Каминский В.П., Чуевский С.В.- Влияние работы пылесистем на экономичность котлов блоков 300 МВт при работе на АШ

Одним из резервов повышения экономичности работы энергоблоков 300 МВт при сжигании АШ является организация и поддержание оптимальных режимов работы пылесистем. При эксплуатации часто принимают в расчет только тонину помола и влажность готовой пыли. Однако анализ работы пылесистем вместе с котлом показал, что большое значение в работе узла топка — пылесистема имеют такие факторы, как температурный режим бункера пыли, рациональность схемы воздуховодов котла, количество работающих пылесистем на котел и распределение воздуха по горелкам котла при различных сочетаниях работающих пылесистем, шаровая загрузка мельниц, величина рециркуляции мельничного агента, качество пыли и др.

Как видно из рис. 1, значительное увеличение недожога топлива на котлах блоков 300 МВт Новочеркасской ГРЭС наблюдается при тонине помола пыли АШ свыше 6,5%. Так, для котлов ТПП-110 (станционный № 2) и ТПП-210 (станционные № 4А и 4В) этот прирост составляет 1,5— 1,6% С_ун на 1% R₉₀ угрубления помола, а для котла ТПП-210А (станционный № 6)—около 1,25%. Меньший уровень содержания горючих в уносе и его прирост при угрублении помола топлива для котла ТПП-210А объясняется более совершенной схемой сброса мельничного агента и лучшей организацией процесса горения топлива с горелками мощностью 10 т/ч. Поскольку подача влажного топлива в мельницу в условиях эксплуатации нестабильная, как правило, не выдерживается оптимальный режим работы пылесистемы, обеспечивающий постоянно оптимальную тонину помола топлива (R₉₀=6-7%). Анализ работы котлов показал, что около 40—50% времени они работают на пыли с тониной помола R₉₀>7%. При этом потери тепла с механическим недожогом топлива возрастают в среднем на 0,60—0,80% (рис. 1). При эксплуатации имеются люфты и увеличенные зазоры в створчатом аппарате сепаратора пылесистемы, эрозионный износ лопаток и внутреннего конуса. Как показали измерения, проскок крупных частиц пыли из сепаратора в циклон ухудшает качество пыли, характеризуемое коэффициентом равномерности структуры n, с 1,0—1,1 при нормальной работе сепаратора [1] и R₉₀=6-9% до 0,75—0,9. Это также является причиной соответствующего увеличения механического недожога в топке котла.

а) котел ТП-110; б) котел ТП-210; в) котел ТП-210А

Рисунок 1 – Зависимость величины механического недожога АШ от тонкости помола пыли

Повышение влажности рабочего топлива и снижение температуры аэросмеси за мельницей приводят к увеличению влажности готовой пыли и нарушению стабильности работы бункера и пыле-питателей. Недосушка пыли, конденсация влаги по периферии необогреваемого промбункера являются причиной сводообразования и произвольных обрушиваний цыли над пылепитателями, вызывающих нерегулируемые перетоки (броски) пыли к горелкям и нарушение их работы. Для определения влияния теплового режима работы пылесистем на стабильность поступления пыли к пылепитателям были выполнены опыты при влажности пыли на входе в промбункер в пределах 0,3-0,9% Необходимая величина влажности обеспечивалась поддержанием температуры аэроемеси за мельницей в пределах 136—90 ºС путем открытия рециркуляции мельничного агента и присадки холодного воздуха во входную горловину мельницы. Стабильность работы промбункера и пылепитателей определялась по количеству и величине бросков давления в приемной камере углового питателя и колебаниям температуры аэросмеси в пыле проводе перед горелками. При каждой заданной влажности пыли опыт выполнялся в течение 10 ч после 6—8 ч предварительной стабилизации заданного режима. Как видно из рис. 2а при влажности пыли 0,3-0,5% промбункер работает в основном стабильно. Отмеченные редкие броски давления в бункере (обрушивание пыли) носили кратковременный характер (1—2 мин). Пои температуре аэросмеси за мельницей 110—115 ºС и влажности пыли около 0,6% количество бросков давления в бункере силой 1500—2000 кгс/м2 за время опыта достигало 3—4 (рис. 2,б), а при влажности пыли 0,8-0,9% (температура аэросмеси 85—100 ºС) 10—12 (рис. 2,в). При этом температура аэросмеси в пылепроводе контролируемой горелки во время бросков давления в бункере снижалась с 240—230 до 210— 180 ºС. Это свидетельствует о том, что подача пыли к горелкам через зазоры в дозаторе питателя в 1,4— 1,8 раза превышает рабочий расход топлива через данный пылепитагель. Пульсация подачи топлива к горелкам является одной из причин сепарации недогоревшей пыли на под топки и увеличения потерь тепла с механическим недожогом топлива. Поддержание излишне высокой температуры аэросмеси за мельницей также недопустимо, так как ухудшает условия работы подшипников мельницы, приводит к снижению ее производительности и увеличению времени работы резервной пылесистемы.

