Топка котла

За сравнительно небольшую историю производства котлов человечество разработало немало интересных конструкций котлов, которые постоянно совершенствуются. За большим разнообразием прячется один общий конструктив и набор элементов без которых работа котла была бы затруднительна или вообще невозможна.
Экономичность котла зависит от полноты сгорания топлива для чего требуется строго определенное количество воздуха. Если воздуха будет больше требуемого, то он просто отберет лишнее тепло, нагреется и вылетит в трубу, а вот если воздуха будет меньше, то горение будет не полным из трубы вылетает черный дым, который представляет собой ни, что иное как несгоревшие углеводороды. Топка котла должна быть так рассчитана, чтобы была пропорция топлива и воздуха и было место для горения. И если в газовых и жидкотопливных котлах подачу воздуха можно отрегулировать один раз и навсегда, то в твердотопливных котлах это сделать сложно, потому, что твердое топливо, а особенно дрова по своему химическому составу весьма неоднородны.

Протекает реакция:

С+О2=СО2
Выделяется огромное количество тепла и развивается высокая температура (до 1400 градусов по Цельсию). Топливо на колосниках имеет свободный доступ кислорода и весь кислород прореагирует с образованием углекислого газа СО2. Далее углекислый газ вступает в реакцию с углеродом более верхних слоев топлива:
СО2+С=2СО
Это реакция восстановления и идет с поглощением 60% ранее полученной теплоты. В итоге мы опять имеем неполное сгорание. В этот момент в самый раз подать дополнительный воздух в топку и дожечь СО. То есть получить реакцию
2СО+О2=2СО2.
Или конструировать топку так, чтоб толщина слоя, участвующего в горении была постоянна, а колосники большие по площади. Поэтому существуют топки:

1. Слоевая .
2. Шахтная.
3. Топка газогенераторных котлов.
4. Верхнего горения .

Топку фигурально можно разделить на зоны:

1. В окислительных зонах происходит горение углерода.
2. В восстановительной зоне происходит восстановление СО2 в СО.
3. В зоне выхода летучих из топлива выходят летучие вещества и сгорают.
4. В зоне подсушки топливо нагревается и их него испаряется влага.
5. В зоне вторичного дожига идет сжигание СО с окислением до СО2. Все это мы уже рассмотрели выше.

Слоевые топки не отличаются своей экономичностью и эффективностью. Получить полное сгорание всех компонентов в ней практически невозможно, вследствие чего КПД котлов со слоевыми топками весьма низок. Если взять анализ состава уходящих газов из слоевой топки, то можно обнаружить в нем довольно таки высокое содержание горючих компонентов, таких как СО, Н2 и прочие.
Газогенераторные котлы очень чувствительны к влажности топлива и на сырых или плохо высушенных дровах такие котлы практически не работают. Происходит это потому, что горючие газы обильно разбавляются водяными парами, что в первую очередь снижает концентрацию горючих газов и создаются неблагоприятные условия для их дожига. Испарение влаги из топлива требует затрат тепла, что приводит к снижению температуры газов и опять же к невозможности их дожечь.

Шахтная топка по конструкции имеет много общего со слоевой, однако газы пройдя зону окисления, далее не идут через весь слой топлива, а уходят через газовое окно. Такая конструкция топки позволяет ликвидировать зону восстановления. Подвод же вторичного воздуха за газовым окном позволяет добиться полного сгорания всех компонентов. В котлах этого типа можно добиться довольно-таки хороших показателей по длительности горения, экономичности и диапазону изменения мощностей без потери КПД. В отличии от газогенераторных котлов шахтные котлы конструктивно проще и дешевле.

Сжигая топливо, мы получаем тепло, которое несут раскаленные газы. Следующей задачей котла является отбор этого тепла от газов и отдача его теплоносителю. За эту задачу отвечает теплообменник. Теплообменник должен обладать достаточной площадью, чтоб в полной мере отобрать от газов тепло, быть компактным, ремонтопригодным и легко прочищаться. По организации движения газов он может быть как одноходовым, так и многоходовым. В бытовых котлах роль теплообменника так же могут выполнять стенки водяной рубашки, однако обеспечить достаточный теплосъем с такой конструкции весьма затруднительно. По конструктивному исполнению теплообменники могут быть:

1. Жаротрубными — это когда газы идут по трубам, которые омывает теплоноситель.
2. Водотрубными — когда по трубам идет теплоноситель, а газы их омывают.

Важным параметром при работе котла является температура уходящих газов, что напрямую связано с его КПД. При высокой температуре уходящих лишнее тепло покидает котел и вести речь об экономичности такого котла нет смысла. При низкой температуре уходящих в теплообменнике начинается конденсация содержащихся в газах водяных паров и котел в буквальном смысле начинает истекать черным и зловонным конденсатом. Поэтому температура газов на выходе из котла должна быть ненамного выше точки росы, которая составляет для дров 140-160*С, для угля 120-140*С и для торфа 80-100*С.

forum-belogo.ru

Топочное устройство (топка) — это составная часть котельной установки, в которой сжигается топливо, частично охлаждаются продукты сгорания и выделяется зола. В зависимости от способа сжигания топлива топки подразделяют на слоевые и камерные. В слоевых топках сжигается твердое кусковое топливо, которое находится в плотном слое на решетке, продуваемой воздухом. В камерных топках сжигается газообразное, жидкое или твердое топливо (последнее во взвешенном состоянии) во всем объеме топочной камеры. Схемы различных типов топок показаны на рис16.4.

