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.

---

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:

, (3.1)

где Rx – полный остаток на сите с размером ячеек сита х, мкм; b – коэффициент тонкости измельчения, постоянный для определенного топлива и метода измельчения; n – коэффициент полидисперсности пыли, зависящий от типа мельничного устройства. Коэффициенты b и n определяются опытным путем.

Рис. 3.2. Зерновая характеристика пыли

Важнейшим параметром твердого топлива при его размоле является коэффициент размолоспособности Кло. Этот коэффициент является отношением расхода электроэнергии при размоле угля, принятого за эталон, к расходу электроэнергии при размоле данного угля. Конечно, размол сравниваемых топлив производится от одинаковой крупности до одной и той же тонкости помола. В России в качестве эталонного топлива принят достаточно твердый уголь типа антрацит, поэтому практически все угли имеют Кло больше 1,0.

Таблица 3.1. Сита для рассевки угольной пыли по американскому стандарту ASTM

Зарубежные специалисты для оценки размолоспособности углей обычно используют коэффициент Хардгроу. Соотношение между этим показателем и Кло приведено на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Связь между Кло по шкалам ВТИ, ЦКТИ, Хардгроу и горного бюро США

Изменение тонкости пыли значительно влияет на производительность мельниц, а также на удельный расход электроэнергии, затраченной на размол. Если руководствоваться только этими двумя характеристиками, то следовало бы всегда работать с грубым помолом. Однако нельзя забывать, что угольная пыль нужна для организации топочного процесса, а фракционный состав этой пыли влияет на устойчивость воспламенения, экономичность сжигания, шлакование и загрязнение поверхностей нагрева, а также на степень образования токсичных оксидов азота NOx. Поэтому при эксплуатации угольных котлов всегда приходится настраивать пылесистемы таким образом, чтобы устранить неизбежные при работе на грубой пыли недостатки: затягивание процесса воспламенения, повышение температуры на выходе из топки, увеличение потерь с механическим недожогом и т. д. Обычно оптимальную величину R90 определяют по минимальному значению суммы затрат на размол топлива в мельнице и стоимости потерь от механического недожога (рис. 3.4). Следовательно, для углей с малым выходом летучих, когда содержание горючих в уносе достигает 10–20 %, остаток на сите 90 мкм целесообразно поддерживать на более низком уровне, чем при работе на высокореакционных углях, механический недожог которых редко превышает 1 %.

Рис. 3.4. Определение оптимальной тонкости пыли

3.1.3. Пылесистемы и углеразмольные мельницы

Для размола топлива можно использовать центральные или индивидуальные системы пылеприготовления. В первом случае вблизи главного корпуса электростанции сооружается центральный пылезавод (ЦПЗ), на котором организованы сушка и размол топлива для всех котлов ТЭС. Готовая угольная пыль специальным насосом подается в пылевые бункеры каждого котла, а из них – к горелкам котельных установок. Достоинством ЦПЗ является независимость работы котлов от нагрузки систем пылеприготовления, которые могут работать в оптимальном режиме, снижая тем самым расход электроэнергии на собственные нужды. Кроме того, при наличии ЦПЗ легче организовать размыкание схемы сушки (то есть сброс очищенного сушильного агента в атмосферу), что повышает эффективность котельных установок.

Вместе с тем, сооружение ЦПЗ требует значительных капитальных затрат, а эксплуатационные расходы часто превышают достигнутый экономический эффект даже при использовании высоковлажных топлив: для сушки топлива на ЦПЗ обычно используется пар из отборов паровой турбины. В России практически единственным объектом с работающим ЦПЗ является II очередь Назаровской ГРЭС (два котла П-49, обеспечивающие паром блок мощностью 500 МВт).

Индивидуальные системы пылеприготовления располагают в главном корпусе ТЭС, рядом с котлами, для которых размалывается уголь. Для сушки топлива в них используются горячий воздух или смесь воздуха с дымовыми газами из этого же котла. Различают индивидуальные системы пылеприготовления с прямым вдуванием и с промежуточным бункером.