а) W_п=0,3-0,5% t_п=133-115ºС ; б) W_п=0,6% t_п=112ºС; в) W_п=0,8% t_п=90-100ºС

Рисунок 2 – Уровень стабильности движения пыли в нижней части промбункера в зависимости от влажности пыли и времени

Переключения по воздушной схеме котла, особенно включение резервной пылесистемы, могут оказывать существенное отрицательное влияние на перераспределение воздуха по корпусам и ярусам горелок. С включением третьей (средней) пылесистемы расход вторичного воздуха на горелки в проведенных опытах сокращался примерно на 38000—42000 м³/ч при нормальных условиях (рис. 3). При равномерном распределении и неизменном избытке воздуха в топке а также при расчетных рециркуляции и присосах в пылесистемах такое сокращение воздуха на горелки не должно существенно снижать активность горения топлива в факеле основных горелок. Это объясняется одновременным снижением на 4000—5000 кг/ч расхода топлива на них за счет увеличения подачи в топку части топлива через сбросные горелки включенной пылесистемы. Однако измерения показали, что в этом случае наблюдается неравномерное перераспределение воздуха по каналам. Ввиду отсутствия стационарных расходомеров в отборных воздуховодах от обоих корпусов к средней пылесистеме контроль за положением шиберов ВП-3 (рис. 4) по наружным указателям не обеспечивает равномерного отбора воздуха от корпусов котла. В результате этого на котле ТПП-110 (станционный № 1) при включении средней пылесистемы снижение расхода вторичного воздуха на корпус Б (23000 м³/ч при нормальных условиях) было больше, чем на корпус А (15000 м³/ч). Кроме того, снижение расхода вторичного воздуха на горелки нижнего яруса корпуса Б составило 5 000 м³/ч, а на горелки верхнего яруса 18000 м³/ч. В этом случае при нагрузке блока 270 МВт избыток воздуха в верхних горелках был на 3—4% меньше, чем в нижних при прочих равных условиях.

а) общий расход воздуха на котел; б),в) на корпуса А и Б; г),д) корпус Б, фронтовые и задние горелки нижнего яруса; е),ж) корпус Б, задние и фронтовые горелки верхнего яруса

Рисунок 3 - Распределение вторичного воздуха котла при различном сочетании работающих пылесистем А, Б и В

Рисунок 4 – Принципиальная схема распределения воздуха на Новочеркасской ГРЭС

На котле ТПП-11 (станционный № 2) основная масса воздуха на среднюю пылесистему (около 40000 м³/ч) поступала от корпуса А, что явилось причиной снижения избытка воздуха в устье основных его горелок на 10—12%.

Значительное влияние на экономичность работы котла оказывает величина температуры горячего воздуха на входе в мельницу и присосов холодного воздуха в пылесистемы. Длительные наблюдения показали, что, как правило, температура горячего воздуха по котлам на 20—30 ºС ниже к расчетной, особенно зимой. Разрежение во входной горловине мельницы при эксплуатации поддерживается неоправданно высоким (около 40—60 кгс/м²), поэтому величина присосов холодного воздуха во входную горловину мельниц составляет 0,3 и более общего количества присосов в пылесистемы. Различные уплотнительные устройства в топливоприемной шахте мельниц неудовлетворительно няют свои функции из-за малой надежности и недостатков в конструкции (сложность обслуживания, ремонта, эрозионный износ и т. д.). При повышенной влажности топлива, сниженной температуре подогрева воздуха и повышенных присосах воздуха в пылесистему мельничные вентиляторы обычно работают с максимально возможной производительностью, значительно превышающей расчетную (106-500 мм³/ч). При этих условиях рециркуляция сушильного агента во входную горловину мельницы, принятая в расчете для котлов ТПП-110 равной 10% я для котлов ТПП-210 и ТПП-210А 30—40%, как правило, отключена. Количество мельничного агента, сбрасываемого в топку вне основных горелок при температуре 130 ºС и расчетной величине 95000 м³/ч с рециркуляцией 10% и 74000 м³/ч с рециркуляцией около 30%, в эксплуационных условиях увеличивается до 113000— 126000 м³/ч и более. При номинальной нагрузке котла, избытке воздуха вверху топки α_т= 1,2 и двух работающих пылесистем избыток воздуха в устье основных горелок снижается на 3—12% (с 1,03—1,06 до 1,0—0,94), а с тремя пылесистемами примерно на 16% (до 0,98—0,90). При снижении нагрузки котла до 80% номинальной избыток воздуха в горелках уменьшается примерно до 0,85.

Результаты испытаний пылесистем на Новочеркасской ГРЭС и других электростанциях [ 1, 2] показывают, что при тонине помола АШ R₉₀=7% и шаровой загрузке 100—105 т/ч производительность мельниц Ш-50 и Ш-50А составляет соответственно 54—55 и 58—60 т/ч. Суммарная производительность двух пылесистем составляет соответственно 110 и 120 т/ч при номинальном расходе АШ на котел 119,2 т/ч. Однако длительный опыт эксплуатации показывает, что производительность двух пылесистем при нагрузках котлов, близких к номинальной, далеко недостаточна. В некоторой степени это объясняется снижением эксплуатационной калорийности угля до 5400 ккал/кг и к. п. д. брутто котлов до 85—88% при расчетных, составляющих соответственно 5800 ккал/кг, 91,8 и 89,99% (котлы ТПП-110, ТПП-210 и ТПП-210А), что привело к увеличению расхода рабочего топлива на котел до 130—140 т/ч. Кроме того, мельницы имеют сниженную производительность (46—52 т/ч) из-за работы их при шаровой загрузке, составляющей 75—90 т. В связи с этим увеличилось количество пусков и остановов резервной пылесистемы. Время одновременной работы трех пылесистем на блоке в среднем за 6000 ч его работы при средней нагрузке 244 МВт увеличилось до 1500 ч, хотя такая нагрузка должна обеспечиваться двумя пылесистемами. Увеличение количества пусков и остановов мельниц отрицательно сказывается на надежности работы их приводов и приводит к увеличению расхода электроэнергии на пылеприготовление.

Для определения влияния третьей (резервной) пылесистемы на экономичность работы котла была проведена серия опытов на котле ТПП-210 (станционный № 4) при двух и трех работающих пылесистемах. Испытания проводились при нагрузке энергоблока N_бл=290 МВт. Качество топлива в сравниваемых опытах было одинаковым. Тонина помола топлива и избыток воздуха за топкой для одного корпуса котла (станционный № 4А) были во всех опытах на уровне R₉₀=9%, α_т= 1,3, для другого котла (станционный № 4Б) R₉₀= 11%, α_т =1,23. Результаты опытов показали, что при одновременной работе трех пылесистем к. п. д. брутто котла № 4А в среднем на 0,6, а котла № 4Б на 1,9% меньше, чем при работе двух пылесистем. Снижение экономичности работы котлов произошло в основном за счет увеличения потерь с механическим недожогом для котла № 4А в среднем с 6,7 до 7,3% и для котла № 4Б с 6,9 до 8,8%. Большее снижение экономичности котла № 4Б объясняется меньшим избытком воздуха в топке и более грубым помолом топлива. Отсюда следует, что при отклонении воздушного режима топки и тонины помола топлива от оптимальных отрицательное влияние резервной пылесистемы более значительно.

В связи с изложенным для повышения экономичности работы пылесистем и котлов в целом необходима регулярная строгая организация и поддержание оптимальных режимов пылесистем при эксплуатации. Температура аэросмеси за мельницей в пылесистемах с необогреваемым промбункером для обеспечения необходимой подсушки топлива и получения оптимальной производительности должна поддерживаться в пределах 120—130 ºС.

При обогреве бункера, хорошем состоянии теплоизоляции и плотности пылесистемы и внутренних поверхностей нагрева бункера пыли, при непрерывной его работе для повышения производительности пылесистемы температура аэросмеси за мельницей может быть снижена. Тонина помола пыли АШ должна быть на уровне 6—7%.

Обеспечение хорошего состояния пылесистем и оптимального режима их работы позволит сократить количество включений и время работы резервной пылесистемы и повысить экономичность работы пылесистем и котла в целом на 1—2%.

Литература

1. Капельсон Л. М., Ярцева И. В. Наладка и испытания пылесистем с мельницами ШБМ 400/800 на блоке 300 МВт. — Электрические станции, 1968, № 1.

2. В. Л. 3айдентрегер, Э. И. Ямашев, Л. М. Капельсон и др. Результаты испытаний модернизированной мельницы Ш-50А/ШБМ 370/850. — Электрические станции, 1970, № 1.