«В.А. Дубровский, М.В. Зубова Энергосберегающие системы растопки и подсветки факела топочных камер котлов Монография Красноярск СФУ 2012 УДК 621.181.02:621.31 ББК 31.361 Д79 Рецензенты: В.А. Охорзин, д-р техн. наук, ...»

При такой температуре очень быстро происходит не только термическое разложение топлива и воспламенение летучих, но и воспламенение коксовой основы (рис.1.6).

После выхода такой струи в топочную камеру происходит устойчивое горение факела. Однако высокая температура вызывает быстрый износ стержневых электродов, требуется частая их замена. Для работы плазменной горелки необходима система водогазоснабжения, а также достаточно сложная система преобразования энергии. Это усложняет и значительно удорожает установку.

Сотрудниками института проблем горения (Алматы) и Отраслевого центра плазменно-энергетических технологий РАО «ЕЭС России» разработали новую плазменно-топливную систему (ПТС) для безмазутной растопки котлов, стабилизации пылеугольного факела с одновременным снижением механического недожога топлива и образования оксидов азота.

1 – плазмотрон 2; 3 – канал подачи угольной аэросмеси; 4 – канал подачи вторичного воздуха для розжига горелки; 5 – завихритель; 6 – основная горелка; 7 – термопара зонда; 8 – камера воспламенения; 9 – водоохлаждаемый канал термозонда; 10 – камера смешения Технология ПТС основана на плазменной термохимической подготовке угля к сжиганию [10–15]. Она заключается в нагреве аэросмеси (угольной пыли и воздуха) электродуговой плазмой с температурой свыше 3000 oС. За счет газификации топлива образуется двухкомпонентная смесь горючих газов и кокса, которая легко воспламеняется при ее смешении с вторичным воздухом и устойчиво горит без дополнительной подсветки мазутом.

Для повышения эффективности топливоиспользования в 1995 г. был создан Отраслевой центр плазменно-энергетических технологий (ОЦ ПЭТ) РАО «ЕЭС России» при ОАО «Гусиноозерская ГРЭС», в состав которого вошли три научно-технические лаборатории, теплотехническая и электротехническая службы [16].

Преимущества плазменных технологий безмазутной растопки котлов и подсветки факела, в основе которых лежит термохимическая подготовка топлив к сжиганию, перед традиционными заключаются в:

– сокращении потребления мазута и газа на ТЭС;

– повышении энергетической эффективности ПЭТ в 3–4 раза, так как относительная электрическая мощность плазмотронов составляет (в зависимости от типа углей и горелки) всего 0,5–2,0 % тепловой мощности пылеугольной горелки;

– замещении углем подсветочного топлива (мазута или природного газа), что снижает выбросы оксидов азота на 40 – 50 % благодаря превраТехнические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

щению азота топлива в молекулярный азот в обедненных кислородом зонах воспламенения и горения, уменьшает выбросы оксидов серы на 30–40 % (в случае замещения высокосернистого мазута) и почти полностью устраняет выбросы пятиокиси ванадия;

– снижении общего количества выбросов двуокиси углерода вследствие увеличения эффективности процесса горения, уменьшения механического недожога топлива и содержания углерода в уносах (в 1,5–2,0 раза);

– обеспечении растопки энергоблоков пылеугольных ТЭС при потере собственных паровых нужд станции;

– появлении возможности комплексного решения вопросов техперевооружения пылеугольных энергоблоков с сохранением технических и эколого-экономических показателей ТЭС;

– сохранении технико-экономических и экологических показателей энергоблоков при использовании широкой гаммы непроектных энергетических углей.

Плазменно-энергетические технологии топливоиспользования занимают особое место в энергетике, поскольку традиционное сжигание топлив происходит на атомно-молекулярном уровне, а с использованием этих технологий – на ионно-электронном (физико-химическом) уровне, что обеспечивает более глубокое управление процессом и, как следствие, его максимальную энергетическую эффективность.Для практической реализации ПЭТ разработан принципиально новый способ организации плазмохимических процессов, при котором только часть реагентов проходит через область плазмы и они выступают инициаторами химических превращений, существенно улучшающими характеристики процесса. При этом собственно плазмохимическая часть потребляет малую долю общих энергозатрат.

Этот способ широко используется при плазменной электротермохимической подготовке топлив (ТХПТ) к сжиганию. В основе его лежит упомянутый ранее аллоавтотермический метод газификации и плазменного воспламенения топлив [12–15], позволяющий осуществлять крупнотоннажные плазмохимические процессы; безмазутную растопку котлов и подсветку пылеугольного факела в том случае, если расход реагентов (уголь + окислитель) достигает 5–10 т/ч [16, 17].

Основные принципы разработки плазменно-энергетических технологий и технические характеристики плазменно-энергетического оборудования В основе плазменно-энергетических технологий лежат следующие основные принципы [19]:

– термохимическая подготовка топлив к сжиганию с учетом глубины конверсии угля (вплоть до полной газификации) в зависимости от решаемой задачи;

– аллоавтотермический характер превращения топлив (возможность реализации крупнотоннажного производства);

– плазменная активация пылеугольного потока;

– минимальная диссипация энергии плазмы.

При плазменной растопке котлов топочный мазут заменяют угольной пылью, воспламеняемой электродуговым плазмотроном, технические характеристики которого приведены ниже:

Мощность плазмотрона, кВт – 70 – Напряжение, В – 250 – Сила тока дуги, А – 200 – – плазмотрона – 20 – – источника электропитания – 450 – Ресурс непрерывной работы электродов, ч. – 300 – Температура факела, К – 3000– На рис. 1.7. показан наиболее эффективный – муфельный вариант системы плазменного воспламенения углей (СПВ), а на рис. 1.8 и 1. даны примеры компоновок плазмотронов постоянного тока, являющихся основными элементами СПВ с пылеугольной прямоточной горелкой и станционным оборудованием.

Предвключенный муфель с плазмотроном обеспечивает самовоспламенение и интенсивное выгорание аэросмеси (угольная пыль + воздух) после смешения со вторичным воздухом в объеме топки. Плазменно-топливные системы испытаны на 26 котлах паропроизводительностью от 75 до 670 т/ч (табл.1.1 – 1.2), но не везде внедрены. Полные испытания технологии плазменной подсветки и стабилизации горения факела проводились на Гусиноозерской ГРЭС (котел БКЗ-640) и Улан-Баторской ТЭЦ-4 (котел БКЗ-420-140).

На рис. 1.10 представлена схема размещения четырех ПТС на котле БКЗ-640 Гусиноозерской ГРЭС, оснащенном прямоточными пылеугольными горелками.

При плазменной подсветке факела образуются восстановительные газы (СО, Н), что снижает образование оксидов азота в 1,2 – 1,3 раза.

При разработке и внедрении плазменных способов ТХПУ на УланУдэнской ТЭЦ-2 были проведены испытания на котле ТПЕ-185 паропроизводительностью 160 т пара в час, с шестью плоскофакельными горелками. Цели испытаний заключались в следующем:

1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Рис. 1.7. Электродуговой плазмотрон постоянного тока с медными водоохлаждаемыми электродами, установленный в пылеугольной горелке котла без реконструкции самого котла с муфелизированным участком пылепровода горелки:

1 – плазмотрон; 2 – муфель; 3 – пылепровод к горелке; 4 – сопло пылеугольной горелки;

5 – источник электропитания; 6 – трансформатор; 7 – системы водовоздухоснабжения Промышленные испытания плазменно-топливных систем (ПТС) на ТЭС[12] ТЭС (месторасположение) Каменогорск) 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Рис. 1.9. Схема компоновки электро- и теплотехнического оборудования с муфелем Основные показатели плазменно-угольных горелок м3 /ч МДж/кг Рис. 1.10. Схема размещения ПТС на котле БКЗ-640 Гусиноозерской ГРЭС – выявить влияние предвключенных модернизированных плазменных горелок на снижение содержания выбросов оксидов азота, оксида углерода в уходящих газах, увеличение КПД котла из-за уменьшения механического недожога;

– определить надежность работы двух новых вариантов плазменных горелок упрощенной конструкции без применения жаропрочных огнеупорных материалов;

– определить возможность поддержания автотермического режима на одном из вариантов новой плазменной горелки.

