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.

---

Мельница-вентилятор для высоковлажного бурого угля – агрегат, состоящий из улитки-корпуса и консольного мелющего колеса, состоящего из основного диска, покрывающего диска и лопаток. Корпус изнутри покрыт броневыми плитами толщиной 70–80 мм. На каждой лопатке закреплена изнашивающаяся сменная часть толщиной 30–50 мм. Вал, на котором сидит мелющее колесо, опирается на подшипники и через муфту соединяется с электродвигателем.

Входной патрубок выполнен в виде открывающейся или отодвигаемой дверки, что позволяет производить замену мелющего колеса. Узел крепления дверки к корпусу для М-В небольшой производительности выполняют в виде консольной подвески. Но для более крупных мельниц-вентиляторов, когда масса дверки приближается или даже превышает Ют, дверку подвешивают на балки и оснащают колесиками, которые по направляющим позволяют свободно открывать ее в осевом направлении.

Для замены мелющего колеса используют специальные автопогрузчики, которые должны иметь доступ к мельнице-вентилятору со стороны открывающейся дверцы.

Основным изготовителем мельниц-вентиляторов в России является Сызранский завод тяжелого машиностроения в Самарской области (ОАО «Тяжмаш»). В табл. 3.2 приведены характеристики М-В, выпускаемых этим заводом в последние годы.

Таблица 3.2. Мельницы-вентиляторы завода «Тяжмаш»

*Цифры типоразмера соответствуют: наружному диаметру рабочего колеса, мм; ширине лопаток, мм; частоте вращения ротора, об/мин.

Стремление к повышению интенсивности размола топлива в мельницах-вентиляторах привело к установке перед лопаточным колесом дополнительных бил, закрепляемых обычно на консольном валу во всасывающем патрубке мельниц. На рис. 3.14 показана двухопорная мельница-вентилятор с четырехрядными предвключенными билами производительностью 80 т/ч по бурому углю.

Рис. 3.14. Мельница-вентилятор двухопорного типа: 1 – вал; 2 – упорный подшипник; 3 – броня улитки; 4 – приемный патрубок; 5 – предвключенные била; 6 – выступ мелющей лопатки; 7 – электродвигатель; 8 – штурвал для прижатия люка; 9 – окно для замены лопаток и бил

Предвключенные била измельчают уголь до его поступления в ротор и увеличивают равномерность распределения топлива по его окружности. Опыт эксплуатации мельниц-вентиляторов подтверждает, что замена обычной М-В на М-В с предвключенными билами значительно уменьшает долю грубых фракций с размером более 1000 мкм.

3.1.4. Пылеконцентраторы

В последние десятилетия при использовании высоковлажных и низкокалорийных твердых топлив на тракте между мельницей и горелкой стали устанавливать пылеконцентраторы (рис. 3.15). Необходимость их установки объясняется следующим образом.

Рис. 3.15. Схема пылеконцентратора: 1 – корпус; 2 – завихритель; 3 – рассекатель; 4 – основной отвод; 5 – сбросной отвод

При сжигании, например, болгарского лигнита с Qir = 5,46 МДж/кг и Wr = 56 % теоретическая (адиабатическая) температура горения составляет всего 1373 К (1100 °С). Столь низкое значение ϑa объясняется не только большой влажностью, но и сушкой топлива газами рециркуляции для получения достаточно подсушенной пыли. Подача в ядро горения вместе с топливом большого количества инертных газов приводит к дополнительному снижению теоретической температуры горения топлива. Расчеты показывают, что, например, для получения достаточно сухой пыли (Wpf <20 %) при размоле болгарских бурых углей доля газа, идущего на сушку, а затем вдуваемого вместе с пылью в ядро факела в виде сравнительно холодного агента (140–200 °С), составляет 40–60 % всех топочных газов. Кроме того, наличие в первичной аэросмеси такого большого количества инертного продукта и водяного пара уменьшает концентрацию кислорода, что также затрудняет нормальное развитие топочного процесса.

Для надежного сжигания высоковлажных углей типа болгарского бурого, путем повышения температуры и концентрации кислорода в ядре факела при сохранении всех преимуществ системы с прямым вдуванием, был использован пылеконцентратор, позволяющий отделить часть слабозапыленного влажного сушильного агента и сбросить его в верхнюю часть топки.

Принцип действия пылеконцентратора заключается в разделении исходной пылегазовой смеси на сильно– и слабозапыленные потоки за счет различных гидродинамических свойств твердой и газовой фазы. В центробежном пылеконцентраторе, схема которого приведена на рис. 3.15, поток аэросмеси проходит через лопаточный завихритель и приобретает вращательное движение. За счет действия центробежной силы пылевые частицы отжимаются к внутренней поверхности корпуса, увеличивая концентрацию несущего газового потока. Рабочий процесс в пылеконцентраторе заканчивается выделением в самостоятельные отводы части несущего газового потока, имеющего большую, по сравнению с исходным потоком, концентрацию пыли и другой части с соответственно меньшей, чем у исходного, концентрацией пыли.

Основными режимными параметрами пылеконцентратора являются gc и l, где gc – это доля пыли, поступающей в основной отвод, то есть

gc = Gосн /Gо, (3.2)

а l – доля газа (несущего агента), также поступающего в основной отвод:

l = Qосн/Q0. (3.3)

Слабозапыленный поток, включающий в себя остаток пыли Gсбр = G0−Gосн, выносится газовым агентом Qсбр = Qо−Qосн в сбросной пылепровод и далее в сбросную горелку.

Глубина разделения пылегазового потока выражается как отношение:

gc/l = (Gocн · Q0)/(G0 · Qосн). (3.4)

Следовательно,

gc/l = μосн/μ0

где μ0, μосн – концентрации пыли на входе в пылеконцентратор (то есть за мельницей) и в основном отводе (перед основной горелкой).

Меньшая часть угольной пыли (l – gc) вместе с определенной частью сушильного агента (1 – l) поступает, как упоминалось ранее, в сбросные горелки, расположенные выше основных. Поэтому время для горения сбросной пыли в топочной камере несколько уменьшается. Это обстоятельство накладывает определенные требования на фракционный состав сбросной пыли: она не должна содержать крупные частицы, особенно размером более 1000 мкм. И в этом плане центробежные пылеконцентраторы с регулируемой степенью крутки потока оказываются наиболее подходящими.

При проведении испытаний центробежного пылеконцентратора, изображенного на рис. 3.15, оказалось, что при α = 20° доля топлива, поступающая в основные горелки (gc), была равна 0,85, а l = 0,5, то есть l/gc = 0,59. В опытах с большей круткой потока (α = 45°) оказалось: gc = 0,9; l = 0,6 и l/gc = 0,67. Гидравлическое сопротивление пылеконцентратора составляло 60–65 кгс/м2.

На рис. 3.16 показана конструкция двухступенчатого пылеконцентратора, позволяющая слабозапыленный поток аэросмеси дополнительно разделить на два потока. Один из них содержит чрезвычайно мало частиц угольной пыли, причем наиболее тонких, которые могут выгореть, поступая даже в верхнюю часть топочной камеры.

Рис. 3.16. Двухступенчатый пылеконцентратор: 1 – внешний корпус; 2 – завихритель; 3 – рассекатель; 4 – внутренний корпус; 5,6 – внешний и внутренний основные отводы; 7,8 – внешний и внутренний сбросные отводы; 9 – обтекатель

3.2. Мазут: прием, хранение и подача в котельный цех

Жидкое топливо на тепловых электростанциях – это, главным образом, мазуты марок 40 (40 В) и 100 (100 В), поставляемые нефтеперерабатывающими заводами (НПЗ). Символ «В» сохранился с тех времен, когда лучшие сорта топочного мазута удостаивали государственного Знака качества.

Сравнительно редко на ТЭС можно встретить высококачественные флотские мазуты (Ф5 и Ф12), еще реже – остатки перегонки смол, получаемых при термической переработке углей и горючих сланцев. Низкокачественный мазут для мартеновских печей марки 200 вообще не должен поставляться на тепловые электростанции. Технические требования и нормы качества мазутов в соответствии с ГОСТ 10585-75 приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3 Характеристики качества мазутов, поставляемых российскими НПЗ

В состав мазутов входят те же основные элементы, что и в состав нефти, из которой получены эти мазуты: горючие вещества – углерод, водород и сера, а также негорючие – кислород и азот. Содержание водорода и углерода несколько ниже у высокосернистых мазутов, что и приводит к некоторому уменьшению их теплоты сгорания.

Кроме углеводородных соединений – основного компонента мазута – в их состав входят асфальтосмолистые вещества (асфальтены, карбены и карбоиды), а также минеральные примеси (в основном – растворенные в воде соли щелочных металлов) и влага. Содержание воды в мазутах колеблется от 0,3–1,0 до 3–5 %. При разогреве мазута паром (например, при сливе мазута из цистерн) обводненность мазута может увеличиться до 5–10 % в летнее время и 15–20 % – в зимнее (для высоковязких мазутов).