Начало этому положил ввод в 1968 г. энергоблока (ст. № 7) на Назаровской ГРЭС (г. Назарово Красноярского края). Этот го-ловной энергоблок рассматривался в качестве


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
УДК 621.181 ОСВОЕНИЕ НИЗКОТЕМПЕР АТУРНОЙ ВИХРЕВОЙ ТЕХ НОЛОГИИ СЖИГАНИЯ НА БЛОКЕ 500 МВ т НАЗАРОВСКОЙ ГРЭС Скудицкий В.Е. 1) , Аношин Р.Г. 1) , Григорьев К.А. 2) , Парамонов А.П. 2) , Михайлов В.В. 3) 1) ООО «Компания «НТВ - энерго», г. Санкт - Петербург, Россия 2) Санкт - Петербургский политехнический университет Петра Великого, Ро с сия 3) ОАО « Инжиниринговая компания «ЗИОМАР», г. Подольск, Россия Освоение пылеугольных энергоблоков мощностью 500 МВт на сверхкритических параме т- рах пара началось в Советском Союзе примерно по лвека назад. Начало этому положил ввод в 1968 г. энергоблока (ст. № 7) на Назаровской ГРЭС (г. Назарово Красноярского края). Этот г о- ловной энергоблок рассматривался в качестве опытно - промышленного образца для серии мо щ- ных электростанций, намеченных к соору жению на базе богатейших месторождений бурых у г- лей Ка н ско - Ачинского бассейна. В состав энергоблока входит котел Пп - 1600 - 255Ж (П - 49), одновальная паровая турбина К - 500 - 240 и генератор ТГВ - 500. Котел П - 49 прямоточный выполнен двухкорпусным и рассчитан на сжи гание сушонки н а- заровского бурого угля (с удельной теплотой сгорания 19,3 МДж/кг, зольностью 10,3 % и влажностью 14 %) в режиме жидкого шлакоудаления и уравновешенной тяги. Основные ра с- четные характеристики котла приведены в табл. 1. Таблица 1. Расчетные характеристики котла П - 49 Наименование Величина Номинальная производительность по острому пару D пе , т/ч 1600 Номинальная производительность по вторичному пару D вт , т/ч 1380 Давление острого пара p пе , МПа 25 Давление вторичного пара p вт , МПа 4,2 Темп ература острого пара t пе , °С 545 Температура вторичного пара t вт , °С 545 Топочная камера каждого корпуса (А и Б) котла размерами в плане 20,02  8,18 м полуо т- крытого типа и в проектном исполнении была оборудована 16 прямоточными горелками, ра з- мещенными вс тречно на фронтовой и тыльной стенах. Доля двухстороннего пережима топки, разделяющего зону а к тивного горения (ЗАГ) и зону догорания, равна 0,5. Зажигательный пояс ЗАГ включает под и вертикальные стены топки до оси горелок. Тепловое напряжение ЗАГ q V (ЗАГ) составляет 691 кВт/м 3 , топки в целом q V (т) – 192 кВт/м 3 , а площади сечения топки q F – 4,22 МВт/м 2 . Пароперегреватель первичного и вторичного пара выполнен в виде ширмовых поверхн о- стей нагрева. Водяной экономайзер и воздухоподогреватель вынесены в отдельный газоход, воздухоподогреватель выполнен инвертным и размещен над водяным экономайзером. Система пылеприготовления – разомкнутая с центральным пылезаводом (ЦПЗ), распол о- женном рядом с ГРЭС. Сырое топливо подвергается сушке в паровых трубчатых сушилках (с пр оектным понижением влажности с 39 до 14 %) и далее размолу в молотковых мельницах ММТ - 2600/3350/590, оборудованных инерционными сепараторами . Расчетная тонина помола по полному остатку на сите 90 мкм равна R 90 = 60 %. Измельченная сушонка подается с пом о- щь ю пневмовинтовых насосов по пылепроводам длиной 350 м в пылевые бункеры, устано в- ленные у котла. Транспорт пыли к горелкам осуществляется горячим во з духом. Пуск и эксплуатация головного энергоблока высветили ряд серьезных недостатков прое к- та, которые прояви лись в ограничении бесшлаковочной мощности котла (65…75 % номинал ь- ной) [1, 2] и повышенной взрывоопасности пылеподающего тракта в пределах котла [3]. Это привело к значительному объему доводочных и наладочно - исследовательских работ, которые