Егоров, М.М. Ахсанов, Р.Г. Гильфанов

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ТОПКИ КОТЛА ТГМ - 84Б ПРИ ФОСФАТНОМ И БЕСФОСФАТНОМ ВОДНО - ХИМИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

В данной работе приведены результаты экспериментов на котле ТГМ-84Б тепловой электрической станции города Набережные Челны. Анализ температурных режимов экранных поверхностей нагрева паровых котлов проведён до применения бесфосфатного водно-химического режима работы и после.

Ключевые слова: теплоэнергетика, тепловые электрические станции, паровой котел, воднохимический режим, температура факела.

В данной статье приводятся результаты испытаний на котлах ТГМ-84Б № 2, № 9 Набережно-Челнинской ТЭЦ фосфатно- и бесфосфатного водно-химического режима работы пароводяного контура экранных труб. Измерялись падающие потоки, температура факела и другие режимные параметры котлов №2, №9. Проведена обработка полученных экспериментальных результатов и сравнительная оценка температурных режимов экранных поверхностей нагрева паровых котлов до применения бесфос-фатного водно-химического режима работы к/а ТГМ-84Б ст. №2, №9 и после. Сравнивались основные режимные параметры работы котлов с номинальными.

Энергетическое оборудование (паровые котлы и тепловые сети) кроме предварительной обработки воды на водоподготовительных установках (ВПУ) нуждается в удалении из воды незначительных остаточных загрязнений и в поддержании определенного водно-химического режима путем дозировки в воду небольшого количества соответствующих реагентов, приводящих качество воды в соответствии с нормируемыми показателями. К коррекционным способам обработки воды относятся фосфа-тирование, аминирование, нитратирование, сульфитирование, трилониро-вание, силикатирование и др. [1-7]. В паровых котлах при высокой кратности испарения и сравнительно небольших водяных объемах в котловой воде настолько возрастают концентрации солей, что даже при незначительном содержании кальциевых и магниевых соединений в питательной воде возникает опасность образование накипи на поверхности нагрева. Для предотвращения кальциевых накипей наряду с глубоким умягчением добавочной воды проводятся коррекционная обработка котловой воды

25

фосфатами. Сущность фосфатирования состоит в том, что в присутствии фосфатов создаются условия, при которых кальций образует твердую фазу не на поверхности нагрева, а в толще котловой воды. Рыхлый неприкипающий шлам легко удаляется из котла с продувкой. Методика испытаний приведена в работе [1]. Свободные таблицы протоколов по режимным параметрам при фосфатном и бесфосфатном водно-химических режимах работы котлов ТГМ-84Б №2 и №9 НЧТЭЦ при испытаниях приведены в табл. 1 -3.

Таблица 1. Протоколы первичных данных по режимам работы котла № 9 при проведении экспериментов (НЧ ТЭЦ 23 и 25 октября 2006 г.) (фосфатный водно-химический режим)

Режимный параметр и размерность Станционный номер и марка котла

№9 ТГМ-84Б №9 ТГМ-84Б №9 ТГМ-84Б

Дата эксперимента 20.09.06 15 ч. 00 мин 23.10.06 15 ч. 30 мин 25.10.06 15 ч. 00 мин

Состояние горелок Отверстия не рассверливались Отверстия не рассверливались Отверстия не рассверливались

Вид топлива и теплота сгорания QHP, ккал/м3 (или ккал/кг) Газ, 8032 ккал/м3 Газ, 8007 ккал/м3 Газ, 8007 ккал/м3

Плотность топлива при 20°С, г/см3 0,687 0,681 0,681

Расход топлива В, тыс.м3 /ч (или т/ч) 26,2 33 28

11аропроизводнгелыюсть котла Дк, т/ч 310 410 338

Продувка котла Дпр, т/ч (или % от Дк) 1 % 1 % 1 %

Температура питательной воды ^в. °С 195 228 199

Давление питательной воды рпв, кГ/см2 167 168 170

Расход питательной воды GB. т/ч 295 410 318

Давление в барабане р6, кГ/см2 143 148 144

Температура перегретого пара ^п. °С 560 560 560

Давление перегретого пара, кГ/см2 137 139 137

Температура уходящих газов ^, X 120/120 140/138 127/129

Температура холодного воздуха ^.в, °С 32/31 33 35/32

Содержание О2 в уходящих газах после дымососа. % - 5,3 % 5,1%

Содержание О2 в уходящих газах в режимном сечении, % 1,1/1,0 1,1 1,47/1.2

Содержание NOх в уход. газах, ррm (мГ/м3) 218 мГ/м3 278 мГ/м3 235 мГ/м3

Дополнительные сведения по топке: - - -

КПД по обратному балансу по данным ЦНиИ НЧТЭЦ - 94.23 -

КПД но обратному балансу по данным настоящей работы 95,08 94,27/ 94,36 94,94 / 94,72