Конструктивно –модернизированная плазменная горелка представляет собой трубу в трубе, соединенную с патрубком для крепления плазмотрона, расположенным на боковой поверхности горелки (рис. 1.11 а).

Материал внутренней трубы – жаростойкая сталь. Горелки установлены по диагонали котла вместо чехлов мазутных форсунок горелок № 3 и (рис. 1.12). Принцип работы горелки заключается в следующем. Поток аэросмеси делится на две части. Часть аэросмеси, поступающая во внуТехнические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Рис. 1.11. Модернизированные плазменные горелки:

а) первый вариант; б) второй вариант: 1 – труба пылепровода; 2 – внутренняя жаростойкая труба для разделения потока аэросмеси; 3 – патрубок для установки плазмотрона;

4 – плазмотрон; 5 – плазменный факел; 6 – поток аэросмеси, проходящий термохимическую подготовку; 7 – поток аэросмеси, охлаждающий камеру термохимической подготовки топлива; 8 – камера автотермического режима треннюю трубу, подвергается воздействию плазменной струи, направленной перпендикулярно оси горелки.

При этом аэросмесь нагревается до температуры выделения летучих веществ и частичной газификации коксового остатка. Получившееся высокореакционное двухкомпонентное топливо направляется в топочное пространство, где, смешиваясь с остальной аэросмесью и вторичным воздухом, стабилизирует процесс горения. Другая часть аэросмеси, поступая в промежуток между трубами, охлаждает их, выступая своего рода тепловой изоляцией.

Первоначально испытывали горелки, в которых пространство между трубами было заполнено шамотобетоном. Назначение тепловой изоляции з трубы, а также в создании «муфельного» эффекта, состоящего в накоплении тепла и продолжении нагрева аэросмеси в течение некоторого времени после отключения плазмотрона. Отказ от использования шаПлазменная технология мотобетона позволил упростить процесс изготовления горелки, сделать ее более легкой, что немаловажно в процессе монтажа. Но главным является то, что проходное сечение этой горелки незначительно отличается от проходного сечения штатной прямоточной горелки по сравнению с горелкой с шамотобетоном. Кроме того, спроектирован второй вариант модернизированной плазменной горелки (рис. 1.11 б), в которой должен поддерживаться автотермический режим горения аэросмеси. Идея, лежащая в основе этой конструкции, следующая.

Первоначально происходит процесс термохимической подготовки аэросмеси под воздействием плазменной струи. Горящее двухкомпонентное топливо и еще не прореагировавшая аэросмесь поступают в 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

расширенный участок. Скорость течения потока при этом должна снизиться примерно вдвое, так как площадь сечения в этом месте вдвое больше площади сечения предшествующего участка. При этом поток, турбулентный по своему характеру, еще более турбулизируется, процесс теплопередачи между аэросмесью и двухкомпонентным топливом интенсифицируется. Создаются условия, при которых в месте расширения существует самоподдерживающаяся зона горения. Предполагалось, что после отключения плазмотрона зона горения будет продолжать существовать, тем самым поддерживая процесс ТХПУ.

При проведении испытаний нагрузка котла составляла 120 т пара в час. Пылевоздушная смесь поступала в 8 из 12 сопл. На горелках № 3, подача угольной пыли в штатные сопла была перекрыта, пыль поступала в плазменные горелки. Состав уходящих газов определяли газоанализатором TESTO-33 в газоходе перед дымососом при выключенных плазмотронах, затем через такой же промежуток времени с включенными плазмотронами. Пробы золы и шлака отбирались из холодной воронки. Были проведены три серии измерений. Мощность плазмотронов в среднем составляла 90 кВт. Снижение содержания NOx составило в среднем 10, %. Такой результат представляется весьма значительным, если принять во внимание то, что только 25 % пылеугольного потока проходило через предвключенные плазменные горелки (два сопла из восьми работающих). При этом содержание кислорода в уходящих газах увеличилось в среднем на 2,2 %, что связано с уменьшением образования топливных окислов азота. Температура уходящих газов оставалась на уровне 128– 130 оС. Содержание горючих остатков при включении плазменных горелок снижалось в золе с 6,5 до 3,4 % и в шлаке – с 20,9 до 14,8 %:

Через 15 мин после отключения плазмотронов еще раз были взяты пробы на содержание горючих остатков в золе и шлаке, значения которых, по результатам лабораторного анализа, составили 4,8 и 7,8 % соответственно. Расчеты по типовой методике показывают, что подобное снижение механического недожога топлива увеличивает КПД котла на 1,7 %.

Таким образом, проведенные промышленные испытания подтверждают тот факт, что использование плазмы для активации пылеугольного факела более эффективно, чем применение термических огневых методов благодаря наличию в плазме химически активных атомов, радикалов, ионов и электронов, которые ускоряют термические реакции горения и способствуют более полному выгоранию топлива.

Известно, что даже малые примеси атомарного кислорода снижают температуру воспламенения угольных частиц. Применение электроПлазменная технология дуговой плазмы существенно меняет кинетику горения пылеугольного факела: проходя электротермохимическую подготовку в малом объеме камеры предварительной подготовки перед устьем горелки при малой концентрации первичного воздуха в аэросмеси, подготовленная горючая смесь, состоящая из летучих газов (СН4), продуктов частичной газификации угля (СО + Н2) и раскаленных частиц коксового остатка, при выходе в топку интенсивно возгорается в потоке вторичного воздуха, поступающего в избытке.

В ходе испытаний нарушений в работе модернизированных плазменных горелок не наблюдалось. Температура наружной поверхности трубы была равна температуре стенки пылепровода, что свидетельствует о правильности подобного конструктивного решения. Забивания зазора между наружной и внутренней трубой не происходило.

Вывод о наличии автотермического режима в горелке можно сделать на основании анализов дымовых газов. Так, после отключения плазмотронов происходило повышение концентрации NO x и СО, но не до первоначальных значений, которые имели место до включения плазмотронов, а приблизительно в половину меньше.

Это свидетельствует о продолжении горения пылевоздушной смеси в горелке (второй вариант горелки), и только спустя 30– 40 мин после отключения плазмотронов значения NO x и СО увеличились вдвое. Возможность осуществления автотермического режима горения пылеугольного факела на выходе из устья сопла имеет важное значение в растопочном режиме котла, когда сохраняется процесс самовоспламенения и горения пылеугольной смеси в горелке после отключения плазмотрона.

Применение плазменных горелок позволяет улучшить техникоэкономические показатели как отдельных котлов, так и ТЭС в целом за счет отказа от жидкого топлива для розжига и подсветки пылеугольного факела в котлах, снижения вредных выбросов в атмосферу и соответствующего снижения платы за выбросы, сокращения механического и химического недожога пылеугольного топлива в топках котлов и, следовательно, наряду с другими технико-экономическими и организационными мероприятиями расширяет возможности снижения себестоимости выпускаемой продукции.

Низкий ресурс плазмотронов и недостаточная надежность электроснабжения технологии плазменного сжигания требуют структурного резервирования для сохранения уровня надежности работы котла. С этой целью предусматрены две независимые технологические нитки на одну 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

горелку. Структурное резервирование обусловливает увеличение капиталовложений в технологию в два раза. С учетом затрат на плазменную технологию капиталовложения в электрическую часть увеличиваются на 10 %.

Вторым этапом развития ПТС является их использование для газификации углей и получения из низкосортных топлив высококалорийного и экологически чистого синтез-газа (СО+Н) для сжигания на ТЭС.

С этой целью проведены экспериментальные исследования комбинированной плазменной газификации на опытных установках. В результате этих исследований был разработан комбинированный газификатор производительностью по углю 32 т/ч, предназначенный для плазменной газификации и термохимической подготовки к сжиганию энергетических углей с последующей подачей полученных высокореакционных продуктов, горючего газа и коксового остатка, непосредственно в топочную камеру котельного агрегата.

Это позволяет обеспечить безмазутную растопку котла, подсветку пылеугольного факела, стабилизацию выхода жидкого шлака, снизить выбросы оксидов азота, а также расширить гамму сортов сжигаемых в одном и том же котле углей с увеличением его технико-экономических и экологических показателей.

В ООО НПП «ТЕХПЛАЗ» совместно с ИНПП «Колорит» (Украина) разработали аналогичную плазменную технологию стабилизации горения угля и безмазутной растопки котлов. По данным авторов этой разработки, стоимость плазменной установки, включая монтажные и пуско-наладочные работы для одного энергетического котла, составляет в среднем 2,3 млн доларов, что в 30 с лишним раз превышает затраты на внедрение системы муфельной растопки, разработанной в Политехническом институте Сибирского федерального университета.

Поэтому важной задачей является дальнейшая разработка простых и надежных плазмотронов, обеспечивающих их длительную эксплуатацию на ТЭС. Необходимо продолжить разработку и внедрение новых конструкций плазменно-дуговых устройств для розжига и стабилизации горения пылеугольной смеси.

По нашему мнению, применение плазменных технологий будет экономически оправдано при их использовании на тепловых электростанциях, сжигающих низкореакционные угли с очень малым выходом летучих веществ.

1.3. Термоциклонные предтопки НГТУ В России разработана и внедрена технология предварительной термической подготовки углей в термоциклонных предтопках (ТЦП). На рисунке1.13. приведена конструктивно-компоновочная схема ТЦП. В работе [20] достаточно подробно рассмотрено применение технологии термоподготовки углей в ТПЦ для некоторых ТЭЦ г. Новосибирска.

Термоподготовка топлива в термоциклонных предтопках позволяет путем предварительной частичной газификации угля получить высокореакционную газовзвесь, легковоспламеняющуюся и эффективно горящую в топке котлоагрегата. Эта технология термоподготовки позволяет обеспечить снижение выбросов оксидов азота на 30 – 50 %; повысить КПД топочной камеры котла на 1 – 3 % при сжигании низкореакционных топлив.

Сущность технологии заключается в установке у топки котлоагрегата одного или нескольких цилиндрических предтопков, через которые пропускается поток низкореакционного топлива в виде угольной пыли.

Этот поток пыли с воздухом при тангенциальном вводе в цилиндр образует устойчивый вихрь, обтекающий по спирали внутреннюю стенку цилиндра. В центральную часть цилиндра аксиально вводится поток инициирующего высокореакционного топлива с воздухом, расход которого достаточен только для сжигания инициирующего топлива. ВыРис. 1.13. Конструктивно-компоновочная схема термоциклонного предтопка (ТЦП) горизонтального (а) и вертикального (б) исполнения 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

делившееся при сгорании инициирующего топлива тепло прогревает угольно-пылевой вихрь до температуры 800–1000 оС, при которой производится частичная газификация топлива.

Продукты газификации и высокореакционные активные частицы твердого топлива, прошедшие термоподготовку, и продукты сгорания инициирующего топлива выводятся из предтопка и поступают в топочную камеру котельного агрегата, где осуществляется их сжигание.

Эта технология может быть реализована в различных вариантах в зависимости от вида основного и инициирующего топлива. Обычно в качестве инициирующего топлива используют природный газ, мазут или высокореакционные угли, например канско-ачинские. Технология термоподготовки в термоциклонных предтопках прошла апробирование на Мироновской ГРЭС на котле ТП-230-3, что показало высокую её эффективность – повышение полноты сгорания низкореакционного угля на 20 %, что сокращает расход мазута наполовину.

На Рязанской ГРЭС (котел П-59) были проведены испытания термоциклонного предтопка с целью оптимизации конструктивных и режимных параметров установки термической подготовки. В качестве основного топлива в предтопке использовался подмосковный бурый уголь, в качестве инициирующего топлива – мазут М 100.

Данная технология испытана на некоторых Новосибирских ТЭЦ.

Была изучена возможность применения этой технологии для котлов ПК-10, ТП-9, ТП-170 и ТП-81, в которых сжигается кузнецкий каменный уголь марок Т и СС и окисленный. Для котлов ПК-10 и ТП-9 из-за отсутствия природного газа в качестве инициирующего топлива предлагается использовать канско-ачинский уголь. Для всех перечисленных котельных агрегатов получены удовлетворительные результаты, свидетельствующие о снижении выбросов оксидов азота и повышении экономичности их эксплуатации.

Основными недостатками технологии с ТЦП являются следующие:

– усложнение системы подготовки топлива к сжиганию;

– необходимость создания двух потоков топлива (рабочего и инициирующего);

– организация дополнительного паровоздушного дутья;

– затраты на термоподготовку с ТЦП сопоставимы с затратами в системе серо и азотоочистки для традиционных энергоблоков, которые, как известно, являются очень дорогостоящими [21].

По нашему мнению, термоподготовка в ТЦП будет экономически оправдана при сжигании малореакционных твёрдых топлив, когда действительно необходимо применение высокореакционного инициирующего топлива, каковым могут прекрасно служить угли КанскоАчинского бассейна.

1.4. Система муфельной растопки УГТУ-УПИ Растопочная пылеугольная горелка [22,23], разработанная на кафедре «Тепловые электрические станци» Уральского государственного технического университета (УГТУ-УПИ) позволяет ускорить начало процесса газификации твердого топлива, а также в связи с этим ускорить процесс растопки, получить устойчивый растопочный факел. Конструкция растопочной горелки довольно проста, надежна и безопасна (рис. 1.14).

Растопочная пылеугольная горелка состоит из следующих элементов: корпуса 1 с огнеупорной излучающей обмуровкой 2 (туннель, муфель, предтопок); соосного обмуровке патрубка подачи пылевоздушной смеси 3 со щелевым устьем 4: двух одинаковых вспомогательных жидкотопливных или газовых горелок 5, размещенных симметрично относительно продольной оси щелевого устья патрубка; подвода части вторичного воздуха 6; подвода основной части вторичного воздуха обмуровки топки.

Растопка осуществляется следующим образом: зажигаются две вспомогательные жидкотопливные или газовые горелки 5. Затем через патрубок 3 подается пылевоздушная смесь (угольная пыль с первичным воздухом), которая, выходя через щелевое устье 4, приобретает форму плоской струи, вытянутой по вертикали. Струя имеет развитую боковую поверхность и в начальный момент (до прогрева обмуровки) воспринимает излучением теплоту вспомогательных мазутных или газовых горелок одновременно с обеих сторон, что позволяет достаточно быстро осуществить предварительный нагрев пылевидного топлива.

Прогретая угольная пыль начинает интенсивно газифицироваться, и газ, получающийся в результате пиролиза, горит, дополнительно нагревая угольную пыль, что способствует дальнейшей газификации. За счет интенсивного нагрева и газификации пылевидное топливо воспламеняется от факелов вспомогательных жидко-топливных или газовых горелок внутри корпуса.

После прогрева обмуровки вспомогательные жидко-топливные или газовые горелки отключаются. Дальнейшая газификация, нагрев и восТехнические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Рис. 1.14. Схема растопочной пылеуголъной горелки ТЭС УГТУ–УПИ:

1 – корпус пылеугольной горелки; 2 – обмуровка муфеля; 3 – патрубки подачи пылевоздушной смеси; 4 – щелевое устье горелки; 5 – вспомогательная горелка; 6, 7 – подвод пламенение пылевидного топлива будут происходить за счет излучения стенок обмуровки, нагрев которых, в свою очередь, будет поддерживаться частичным сжиганием угольной пыли внутри муфеля.

В случае кратковременного погасания основного факела по какой-либо причине, например, кратковременного прекращения подачи угольной пыли, следующее зажигание пылеугольной струи происходит вследствие излучения стенок нагретого муфеля, обладающего значительным запасом тепловой энергии. Такая горелка может быть использована при необходимости и для подсветки основного факела топочной камеры котла.