з а тянулись на м ногие годы и проводились заводом - изготовителем (ЗиО) с привлечением ОРГРЭС, ВТИ, ЦКТИ, СибВТИ, Си б техэнерго и других организаций. Эксплуатация котла при проектном транспорте пыли горячим воздухом с температурой 400…420  С и температурой аэросмеси 180…240  С сопровождалась хлопками и взрывами в пылеподающем тракте [3]. Для устранения этого недостатка в 1971 г. была повышена вла ж- ность поступающей с ЦПЗ пыли (до 18…25 %), введен режим работы котла на ограниченном числе пылепитателей для снижения температуры аэ росмеси до 180  С и выполнен ряд реконс т- рукций пылевоздухопроводов. Однако обеспечить взрывобезопасность работы тракта подачи пыли в горелки удалось решить лишь в 1975 г. после внедрения по предложению ВТИ системы подачи пыли высокой концентрации под давле нием (ПВКд). Ограничение нагрузки котла связано с интенсивным шлакованием ширмовых поверхн о- стей нагрева на выходе из топки, что явилось следствием повышенной на 100…120  С темпер а- туры газов по сравнению с расчетной 1234  С [2, 4], которая в свою очередь бы ла принята в прое к те недостаточно обоснованно из - за отсутствия на тот момент экспериментальных данных. Так, согласно рекомендациям [5], средняя по сечению температура газов на выходе из то п ки перед ширмовым пароперегревателем по условиям предотвращения шла кования для углей Ка н- ско - Ачинского бассейна не должна превышать 1050  С; при этом разверка температур по сеч е- нию топки не должна превышать 100  С. Исследования, проведенные ВТИ, ЦКТИ и СибВТИ показали [6], что встречное распол о- жение мощных прямоточных горе лок при небольшой глубине топочной камеры (в котле П - 49 – 8,18 м) приводит к созданию ядра статического подпора в центре ЗАГ. Вследствие этого знач и- тельная часть воздуха поступает из горелок к пережиму по укороченной траектории, минуя о б- ласть повышенного д авления, а в центре ЗАГ и около пода создается область с недостатком к и- слорода. Такая аэродинамика факела ухудшает условия перемешивания в ЗАГ, спосо б ствует сепарации частиц на под и одновременно выносу несгоревшего топлива в зону догор а ния. Сепарация нес горевшей пыли на под топки приводит к нарушению нормального жидкого шлакоудаления из - за восстановления металла в шлаке. Затягивание горения в зону догорания повышает температуру газов на выходе из топки и приводит к шлакованию ширмовых повер х- ностей нагрева , что ограничивает н а грузку котла. В 1975 г. в период расширенного капитального ремонта котла на корпусе Б проектные пр я- моточные горелки, расположенные по встреченной схеме, по предложению СибВТИ и Красн о- ярскэнерго были заменены на сдвоенные прямоточные го релки с установкой их по встре ч но - смещенной схеме (по 4 на фронтовой и тыльной стенах) с наклоном горелочных сопел вниз на 16º и 22 º для нижнего и вер х него сопел соответственно. Попытки улучшить аэродинамику ЗАГ путем малозатратной реконструкции горелок не д а- ли ощутимых результатов, а по некоторым позициям ситуация ухудшилась. Например, пов ы- шенная дальнобойность мощных горелочных потоков и их наклон способствовали усилению сепарации пыли на под, что привело к ухудшению выхода шлака во всем рабочем диапазоне нагрузок; при этом температура газов на выходе из топки несколько увеличилась. Шлакование и загрязнение поверхностей нагрева ограничили длительную бесшлаковочную нагрузку на уровне 80 % номинальной, а кампания котла не превышала двух месяцев. Концентрация окс и- дов азота достигала 1400…1600 мг/м 3 [4]. Для повышения бесшлаковочной мощности котла во время следующих капитальных р е- монтов были поочередно реконструированы оба его корпуса (в 1981 г. – корпус