Рис. 16.4. Принципиальная схема топок:

а – слоевая; б – с кипящим слоем; в – факельная; г – вихревая; Ι — топливо; ΙΙ – воздух; ΙΙΙ – дымовые газы

По характеру организации топочного процесса различают слоевые топки:

с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива на ней;

неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива;

движущейся колосниковой решеткой, транспортирующей находящийся на ней слой топлива.

Камерные топки, в свою очередь, подразделяют на топки с кипящим (псевдоожиженным) слоем, факельные и вихревые. В топках с кипящим слоем мелкозернистые частицы твердого топлива псевдоожижаются потоком воздуха и в процессе горения хаотически перемещаются по объему топочной камеры без выноса из нее. В факельных топках сжигаемое топливо и воздух, подаваемый на горение, образуют факел; газораспределительная решетка в этом случае отсутствует. В вихревых (циклонных) топках путем тангенциального ввода потока воздуха в цилиндрическую топочную камеру создается закрученный поток реагентов (воздух и топливо в виде пыли, опилок и лузги), которые эффективно перемешиваются, в результате чего топливо хорошо сгорает.

Топки могут располагаться внутри обмуровки котла (в этом случае их называют внутренними) и вне ее (выносныетопки). Тепловая мощность внутренних топок ограничена габаритами обмуровки котла, что является их недостатком. Слоевые топки изготовляют ручными и механизированными. Ручные топки с неподвижной решеткой применяют в котлах паропроизводительностью до 1 т/ч, загрузка топлива в них периодическая. Механизированные слоевые топки с цепной решеткой используют в котлах паропроизводительностью 10…35 т/ч.

Слоевая топка с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива на ней, имеет пневмомеханический забрасыватель. Она содержит колосниковую решетку, типа РПК с чугунными поворотными колосниками, насаженными на валы. При помощи рукоятки ряды колосников периодически наклоняются, и через образовавшиеся между ними щели шлак с решетки просыпается в шлаковый бункер. Пневмомеханический забрасыватель, имеющий ротор с лопастями, приводится в действие от электродвигателя через трехступенчатую клиноременную передачу, обеспечивающую частоту вращения ротора 500, 600 и 700 об/мин.

Слоевая топка с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней под действием собственного веса слоем топлива предназначена для работы на кусковом или

(16.1)

Теплота Q₁, воспринятая водой и паром в котле, может быть определенна из уравнения

(16.2)

Здесь h_ne,h_nв — энтальпия перегретого пара и питательной воды.

Рассматривая эти две формулы вместе нетрудно получить формулу для расчета расхода топлива, В:

(16.3)

Величина η_к, взятая здесь в долях единицы. По формуле вышеприведенной КПД котла подсчитывают по данным балансовых испытаний (прямой баланс), позволяющий точно измерить расход топлива в установившемся (стационарном) режиме работы.
этому испытанию котла должна предшествовать длительная его работа с постоянной нагрузкой, при которой и проводится испытание. Формула 5, называемая формулой обратного баланса, используется в расчетах проектируемого котла. При этом каждая из составляющих q_i принимается по рекомендациям, разработанным на основе многократных испытаний котлов в условиях, аналогичных проектным. Эта формула используется в случаях, когда не представляется возможным точно замерить расход топлива. Современные котлы являются довольно совершенными агрегатами; их КПД превышает 90%.

studopedia.ru

Методика сжигания в камерной топке

В камерных топках твердое топливо сжигается непосредственно в топочном объеме. Для того чтобы частицы топлива в течение своего короткого пребывания в топочном объеме успели полностью сгореть, необходимо подавать их в топочную камеру в тонко измельченном виде, чем достигается увеличение поверхности соприкосновения топлива с воздухом. Измельчение топлива до пылевидного состояния осуществляется в специальных угольных мельницах. Для производительной и бесперебойной работы мельниц измельчаемое в них топливо должно быть подвергнуто сушке. Таким образом, котлы с камерными топками для сжигания твердого топлива должны быть снабжены системой устройств пылеприготовления. В этих устройствах топливо проходит следующие стадии подготовки: дробление, сушку и измельчение, для осуществления которых в систему пылеприготовления входит ряд элементов и транспортирующих звеньев. Приготовленное пылевидное топливо первичным воздухом подается в горелки топки для сжигания.

Класификация камерных топок

Камерные топки разделяют:

• По способу сжигания топлива:
  • Вихревые топки;
  • Факельные топки;
  • Топки с кипящим слоем.
  
  
• По способу удаления шлака:
  • с твердым шлакоудалением;
  • с жидким шлакоудалением:
    • однокамерные;
    • двухкамерные.