КПД по прямому балансу по данным настоящей работы 85,43 89,98 94,36

Коэффициент избытка воздуха в режимном сечении 1.05/1,045 1,05 1,064 / 1,055

Температура горячего воздуха ^-орвоз,°С - - -

Температура продуктов сгорания в конце горизонталь-ного газохода в поворотной камере ^.г, °С - - -

Температура продуктов сгорания в конвективном пароперегревателе ^ п, °С - - -

Температура продуктов сгорания за водяным экономайзером 1;в.э, °С - - -

Разрежение вверху топки ртоп. мм води ст. - - -

Марка горелок и их количество, шт. ТКЗ, 6 шт. ТКЗ, 6 шт. ТКЗ, 6 шт.

Номинальная тепловая мощность горелки Qгор, МВт 50,5 50,5 50,5

Производительность горелки О, гор. - - -

по газу, нм3/час 5589 5589 5589

По мазуту, кг/час 5000 5000 5000

Наличие крутки факела 45° 45° 45°

Таблица 2. Обобщенные протоколы основных режимных параметров работы котлов ТГМ84Б №2 и №9 при проведении экспериментов на НЧ ТЭЦ (1-я серия опытов с 20.02 по 25.04.07 и 2-я серия опытов 21 февраля 2008 г. (мазут) , 12 мая 2008 г., 11 сентября 2008 г.) при бефосфатном воднохимическом режиме эксплуатации

Режимный параметр и размерность Станционный номер и марка котла

№2 ТГМ- 84Б №2 ТГМ- 84Б №2 ТГМ -84Б №2 ТГМ- 84Б №2 ТГМ -84Б №2 ТГМ- 84Б №2 ТГМ -84Б №2 ТГМ -84Б №2 ТГМ- 84Б №9 ТГМ- 84Б

Дата эксперимента 20.02.07 14ч.0 0 мин 3.04.07 14 ч. 00 мин 3.04.07 14 ч. 50 мин 25.04.07 13 ч. 00 мин 25.04.0 7 14 ч. 40 мин 21.02.08 13ч20м 12.05.0 8 13 ч 00м 12.05.0 8 13 ч 30м 11.09.0 8 12 ч 20 м 11.09.0 8 13 ч 15м

Состояние горелок До рас-свер-лива-ния После рас-свер-лива-ния горелок № 2 и 3** После рас-свер-лива-ния горелок № 2 и 3** После рас-свер-ливания горелок № 2 и 3** После рас-свер-ливания горелок № 2 и 3** После рассверливания горелок № 2 и 3** После рас-свер-ливания горелок № 2 и 3** После рас-свер-ливания горелок № 2 и 3** После рас-свер-ливания горелок № 2 и 3** Отверстия не рас-свер-лива-лись

Теплота сгорания р„р, ккал/м3 для газа или ккал/кг для мазута газ 8007 газ 8001 газ 8001 газ 8012 газ 8012 мазут 6 горелок 8981 Газ 8019 Газ 8019 Газ 8029 Газ 8029

Плотность топлива при 20°С, г/см3 0,681 0,677 0,677 0,683 0,683 0,99 0,685 0,685 0,686 0,686

Расход топлива В, тыс.м3/ч (или т/ч) 32,5 34,7 37,9 24 33,1 22,5 24,6 27,4 32,5 25,5

Паропроизводитель-ность котла Дк , т/ч 390 419 450 290 380 330 284 320 370 315

Продувка котла Дпр, т/ч (или % от Дк) 3,4 т/ч (1%) 4 т/ч (1%) 4 т/ч 2,9 т/ ч (1%) 3,8 т/ч 3,3 2,8 3,2 3,5 3,15

Температура питательной воды ^„, С 234 228 228 228 225 233 196 195 231 220

Давление питательной воды рп.в, кГ/см2 174 164 158 162 153 168 148 141 176 177

Расход питательной воды Ов, т/ч 380 416 452 295 390 340 272 296 390 312

Давление в барабане рб, кГ/см2 148 150 154,6 145 149 149 146 138 152 150

Температура перегретого пара ^.п, °С 560 560 564,8 560 554 560 559 557 560 561

Давление перегретого пара рп.п, кГ/см2 139 135 137 136,5 136 138 138 139 139 139

Температура уходящих газов ^, °С 125/12 2 135/13 2 138/13 5 124 136 162 121 123 134 124

