Владлен Котлер - Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы

• Название: Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы
• Автор: Владлен Котлер
• Жанр: Техническая литература
• Год: 2008

Систематизированы и обобщены сведения о первой части технологического цикла тепловой электростанции: подготовке различных видов топлива к сжиганию, организации топочного процесса, получении перегретого пара в котельных установках различных конструкций. Приведены особенности эксплуатации паровых котлов на разных видах органического топлива.

Учитывая всё возрастающее значение вопросов охраны окружающей среды, авторы, используя результаты собственных исследований и достижения отечественных и зарубежных энергетиков, подробно рассказывают о методах и конструкциях аппаратов, предназначенных для защиты атмосферы от токсичных и парниковых газов, а также золовых частиц, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлов.

Пособие предназначено для студентов энергетических специальностей технических вузов, инженерно-технического персонала инжиниринговых компаний и тепловых электростанций, а также слушателей курсов повышения квалификации инженеров-теплотехников.

---

Температурой вспышки называют температуру, при которой пары мазута в смеси с воздухом вспыхивают при контакте с открытым пламенем. У разных марок мазута температура вспышки меняется в широком диапазоне. Мазуты, не содержащие парафинов, имеют температуру вспышки от 135 до 234 °С, а температура вспышки парафинистых мазутов близка к 60 °С. При выборе схемы подогрева мазута следует учитывать температуру вспышки, чтобы не допустить пожароопасной ситуации.

Глава 3. Подготовка топлива на ТЭС

3.1. Твердое топливо на ТЭС: доставка в котельный цех и подготовка к сжиганию

3.1.1. Топливное хозяйство угольных ТЭС

Тепловая электростанция на твердом топливе, как правило, имеет угольный склад, на который топливо поступает обычно по железной дороге от места его добычи (рис. 3.1). В редких случаях, при размещении ТЭС непосредственно вблизи шахты или угольного разреза, топливо на ТЭС может подаваться с помощью ленточных конвейеров. Использование для этих целей подвесной канатной дороги или гидротранспорта встречается в России чрезвычайно редко. Для разгрузки угольных вагонов на современных электростанциях используют вагоноопрокидыватели производительностью более тысячи тонн угля в час.

Объем топливного склада зависит от надежности и регулярности поставок угля на ТЭС, а также от мощности ТЭС, точнее – от максимального расхода топлива. Для разгрузочных работ и перемещения угля на тракт топливоподачи топливные склады оборудуют необходимыми механизмами: штабелеукладчиками, кранами-перегружателями с мостовыми грейферными кранами, бульдозерами, скреперными установками.

Условия хранения топлива на складах определяются характеристиками угля: некоторые марки углей с высоким выходом летучих, например, склонны к самовозгоранию. Для предупреждения этого явления используют уплотнение топливных штабелей с помощью бульдозеров. В некоторых случаях гладкоукатанные откосы штабеля покрывают специальным лаком, а его поверхность – отработавшим маслом. При складировании сухих углей приходится принимать меры для ограничения их пыления. Известны случаи, когда вокруг топливного склада высаживали защитную лесополосу.

Для подачи угля со склада или непосредственно с места разгрузки в бункеры котельного цеха используют обычно конвейеры с резиновыми лентами. По пути к этим бункерам уголь проходит через дробильное помещение, так как мельницы, установленные в котельном цехе, не приспособлены к измельчению крупных кусков топлива. При одноступенчатом дроблении максимальный размер поступившего на ТЭС угля с 200–250 мм уменьшается до 15–60 мм. Если на ТЭС поступает уголь с кусками размера «плита» (до 800–1000 мм), то приходится устанавливать оборудование для двухступенчатого дробления топлива. Для некоторых видов твердого топлива (антрацитовый штыб, торф, отсевы каменных углей) дробилки на тракте топливоподачи вообще не требуются.

Рис. 3.1. Технологическая схема паротурбинной электростанции на минеральном топливе: 1 – вагоноопрокидыватель; 2 – приемный бункер; 3 – узел пересыпки; 4 – угольный склад; 5 – дробильное отделение; 6 – бункер сырого угля котельной; 7 – мельница; 8 – воздухоподогреватель; 9 – дутьевой вентилятор; 10 – цистерна с мазутом; 11 – обогреваемый межрельсовый лоток; 12 – приемный резервуар; 13 – насос; 14 – основной резервуар; 15 – насос первого подъема; 16 – паровые подогреватели; 17 – насосы второго подъема; 18 – газорегулировочный пункт; 19 – котёл; 20 – электрофильтр; 21 – каналы гидрозолоудаления; 22 – багерный насос; 23 – дымосос; 24 – дымовая труба; 25 – паропровод свежего пара

Для того чтобы не перегружать дробилки углем, который не содержит крупных кусков, перед дроблением устанавливают грохоты. Это снижает расход электроэнергии на дробление и уменьшает вероятность замазывания дробилок наиболее мелкими (а значит – более влажными) частицами топлива.

