Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов1

ãäå Sp – пересчитанная на серу разница содержания пиритного железа в летучей золе при ступенчатом и традиционном сжигании. При отсутствии таких данных на этапе до разработки инженерной методики расчета кинетики выгорания пирита в топочном процессе (по

отдельным несистематическим результатам) S p 0,14S pdaf .

Температура горения. В последних разработках по прогнозированию шлакующих свойств углей в качестве одного из основных показателей, определяющих склонность угля к шлакованию экранов, принят индекс Ðñt. По физической сути индекс Pct представляет собой нормированное значение разности +ãîð – tøë. Значение температуры горения для сравнительной оценки углей принято +ãîð = 0,82 +a, и различие схем организации сжигания дополнительно учитывается различием адиабатической температуры горения +a в показателях Ðfe è

Ðñt.

Результаты анализа изменения шлакующих свойств при переходе к ступенчатому сжиганию

на примере показателя склонности к шлакованию топки Rst 0,707(Pct2 Pfe2 )0,5 показаны на ðèñ. 2.

Изменение характеристик газового потока.

Шлакование топки. С позиций шлакования топки благоприятным фактором при внедрении трехступенчатого сжигания является существенное (на 15 20%) снижение подаваемого в основные горелки топлива. В большинстве случаев это компенсирует или превосходит влияние усиления шлакующих свойств золы и роста адиабатической температуры в зоне горения. В качестве примера на ðèñ. 3 показано соотношение теплового напряжения зоны горения qëã и шлакующих свойств

для реконструированного по проекту ЗиО котла типа ОР-210. Видно, что, несмотря на ухудшение шлакующих свойств летучей золы в реконструированном котле, прогнозируется улучшение ситуации по условиям шлакования топки. Похожий результат получен и при анализе допустимых тепловых напряжений сечения топки qF и пояса “горелки нижнего яруса – начало холодной воронки” qã.-õâ.

Температура на выходе из топки. Очевидно, что в силу усиления шлакующих свойств летучей золы допустимая по условиям шлакования средняя расчетная температура газов на выходе из топки для некоторых углей должна приниматься ниже, чем рекомендуемая при традиционном сжигании.

Фактическая температура на выходе из топки при внедрении ступенчатого сжигания зависит от изменения тепловой эффективности экранов (теплового сопротивления загрязнений), распределения и выгорания топлива по высоте топки, от влияния подачи воздуха (и в некоторых схемах дымовых газов) выше ядра горения (эффект верхней рециркуляции).

Для сильно шлакующихся топок определяющим может быть уменьшение шлакования зоны горения и связанное с этим повышение тепловой эффективности экранов. На ðèñ. 4, заимствованном из более ранних разработок [3], показана разница фактических и рас- четных (по нормам 1973 г. [4]) при нормативном коэффициенте тепловой эффективности ñð значений + ò â

зависимости от превышения теплового напряжения зоны горения qëã значений, рекомендуемых УралВТИ по условиям шлакования. Очевидно, что более обоснованно использовать непосредственно зависимость ñð

от шлакующих свойств угля и характеристик топки, однако подобные зависимости до настоящего времени не разработаны.

При неизменном коэффициенте тепловой эффективности экранов ñð расчетное значение +ò ïî íîð-

мативному методу [5] при трехступенчатом сжигании по сравнению с традиционной схемой возрастает. Такой же результат получен и при расчете котла блока 630 МВт в Великобритании, что связывается с более высоким средним расположением ввода топлива [1]. Результаты расчета по зональному методу ВТИ [6, 7] зависят от высоты зоны восстановления и выбора степени выгорания угля в ней (ðèñ. 5).

Для достоверного эмпирического выбора степени выгорания топлива в зоне восстановления в настоящее время нет экспериментальных данных по котлам. Рассмотрены два предельных расчетных случая: в зоне восстановления не происходит выгорания угля и кинетика выгорания при трехступенчатой схеме не изменяется. В первом случае расчетная температура +ò возрастает тем больше, чем больше зона восстановления. Если изменение выгорания не учитывается, определяющим выступает “эффект рециркуляции” и температура +ò снижается по мере увеличения высоты зоны восстановления (повышения отметки ввода третичного воздуха). Логично полагать, что фактическое изменение температуры на выходе из топки в зависимости от положения ввода топлива и третичного воздуха невелико и определяющим фактором для шлакующихся котлов является изменение тепловой эффективности экранов.

Таким образом, приведенные сведения подтверждают возможность изменения с разным знаком условий

шлакования экранов топки и пароперегревателя при внедрении трехступенчатого сжигания и анализа этих изменений на стадии проектирования оборудования.

Список литературы

1.Coal-over-coal Reburn Testing, Modelling and Plant Feasibility. Project Summary 196.– ETSU for the DTI. Великобритания, 1998, март.

2.Исследования шлакующих свойств летучей золы при трехступенчатом сжигании углей Богомолов В. В., Алехнович А. Н., Гладков В. Е., Артемьева Н. В. – В кн.: Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов: Сборник тезисов научных докладов второй научнотехнической конференции. Челябинск: УралВТИ, 1996, т. 1.

3.Prognosis of Slagging and Fouling Properties of Coals Based on Widely Available Data and Results of Additional Measura-

ments Alekhnovich A. N., Artemjeva N. V., Bogomolov V. V. et al. – Â êí.: Impact of mineral impurities in solid fuel combustion” – New York: Kluwer academic Plenum Publishers, 1999.

4.Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). М.: Энергия, 1973.

5.Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) Ñ.-Ïá.: ÍÏÎ ÖÊÒÈ, 1998.

6.Алгоритм и программа зонального расчета теплообмена в топочных камерах паровых котлов Карасина Э. С., Шраго З. Х., Александрова Т. С., Боревская С. Е. – Теплоэнергетика, 1982, ¹ 7.

7.Развитие метода и программы трехмерного зонального расчета теплообмена в топочных камерах пылеугольных котлов Абрютин А. А., Карасина Э. С., Лившиц Б. Н. и др. – Теплоэнергетика, 1998, ¹ 6.

Рис. 5. Изменение тангенциальных и осевых температурных напряжений в стенке чистой трубы при работе аппарата ОВГ

При образовании незначительных отложений нарушений гидродинамики при работе аппаратов не наблюдалось, поэтому аппараты ОВГ запретили включать при низких нагрузках котла в первые сутки после пуска.

Если оценивать число циклов водяной обдувки экранов котлов сверхкритического давления, то “лидерами” являются котлы П-49 блока 500 МВт Назаровской ГРЭС, П-59 блока 300 МВт Рязанской ГРЭС (водяная обдувка с 1975 г.) и многие другие, в том числе за рубежом (водяная обдувка с середины 60-х годов), где таких проблем не возникало.

Специальные исследования динамики развития термоусталостных трещин при водяной обдувке дальнобойными и маловыдвижными аппаратами в длительной эксплуатации показали “затухание” скорости роста трещин на глубине около 1 мм в связи с переходом ее вершины в область относительно малых растягивающих, а потом и сжимающих напряжений. Основное значение имело ослабление “термошока” отложениями, образующимися в период между очистками [1 – З]. В результате были выпущены и переиздавались нормативные документы, регламентирующие применение аппаратов водяной обдувки топочных экранов [4].

Для выявления причин повреждений термоусталостного характера труб НРЧ котлов П-67 были выполнены расчетно-аналитические исследования термонапряженного состояния чистых и загрязненных труб диаметром 32 мм и толщиной стенки 6 мм в период водяной обдувки аппаратом ОВГ с глубиной выдвижения в топку 7 м (ðèñ. 4 – 6). Длительность контакта струи с точкой поверхности трубы составляла 0,14 с, а число “термошоков” достигало 10, в то время как для маловыдвижных и дальнобойных аппаратов их получено не более четырех.

Влияние нагрузки котла на размах напряжений оказалось несущественным. Отложения небольшой тол-

–80

Рис. 6. Расчетное изменение температур и напряжений в металле трубы с отложениями толщиной 0,6 мм во времени при обдувке аппаратом ОВГ (для первых двух “термошоков”)

щины резко снижают “термошоки”, при которых циклические напряжения не выходят за пределы упругости (ðèñ. 6).

В результате был сделан вывод о том, что одной из главных причин появления поперечных трещин глубиной свыше 1 мм является частое включение аппаратов (через 4 – 6 ч) при относительно низких нагрузках котла (и малой интенсивности шлакования) с максимальными “термошоками” на чистой поверхности. Причем, число их для аппарата ОВГ в 2,5 раза больше, чем для ОВМ, поэтому долговечность металла в зоне ОВГ существенно ниже.

Замена двух наиболее поврежденных участков НРЧ (ðèñ. 2), увеличение межобдувочного периода до 12 ч в 1998 г. и монтаж новых аппаратов ОВМ с регуляторами давления, выравнивающими расход воды на единицу площади в зоне очистки, позволили существенно сократить число свищей в НРЧ (до трех в год в 2000 г).

На новых котлах не планируется устанавливать глубоковыдвижные аппараты ОВГ. Предпочтение будет отдано либо дальнобойным аппаратам в случае положительных результатов испытаний опытных образцов, либо маловыдвижным с механическим приводом клапана и регулятором давления.

Список литературы

1.Майданик М. Н., Васильев В. В., Воробьева Л. Ю. Анализ термонапряженного состояния топочных экранов при водяной обдувке. – Теплоэнергетика, 1989, ¹ 5.

2.Термоусталостные повреждения труб топочных экранов

котлов при водяной обдувке / Майданик М. Н., Сандлер В. А., Васильев В. В., Хайкин И. Б. – Теплоэнергетика, 1988, ¹ 9.