Б и в 1983 г. – корпус А). В топочной камере корпуса А бы ла сохранена прежняя (заводская) конфигурация, а в ко р- пусе Б смонтирована секционированная высокотемпературная вихревая камера горения (ВКГ) ЦКТИ. Топка корпуса А оборудована 16 новыми вихревыми лопаточно - лопаточными горелками Сибтехэнерго с центральным р асположением сопел ПВКд, установленными встречно по 8 г о- релок на фронтовой и тыльной стенах. Камера горения корпуса Б представляет собой горизонтальный циклон с условным ди а- метром 6,2 м и разделена тремя двусветными экранами на четыре отсека, в каждом из к от о рых на фронтовой стене установлено по две прямоточные горелки под углом 15  к горизонтали. Г о- релки имели регулирующие шиберы, которые позволяли поддерживать почти постоя н ной (80…100 м/с) скорость вторичного воздуха при изменении нагрузки котла. Для тран спорта т о- плива к горелкам использовалась система ПВКд. ВКГ ошипована и утеплена карборундовой о б мазкой. Тепловое напряжение объема ВКГ составляет 930 кВт/м 3 , а площади сечения – 5,5 МВт/м 2 . ВКГ предназначена для работы под наддувом 3 кПа. В зоне догорания обоих корпусов в районе СРЧ установлены три двухсветных экрана. Суммарная поверхность нагрева топок корпусов по сравнению с исходной выросла на 25 % (корпус А) и на 41 % (корпус Б). Схема и подробное описание котла, основные конструктивные характеристики его корп у- сов после реконструкции, а также результаты сравнительной оценки эффективности технич е- ских решений по материалам режимно - наладочных и исследовательских работ приведены в [2…4, 7, 8]. Качественные характеристики назаровского бурого угля, сжигавшего ся на котле в период испытаний корпусов А и Б, были близки и изменялись в следующих пределах: влажность 17,5…26 %, зол ь ность 7,7…14,3 % и удельная теплота сгорания 15…21 МДж/кг. Оптимальный коэффициент избытка воздуха в горелках для корпуса А, при котором ст е- пень выгорания топлива достигала 98…99,5 %, составлял  г = 1,05…1,1. Для корпуса Б этот и з быток составлял  г = 1,2 при несколько меньшем значении степени выгорания (96 %). После реконструкции температура газов на выходе из топки снизилась на 40…100  С в корпусе А [4] и примерно на 100  С в корпусе Б [7] вследствие установки двухсветных экр а нов и создания более равномерного поля температуры на выходе из топки. Это привело к сниж е нию шлакования ширмового пароперегревателя и повешению бесшлаковочной мощност и ко т ла до 85% номинала. Данные по концентрации оксидов азота достаточно противоречивы: по работам [1, 2, 7] они составляли 400…520 мг/м 3 для обоих корпусов, в работе [4] отмечалось, что они доход и ли до 1200 мг/м 3 на корпусе А, а по более поздним данным эк сплуатации – до 1000…1200 мг/м 3 на обоих ко р пусах. Таким образом, многочисленные реконструкции частично улучшили работу котла, но не смогли решить основную проблему – ограничение нагрузки по причине шлаков а ния топочных поверхностей нагр е ва. В 1990 году бло к был перемаркирован на 400 МВт (реальная максимально длительная эк с- плуатац и онная нагрузка составляла 360 МВт). Следует отметить, что в 2009 г. корпус Б (с вихревой топкой ЦКТИ) в связи с ухудшением условий эксплуатации (повышенный эрозионный износ в ЗАГ и интенсивное шлакование дву х- светных экранов СРЧ) был реконструир о ван по типу корпуса А. В 2011 г. были начаты работы по техническому перевооружению энергоблока № 7. Для повышения бесшлаковочной нагрузки котла была выбрана низк о температурная вихревая (НТВ) технология сжигания. Отличите льной особенностью НТВ - технологии является принцип факельного сжигания топлива угрубленного помола в условиях многократной циркуляции частиц в