Вихревая (циклонная) топка

Вихревая (циклонная) топка — топка, в которой осуществляется спиральное движение газо-воздушного потока, несущего частицы топлива и шлака. Вихревые топки используются в качестве предтопков камерных топок на тепловых электростанциях и как технологические печи, например, для обжига медных руд. В вихревых топках частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии за счёт несущей силы мощного вихря, вследствие чего в ней не выпадают даже крупные частицы (5-10 мм и более). В современных вихревых топках сжигаются куски твёрдого топлива размером 2-100 мм, при скорости струи подаваемого воздуха 30—150 м/сек. В результате интенсивного горения в топке развиваются температуры, близкие к адиабатным (до 20000С). Зола угля плавится, жидкий шлак стекает по стенкам. Существуют горизонтальные и вертикальные циклонные предтопки, причём последние применяются значительно реже. Диаметр горизонтальных циклонных предтопков 1,2-4 м, относительная длина их не превышает 1,5-1,6.

Топки этого типа широко используются за рубежом. Вихревые топки характеризуются высоким тепловым напряжением сечения топочной камеры и степенью улавливания шлака до 90%. В другой топке тепловое напряжение объёма в 10-20 раз меньше, а степень улавливания шлака не превышает 80%. Одна крупная вихревая топка позволяет обеспечить паропроизводительность котла лишь до 150—180 т/ч, поэтому у котлов большой мощности устанавливают до 12-14 горизонтальных циклонных предтопков.

В данное время от применения таких топок отказались. Однако они продолжают применяться для сжигания серы с целью получения SO₂ в производстве H₂SO₄ (серной кислоты) и обжига руд.

Факельная топка

Факельные топки — топки паровых и водогрейных котлов или печей, в которых топливо (угольная пыль, распыл, мазут или газ) сгорает в факелах, занимающих в отличие от слоевой топки большую часть объема топочной камеры. Факельные топки были разработаны для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии в факельном процессе, что позволило с высокой надежностью и экономичностью использовать топливо пониженного качества, значительно повысить единичную производительность котлоагрегатов. Топливо перед подачей в топку очищают, измельчают и высушивают в системе пылеприготовления топлива. Факельные топки весьма удобны для сжигания газообразного и жидкого котельного топлива, при этом газообразное топливо не требует предварительной подготовки, а жидкое должно быть распылено форсунками.

Факельные топки для пылевидного топлива подразделяют на следующие:

• с удалением шлака в твердом состоянии (сухое шлакоудаление);
• с жидким шлакоудалением.

В зависимости от расположения горелок факелы могут не иметь поворота в топке (при подовом или сводовом расположении горелок) либо поворачиваться на 90° (при горизонтальном расположении горелок) или на 180° (U-oбразный факел). Температура факела в ядре горения доходит до 2000°С, постепенно снижаясь примерно до 1000°С на выходе из топки. Для факельных топок характерно интенсивное теплоизлучение пламени на стены топки. Стены топки обычно покрыты экранами из водоохлаждаемых труб, а у современных мощных паровых котлов состоят из плавниковых труб, сваренных между собой. При этом тяжеловесная наружная обмуровка из огнеупорных кирпичей, применявшаяся на старых котлах, заменяется лёгкой изоляцией, навешиваемой с наружной стороны на экранные плавниковые трубы. Большая часть современных топок – факельные.

Топка с кипящим слоем

Топка с кипящим слоем занимает промежуточное положение между топками слоевого сжигания и факельными. Со слоевыми топками их объединяет, прежде всего, возможность сжигания «дробленки» с размером кусков до 10-20 мм и наличие решетки, через которую в слой подается воздух. При повышении скорости воздуха, продуваемого через слой, наступает момент, когда аэродинамическая сила, действующая на каждую частицу топлива, преодолевает силы взаимного трения частиц. Дальнейшее увеличение расхода воздуха приводит к псевдоожижению частиц топлива, слой как бы кипит (отсюда название «кипящий слой»), высота и пористость его увеличивается.

Минимальную скорость, при которой начинается псевдоожижение, называют первой критической скоростью W_кр1; при второй критической скорости W_кр2 аэродинамическая сила становится равной силе тяжести частиц топлива, и начинается их интенсивный вынос из слоя. Оба эти параметра имеют строго определенные значения только для монодисперсного материала с постоянной плотностью, а слой, как известно, состоит из полифракционного инертного материала и частиц топлива разной плотности.

Реальные топочные устройства с кипящим слоем работают со скоростями от W_кр1 до W_кр2.

Различают топки с обычным, или стационарным кипящим слоем (когда скорость в нем близка к W_кр1) и топки с циркулирующим кипящим слоем (когда скорость близка к W_кр2). В последнем случае из слоя выносится значительная часть недогоревшего топлива, которое затем улавливается в горячих циклонах и возвращается для дожигания.

Важно отметить, что в топках с кипящим слоем количество горючего материала составляет обычно небольшую долю от массы слоя, основу его составляет инертный материал или зола топлива (при сжигании высокозольных углей). Интенсивное перемешивание твердых частиц под воздействием сжижающего воздуха, проходящего через слой зернистого материала, обеспечивает повышенный тепло- и массообмен в слое. Погружение в кипящий слой поверхностей нагрева позволяет поддерживать температуру на таком уровне, при котором не происходит зашлаковки слоя.

