4.2.3.Надежность и маневренность

Интенсивность шлакования при ВИР-технологии, по данным УралВТИ, ниже, чем при традиционном сжигании примерно вдвое, отложения более рыхлые, непрочные, зола уноса менее шлакующая. Причем уменьшение шлакования, загрязнения расположенных вне зоны активного горения поверхностей нагрева не может быть в определенной мере связано с изменением фракционного состава летучей золы и содержанием в ней недожога.

Это можно объяснить благоприятным сочетанием двух факторов: наличием вихревой зоны с восстановительной средой и меньшей оплавленностью золовых частиц. При сжигании угля по ВИР-технологии зола имеет более «рыхлую» структуру. По данным ВТИ при ВИР-технологии удельная поверхность частиц золы S_уд равна 244–3460 см²/г, а для золы нереконструированного котла составляет 1700–2200 см²/г. В золе при факельном сжигании преобладают плотные стекловидные частицы. В золе котла, реконструированного по ВИР-технологи, преобладают золовые частицы с большим количеством пор, которые не прошли стадию плавления. Это приводит к более высокой степени связывания серы. Вследствие большей сульфатизации летучей золы отложения имеют меньшую склонность к упрочнению за счет их дальнейшей сульфатизации. Также отмечено существенное обогащение уноса кальцием и уменьшение содержания железа в летучей золе по сравнению с исходной золой и шлаком. Дополнительно определено, что перераспределение CaO/SiO₂ выражено сильнее, чем на котле в проектном исполнении, что эквивалентно повышению расчетной температуры начала шлакования примерно на 15–25 ^oС.

Кроме всего вышеперечисленного, изменение температурных полей в топке при переходе на ВИР-технологию сжигания топлива повышает маневренность котла. Подробные исследования работы экранных поверхностей нагрева, выполненные на котлах ОР-215 ТЭЦ «АЗ Пулавы» (Польша) до и после их модернизации, показали не только рост на 10 % максимально допустимой нагрузки котла по условиям работы металла экранных труб, но и снижение безопасной минимальной нагрузки. Измерения циркуляции (скорости течения) в испарительных поверхностях нагрева показали возможность нормальной их работы при нагрузке котла до 50 % номинальной (при 65 % до модернизации). При этом необходимо учитывать, что форсирование нагрузки не сопровождается интенсификацией шлакования по указанным выше причинам. При снижении нагрузки наличие горящей массы топлива в вихревой зоне и эжекция струи нижнего дутья под горелки стабилизирует воспламенение топлива.

На указанную технологию получены патенты России (№ 2067724, 2154234), США (№ 5769008, 6234093), Польши (№ 180167) и Европатент (№ 0747629).

4.2.4. Результаты испытаний модернизированного котла пк-38 (ст. № 3а) Назаровской грэс

Котел ПК-38 (ст. № 3А) Назаровской ГРЭС был модернизирован по проекту ООО «Политехэнерго» на низкоэмссионное вихревое сжигание угля в октябре-ноябре 2003 г. и пущен после модернизации 30 ноября 2003 г. Пуско-наладочные и оптимизационные испытания проводились в декабре 2003 г. Испытания при длительной работе на номинальной нагрузке (270 т/ч) выполнялись в феврале 2004 г. /2/.

Во время испытаний в топке котла сжигался бурый уголь Назаровского месторождения со следующими средними теплотехническими характеристиками: Q_н^р = 3261 ккал/кг, W^р= 39,1 %, А^р = 6,3 %. При сжигании указанного выше топлива и работе трех пылесистем при надежной работе мельниц (температура аэросмеси t_ас70 ^oС) максимальная нагрузка составила 280 т/час.

При одновременной работе двух пылесистем величина максимальной нагрузки составила 240 т/час, а минимальная опробованная – 165 т/час без подсветки мазутом на одном дымососе. При этом отмечено устойчивое воспламенение топлива, пульсации разряжения в топке не увеличились и не превышали ±1,5 мм вод. ст. Стабильное воспламенение обеспечивается потоком горячих топочных газов, поступающих к корню факела основных горелок вдоль тыльного ската холодной воронки и высокой концентрацией горящего топлива в вихревой зоне. Возможно дальнейшее снижение нагрузки, однако ее величина может быть ограничена температурой пара промперегрева. Переключение мельниц даже в двухмельничном режиме не требует подсветки мазутом.

Максимальная температуры в топке на номинальной нагрузке находится в районе 1350 ^oС и даже несколько увеличивается при снижении нагрузки до 250 т/ч, что связано с утонением помола. Максимум температуры располагается в районе отметки 12 м в центре топки. Положение максимума определяется зоной воспламенения основной массы топлива и при снижении нагрузки из-за уменьшения скорости горелочной струи и утонения помола смещается к фронту котла. По стороне топки, в которую работают две мельницы, температура выше. Распределение температуры по сечению топки определяется аэродинамической картиной движения газов. Горелочные струи аэросмеси, особенно нижняя, активно взаимодействуют со струей нижнего дутья, выходящей из дефлектора, обеспечивая в нижней части топки развитое вихревое движение с опускной зоной вдоль тыльной стены и ската холодной воронки и подъемной – по фронтовому скату.