Рис.1.15. Принципиальная схема экспериментальной установки:

1 – кожух газогенератора; 2, 3 – электрические нагреватели; 4 – подача воздуха на псевдоожижение; 5 – воздухораспределительные колпачки; 6 – газораспределительная решетка;

7 – центральная труба; 8 – слой псевдоожиженных частиц; 9 – реторта; 10 – пылепровод;

11 – воздухонагреватель; 12 – диафрагма; 13 – дифманометр; 14 – инжектор-смесителъ;

15 – бункер топлива; 16 – сопло; 17 – зонт вытяжной вентиляции; 18 – патрубок для подвода воздуха; 19 – ротаметр воздуха для подмешивания; 20 – футеровка Изучение предварительного прогрева пылевоздушного потока и последующей газификации угольной пыли было проведено на экспериментальной установке, схема которой дана на рис.1.15. Работает экспериментальная установка следующим образом: реторта 9 внутренним диаметром 440 мм и высотой 1200 мм разогревается электрическими нагревателями до заданной температуры, которая поддерживается системой автоматики. Пространство между центральной трубой 7 и ретортой заполнено частицами инертного материала.

1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Слой инертного материала ожижается воздухом и передает теплоту от реторты к центральной трубе.

Топливно-угольная смесь с размером частиц 0–500 мкм подается из бункера 15 через дозирующую шайбу в инжектор-смеситель 14. Расход топлива после тарировки составляет 7,14 кг/ч. К инжектору-смесителю воздух подается после воздухоподогревателя 11, погруженного в слой инертного материала. Температура воздуха (200–400 °С) регулируется после воздухоподогревателя подмесом холодного воздуха в поток горячего.

Центральная труба предварительно разогревалась электрическими нагревателями 3 до заданной температуры от 700 до 900 °С, и в ней происходит процесс горения и газификации угольной пыли. Время пребывания частиц в центральной трубе составляет 0,8–1,2 с. Поле температур по высоте центральной трубы и состав газов измерялись во время опытов с помощью термопары и хроматографа.

Для опытов в экспериментальной установке была использована угольная пыль Баганурского месторождения (Монголия) с содержанием летучих на рабочую массу 42 %.

Анализ экспериментальных данных по газификации угольной пыли в экспериментальной установке позволяет сделать авторам разработки следующие выводы:

1. Увеличение температуры стенки экспериментального канала и снижение коэффициента избытка воздуха способствуют увеличению выхода горючих газов СО и метана, следовательно, увеличению теплоты сгорания горючей смеси на выходе из установки. При t ст около 800 оС и а~0,9 максимальный выход оксида углерода (СО) составил 6,1 %, метана – 0,3 %. При этом теплота сгорания газов не превышала 890 кДж/м 3. При t ст около 900 °С и а~0,6 максимальный выход оксида углерода составил – 12,1 %, а метана – 1,5 %. Теплота сгорания газов составила 2073 кДж/м 3.

2. На высоте 1250 – 1450 мм от нижнего среза экспериментального канала наблюдается максимальное значение концентрации СО2 и минимальное кислорода. Следовательно, на этой высоте при имевшей место скорости потока завершается процесс горения и далее начинается зона восстановления СО2 (зона чистой газификации).

3.На выходе из экспериментального канала наблюдалось интенсивное горение газов и коксовых частиц. Это позволяет сделать вывод о том, что при работе пылеугольной горелки с предварительной газификацией угольной пыли можно ожидать теплопроизводительность, достаточную для замены мазутной форсунки на котлах ТЭС.

Рис. 1.16. Концентрация газов по высоте центрального канала экспериментальной установки: tcm=777–795 °C, а=0,9; 1 – СО2, 2 – О2; 3 – СО; 4 – СН Рис. 1.17. Концентрация газов по высоте центрального канала экспериментальной установки: tcm=870–885°C, а=0,6: 1 – СО2, 2 – О2; 3 – СО; 4 – СН 4. Во всех опытах максимальная температура горения пылевоздушной смеси в канале не превышала 1000 °С, что значительно ниже температуры плавления золы, составляющей 1100–1200 °С.

5. Из графиков (рис.1.16–1.18) следует, что для частичной газификации в удовлетворительном объеме достаточно пребывания частиц пыли в муфеле в течение 0,6 с, что при скорости потока 3 м/с соответствует длине муфеля 1800 мм.

1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Рис. 1.18. Поле температур газов по высоте центрального канала экспериментальной установки: 1 – tcm=777–795 °C, а=0,9; 2 – tcm=870–885 °C, а=0, Однако, учитывая, что пыль имеет довольно тонкий помол, что должно резко ускорить процесс газификации. По мнению авторов разработки можно ожидать достаточную глубину газификации и при длине обогреваемой части горелки не более 2 м. Этот основной параметр – длина горелки не более 2 м и был взят за основу при конструировании.

Растопочная горелка (УГТУ–УПИ) прошла испытания и проверена в эксплуатации на ТЭЦ-3 г. Улан-Батора (Монголия). Горелка диаметром 0,8 м и длиной 1 м установлена на котле БКЗ-75. Две форсунки по кг/ч мазута разогревают огнеупорную кладку стенок муфеля горелки до 600 °С за 25 мин. (рис.1.19), после чего идет устойчивое воспламенение пылевоздушной струи от футеровки муфеля без помощи форсунок. До реконструкции растопка велась тремя мазутными форсунками производительностью 0,8 – 2 т/ч в течение 4 ч. В результате реконструкции расход растопочного мазута уменьшился более чем в 100 раз.

Котел БКЗ-75 имеет боковые ремонтные лазы на уровне основной рабочей отметки, в один из которых и была встроена горелка со скользящей опорой на полу. Это позволило не создавать новую амбразуру с разводкой труб, а во время ремонта пользоваться этим же лазом после откатывания горелки в сторону. Угольную пыль для растопки брали от пылепитателя соседнего котла, что позволило обойтись малыми капитальными затратами. В результате срок окупаемости составил 6 месяцев.

Рис. 1. 19. Динамика изменения температуры обмуровки горелки 1, 2 – работает одна вспомогательная мазутная форсунка; 3 – работают две вспомогательные мазутные форсунки Растопочную горелку, разработанную в (УГТУ–УПИ), по нашему мнению можно использовать также для подсветки пылеугольного факела при работе топочных камер котлов при пониженных нагрузках.

1.5. Технология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки и подсветки факела топочных камер котлов, разработанная в ПИ СФУ 1.5.1. Принципиальные схемы термической подготовки углей для организации безмазутной растопки и подсветки факела топочных камер котлов В данном разделе приведены принципиальные схемы по термической подготовке бурых углей и высокореакционных каменных углей для организации безмазутной растопки и подсветки факела топочных камер котлов современных ТЭС, разработанные в лаборатории «ТерТехнические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

мическая подготовка углей» Политехнического института Сибирского федерального университета. Некоторые из них реализованы на котлах, сжигающих угли Канско-Ачинского бассейна и газовые каменные угли Кузбасса.

Пылесистема с последовательно установленными пылеконцентратором и горелкой с пылеконцентратором внутри горелки и эжектором изображена на рисунке 1.20. Пылесистема содержит мельничный вентилятор 1, размольное устройство 2, соединенное газообразной шахтой 3 с топкой 4 и дымососом рециркуляции 5, основной и дополнительный пылеконцентраторы 6 и 7, каждый из которых снабжен сбросной трубой 8 и 9 соответственно, тангенциальными входными патрубками 10 и 11, 12 и тангенциальными патрубками 13, 14 и отвода концентрированной смеси, причем один из входных тангенциальных патрубков 12 дополнительного пылеконцентратора 7 соединен с газоходом 16 с патрубками 14 отвода концентрированной смеси основного пылеконцентратора 6, а другой патрубок 11 подключен к топке 4. Патрубок 15 отвода концентрированной смеси дополнительного пылеконцентратора 7 соединен с основными горелками 17 топки 4, сбросная труба 8 пылеконцентратора 7 подключена к сбросной горелке 18 топки 4 через мельничный вентилятор 1, а тангенциальный входной патрубок 10 основного пылеконцентратора 6 снабжен эжектором 19, подключенным пассивным соплом 20 к сбросной трубе дополнительного пылеконцентратора 7. Активное сопло 21 эжектора 19 подключено к размольному устройству 2.