Достоинста топки с кипящим слоем

• Обеспечивается высокий коэффициент теплопередачи;
• Длительное пребывание частиц в слое позволяет сжигать уголь с повышенной золь остью и отходы производства;
• Появляется возможность создать более компактное топочное устройство без системы пылеприготовления, при этом снижаются удельные капитальные затраты на сооружение котельной, а также ремонтные расходы;
• Добавка известняка в слой связывает серу топлива с зольным остатком, что уменьшает выбросы сернистого ангидрида с дымовыми газами в атмосферу;
• Низкие температуры в слое (800-950°С) обеспечивают отсутствие термических оксидов азота, что в некоторых случаях сокращает выбросы оксидов азота в атмосферу.

Преимущества камерных топок

• Возможность экономичного использования практически всех сортов угля, в том числе и низкокачественных, которые трудно сжигать в слое;
• Хорошее перемешивание топлива с воздухом, что позволяет работать с небольшим избытком воздуха (α=1,2-1,25);
• Возможность повышения единичной мощности котельного агрегата;
• Относительная простота регулирования режима работы и, следовательно, возможность полной автоматизации топочного процесса.

Литература

• Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленнх предприятий. — Москва: Энергия, Энергоотомиздат, 1988. — 528 с. — 35000 экз. — ISBN 5-283-00016-8
• Абрамов А.С. Шенин Б.И. Топливо топки и котельные установки. — Москва: 1953. — 247 с.

См.также

• Камера сгорания двигателя
• Камера сгорания котла
• Слоевая топка

ru.teplowiki.org

К. т.н. А.М. Сидоров, директор,
к. т.н. А. А. Скрябин, заместитель директора по науке,
А.И.Медведев, технический директор,
Ф.В.Щербаков, главный инженер,
НИЦ ПО «Бийскэнергомаш», г. Барнаул Алтайского края

О целесообразности использования топок с форсированным низкотемпературным кипящим слоем

Перспективным направлением развития промышленной и коммунальной энергетики является внедрение высокоэффективных схем организации топочного процесса в форсированном низкотемпературном кипящем слое (ФКС). Данная технология обеспечивает стабильное горение в объеме слоя и в надслоевом пространстве. Она позволяет осуществлять сжигание практически любых видов топлива и горючих отходов при относительно низкой температуре (800-1000 ОС) без спекания слоя.

Для топок с классическим пузырьковым кипящим слоем характерны невысокие скорости ожижения и, соответственно, не очень высокие тепловые напряжения воздухораспределительной решетки (до 3 МВт/м2). Процессы осуществляются в объеме слоя. Горение над слоем из-за быстрого охлаждения дымовых газов быстро прекращается, поэтому все дутье должно подаваться под слой. Зона над слоем и топочные экраны используются с низкой эффективностью, избыточное тепло от слоя должно отводиться погруженными в него поверхностями нагрева. В результате топки с классическим слоем имеют большую площадь и громоздки. К тому же работа погруженных поверхностей сопровождается их интенсивным абразивным износом. Несмотря на низкий уровень температур слоя, даже кратковременное прекращение ожижения или локальное повышение температуры опасно из-за спекания частиц слоя. Это предопределяет узкий диапазон регулирования.

Основным отличием ФКС от других типов кипящего слоя является высокая (3-10 м/с) скорость ожижения — форсировка слоя. При этом низкий механический недожог (менее 1,5-2,5%) обеспечивается благодаря расширению сечения топочного надслоевого объема к верху. Это способствует возврату крупных частиц в слой (рециркуляции) и уменьшению выноса мелких частиц. ФКС не имеет погруженных в слой поверхностей нагрева и связанных с этим проблем. Надежная работа экранных труб в зоне

динамического воздействия слоя обеспечивается применением эффективных средств защиты от абразивного износа.

Форсировка воздухораспределительной решетки дает следующие преимущества:

• ■ обеспечивает малые габариты решетки и реактора кипящего слоя и, следовательно, благоприятные условия для модернизации и реконструкции установленного оборудования, небольшую стоимость и малые расходы на ремонт;
• ■ позволяет сжигать топливо более грубого дробления, по сравнению с классическим кипящим слоем; фактически для бурых углей максимальный размер куска может достигать 30-50 мм;
• ■ обеспечивает более надежную работу слоя по условиям залегания, а, следовательно, расширяет диапазон регулирования нагрузки.

Технология ФКС подразумевает работу слоя в режиме газификации топлива при фактических значениях избытка воздуха α<1,0. Величина избытка определяется калорийностью и видом топлива и может составлять 0,3-0,7 (для бурых углей больше). Это позволяет еще более уменьшить габариты реактора и снизить затраты на подачу воздуха под решетку. Высвободившийся воздух увеличивает долю вторичного дутья, необходимого для дожигания уноса и продуктов газификации, — до 70%, что позволяет организовать активное вихревое движение топочных газов, способствующее повышению эффективности сгорания топлива. Теплонапряжение воздухораспределительной решетки в расчете на поданное топливо может достигать 10-15 МВт/м2.

Технология ФКС по форсировке воздухораспределительной решетки близка к циркулирующему кипящему слою (ЦКС) и обладает следующими преимуществами:

■ возможностью встраивания котлов ФКС в типовые котельные ячейки;

■ отсутствием шлакования поверхностей нагрева;

■ хорошими показателями топок ФКС, по сравнению с механизированными слоевыми топками, по стоимости, сроку службы, надежности и ремонтопригодности;

■ отсутствием мельничного оборудования;

■ возможностью сжигания широкого спектра видов топлива и горючих отходов;

■ широкими возможностями по регулированию параметров работы котлов ФКС и высокой стабильности несения нагрузки, что позволяет использовать их совместно с паровыми турбинами;

■ высокими экологическими показателями по выбросам оксидов серы и азота.

При этом, по сравнению с ЦКС, внедрение технологии форсированного кипящего слоя требует значительно меньших капитальных затрат.

Особенно привлекательны варианты внедрения ФКС, связанные с реконструкцией котельных. Они позволяют сохранить и использовать большую часть установленного оборудования, значительно сократить капитальные затраты и, следовательно, являются доступными для большинства предприятий промышленной энергетики и коммунального хозяйства. При этом вложенные средства быстро окупаются, повышается рентабельность.

Обычно основанием для внедрения технологии ФКС является:

■ новое строительство с обеспечением возможности работы на низкосортном угле;

■ необходимость обеспечения надежного тепло- и энергоснабжения (например, путем замены топлива, расширения гаммы применяемых углей, использования местных низкосортных видов топлива или горючих отходов);

■ необходимость снижения затрат на топливо путем его замены на более дешевое, или путем повышения эффективности его сжигания;

■ необходимость замены устаревшего изношенного оборудования;

■ необходимость утилизации горючих отходов, таких как отходы углеобогащения, лесо- и деревопереработки, шлак слоевых котлов и т.п.

Опыт эксплуатации котлов с ФКС

На сегодня нами совместно с рядом предприятий осуществлено внедрение топок с ФКС более чем на 50 объектах. В качестве примеров приведем, на наш взгляд, наиболее интересные из них.

Пример 1. Реконструкция Читинской ТЭЦ-2 с переводом слоевых котлов на сжигание Харанорского угля в кипящем слое. В период 1999-2003 гг. по технологии ФКС была осуществлена полная реконструкция Читинской ТЭЦ-2 с переводом слоевых котлов ТС-35 на сжигание Хара-норского бурого угля (Qрн=2720 ккал/кг; Ар=13,2%; Wр=40%) в кипящем слое.

Необходимость реконструкции была вызвана низким КПД слоевых котлов и значительными ремонтными затратами. Кроме того, ставилась задача повышения производительности котла до 42 т/ч.

Реконструкция затронула следующие узлы котла:

■ изменен профиль нижней части топки. Цепная решетка демонтирована, фронтовой и задний экраны продлены вниз. Боковые стены закрыты тяжелой обмуровкой на высоте от воздухораспределительной решетки до оси охлаждающих панелей, экраны боковых стен остались без изменения;

■ на воздухораспределительной решетке установлены съемные воздухораспределительные колпачки, обеспечивающие равномерное ожижение слоя, и две трубы слива слоя, охлаждаются водой, для удаления шлака;

■ для растопки котла в отдельном воздушном коробе под решеткой установлено растопочное устройство. Горячие газы, образующиеся при сжигании дизельного топлива, нагревают слой снизу и обеспечивают зажигание подаваемого в топку угля. После устойчивого зажигания угля в слое растопочное устройство отключается;

■ на фронтовой и задней стене топки установлены сопла острого дутья. Воздух, предварительно подогретый в воздухоподогревателе, подается к соплам штатным вентилятором ВД-13,5×1000;

■ для обеспечения ожижения слоя дополнительно установлены два высоконапорных вентилятора ВДН-8,5-I×3000;

■ второй по ходу газов пакет пароперегревателя, расположенный в поворотном газоходе, увеличен;

■ демонтирован второй по ходу газов куб воздухоподогревателя;

■ экономайзер котла увеличен на 3,5 петли;

■ лопатки штатного дымососа Д-15,5 наращены, а двигатель заменен на более мощный, что связано с повышением производительности котла с 35 до 42 т/ч.

Реконструированная топка с ФКС принципиально отличается от традиционных топок кипящего слоя, а именно:

■ высокая скорость ожижения (до 9-10 м/с), какутопокс ЦКС. За счет интенсивного перемешивания неравномерности температуры и концентрации топлива по площади слоя отсутствуют. Материал слоя частично выносится в объем топки и, интенсивно охлаждаясь, стекает по заднему экрану обратно в слой, охлаждая его. За счет многократной внутритопочной циркуляции материала слоя обеспечивается хорошее выжигание горючих;

■ под решетку подается только 50-60% воздуха, участвующего в горении, остальной воздух подается через сопла вторичного дутья. Недостаток воздуха в слое приводит к частичной газификации топлива и двухстадийному горению;

■ вторичный воздух, подаваемый через сопла, расположенные на фронтовой и задней стенах топки, образует мощный горизонтальный вихрь, что способствует дожиганию газов и выносимой мелочи.