Представленный характер температур и аэродинамика топочной камеры определили характер ее загрязнений. Шлаковые отложения в виде шубы толщиной до 100 мм образуются на тыльной стене и примыкающих к ней участках боковых стен от отметки 15 м вверх, включая нижнюю часть аэродинамического выступа, шлак рыхлый, сухой и периодически сходит при обмывках, изменении режима, в целом сохраняя картину загрязнения стабильной.

Фронтовой экран и фронтовые части боковых стен топки практически чистые, за исключением зоны между горелок, где происходит шлакование амбразур, особенно вокруг неработающих горелок. При переключении мельниц этот шлак сходит. Необходимо отметить, что низкая эффективность обдувки как тыльного, так и фронтового экранов приводит к тому, что шлак сходит не при каждой обдувке.

Ширмы острого пара имеют стабильные гребневидные фронтальные отложения длиной до 300 мм и практически не требуют паровой обдувки. Ширмы пара промперегрева чистые, заноса конвективных поверхностей, включая КПП, не наблюдается. Об отсутствии прогрессирующего шлакования топки и ширм и заноса конвективных поверхностей свидетельствуют стабильные значения температур дымовых газов (см. рис.4.7.). Это подтверждалось также визуальными осмотрами и постоянными значениями разрежения перед дымососами.

Тепловой баланс котельного агрегата определялся в соответствии с разработанными методиками. Потери тепла с уходящими газами (q₂) рассчитывались по методике проф. М.Б. Равича. Температура уходящих газов принималась средней по показаниям щитового прибора, состав газов (содержание О₂) измерялся газоанализатором Testo-342.

Температуры газов по конвективной шахте снижаются при уменьшении нагрузки, в то же время содержание О₂ в уходящих газах возрастает.

В исследованном диапазоне нагрузок D_пп=160–280 т/час величина q₂ находилась в пределах 6–7,5 %. Распределение воздуха между горелками и нижним дутьем и система его регулирования позволяет поддерживать оптимальную концентрацию кислорода (О₂˝_КПП = 3–5,5 %) во всем диапазоне нагрузок. Указанный диапазон изменения О₂ позволяет кроме того получить оптимальные величины потерь теплоты от химического и механического недожогов при хороших экологических показателях.

Величина потерь с химическим недожогом (q₃) практически равна нулю, так как концентрация СО в дымовых газах не превышала 100 мг/м³ (приведенная к О₂ = 6 %). Содержание горючих в золе уноса при оптимальном распределении воздуха и изменялось в пределах 1,5–2,8 % и зависело от тонины помола и избытка воздуха. Содержание горючих в шлаке изменялось в пределах 0–1,5 %. Провал, определяемый просыпанием части топлива в щели между листами дефлектора имеет содержание горючих на уровне 15–30 %, однако, доля такого провала, по нашему опыту, очень мала, основной провал определяется отходящим шлаком. Таким образом, потери тепла с механической неполнотой сгорания во всех опытах не превышают 0,5 %

Потери тепла в окружающую среду от охлаждения (q₅) и с физическим теплом шлака (q₆) определялись расчетным путем при q₅^ном= 0,5 % и температуре шлака 600 ^оС.

Коэффициент полезного действия «брутто» в исследованном диапазоне нагрузок находится в пределах 91–92,5 % .

Применение ВИР-технологии позволяет снижать избыток воздуха в горелках, направляя часть вторичного воздуха в низ топки. Это приводит к уменьшению образования топливных оксидов азота. Снижение максимальной температуры газов в топочной камере до величины 1300–1400 ^оС практически исключает образование термических оксидов азота. Кроме того, в нижней части топки образуется область с полувосстановительным горением, в которой часть ранее образовавшихся оксидов азота восстанавливается до атмосферного N₂.

Указанные особенности сжигания углей с использованием низкоэмиссионного вихревого процесса позволили снизить концентрацию NO_x в дымовых газах. На нагрузке близкой к номинальной С_NOx= 380–400 мг/нм³ (О₂ = 6 %), в то время как до модернизации концентрация NO_x находилась на уровне 600 мг/нм³. Указанное снижение выбросов оксидов азота достигнуто без увеличения содержания СО в дымовых газах, которое в режимах, на основании которых разработана режимная карта не превышало 50 мг/нм³ (О₂ = 6 %).

При переходе на двухмельничные режимы работы котла концентрация оксидов азота снижается до величин 310–350 мг/нм³, что связано с дальнейшим снижением коэффициента избытка воздуха в горелках за счет подачи большего количества воздуха в неработающие при сохранении общего избытка воздуха, достаточного для полного сгорания топлива (рис. 4.7).

Рис .4.7. Зависимость концентрации оксидов азота от нагрузки котла