ЗАГ. НТВ - технология прошла широкую апробацию и доказала свои главные преимущества при модерн и- зации действующего о борудования: стабильное воспламенение низкосортных т о плив, резкое снижение или отсутствие шлакования поверхностей нагрева, возможность повышения мощн о- сти в прежних габаритах котельной ячейки и низкий уровень вредных выбросов. Для повыш е- ния эффективности НТ В - сжигания, надежности и ресурса оборудования разраб о таны новые технологические схемы и конструкции горелочно - сопловых устройств вихр е вых топок [9, 10]. За последние 10 лет ООО «Компания «НТВ - энерго» выполнен ряд проектов внедрения НТВ - сжигания бурых, каме нных углей и торфа на котлах различной мощности [11, 12]. Прое к- ты модернизации котлов предусматривали комплексный подход: газоплотное исполнение ви х- ревой топки полуоткрытого типа с «закрытым» устьем топочной воронки, с новыми схем а ми и констру к циями горело чно - сопловых устройств; улучшение (при необходимости) схемы водо - парового тракта; реконструкцию пылеприготовительных систем (ППС) и др. Основными задачами при модернизации котлов являлись: – повышение надежности ППС, обеспечение бесперебойной подачи топлив а, расширение регулировочного диапазона и увеличение производительности ППС; – повышение устойчивости воспламенения и исключение подсветки пылеугольного фак е ла резервным топливом (газом или мазутом); – снижение загрязнения поверхностей нагрева и повышение бесшлаковочной мощности до номинальной (а при необходимости и более); – обеспечение высокой экономичности сжигания твердого топлива при изменении его те п- лотехнических характеристик в широких пределах; – снижение вредных выбросов до требуемого уровня. Накоп ленный опыт и численное моделирование позволили обосновать концептуальные решения по техническому перевооружению котла П - 49. Проектные работы выполнены совм е- стно ООО «Компания «НТВ - энерго», АО «ИК ЗИОМАР» и ОАО «Е4 - СибКОТЭС». В 2013 г. было завершено техни ческое перевооружение энергоблока [13]. В настоящее время оба корпуса котла П - 49 (рис. 1) оборудованы НТВ - топками полуоткр ы- того типа с газоплотным исполнением НРЧ и твердым шлакоудалением. Вихревая ЗАГ огран и- чена сверху фронтовым аэродинамическим выступом (с долей пережима топки 0,33), на ни ж- ней образующей которого смонтировано 12 прямоточных пылевых горелок под углом 45  к г о- ризонтали. Сопла системы ПВКд (по два на каждую горелку) заведены в каналы первичного воздуха с заглублением от среза выходного сечен ия горелки на 570 мм. Десять растопочных мазутных горелок размещены в ЗАГ ниже пылевых горелок, на вертикальном участке фронт о- вой стены. В устье т о почной воронки установлена двухсопловая конструкция системы нижнего дутья (СНД). На тыльной стене топки разме щено два яруса третичного дутья, в сопла которого предусмотрена возмо ж ность подачи газов рециркуляции. Для снижения температуры факела в вихревой ЗАГ установлены 10 внутритопочных ширм Г - образной формы перпендикулярно т ы- ловому э к рану. При номинальной нагру зке: q V (ЗАГ) = 524 кВт/м 3 , q V (т) = 213 кВт/м 3 и q F = 4,22 МВт/м 2 . Каждый корпус котла оснащен новым комплектом средств очистки поверхностей нагрева: 10 дальнобойными аппаратами водяной обмывки топочных экранов и 4 аппаратами паровой обдувки ширмовых повер хностей, ра с положенных на выходе из топки. Для улучшения аэродинамики газового тракта котла на выходе из топки выполнен выступ тыльного экрана, сглажена конфигурация перевала конвективной шахты и смонтированы в ы- равнивающие вставки перед подъемной конвектив ной шахтой. С целью повышения ремонтопригодности, надежности и эффективности выполнена реко