Примененные технические решения позволили значительно улучшить показатели работы котла, в частности:

■ повысить выжиг топлива без применения дорогостоящих сепарационных устройств и возврата уноса, используемых в котлах с ЦКС. Максимальные потери с механическим недожогом не превышают 2,5%;

■ расширить предел регулирования температуры перегретого пара за счет интенсификации теплообмена в топке, обусловленной горизонтальным вихрем;

■ регулировать температуру слоя с помощью изменения расхода воздуха под решетку без применения погруженных поверхностей нагрева. При переходе в режим газификации температура слоя снижается. Зависимость температуры слоя от расхода воздуха под решетку имеет явно выраженный максимум в точке их стехио-метрического соотношения, при увеличении или уменьшении воздуха в слое температура падает. Благодаря этому котел не имеет ограничений по нагрузке из-за высокой температуры слоя;

■ добиться умеренного износа конвективных поверхностей, т.к. 60-70% всего уноса — это проскок относительно крупных частиц (100-1000 мкм), не попавших в горизонтальный вихрь, остальное — очень тонкая зола, которая мало влияет на износ;

■ снизить в 2 раза (относительно слоевых и факельных топок) выбросы оксидов азота. За счет двухстадийного горения и низких температур слоя во всем регулировочном диапазоне нагрузок и при любых избытках воздуха в топке максимальная концентрация NOx не превышает 200 мг/м3;

■ исключить значительные потери с химическим недожогом. Концентрация окиси углерода за счет дожигания в вертикальном вихре не превышает 100 ppm.

Сравнительные характеристики котла станционного № 7 до и после реконструкции приведены в табл.1.

Таблица 1. Характеристики котла ст. № 7 Читинской ТЭЦ-2.

Результаты наладочных испытаний показали, что максимальная паропроизводительность котла после реконструкции ограничена производительностью дымососа и составляет 44 т/ч. Заполнение топки на нагрузках выше 35-38 т/ч улучшается, содержание окиси углерода в газах снижается.

По данным эксплуатации топочный режим реконструированных котлов характеризуется высокой стабильностью. Отклонения температуры перегретого пара в стационарном режиме кратковременны и не превышают ±5 ОC. Перекосы температур по ширине топки и пульсации не наблюдаются. Рабочая температура слоя составляет 820-980 ОC.

В ходе наладочных испытаний выявлено, что минимальные тепловые нагрузки, обеспечивающие саморазогрев слоя, полностью удовлетворяют заданный график растопки котла. Расход угля для поддержания минимальной температуры слоя примерно 1,5 т/ч, что составляет около 15% расхода топлива на котел при номинальной нагрузке.

Растопка котла начинается на дизельном топливе. После устойчивого загорания угля в слое при температуре 500-550 ОC растопочная форсунка отключается, устанавливается минимальный расход топлива, и прогрев котла продолжается без постороннего вмешательства в режим горения. Расход дизельного топлива для разогрева слоя при растопке из холодного резерва составляет не более 200 л. После простоя котла менее 6 ч расход дизельного топлива уменьшается вдвое. При простое котла менее 3 ч растопка производится без использования жидкого топлива, при этом уголь зажигается от аккумулированного слоем тепла. Вместо дизельного топлива может использоваться топочный мазут.

Таким образом, в результате реконструкции удалось получить более надежный и управляемый котел с КПД брутто не менее чем на 4% выше, чем до реконструкции. Надежность, безопасность и экологические характеристики новой топки не только не уступают слоевым и факельным топкам, но и превосходят их.

Для предотвращения абразивного износа поверхностей нагрева, контактирующих с кипящим слоем, на Читинской ТЭЦ-2 была применена технология наплавки труб износостойким материалом (рис. 1).

Учитывая простоту конструкции и возможность сжигания любого низкосортного топлива, новое топочное устройство может подойти для проектирования и реконструкции пылеугольных и газомазутных котлов малой и средней мощности. Перевод котлов на сжигание углей по данной технологии позволит не только экономить жидкое топливо на растопку, но и исключить расход мазута на подсветку факела. Доля мазута, используемого для этих целей, может сократиться на порядок.

Пример 2. Строительство котельной с тремя котлами с топками ФКС. В 2003 г. предприятием ОАО «Амурагроцентр» было осуществлено строительство котельной с тремя котлами КЕ-10-14-225С для сжигания смеси бурого угля (80%) и овсяной лузги (20%) с топками ФКС.

На рис. 2 представлен монтаж оборудования на предварительно подготовленные фундаменты строительных конструкций котельного корпуса, представляющего из себя легкий металлический каркас со стеновыми панелями типа «сэндвич» предварительного производства. Опыт строительства котельных данного исполнения показывает возможность сокращения полного цикла строительства котельных тепловой мощностью 15-30 Гкал/ч за 5-6 месяцев, без учета вскрышных работ.

Пример 3. Строительство котельной с тремя паровыми котлами для сжигания бурого угля Итатского месторождения. В 2005 г. руководством ОАО «Алтайвагон» (г. Рубцовск Алтайского края) было принято решение о строительстве собственной котельной с тремя паровыми котлами КЕ-25-14-225ПС (рис. 3), продиктованное экономическими соображениями. В результате строительства предприятие получило собственный энергоисточник, оборудованный высокоэффективными котлами, выполненными по технологии ФКС, с КПД 84-87%, сжигающими дешевый бурый уголь Итатского месторождения (характеристики угля на рабочую массу: рн=3100 ккал/кг; Wр=39%; Ар=12%).

Для повышения надежности и долговечности работы экранных поверхностей нагрева в зоне действия кипящего слоя применены два способа защиты труб от абразивного износа (рис. 4). На высоту 1 м от воздухораспределительной решетки на трубах закреплены чугунные накладки (марка ЧХ16, твердость 400-450 HV, рабочая температура до 900 ОC), на высоту 1 м от накладок нанесена защита газовым напылением слоя самофлюсующегося сплава ПР-НХ17СР4-40/100 (толщина наплавленного слоя — от 0,5 до 1,4 мм, твердость — 418 HV). Как показывает опыт эксплуатации, данная защита гарантирует надежную работу экранных труб.

Схема котла КЕ-25-14-225ПС изображена на рис. 5.

Котел оснащен системой автоматического регулирования, обеспечивающей все штатные регулировки, защиты и аварийную сигнализацию для котлов малой и средней мощности. Обеспечивает пуск котла из холодного состояния и «горячего» резерва и работу котла в автоматическом режиме.

Котел КЕ-25-14-225ПС в соответствии с требованиями СНиП и технологией работы топки оснащен системой измерения, обеспечивающей контроль и регистрацию следующих параметров:

■ уровень (высота) слоя (контроль);

■ уровень воды в барабане (расход воды через котел)(контроль и регистрация);

■ давление пара в барабане (давление воды на входе и выходе из котла) (контроль);

■ давление воздуха в воздухораспределительной решетке (контроль);

■ разрежение в топке (контроль);

■ разрежение у дымососа (контроль);

■ температура уходящих газов (контроль);

■ температура слоя (контроль и регистрация);

■ температура растопочных газов (контроль);

■ температура воды на выходе из котла в водогрейном режиме (контроль и регистрация);

■ расход пара (контроль и регистрация).

Щит управления и контроля показан на рис. 6.

Все системы автоматизации объединены в одну схему управления. Рабочее место оператора (машиниста котла) расположено в отдельном помещении. Одновременно он может управлять несколькими котлами и другим технологическим оборудованием.

Таблица 2. Результаты испытаний работы котла КЕ-25-14-225ПС ст. № 3 котельной «Алтайвагон» г. Рубцовск.

Таблица 3. Результаты промышленных испытаний котлов КВ-Ф-11,63-115ПС ст. № 1, 2 и 3 в центральной котельной г. Борзя.

Примечание: топливо — бурый уголь: 0^=3012 ккал/кг; Ар=13,2%; Wp=35,9%.

Управление и контроль осуществляется с компьютера из отдельного помещения по сети, либо с сенсорного экрана на щите управления. Вид панели контроля и управления котла показан на рис. 7.

Результаты испытаний котла КЕ-25-14-225ПС (табл. 2) показали высокий КПД, низкие выбросы NOx (300-385 мг/нм3) и СО (80-300 мг/нм3). Содержание горючих в уносе с увеличением нагрузки от 30 до 100% изменялось в диапазоне 10-21% с соответствующим изменением мехнедо-жога от 1,59 до 3,87%. КПД котла во всем диапазоне нагрузок изменялся в пределах 84,9-86,3%. Температура пара составляла 204-225 ОC. Температура кипящего слоя равнялась в среднем 890 ОC и обеспечивала надежную бесшлаковоч-ную работу котла. Удельный расход условного топлива составил 188,3 кг/МВт.

Данный тип котла рекомендуется к широкому внедрению для сжигания бурых углей.

Пример 4. Реконструкция котельной путем замены изношенных котлов на два водогрейных котла с топками ФКС. В 2005-2006 гг. в г. Могоча Забайкальского края была осуществлена реконструкция котельной ЖКХ путем замены изношенных котлов на два водогрейных котла КЕВ-10-95ПС (рис. 8) с топками ФКС для сжигания Харанорского бурого угля.

Основные технические характеристики котла:

■ теплопроизводительность 6,98 МВт (6 Гкал/ч);

■ давление воды на входе не более 0,8 МПа (8,0 кгс/см2);

■ давление воды на выходе не менее 0,24 МПа (2,4 кгс/см2);

■ температура воды на входе не менее 70 ОC;

■ температура воды на выходе не более 95 ОC;

■ КПД котла (брутто) 85,87%;

■ полный расход топлива 2596 кг/ч. Конструктивной особенностью котла является наличие топки ФКС, установленной в нижней части топочной камеры котла, образованной кирпичными стенами, сходящимися к низу. Топка ФКС состоит из воздухораспределительной решетки (площадь — 2,4 м2) с воздушным коробом снизу, растопочной камеры с форсункой, трубы слива слоя и устройства удаления шлака. На решетке в коридорном порядке установлены съемные чугунные колпачки. Под решетку подается воздух от высоконапорного вентилятора ВДН 8,5×3000-I (17000 м3/ч; 75 кВт).

Система подготовки топлива обеспечивает подачу в слой угля с размером частиц до 25-30 мм. Подача осуществляется в слой двумя питателями ПТЛ 600 с демонтированными роторами.

Перед растопкой котла на воздухораспределительную решетку загружается инертный заполнитель. В качестве инертного заполнителя используется песок, мелкий щебень или шлак фракций 1 -6 мм. Высота насыпанного слоя 250-350 мм.

Система растопки котла включает в себя бак солярового масла, топливный насос, фильтры механической и тонкой очистки, арматуру. Растопка котла осуществляется прогревом слоя подаваемыми под решетку горячими газами, образующимися при сгорании жидкого топлива в растопочной камере. Регулирование температуры слоя при растопке осуществляется изменением расхода растопочного топлива.

Для уменьшения потерь с механическим недожогом в котле предусмотрена двухступенчатая система возврата уноса. Первая ступень функционирует за счет расширения топки кверху, что позволяет сепарировать наиболее крупные частицы, вылетающие из слоя. По наклонным стенам нижней части топки частицы скатываются обратно в объем кипящего слоя. В качестве второй ступени выступает конвективный пучок котла. Уловленные в нем горючие частицы по линиям пневмотранспорта возвращаются в надслоевое пространство.

На котле организовано двухступенчатое сжигание. Часть воздуха (около 70%) поступает под воздухораспределительную решетку. Оставшийся воздух через сопла острого дутья подается в топочную камеру. И первичный и вторичный воздух подаются от одного вентилятора ВДН 8,5×3000-I.

За котлом установлен дымосос ДН-12,5× 1500 (75 кВт).

По настоящее время смонтированные котлы находятся в эксплуатации, отзывы персонала положительные.

Пример 5. Реконструкция центральной котельной путем установки трех станционных котлов с топкой ФКС. В 2006 г. в г. Борзя была реконструирована центральная котельная с установкой трех новых водогрейных котлов КВ-Ф-11,63-115ПС, станционный № 1,2 и 3. Схема котла представлена на рис. 9.

Основные расчетные характеристики котла:

■ теплопроизводительность 11,63 МВт (10 Гкал/ч)

■ давление воды на входе не более 1,0 МПа (10,1 кгс/см2);

■ гидравлическое сопротивление котлоагрегата 0,18 МПа (1,8 кгс/см2);

■ температура воды на входе не менее 70 ОC;

■ температура воды на выходе не более 115 ОC;

■ КПД котельной установки (брутто) 84%;

■ расчетный расход топлива (Харанорский бурый уголь) 4112 кг/ч.

Результаты промышленных испытаний новых котлов приведены в табл. 3.

Пример 6. Строительство опытно-промышленной энерготехнологической установки по производству полукокса из Березовского бурого угля с применением реактора ФКС. В 2006 г. в котельной ОАО «Разрез Березовский 1» запущена в эксплуатацию опытно-промышленная энерготехнологическая установка по производству полукокса из Березовского бурого угля (Qрн=16168 кДж/кг, Ар=2,93%, Wр=34,1%) с сохранением тепловой мощности котла.

Установка спроектирована на базе серийного водогрейного котла КВ-ТС-20. Особенностью установки является применение реактора ФКС.

Уголь из бункера подается в кипящий слой по четырем течкам, расположенным с фронта котла. В реакторе при температурах 580-700 ОC осуществляется его пиролиз, сопровождающийся горением летучих и мелочи, выносимой из слоя. Воздух под решетку реактора подводится от высоконапорного вентилятора ВДН-8,5×3000.

Из реактора получаемый полукокс «переливом» поступает в трубчатый охладитель.

Охлажденный там до температуры 100-120 ОC, при помощи системы транспортеров он выводится в бункер-накопитель.

В результате термохимической обработки угля в реакторе кипящего слоя получается полукокс (Qрн=27251-27774 кДж/кг, Ар=7,95-8,25%, Wр=4,2-3,42%).

Весовой выход полукокса составляет около 25% от расхода угля, подаваемого в котел.

Энерготехнологическая установка работает при оптимальных соотношениях первичного и вторичного воздуха и подаваемого топлива, позволяющим при минимальных для данной конструкции потерях теплоты и вредных выбросах получить 20 Гкал/ч тепла и обеспечить устойчивый выход полукокса требуемого качества при хороших экономических показателях. Расчетный срок окупаемости инвестиционных затрат составляет не более 17,5 месяцев.

www.rosteplo.ru

Другие статьи по теме:

Топочная в частном доме размеры норма Расчет мощности электрокотла для отопления дома Как выбрать газовый котел для отопления Расширительный бачок открытого типа Клапан термостатический для теплого пола Установка двухконтурного газового котла в частном доме