Подготовленная на тракте топливоподачи дробленка поступает в бункер сырого угля (БСУ), расположенный непосредственно в котельном цехе. Обычно БСУ выполняют бетонными с железненными поверхностями или металлическими, с гладкой внутренней поверхностью (для обеспечения полного их опорожнения при срабатывании топлива).

При работе ТЭС на влажных углях, обладающих низкими сыпучими свойствами, бункер выполняется с крутонаклонными, а иногда даже с вертикальными стенками. Вторым средством для устранения сводообразования и зависания влажного топлива в бункерах является увеличение выходного отверстия. Причем увеличение размеров только по направлению движения питателя сырого угля не дает желаемого эффекта. Поэтому для особо влажных бурых углей иногда применяют специальные комбинированные питатели сырого угля.

При использовании менее влажных каменных углей проблемы схода топлива из бункера возникают реже, но и для них требуется, чтобы угол наклона стенок бункера был не менее 60°, а сечение выходных горловин – не менее 700x700 мм.

Питатели сырого угля не только подают твердое топливо из бункера в размольное устройство, но и регулируют подачу топлива. Конструкции питателей сырого угля (ПСУ) могут быть самыми разными, но наибольшее распространение получили ленточные и скребковые ПСУ. Подача топлива на ленточных питателях регулируется положением плоского шибера, изменяющего высоту слоя топлива на ленте, или изменением скорости движения самой ленты. Достоинством ленточных ПСУ является возможность подачи топлива от бункера к мельнице на значительное расстояние.

Скребковые питатели устроены по-другому: у них слой топлива перемещается вдоль гладкого неподвижного стола при помощи множества последовательно установленных и шарнирно соединенных между собой скребков. Подача топлива, как и в случае ленточных питателей, регулируется шиберами, влияющими на толщину слоя, или плавным изменением скорости движения скребков.

От питателей сырого угля к мельницам топливо поступает по течкам, которые также могут создать трудности для бесперебойной подачи топлива в котел. Во избежание застревания в них топлива, течки должны иметь достаточно большой диаметр (от 250 мм при расходе топлива 5 т/ч до 800 мм при расходе 180 т/ч) и располагаться вертикально или под определенным углом к горизонту (не менее 60° для влажного топлива или 50° – для сухого, при условии обогрева течек).

На современных котлах молотковые и среднеходные мельницы (см. ниже) работают под давлением. В таких случаях на течках рекомендуется последовательно устанавливать две мигалки с принудительным открытием.

После течки дробленый уголь попадает в мельницу (впрочем, в некоторых случаях, при работе на высоковлажных углях, мельнице предшествует подсушивающее устройство, в котором за счет теплоты газа или газо-воздушной смеси испаряется часть влаги топлива). Но прежде чем будет дано описание различных типов мельниц, нужно познакомиться с основными характеристиками угольной пыли.

3.1.2. Основные характеристики угольной пыли

Физические свойства угольной пыли значительно отличаются от свойств исходного угля. Смесь угольной пыли с воздухом обладает высокой подвижностью и может легко перемещаться по трубопроводам на значительные расстояния. Угол естественного откоса угольной пыли равен 30–40°. Из-за пористой структуры пылинок насыщенная воздухом угольная пыль имеет насыпную плотность всего лишь 0,5 т/м3. Но со временем пыль слеживается, уплотняется, в результате чего её насыпной вес увеличивается. В нижней части пылевых бункеров насыпной удельный вес пыли может достигать 0,8–0,9 т/м3.

Полученная в результате размола угольная пыль состоит из отдельных пылинок разной величины. Размер самых мелких пылинок близок к нулю, а самых крупных – может быть различным. При сжигании бурых углей с высоким выходом летучих допускается, чтобы самые крупные частицы имели размер до 1000–1500 мкм. С другой стороны, при сжигании антрацита или тощих углей (с малым выходом летучих) максимальный размер угольных частиц не должен превышать 200–250 мкм.

Для оценки тонкости пыли в России используют такое понятие, как остаток на сите определенного размера (90, 200 и 1000 мкм), выраженный в %%. За рубежом обычно крупность пыли оценивается по проходу через сито с определенным числом отверстий на 1 дюйм (mesh). Сравнение отечественных и зарубежных характеристик тонкости угольной пыли приведено в табл. 3.1.

Следовательно, если в статье или в технической документации из США приведена характеристика угольной пыли (например, mesh 170 = 75 %), то это значит, что остаток на сите с размером ячейки 88 мкм (то есть почти что R90) равен 25 %.

Представление о фракционном составе угольной пыли дает зерновая характеристика, которую легко получить, зная остаток на нескольких ситах. На рис. 3.2 приведена зерновая характеристика одного из видов каменного угля. Уравнение зерновой характеристики имеет вид: