1.3. Экспериментальное исследование влияния рециркуляции
дымовых газов на технико-экономические
и экологические показатели работы котла ТП-87
Для детального исследования влияния рециркуляции дымовых газов на концентрацию оксидов азота и технико-экономические показатели работы котла под руководством автора были проведены экспериментальные работы на котле ТП-87 (ст. № 8) ТЭЦ № 16 ОАО Мосэнерго.
В данном разделе приведены основные результаты экспериментальных работ, существенные для дальнейшего изложения; подробная процедура проведения испытаний, их результаты, характеристики используемых приборов изложены в [83] и в Приложении 1.
Котел ТП-87 с естественной циркуляцией, номинальная паропроизводительность 116.7 кг/с (420 т/ч) при параметрах пара 14.0 МПа, 555 °С. Температура горячего воздуха 420 °С. Четыре горелки конструкции Уралтехэнерго производительностью 7.5 т/ч (2.17 кг/с) по мазуту и 8500 м3/ч (2.36 м3/с) по природному газу установлены в один ряд на подовом экране. Котел реконструирован для сжигания газа и мазута. Подробное описание котла и горелочных устройств приведено в [56, 57].
Дымовые газы с температурой ~ 300 °С отбираются из рассечки первой ступени водяного экономайзера и двумя дымососами рециркуляции газов подаются в периферийные каналы горелок. При работе на газе в эти каналы подается и воздух, который смешивается с дымовыми газами.
С увеличением степени рециркуляции возрастает температура перегретого пара (0.25 °С – мазут, 1.6 °С – газ на каждый процент степени рециркуляции). Также возрастает температура горячего воздуха (0.8 °С/% - мазут, 0.9 °С/%
– газ).
Наибольшее повышение температуры дымовых газов наблюдалось в конвективной шахте за экономайзером второй ступени; при работе на газе эта температура возрастала в среднем на 3.1 °С/%.
Следует отметить также, что температуры пара, дымовых газов и горячего воздуха при работе на газе более чувствительны к действию рециркуляции, чем при работе на мазуте.
Реакция температуры уходящих газов на рециркуляцию обратная: с ростом степени рециркуляции она несущественно, но падает. Среднее значение показателя Δtух/Δr для мазута равно минус 0.07 °С/%, для газа – минус 0.085 °С/%.
Следовательно, включение ДРГ незначительно повышает КПД брутто котла за счет уменьшения потерь тепла с уходящими газами.
Такой результат оказался неожиданным, так как общепринято, что включение газовой рециркуляции вызывает рост температуры уходящих газов. Так, по данным [21] для аналогичных котлов Ульяновской и Минской ТЭЦ № 5 при возрастании степени рециркуляции от 0 до 0.17 температура уходящих газов возрастала на 7 °С; на Минской ТЭЦ № 3 увеличение степени рециркуляции на 10 % привело к росту потерь тепла с уходящими газами на 0.48 %, что соответствует росту температуры уходящих газов на 12 °С.
Теоретически наблюдаемый результат возможен, так как энергия, затраченная на привод дымососов рециркуляции, интенсифицирует процесс конвективного теплообмена и может привести к более полному охлаждению дымовых газов.
Несмотря на полученные в эксперименте результаты, в дальнейшем, при построении типовой эколого-экономической характеристики будет принята усредненная для данного типа котла зависимость tух(r).
На рис. 1.1 показаны усредненные по методу наименьших квадратов зависимости концентрации оксидов азота в дымовых газах (приведенные к двуокиси) от степени рециркуляции для трех нагрузок котла: номинальной (D0), 0.8 и 0.5 от номинальной при работе котла на газе.
Рис.1.1. Зависимость концентрации оксидов азота от степени
рециркуляции дымовых газов при различных нагрузках котла
При снятии характеристик СNOx(r) коэффициент избытка воздуха поддерживался в соответствии с режимной картой котла (концентрация кислорода за конвективным пароперегревателем (КПП) равна 0.7- 0.8 % при нагрузке D0, 0.8 – 0.9 % при 0.8D0 и 0.9 – 1.1 % при 0.5D0).