Пылесистема содержит также течку 22 сырого угля, воздушный эжектор 23 для подачи готовой пыли к основным горелкам 17 топки 4, патрубок 24 ввода газов рециркуляции в сбросную трубу 8 пылеконцентратора 6 для охлаждения крыльчатки мельничного вентилятора и перегородку 25 в напорной улитке последнего для возврата пристеночного пылевого слоя в газозаборную шихта 3. По диаметру корпуса пылеконцентратора 6 с внутренней стороны установлены бронеплиты 26 для торможения топлива. К аксиальному входному патрубку 27 дополнительного пылеконцентратора 7 тангенциально подсоединен патрубок 13 отвода концентрированной мелкодисперсной пыли основного пылеконцентратора 6, а по оси патрубка 27 установлена дополнительная горелка 28 с газоэлектрозапальником 29, установленным тангенциально в патрубке 27 спутно потоку из патрубка 13. Перед основной горелкой топки 4 установлен запальник 30, смещенный вверх относительно пылепровода с муфелем 31.

1.5. Технология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

с последовательно установленными пылеконцентратором и горелкой:

1 – мельничный вентилятор; 2 – размольное устройство; 3 – газозаборная шахта; 4 – топка; 5 – дымосос рециркуляции; 6 – основной пылеконцентратор; 7 – дополнительный пылеконцентратор; 8, 9 – сбросные трубы; 10 – 12 – тангенциальные входные патрубки;

13 – 15 – тангенциальные патрубки для отвода концентрированной смеси; 16 – газоход;

17 – основная горелка; 18 – сбросная горелка; 19 – эжектор; 20 – пассивное сопло; 21, – муфели; 22 – течка; 23 – воздушный эжектор для подачи готовой пыли к основным горелкам; 24 – патрубок для ввода газов рециркуляции; 25 – перегородка; 26 – бронеплиты;

27 – аксиальный входной патрубок дополнительного пылеконцентратора; 28 – горелка;

Корпус пылеконцентратора 7 выполнен из термостойкой стали и может быть футерован изнутри, а внутри входного патрубка 27 пылеконцентратора 7 установлен растопочный муфель.

Пылесистема работает следующим образом: включаются газоэлектрозапальники 29 и 30 и прогреваются муфели 31 и 32 до температуры, при которой возможно возгорание пыли при касании их стенок, сырое 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

топливо по течке 22 подается в размольное устройство 2, работающее на небольшой пусковой мощности, по газозаборной шахте 3 подаются газы, требующиеся для выноса пыли из размольного устройства. Топливо измельчается и в виде аэросмеси подается через эжектор 19 в основной пылеконцентратор 6. Благодаря тангенциальной подаче аэросмесь закручивается и крупная пыль, отжатая к стенкам, из патрубков 13 и 14 поступает в патрубки 27 и 12 дополнительного пылеконцентратора 7, при этом пыль, поступившая в патрубок 27, воспламеняется при контакте с раскаленным муфелем 32 и выгорает с помощью горелки 28, а газы, образующиеся при сгорании, смешиваются с топливом, поступающим из патрубка 12, и осуществляют глубокую термоподготовку, в результате которой происходит облагораживание топлива с переходом его в полукокс и выходом в него летучих. Облагороженное топливо через патрубок 15 и эжектор 23 поступает в раскаленный муфель 31, воспламеняется и через горелку 17 вдувается в топку 4. Горячие топочные газы через сбросную трубу 9 поступают с помощью эжектора 19 через пассивное сопло 20 в основной пылеконцентратор 6 по входному патрубку 10, где осуществляется сушка пыли, поступающей из размольного устройства 2. Отработанный сушильный агент через сбросную трубу 8 и мельничный вентилятор 1 удаляется в сбросные горелки 18 топки 4, при этом пристеночный пылевой слой перегородкой 25 отделяется в мельничном вентиляторе 1 и поступает в газозаборную шахту 3, где пыль выгорает за счет остаточного кислорода, содержащегося в дымовых газах, повышая температуру сушильного агента, поступающего на всос размольного устройства вместе с сырым топливом.

По мере увеличения количества горячих топочных газов от работающей дополнительной горелки 27 и основной горелки 17 увеличивается количество сырого топлива, подаваемого в размольное устройство 2. После выхода на рабочий режим температура сушильного агента, поступающего в размольное устройства 2, регулируется путем присадки газов рециркуляции от дымососа рециркуляции 5, часть газов из которого также присаживается в сбросную трубу 8 пылеконцентратора 6 через патрубок 24 для охлаждения крыльчатки мельничного вентилятора 1. За счет работы эжектора 19 через сбросную трубу 9, подключенную к нему, могут из топки 4 засасываться горячие топочные газы в пылеконцентратор 7 через патрубок 11, обеспечивающий тангенциальную крутку потока в пылеконцентраторе 7 совместно с тангенциальным патрубком 12, что исключает установку завихрителей. За счет терморазмола на бронеплитах 26 пылеконцентратора 6 в пылеконцентратор 7 поступает пыль 1.5. Технология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

ровного гранулометрического состава, причем пристеночный слой пыли выходит из патрубка 14 более крупного состава, чем выходящий из патрубка 13 пылеконцентратора 6, что обусловливает более мелкую пыль из патрубка 13 подавать на сжигание в дополнительную горелку 27.

Принципиальная схема безмазутной растопки с электрозапальным устройством резисторного типа представлена на рисунке 1.21.

Топка содержит призматическую камеру 1 сгорания, внутренний и внешний газоплотные трубные экраны 2 и 3, при этом внутренний экран 2 снабжен верхним и нижним фестонами 4 и 5, холодную воронку 6, центральную и периферийные камеры 7 и 8 сгорания с перепускными окнами 9 и 10, выполненными в фестонах 4 и 5, многоярусные горелочные устройства 11,выходные участки которых окружены циркуляционными трубами 12, перед входным торцом которых размещены сопла 13 для подачи инжектирующего агента, растопочные горелки 14, размещенные на входных участках горелочных устройств 1, и горелочные насадки 15, примыкающие к выходным торцам циркуляционных труб 12.

Внутренний газоплотный трубный экран 2 выполнен в виде четырехгранной призмы, совмещенной своими углами с внешним газоплотным экраном 3 посередине граней его восьмигранной призмы, выполненной в горелочном поясе камеры 1 сгорания, при этом в местах стыка внутреннего и внешнего экранов 2 и 3 в углах центральной камеры сгорания установлены тангенциально сопла 16 третичного дутья.

Центральная камера 7 сгорания является продолжением камеры 1 сгорания и расположена на ее уровне. Входные участки горелочных устройств 11 размещены на гранях внешних экранов 3, а выходные участки горелочных устройств 11 – на гранях внутренних экранов 2.

Циркуляционная труба 12 и горелочный насадок 15 выполнены конусообразными и размещены внутри последнего путем разводки внутренних экранов 2 в сторону входных участков горелочных устройств 11, при этом между входными торцами горелочного насадка 15 и циркуляционной трубы 12 и внешним экраном 3 установлен зазор. Растопочные горелки 14 установлены на байпасных пылепроводах 17, установленных по оси горелочных устройств 11. На входе в горелки 14 размещены завихрители 18, а на выходе охлаждаемые хомуты 19, установленные в плотном контакте с пылепроводами 17, подключенные к источнику низкого напряжения, например вторичной обмотке сварочного трансформатора, при этом участок пылепровода 17 между хомутами 19 выполнены из термостойкого токопроводящего материала, например нихрома.

1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Рис. 1.21. Принципиальная схема безмазутной растопки с электрозапальным устройством резисторного типа:

1 – топочная камера; 2, 3 – экраны; 4, 5 – верхний и нижний фестоны; 6 – холодная воронка; 7, 8 – камеры сгорания; 9, 10, 22 – перепускные окна; 11 – горелочное устройство;

12 – циркуляционные трубы; 13 – вторичный воздух; 14 – растопочные горелки; 15 – насадок; 16 – сопла третичного дутья; 17, 20 – пылепроводы; 18 – завихритель; 19 – хомут;

21 – шибер; 22 – перепускные окна; 23 – запальное уст-ройство; 24 – фланцы; 25 – прокладки; 26 – шибер 1.5. Технология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

Рис. 1.21, а. Принципиальная схема безмазутной растопки с электрозапальным устройством резисторного типа. Продольный разрез топки Сопла 13 для подачи инжектирующего света подключены к воздушному коробу, диаметр их меньше диаметра циркуляционных труб 12.