Первый, наиболее простой вариант предполагает, что сушильный агент (воздух или газовоздушная смесь, а также выделившиеся из угля водяные пары) транспортирует угольную пыль к горелкам (рис. 3.5). Второй вариант более сложен: он предполагает наличие циклона, в котором угольная пыль после мельницы почти полностью отделяется от сушильного агента (рис. 3.6). После этого уловленная в циклоне угольная пыль поступает в пылевой бункер, из которого она пылепитателями с регулируемым числом оборотов подается к горелкам. Причем возможны разные варианты: на этом участке транспортирующим агентом может быть горячий воздух (в данном случае сушильный агент с тонкими фракциями угля, не уловленными в циклоне, обычно подается в топку через так называемые «сбросные» горелки); или же для транспорта пыли к горелкам используется тот же самый сушильный агент, отсасываемый из циклона мельничным вентилятором (в этом случае не требуется оборудовать котел сбросными горелками).

Рис. 3.5. Индивидуальная система пылеприготовления с прямым вдуванием для молотковых мельниц: 1 – бункер сырого угля; 2 – отсекающий шибер; 3 – питатель угля; 4 – мигалка; 5 – течка сырого угля; 6 – мельница; 7 – сепаратор; 8 – распределитель пыли; 9 – взрывной клапан; 10 – короб вторичного воздуха; 11 – дутьевой вентилятор; 12 – воздухоподогреватель; 13 – пылепровод; 14 – горелка; 15 – котел; 16 – трубопровод аварийной присадки воздуха; 17 – шибер с быстрозакрывающимся устройством; 18 – клапан присадки холодного воздуха; 19 – воздухопровод горячего воздуха; 20 – трубопровод холодного воздуха для уплотнения вала мельницы; 21 – устройство для измерения расхода сушильного агента

В последние годы некоторое распространение в России получил 3-й вариант: подача пыли к горелкам с высокой концентрацией — ППВК. Этот метод заключается в том, что пылесистема оборудуется высоконапорными воздуходувками для транспорта пыли по трубопроводам малого диаметра (обычно – 76 мм) при концентрации угольных частиц 30–40 кг на кг воздуха (при традиционном методе концентрация твердых частиц близка 0,5 кг/кг, а диаметр пылепровода, в зависимости от мощности горелки, составляет 300–800 м).

Рис. 3.6. Индивидуальная система пылеприготовления с ШБМ и с промежуточным бункером: 1 – бункер сырого угля; 2 – отсекающий шибер; 3 – автоматические весы; 4 – весовой бункер; 5 – питатель угля; 6 – течка сырого угля; 7 – устройство для нисходящей сушки; 8 – мельница; 9 – клапан присадки холодного воздуха; 10 – устройство для измерения расхода сушильного агента; 11 – мигалка; 12 – сепаратор; 13 – течка возврата крупной пыли; 14 – циклон; 15 – перекидной шибер; 16 – реверсивный шнек; 17 – бункер пыли; 18 – питатель пыли; 19 – трубопровод рециркуляции; 20 – мельничный вентилятор; 21 – короб первичного воздуха; 22 – смеситель; 23 – горелка; 24 – взрывной клапан; 25 – трубопровод сушильного агента; 26 – атмосферный клапан; 27 – воздухопровод; 28 – газопровод; 29 – смесительная камера; 30 – короб вторичного воздуха; 31 – дутьевой вентилятор; 32 – воздухоподогреватель; 33 – заглушка; 34 – сбросная горелка; 35 – котел

Принципиальная разница между схемами пылеприготовления с прямым вдуванием и промежуточным бункером заключается в том, что первая предполагает жесткую связь между мельницами и котлом: изменение нагрузки котла требует обязательного изменения режима работы мельничного оборудования.

Для второго варианта характерна большая гибкость: наличие промежуточного бункера позволяет эксплуатировать пылесистему в оптимальном режиме независимо от колебаний нагрузки котельной установки. Более того, эта схема допускает даже кратковременный останов мельницы: котел несколько часов может работать на топливе из пылевого бункера. А при наличии связи между соседними бункерами котел может длительно работать, получая угольную пыль от пылесистемы соседнего котла.

К недостаткам систем пылеприготовления с промежуточным бункером относятся, во-первых, увеличение затрат на оборудование и места для его размещения, а во-вторых, повышенные затраты на собственные нужды в связи с наличием не только мельницы, но и мельничного вентилятора.