Температура холодного воздуха 1*.„, °С -3 17/21 17/21 22 25 16/15 21 20,6 10 10

Содержание О2 в уходящих газах после дымососа, % 7,3/6,8 - - - - - - - 6,3/4,9 5,3/6,4

Содержание О2 в уходящих газах в режимном сечении, % 1,3/1,2 1,2/13 1,2 1,3 1,2 2.1/2,2 1,5 1,2 1 1,2

Содержание NOx в уход. газах, ppm (мГ/м3) 195/160 178/198 178/198 - - - - - 106/107 127/112

Дополнительные сведения по топке : - - - - - - - - - -

Коэффициент избытка воздуха 1,059 1,055 1,055 1,059 1,055 1,10/1,11 1,07 1,055 1,045 1,055

КПД по обратному балансу по данным ЦНиИ НЧТЭЦ - - - - - - - - - -

КПД по обратному балансу по данным настоящей работы 93,54 94,16 94,02 94,55 94,23 93,33 94,66 94,54 93,14 93?58

КПД по прямому балансу по данным настоящей работы 88,93 90,13 89,54 90,1 85,57 93,38 85,98 86,98 84,5 91,7

Температура горячего воздуха и.в™,°С 237/243 246 249 246 246 237/247 - - 248/23 223/234

Температура продуктов сгорания в конце горизонтального газохода в поворотной камере 1гпк, °С 750/770 750/770 735/780 - 700/750 - - - 660/740 627/609

Температура продуктов сгорания в конвект. пароперегревателе 1кпп, °С - - - - - - - - - -

Температура продуктов сгорания за водяным экономайзером 1в эк °С 316/317 313 318 - 313/306 305/308 297/305

Разрежение вверху топки рвтоп, мм водн. ст. -2,5/-3 -3 -2 -3 -3 -8 - - -2,5 -3

Марка горелок и их количество, шт.*** 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

Тепловая мощность горелки Qnj,,, МВт 50,5 50,5 50,5 50,5 50,5 50,5 50,5 50,5 50,5 50,5

Температ. воздуха после калорифера, °С 8/12 - - 73 25 31

Давление газа перед горелками, кГ/см 0,19 0,26 0,3 0,13 0,13 0,9 0,14 0,17 0,21 0,15

Давление мазута перед горелками, кГ/см2 - - - - - 22,5 - - - -

Давление воздуха перед горелками, кГ/м2 - 135 160 55 55 120 43 43 77 80

Производительность горелки Огя). - - - - - - - - - -

по газу, нм3 /час 5589 5589 5589 5589 5589 5589 5589 5589 5589 5589

По мазуту, кг/час 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000

Угол закручивания факела 4 '-Л О 4 '-Л О 4 '-Л О 4 '-Л О 45° 4 '-Л О 4 '-Л О 4 '-Л О 45° 4 '-Л О

*Основная причина низких КПД по прямому балансу - завышенные инструментальные показания расхода газа на котел.

**- На котле №2 на горелках №2 и №3 первого (нижнего) яруса рассверлены (равномерно по окружности через одно отверстие) 6 из существующих 1 ТКЗ, 6 шт.2-ти газовыпускных отверстий 2го ряда с диаметра 027 мм до диаметра 029 мм *** - марка горелок ТКЗ

Таблица 3. Обобщенные протоколы основных режимных параметров работы котла ТГМ84Б № 9 при проведении экспериментов на НЧ ТЭЦ (3-я серия опытов 29 сентября 2008 г.) при безфосфат-ном водно-химическом режиме эксплуатации

Режимный параметр и размерность Станционный номер и марка котла

№ 9 ТГМ-84Б

Дата эксперимента 29.09. 2008 12.20 29.09. 2008 13.00 29.09. 2008 13.40 29.09. 2008 14.16

Состояние горелок Отверстия не рассверливались

Теплота сгорания Qh11, ккал/м3 для газа или ккал/кг для мазута газ 8019 газ 8019 газ 8019 газ 8019