Основной пылепровод 20 подсоединен к каждому горелочному устройству на входе, при этом байпасный пылепровод 17 заведен на выходе внутрь основного пылепровода 20 с образованием зазора.

Горелочные устройства 11 установлены пропорционально к условной окружности, размещенной в центральной камере 7 сгорания, и между ними установлены вертикальные экраны 21, перпендикулярные внутренним и внешним экранам 2 и 3. Охлаждение хомутов 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Рис. 1.21, б. Принципиальная схема безмазутной растопки с электрозапальным устройством резисторного типа. Разрез А-А может быть воздушным путем пропускания воздуха через внутренние полости. Между циркуляционными трубами 12 и горелочным насадкам 15 на внутреннем экране 2 выполнены перепускные окна 22 за счет фестонирования труб экрана 2. Запальное устройство 23 между хомутами 19 выполнено на фланцах 24 с асбестовыми прокладками 25, скрепленными болтами, изолированными от фланцев. Для обеспечения регулирования скорости потока в байпасном пылепроводе 17 на входе в него установлен шибер 26. Запальное устройство 23 может быть легко заменено путем установки нового во фланцы 24. РасТехнология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

стояние между экранами 2 и 3 должно обеспечить возможность для ремонта и обдувки экранов.

Топка работает следующим образом: включается резисторное запальное устройство и прогревается байпасный пылепровод 17 между хомутами 19 до 700 oC. Затем подается аэросмесь. Шибером 26 регулируется преимущественная ее подача в пылепровод 17. Проходя через завихритель 18, аэросмесь закручивается и пылевой поток, отжимается к стенкам пылепровода и воспламеняется. В месте соединения с основным пылепроводом 20 происходит воспламенение всей аэросмеси, поступающей в горелочное устройство 11. Горящая аэросмесь, проходя внутри конусов и 15 циркуляционной трубы и горелочного насадка, засасывает горячие топочные газы через окна 9, 10 и 22 к корню факела, что исключает отрыв факела и обеспечивает смешение горящей угольной пыли с высокотемпературными газами. Догорание пыли происходит в струях третичного дутья, подаваемого из сопел 16. В результате постоянной циркуляции угольной пыли между камерами сгорания 7 и 8 через перепускные окна 9, 10 и 22 происходит полное её выгорание в топке. При этом, чем больше горелок установлено на гранях экрана 3, тем интенсивнее рециркуляция, так как просасывание горячих газов с пылью происходит за счет эжекции при работе горелочных устройств 11. После растопки котла запальное устройство 23 отключается и воспламенение пыли происходит от тепла раскаленных стенок пылепровода 17. При необходимости через байпасный пылепровод 17 может подаваться центральный воздух, при этом шибером вход пыли в него перекрывается.

Таким образом, в предлагаемой топке организуется постоянная рециркуляция горящей пыли между камерами сгорания 7 и 8 через окна 9, 10 и 22 и амбразуры горелочных устройств 11, что обеспечивает полное выгорание пыли в горелочном поясе топки. Этому способствует наличие сопел 16 третичного дутья. Дополнительный наружный экран 3, установленный по периметру топки, отнимает тепло от газов, что исключает подачу газов рециркуляции внутрь топки. Это экономит работу дымососов. Рециркуляция газов в горелочном поясе усредняет температуры по сечению топки и увеличивает теплосъем с экранов, так как к экранам подходят все новые горячие газы, затягиваемые в перепускные окна. Улучшается воспламенение топлива и стабилизируется его горение. Предлагаемое резисторное запальное устройство является наиболее простым из существующих конструкций и безопасным. В отличие от высоковольтных запальников, требующих тщательной изоляции от корпуса, предлагаемое устройство работает даже без всякой изоляции.

1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Рис. 1.22. Безмазутное растопочное устройство с пылеконцентратором:

1 – пылеконцентратор; 2 – аксиальный входной патрубок; 3 – тангенциальный входной патрубок; 4 – сбросная труба; 5– патрубок для отвода концентрированной смеси;

6 и 7 – лопаточные завихрители; 8 – полая вставка; 9, 10 – лопатки; 11 – мазутная форсунка; 12, 17 – воздушные сопла; 13 – пластины; 14 – щели; 15 – горелки; 16 – топка 1.5. Технология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

Рис. 1.22, а. Безмазутное растопочное устройство с пылеконцентратором.

Пылесистема, содержащая безмазутное растопочное устройство с пылеконцентратором представлена на рисунке 1.22.

Пылесистема содержит узел термоподготовки в виде пылеконцентратора 1, имеющего аксиальный и тангенциальной входные патрубки 2 и 3, сбросную трубу 4 и патрубок 5 отвода концентрированной смеси, лопаточные завихрители 6 и 7, установленные на торцах перепускной трубы 8 в виде полой вставки, с лопатками 9 и 10, наклоненными в противоположные стороны, при этом кромки лопаток завихрителей, обращенные друг к другу, направлены по ходу потока, а тангенциальный входной патрубок 3 установлен между ними и соединен с источником концентрированной аэросмеси. Растопочная мазутная форсунка размещена в аксиальном входном патрубке 2 внутри воздушного сопла 12. Перепускная труба 8 в виде полой вставки выполнена из плоских пластин 13, установленных под углом и спутно потоку с образованием между пластинами продольных щелей 14. Патрубок 5 отвода концентрированной смеси соединен с горелкой 15 топки 16 с воздушными соплами 17. Все узлы пылеконцентратора выполнены из термостойкой стали.

Пылесистема работает следующим образом: включается растопочная мазутная форсунка 11 и прогревается перепускная труба 8 до красТехнические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

ного каления. Затем в растопочном режиме подается концентрированная аэросмесь под напором в тангенциальный патрубок 3. В результате крутки в корпусе пылеконцентратора 1 пыль расслаивается, горючие газы и мелочь через щели 14 поступают под факел мазутной форсунки 11 и сгорают, а крупная пыль измельчается, коксуется и выходит через межлопаточное пространство завихрителей 6 и 7 и поступает в горелку 15 топки 16 через патрубок 5 отвода концентрированной смеси в виде полукокса, где сгорает в струях воздушных сопел 17 топки 16. Пластины 13 препятствуют выносу пыли вовнутрь трубы 8, так как крупным частицам требуется разворот на 180o, чтобы попасть внутрь, что невозможно.

Поэтому пыль вращается в корпусе пылеконцентратора до тех пор, пока не станет пористой, легкой и дробленой, тогда она выносится через завихритель 10 в патрубок концентрированной смеси 5 и далее поступает в топку. Этому способствует то, что газы, выделяющиеся из пыли, постоянно просачиваются через продольные щели 14 и выгорают. После стабилизации горения и выхода на полную производительность мазутная форсунка отключается и подогрев пластин 13 осуществляется за счет сгорания внутри вставки 8 горючих газов и мелкой пыли, проскакивающей через завихритель 9 и щели 14. Как показали опытные данные, для термоподготовки пыли перед сжиганием требуется ее нахождение в зоне высоких температур около 1 секунды. Данное устройство может более длительно держать пыль в корпусе пылеконцентратора за счет уменьшения просвета между лопатками завихрителей и между плоскими пластинами 13. Важно также то, что с уходом газовой фазы из зоны термоподготовки можно увеличить количество пыли в ней, т.е. при наличии щелей 14 в пластинах 13 растет производительность пылесистемы.

На рисунке 1.23 представлена пылесистема, содержащая горелочное устройство в топке котла с пылеконцентратором внутри горелки.

Пылесистема содержит размольное устройство 1, соединенное на входе газозаборной шахтой 2 с топкой 3 котла и бункером сырого угля 4 через питатель 5, а на выходе – с пылеконцентратором 6, патрубок отвода концентрированной смеси которого через перепускную трубу подсоединен к полой лопатке 9 завихрителя 10, заведенной через корпус пылеконцентратора 6 внутрь полой вставки 11 завихрителя 10, при этом две других полых лопатки 12 и 13 подсоединены соответственно к линии 14 горячего воздуха и магистрали 15 дополнительного топлива (жидкого или газообразного). Полая вставка 11 завихрителя 10 имеет обтекатель 16, а сбросная труба 17 пылеконцентратора 6 подключена к горелке топки 3. Горелка 18 имеет сопла 19 вторичного воздуха, а между разТехнология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

Рис. 1.23. Горелочное устройство в топке котла с пылеконцентратором внутри горелки:

1 – размольное устройство; 2 – газозаборная шахта; 3 – топка; 4 – бункер сырого угля; – питатель; 6 – пылеконцентратор; 7 – патрубок для отвода концентрированной смеси; 8 – перепускная труба; 9, 12, 13 – поворотные лопатки; 10 – завихритель; 11 – полная вставка;

14 – линия горячего воздуха; 15 – магистраль дополнительного воздуха; 16 – обтекатель;

17 – сбросная труба пылеконцентратора; 18 – горелка; 19 – сопло вторичного воздуха 20 – пыледелитель; 21 – электрозапальник; 22 – обтекатели лопаток мольным устройством 1 и пылеконцентратором 6 может быть установлена гребенка пыледелителя 20 для разводки аэросмеси по ярусам горелок топки 3. Полая вставка 11 выполнена из жаропрочной стали, а через полую лопатку 13 внутрь полой вставки 11 заведен электрозапальник 21.

Диаметр полой вставки 11 меньше диаметра сбросной трубы 17. Пылеконцентратор 6 установлен соосно горелке 18; 22 – обтекатели лопаток.

Пылесистема работает следующим образом: включается подача воздуха по линии 14 через полую лопатку 12 в полую вставку 11 пылеконцентратора 6, включается подача дополнительного топлива по магистрали 15 через полую лопатку 13 в полую вставку 11 и включается электрозапальник 21, поджигающий дополнительное топливо в полой 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

с пылеконцентратором внутри горелки. Разрез А-А с пылеконцентратором внутри горелки. Разрез Б-Б 1.5. Технология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

вставке 11. После загорания дополнительного топлива (жидкого или газообразного) полая вставка 11 прогревается и включается размольное устройство 1 на небольшую пусковую мощность с включением питателя 5 сырого угля, поступающего из бункера 4.

Топливо измельчается в размольном устройстве 1 и поступает через пыледелитель 20 в пылеконцентратор 6, где под действием завихрителя 10 аэросмесь расслаивается и обогащенный пылью поток через патрубок 7 отвода концентрированной смеси и перепускную трубу поступает в полую лопатку 9 завихрителя 10 и далее в полую вставку 11, где воспламеняется от факела дополнительного топлива и воспламеняет всю аэросмесь по выходе из полой вставки 11, которая поступает через сбросную трубу 17 пылеконцентратора 6 на горелку 18 топки 3, где под струями вторичного воздуха, выходящего из сопел 19, догорает.

При выходе на рабочий режим магистраль 15 дополнительного топлива перекрывается и горение в полой вставке 11 осуществляется за счет раскаленной поверхности полой вставки 11. При обрыве факела в горелке при меняющихся нагрузках он снова зажигается от факела, выходящего из полой вставки 11, что стабилизирует воспламенение и горение. Кроме того, за счет тепла, выделяющегося из полой вставки 11, происходит дополнительная сушка топлива, поступающего через патрубок 7 отвода концентрированной смеси в полую вставку 11, а также поступающего на горелку 18. Предварительная термоподготовка топлива помогает его быстрому воспламенению как в полой вставке 11, так и в горелке 18. Обтекатель 16 способствует воспламенению топлива в полой вставке 11, так как горение топлива происходит в аэродинамической тени и исключает обрыв первичного факела во вставке 11. От факела полой вставки 11 прогревается также и сбросная труба 17, что способствует термоподготовке топлива, проходящего сквозь трубу 17. При выходе на рабочий режим дымовые газы в размольное устройство поступают по газозаборной шахте 2 из топки 3.

На рисунке 1.24 изображена топка с дополнительной растопочной горелкой. Топка содержит призматическую камеру 1 сгорания, внутренний и внешний газоплотные экраны 2 и 3. При этом внутренний экран снабжен верхним и нижними перепускными окнами 4 и 5. Топка имеет холодную воронку 6, центральную и периферийные камеры 7 и сгорания, верхние и нижние горелочные устройства 9 и 10. Выходные участки горелочных устройств 9 окружены циркуляционными трубами 11, перед входными торцами которых размещены сопла 12 и 13 подачи инжектирующего агента и угольной пыли. Циркуляционные трубы 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

Рис. 1.24, а. Горелочное устройство в предтопке с дополнительной растопочной горелкой:

1 – камера сгорания; 2, 3 – экраны; 4, 5 – перепускные окна; 6 – холодная во-ронка; 7, 8 – центральная и периферийная камеры горения; 9, 10 – верхние и нижние горелочные устройства; 11 – циркуляционные трубы; 12, 13, 15–19 – сопла; 14 – косой плоский срез; – рассекатель; 21 – крестовина; 22 – кольцевая обойма; 23, 24 – выступы; 25 – завихритель;

1.5. Технология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

с дополнительной растопочной горелкой. Разрез А-А 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

с дополнительной растопочной горелкой. Разрез Б-Б верхних горелочных устройств 9 установлены между внутренним и внешним газоплотными трубными экранами 2 и 3, направлены вдоль экранов и выполнены с косым плоским срезом 14, обращенным в сторону, противоположную перепускным окнам 4, а воздушные сопла 15 и 16, установленные на внешних экранах 3 периферийными камерами 8, направлены вдоль внутренних экранов 2 и размещены на уровне горелочных устройств 9 и 10 в верхней и нижней частях центральной камеры 7 сгорания. Сопла 17 подачи легковоспламеняющегося топлива (мелкодисперсная пыль, мазут, дизтопливо или газ) горелочных устройств размещены на внешних газоплотных трубных экранах 3 внутри сопл подачи инжектирующего агента и направлены внутрь периферийных камер 8 сгорания, так же как и сопла 19 подачи легковоспламеняющегося топлива, расположенные на уровне циркуляционной трубы 11 верхнего горелочного устройства 9, направленные под углом к ее оси в центр косого плоского среза 14. Внутри циркуляционной трубы установлен рассекатель 20 в форме обтекаемого шарообразного тела.

Рассекатель 20 может быть закреплен в выходном торце циркуляционной трубы по разному, например, в крестовине 21 в кольцевой обойТехнология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

ме 22. Сопло 19 размещено внутри сопла 23 подачи инжектирующего агента, подсоединенного так же, как и сопла 12 и 18 к линии подачи воздуха. Зажигательный пояс верхней части периферийных камер 8 сгорания торкретирован, а нижняя часть частично перекрыта выступами внешних газоплотных экранов 3 до размеров факела нижнего горелочного устройства 10 для сжигания механического недожога. Сопло 19 подачи легковоспламеняющегося топлива может быть направлено под тупым углом к оси циркуляционной трубы 11, закрепленной на выходном торце сопла 12 подачи инжектирующего агента с помощью лопаточного завихрителя 25.

Крестовина 21 может быть выполнена для исключения термической деформации в виде угловых ребер жесткости усеченной четырехгранной пирамиды, на вершине которой в конусном ложе 26 обоймы 22 свободно лежит шарообразный рассекатель 20, а кольцевая обойма 22 находится в аэродинамической тени и по диаметру меньше рассекателя 20. Угловые ребра 27 крестовины 21 выполнены из плоских клиновидных пластин, расширяющихся книзу, установленных под углом друг к другу, пристыкованных к крестовине 21 спутно потоку, создаваемому завихрителем 25. Торцы сопел 19 и 23 растопочного горелочного устройства 28 расположены заподлицо с внешним экраном 3, так же как и торцы сопел и 18 горелочного устройства 10. Все горелочное устройство 9 выполнено из термостойкого материала.

Топка работает следующим образом: включается растопочное горелочное устройство 28 и прогревается через косой плоский срез 14 циркуляционная труба 11 и шарообразный рассекатель 20 до температуры самовоспламенения угольной пыли. С помощью горелочного устройства 10 прогревается также нижняя часть периферийной камеры сгорания 8.

Включается в растопочном режиме горелочное устройство 9 с подачей основного топлива через сопло 13 и холодного воздуха для создания воздушной рубашки через сопло 12, так как температура в топке составляет около 1000 oС. Через завихритель 25 внутрь циркуляционной трубы в закрученном потоке инжектируются горячие топочные газы, которые закручивают угольную пыль, выходящую из торца сопла 13. Смешанная с воздухом пыль благодаря крутке расслаивается. Крупная часть отжимается к раскаленным внутренним стенкам циркуляционной трубы 11, а мелкая попадает на шарообразный рассекатель 20, где вспыхивает от контакта с ним и отбрасывается от рассекателя 20 и на внутренних стенках циркуляционной трубы 11 воспламеняет крупную пыль, прогретую от этих стенок. Вращающийся поток пыли попадает на ребра крестоТехнические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

вины 21, которыми также отбрасывается на внутренние стенки циркуляционной трубы, если эти ребра 27 установлены под тупым углом на крестовине 21, при этом клиновидное расширение их в нижней части способствует этому. В расширяющемся факеле горящее топливо поступает на выступы 24 нижней части камеры 8 сгорания, с которых скатывается под струи горелочного устройства 10 и выбрасывается через нижнее перепускное окно 5 в центральную камеру 7 сгорания, где догорает в струях третичного и четвертичного воздуха, подаваемого из сопел и 15 в восходящем потоке. После выхода на рабочий режим горелочное устройство 28 отключается, а в горелочном устройстве 10 отключается сопло 17 подачи легковоспламеняющегося топлива. Таким образом, пыль проходит топку дважды – сверху вниз и снизу вверх, что исключает затягивание горящего факела в конвективный газоход и уменьшает примерно вдвое шлакование конвективных поверхностей. Полукокс, поступающий в центральную камеру 7 сгорания, полученный благодаря термоподготовке угольной пыли в камере 8, имеет калорийность вдвое по сравнению с исходным углем.

При этом при ухудшении качества исходного угля калорийность полукокса почти не меняется, так как коксовая основа исходного угля имеет практически неизменное значение, что обеспечивает постоянную паропроизводительность котла и стабильный режим его работы. Рассредоточенная подача воздуха на четыре стадии растягивает процесс горения, что снижает температуру горения, усредняет температуры по сечению топки и снижает образование оксидов азота вдвое, так как азот топлива выходит из топлива еще в периферийных камерах 8. В зависимости от диаметра циркуляционной трубы 11 можно изменять скорость горения частиц угля в камере 8 и время их пребывания в ней, что позволяет сжигать сильнозабалластированные угли без потери производительности котла.

Как показали предварительные испытания на полупромышленном стенде, высота камеры 8 достаточна для выхода азота топлива из угля, если она составляет не менее 10 м. Для создания примерно равносторонней восьмигранной призмы ширина внутренних экранов 2 должна составлять, например для котла Е-500, около 5 м.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет решить поставленную задачу: повысить эффективность термоподготовки за счет сокращения времени воспламенения топлива, чему способствует предварительный прогрев циркуляционной трубы 11 дополнительным растопочным устройством 28 и установка внутри циркуляционной труТехнология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

Рис. 1.25. Растопочное горизонтальное горелочное устройство с пылеконцентратором:

1 – пылеконцентратор; 2 – патрубок, 3 – завихритель; 4 – лопатки; 5 – осевой канал;

6, 10 – окна; 7 – полости лопаток; 8 – обечайка; 9 – короб; 11 – рассекатель; 12 – труба; 1З – входной патрубок; 14 – кольцевой канал; 15 – межлопаточное пространство;

16 – крышка; 7 – размольное устройство; 18 – топка; 19 – газозаборная шахта; 20 – течка;

21–основная горелка; 22 – сбросная горелка; 23 – патрубок; 24 – сопла; 25 – запальное устройство; 26 – электрозапальник; 27 – сбросная труба бы 11 рассекателя 20, отбрасывающего струю топлива на раскаленные стенки циркуляционной трубы, а также завихрителя 25 на входе в циркуляционную трубу, сепарирующего крупную пыль на раскаленные стенки трубы 11. Косой срез 14 на трубе 11 позволяет прогреть внутренность трубы с рассекателем 20.

Схема растопочного горелочного устройства с пылеконцентратором представлена на рисунке 1.25.

Пылесистема содержит пылеконцентратор 1, включающий патрубок 2 для отвода концентрированной смеси, завихритель 3 с полыми 1. Технические предложения и разработки по безмазутной растопке и подсветке факела...

лопатками 4, осевым каналом 5 для отвода слабозапыленного агента, соединенным при помощи окон 6 с полостями 7 лопаток 4 завихрителя 3, и установленную внутри корпуса пылеконцентратора 1 коническую обечайку 8, образующую со стенкой корпуса пылеконцентратора короб для отвода слабозапыленного агента, подсоединенный при помощи окон 10 в обечайке 8 к полостям 7. Лопатки 4 имеют обтекаемую форму, а канал 5 завихрителя 3 с торца заглушен и выполнен в виде рассекателя конусообразной формы и прикреплен к основанию широким каналом к осевому каналу 5, меньшим основанием к трубе 12 дополнительной газовой среды, заведенной в патрубок 2 отвода концентрированной смеси через осевой канал 5 отвода слабозапыленного агента, сообщающийся через окна 6, выполненные в рассекателе 11 с полостями 7 лопаток 4 завихрителя 3. Пылеконцентратор имеет также тангенциальный входной патрубок 13. Между осевым каналом 5 и корпусом пылеконцентратора 1 образуется кольцевой канал 14, сообщающийся через межлопаточной пространство 15 с патрубком 2 отвода концентрированной смеси. Коническая обечайка 8 прикреплена широким основанием к корпусу, а меньшим основанием – к патрубку 2 отвода концентрированной смеси, между которым расположен короб 9, отделенный от межлопаточного пространства 15 обечайкой 8. С другой стороны межлопаточной пространство отделено от осевого канала 5 рассекателя 11. Полые лопатки 4 установленны под углом к оси корпуса пылеконцентратора 1, ортогонально рассекателю 11 и обечайке 8. Боковой торец корпуса заглушен крышкой 16.

Пылесистема содержит размольное устройство 17, соединенное с пылеконцентратором 1 с патрубком 13, с топкой 18 – газозаборной шахтой 19 с течкой сырого угля 20. Патрубок 2 отвода концентрированной смеси пылеконцентратора 1 подсоединен к основной горелке 21, установленной соосно пылеконцентратору 1, а короб 9 – к сбросной горелке 22, установленной соосно основной горелке 21, причем основная горелка расположена внутри сбросной горелки 22. Стенки патрубка 2 концентрированной смеси пылеконцентратора 1 выполнены двойными, с открытым торцу в сторону горелок входному торцу патрубка 2 подсоединен патрубок 23 для подачи воздуха, проходящий через короб 9. Сопла третичного воздуха установлены над сбросной горелкой 22. Внутрь трубы 12 для дополнительной газовой среды заведено со стороны крышки 16 запальное устройство 25, подключенное к дополнительному топливу (жидкому или газообразному) с электрозапальником 26. Выходной торец запального устройства 25 расположен на уровне меньшего основания рассекателя 11, а труба 12 подсоединена к линии горячего воздуха. ПыТехнология термической подготовки углей для организации безмазутной растопки...

леконцентратор 1 может иметь также дополнительную сбросную трубу 27, установленную в крышке 16 соосно трубе 12, подключенную на всас размольного устройства 17 для рециркуляции части сушильного агента.

Диаметр дополнительной сбросной трубы 27 меньше диаметра осевого канала 5 для отвода слабозапыленного агента.

Пылесистема работает следующим образом: включается запальное устройство 25 с помощью электрозапальника 26, работающее на жидком или газообразном дополнительном топливе. После прогрева патрубка отвода концентрированной смеси пылеконцентратора 1 на небольшую мощность включается размольное устройство 17, в которое через дополнительную сбросную трубу 27 всасываются горячие газы от работающего растопочного устройства 25 через межлопаточное пространство и кольцевой канал 14. В трубу 12 для работы растопочного устройства 25 подается воздух, после прогрева размольного устройства 17 по течке 20 подается на всас сырой уголь, который измельчается в размольном устройстве 17 и через входной патрубок 13 поступает в пылеконцентратор 1, в котором за счет тангенциального подвода приобретает вращательное движение с отжатием крупной пыли к стенкам корпуса.