н- струкция водяного экономайзера и трубчатого воздухоподогревателя (с уменьшением повер х- ности нагрева), а также установка дополнительной поверхности нагрева – сетевог о экономайз е- ра. Для питания котла пылью угрубленного помола на ЦПЗ проведена реконструкция сепар а- торов мельниц, заменены пневмовинтовые насосы и пылепроводы; реконструированы выхо д- ные горловины пылевых бункеров и система ПВКд с заменой лопастных пылепитат елей на шнековые; Система КИПиА переведена на современную АСУ ТП. В период пуско - наладочных работ, комплексных испытаний и эксплуатации котла (с июля 2013 г. по июль 2014 г.) на котле сжигалась сушонка с влажностью 16…24 %, зольностью 5…10 %, удельной теп лотой сгорания 18,4…20,5 МДж/кг и тониной помола R 90 = 70…75 % и R 1000 = 4…7 %. Важно отметить, что в этот период система комплексной очистки поверхностей нагрева еще не была введена в эксплуатацию. Комплексные испытания показали следующие результаты: – р абочий диапазон электрической мощности блока – от 290 до 498 МВт (минимальная мощность ограничивалась условиями работы турбопитательных насосов, а максимальная – во з- можностями тяго - дутьевых установок, в большей степени производительностью дутьевых ве н- тилят оров); – КПД брутто котла составил 91…92 % при тепловых потерях q 2 = 7,5…8 % (температура уходящих газов изменялась в пределах 165…175  С, а коэффициент избытка воздуха за котлом – 1,4…1,5) и q 4 = 0,15…0,3 %; – выбросы оксидов азота – не более 470 мг/нм 3 . Рис. 1. Общий вид котла П - 49 после технического перевооружения Пуско - наладочные работы проводились в два этапа: первый – до комплексных испытаний, второй – после. Поле температуры (рис. 2), полученное путем усреднения показаний оптическ о- го пирометра с боковых стен НТВ - топки (разница по сторонам составляла 10…30  С), дост а- точно равномерное. На первом этапе при нагрузках близких к максимальной температура в ЗАГ (рис. 2, а ) не превышала 1300 º С, а на выходе из топки – 1250 º С. В условиях отсутствия очистки наблюдалось шлакование фронтовой стены НРЧ, а также отмечалось ско п ление шлака между внутритопочными ширмами. Шлакование ширмового пароперегревателя на выходе из топки не наблюдалось. Проведенное дополнительно численное моделирование позволило разработать меропри я- тия, улучшающие тепловую обстановку в НТВ - топке: подача газов рециркуляции через ни ж ний ярус третичного дутья (с коэффициентом рециркуляции до 0,15) обеспечивает интенсиф и кацию тепло - и массообменных процессов и снижение температуры в вихревой ЗАГ ; установка расс е- кателей на выходе из сопел ПВКд улучшает воспламенение пыли и ее рациональное распред е- ление в топочном объеме. После реализации указанных мероприятий на втором этапе наладочных работ получено (рис. 2, б ) снижение максимума температуры у ф ронтовой стены ЗАГ примерно на 100 º С, в районе внутритопочных ширм – на 30…40 º С и на выходе из топки – на 20 º С. При этом на корпусе А шлакование поверхностей нагрева отсутствовало, а на корпусе Б наблюдалась н е- большая подшлаковка в центральной части ЗАГ топки (на фронтовой и тыльной стенах), кот о- рая после уменьшения подачи пыли через центральные горелки прекратилась. а ) б ) Рис. 2. Характерное распределение температуры в НТВ - топке котла П - 49 при сопоставимых, близких к номинальной н а грузках на пе рвом ( а ) и втором ( б ) этапах испытаний В настоящее время на котле введена в эксплуатацию система очистки поверхностей нагр е- ва и проводится третий этап наладочных работ, целью которых является наладка бесшлаково ч- ного режима во всем рабочем диапазоне нагру зок котла. Выводы 1. Опыт освоения сжигания назаровского бурого угля в котле П - 49 головного блока мо щ- ностью 500 МВт на основе различных технологий с жидким шлакоудалением высветил гла в- ный недостаток – узкий рабочий диапазон и ограничение максимально допуст имой бесшлак о- вочной мощности в условиях эксплуатации. Это не позволило тиражировать образец при со з- дании мощных блоков для работы на углях Канско - Ачинского бассейна. 