Плотность топлива при 20°С, г/см3 0,682 0,682 0,682 0,682

Расход топлива В, тыс.м3/ч (или т/ч) 30,5 34,5 34 30,5

Паропроизводительность котла Дк , т/ч 387 422 424 395

Продувка котла Дд,, т/ч (или % от Дк) 1.,9 т/ч 2,1 т/ч 2,1 т/ч 2,0 т/ч

Температура питательной воды 1п.в, С 227 227 228 227

Давление питательной воды рп.в, кГ/см2 175 173 174 175

Расход питательной воды G„, т/ч 389 426 411 375

Давление в барабане рб, кГ/см2 154 155 150 139

Температура перегретого пара ton, °С 561 560 560 560

Давление перегретого пара рпп, кГ/см2 138 137 133 123

Температура уходящих газов 1ух, °С 124/125 131/130 128/130 124/125

Температура холодного воздуха 1х.в, °С 22 25/23 24 25/23

Содержание О2 в уходящих газах после дымососа, % - - - -

Содержание О2 в уходящих газах в режимном сечении, % * 2,0 1,7 1,4 0,9

Содержание NOx в уход. газах, ppm (мГ/м3) - 211/160 204/150 170/124

Дополнительные сведения по топке : - - - -

Коэффициент избытка воздуха 1,095 1,079 1,064 1,04

КПД по обратному балансу по данным ЦНиИ НЧТЭЦ - - - -

КПД по обратному балансу по данным настоящей работы 94,085 93,886/93,849 93,964/93,876 94,158/94,036

КПД по прямому балансу по данным настоящей работы 94,306 91,517 93,281 97,43

Температура горячего воздуха 1гов.Возд,°С 227/240 238/237 235/239 229/239

Температура продуктов сгорания в конце горизонтального газохода в поворотной камере 1гпк, °С 651/637 667/646 670/651 652/640

Температура продуктов сгорания в конвект. пароперегревателе 1кпп, °С - - - -

Температура продуктов сгорания за водяным экономайзером 1в.эк, °С 312/322 315/322 314/332 311/323

Продолжение таблицы № 3

Разрежение вверху топки рвтоп, мм водн ст. -2/-3 -3,4/-3,6 -3 -3

Марка горелок и их количество, шт.*** 6 6 6 6

Тепловая мощность горелки Q^, МВт 50,5 50,5 50,5 50,5

Температ. воздуха после калорифера, °С - - - -

Давление газа перед горелками, кГ/см2 0,21 0,21 0,25 0,21

Давление мазута перед горелками, кГ/см2

Давление воздуха перед горелками, кГ/м2 150/153 152/159 144/145 120/120

Производительность горелки G„,p. - - - -

по газу, нм3 /час 5589 5589 5589 5589

По мазуту, кг/час 5000 5000 5000 5000

Угол закручивания факела 45° 45° 4 '-Л О 4 '-Л О

*Основная причина низких КПД по прямому балансу - завышенные инструментальные показания расхода газа на котел.

**- На котле №2 на горелках №2 и №3 первого (нижнего) яруса рассверлены (равномерно по окружности через одно отверстие) 6 из существующих 1 ТКЗ, 6 шт. 2-ти газовыпускных отверстий 2го ряда с диаметра 027 мм до диаметра 029 мм *** - марка горелок ТКЗ

Таким образом, применение бесфосфатного режима вместо фосфатного не оказывает заметного влияния на изменение распределение температуры факела по высоте, ширине и глубине топок. Как для фосфатного, так и для бесфосфатного режима водоподготовки максимум температуры факела смещен по глубине топки b в сторону заднего экрана и располагается на отметке 11,2 м. Численное значение максимума температуры факела при номинальной нагрузке находится в области 1300-1350°С. Зона этих температур находится на расстоянии 0,3 м от заднего экрана по осям расположения горелок. Как для фосфатного так и для бесфосфатного режима водоподготовки с увеличением паровой нагрузки от 320 т/час до 420 т/час на каждые 10 т/ч температура факела в области максимальных значений повышается в среднем 10°С.

Источники

1. Таймаров М.А. Лабораторный практикум по курсу «Котельные установки и парогенераторы». Казань: КГЭУ, 2002. 140 с.

2. Кривандин В.А. Светящееся пламя природного газа. М.: Металлургия, 1973. 136 с.

3. Зайцев В.А., Горбатенко И.В., Таймаров М.А. Излучательная способность сталей и сплавов в диапазоне спектра 2-13 мкм // Инженерно-физический журнал. 1986. Т. 50. № 4. C. 620-625.

4. Макаров А.Н., Кривнев Е.И. Влияние геометрических размеров факела на распределение падающих потоков излучений в топке парового котла // Промышленная энергетика. 2001. № 8. С. 30-32.

5. Макаров А.Н. Расчет теплообмена излучением в топках паровых котлов. Третья Российская национальная конференция по теплообмену: Труды конференции. Т. 1. Пленарные и общие проблемные доклады. М.: Изд-во МЭИ, 2002. С. 84-87.

6. Radiative Transfer-1. Proceeding of the First International symposium on Radiation Transfer / edited by prof M. Pinar Mengus Kusadasi. Turkey: ICHMT, 1995. 800 p.

7. Zanelly S., Corsi R., Rieri Y. On the cjlculation of spatical temperature and radiative transfer in industrial watertube boiler // Heat Transfer in Flames. Washington: Scripta Book Company, 1973. Р. 18-24.

Зарегистрирована 24.11.2010 г.