2. Реализация новой схемы НТВ - сжигания при техническом перевооружении котла П - 49 позволила : расширить опыт использования НТВ - технологии на котельные установки большой мощности (энергоблоки до 500 МВт); обеспечить эффективное сжигание назаровского бурого угля с высоким КПД; существенно расширить рабочий диапазон нагрузок ко т ла; обеспечить номина льную мощность энергоблока; решить проблемы шл а кования топки и резко снизить вредные выбросы. 3. Отработанные технологические и конструктивные решения можно использовать при м о- дернизации действующих и создании новых униф и цированных по топливу котлов с НТВ - сжиганием. Список литературы 1. Шницер И.Н. Технология сжигания топлива в пылеугольных котлах. – СПб. : Энергоато м издат, Санкт - Петербургское отделение, 1994. – 284 с. 2. Болычев Е.А. Опыт эксплуатации и результаты испытаний реконструированного котла П - 49 / Е.А . Болычев, В.В. Лисицин, Л.И. Пугач и др. // Теплоэнергетика. 1986. № 5. – С. 16 – 19. 3. Попов А.А. Опыт эксплуатации и исследования системы с концентрированной подачей п ы ли под давлением на блоке 500 МВт котла П - 49 Назаровской ГРЭС / А.А. Попов, А.И. Тарасов, В.А. Му з- лов // Системы и оборудование пылепитания паровых котлов. – Л.: Изд - во ОАО «НПО ЦКТИ», 1983. – С. 54 – 60. (Тр. ЦКТИ; вып. 203). 4. Болычев Е.А. Итоги испытаний котла П - 49 блока 500 МВт после реконструкции / Е.А. Б о лычев, В.Н. Точилкин, В.В. Лисицин и др. // Электрические станции. 1986. № 5. – С. 42 – 45. 5. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). СПб.: Изд - во НПО ЦКТИ, 1998. 256 с. 6. Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 104 с. 7. Гильде Е.Э. Результаты исследования реконструированного корпуса «Б» котла П - 49 при сжиг а нии канско - ачинских углей / Е.Э. Гильде, А.А. Попов, А.Н. Гуляев и др. // Энергомашиностроение. 1986. № 7. – С. 5 – 8. 8. Лисицин В.В. Промышленные исследования некоторых способов подавления оксидов азота при п ы- леугольном сжигании углей Сибири и Казахстана / В.В. Лисицин, Л.И. Пугач, Н.Н. Скерко и др. // Теплоэнергетика. 1988. № 8. – С. 17 – 20. 9. Пат. 2253799 России. Вихревая топка / К. А. Григорьев, В. Е. Скудицкий, Ю. А. Рундыгин и др. – Опубл. 10.06.05, Бюл. № 16. 10. Пат. 2253801 России. Вихревая топка / К. А. Григорьев, В. Е. Скудицкий, Ю. А. Рундыгин и др. – Опубл. 10.06.05, Бюл. № 16. 11. Григорьев К. А., Скудицкий В. Е., Аношин Р. Г. и др. Опыт применения вихревой низкотемперату р- ной технологии сжигания на ко т ле БКЗ - 220 - 100 // Энергетик. 2009. № 1. – С. 24 – 26. 12. Григорьев К.А., Скудицкий В.Е., Зыкин Ю.В. и др. Опыт низкотемпературного вихревого сжигания различных видов топлива в котле БКЗ - 210 - 13,8 Кировской ТЭЦ - 4 // Электрические станции. 2010. № 4. – С. 9 – 13. 13. Скудицкий В.Е. Внедрение низкотемпературной вихревой технологии сжигания на блоке 500 МВт на Назаровской ГРЭС / В.Е. Скудицкий, Р.Г. Аношин, К.А. Григорьев, В.В. Михайлов // II Междун а- родная научно - техническая конференция « Использование твердых топлив для эффективного и экол о- гически чистого производства электроэнергии и тепла » (Москва, 28 – 29 октября 2014). – М.: ОАО «ВТИ», 2014. – С. 128 – 135.

Приложенные файлы

  • pdf 13487336
    Размер файла: 650 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий