Использование вихревых топок «Торнадо» в паровых котлах
Использование вихревых топок «Торнадо» в паровых котлах

Для экономичного, экологически более чистого сжигания углей и вовлечения низкосортных топлив и отходов в топливный баланс предприятий необходима разработка научных основ организации высокоэффективных технологий сжигания и накопление практического опыта в их эксплуатации. Компания «ПроЭнергоМаш», ориентирована на разработку и внедрение вихревых технологий сжигания и проектирование новых образцов котельно-топочного оборудования. На сегодня выполнена значительная работа по внедрению и опытной эксплуатации низкотемпературной вихревой технологии сжигания «Торнадо» для паровых котлов, которая реализует совместное слоевое и факельно-вихревое сжигание и применимая практически для любого вида твердых топлив и отходов. Крупные фракции топлива сжигаются в слое на механизированной колосниковой решетке, а мелкие, уносимые частицы аэродинамически удерживаются в топке и заполняют вихрь излучающим потоком горящих частиц.

Соответственно в топке «Торнадо» сглаживаются неравномерности тепловыделения с подавлением температурного максимума ядра факела, появляется заметная доля конвективной составляющей теплообмена, повышается степень черноты и излучательная способность топочного объёма. Тепловосприятие топочных экранов заметно увеличивается, но при этом максимум тепловосприятия понижается, тепловая нагрузка экранов повышена, но распределена равномерно, что увеличивает надежность их работы. Благодаря механизации и малой массе топлива в слое, топки не требуют особых затрат ручного труда и легко автоматизируются.

Вихревая топка имеет пережим с газовыпускным окном и системой подачи дожигающего острого дутья, которая обеспечивает низкий химический и механический недожог, снижение выбросов оксидов СО, NOх и SO2 (улавливание SO2– естественное, зависит от состава золы) в атмосферу. Для низкореакционнных топлив, типа каменных углей под конвективным пучком устанавливается система возврата уноса – СВУ.

Использование рассмотренных технических решений и принципов заметно усложняет конструкцию топочного объёма и котла в целом. В частности вводятся сопла вторичного и третичного дутья, пережимной экран с газовыпускным окном или стенка, выполненная из обмуровки и др. Активная аэродинамика выдвигает повышенные требования к конструкции ограждений топки «Торнадо», наиболее эффективны газоплотные экраны.

С другой стороны, вихревые топки, благодаря повышенной форсировке топочных процессов, более компактны. Типично они могут быть вписаны в топочные объёмы существующих паровых котлов путем их некоторой реконструкции. На сегодня имеется достаточно большой опыт установки топок «Торнадо» не только в твердотопливные котлы, но и в более телонапряженные топки газомазутных паровых котлов, с их переводом на уголь или горючие отходы.

В совокупности с применением газоплотных экранов применение топок «Торнадо» позволяет создавать более компактные котлы, с меньшей металлоемкостью и повышенной мощностью в транспортабельных блоках с заводской готовностью. Это заметно снижает объёмы строительной части, монтажных работ и сроки запуска котельных.

Первоначально были освоены реконструкции паровых котлов для сжигания лузги подсолнечника (рис.1). Реконструированные котлы были установлены в котельных Урюпинского, Барнаульского, Бутурлиновского, Аткарского и др. маслозаводов, более 30 котлов для сжигания лузги подсолнечника паропроизводительностью от 1 до 20т/час. При этом основное внимание уделялось мерам снижения натрубных отложений золы и их очистке.

Главным достоинством вихревых топок является возможность удержания в топке и высоко-эффективного сжигания легких парусных частиц лузги и длительный период работы котлов между очистками котельных пучков от возгонов и отложений золы.

article-2.jpg

Рис.1. Общий вид реконструированных котлов

Очистка топки и котельных пучков от отложений золы проводится без останова котла с помощью обдувки, ударно волновыми и пневмоимпульсными генераторами, рис.2. Достоинством пневмоимпульсных генераторов является малые эксплуатационные расходы и возможность их автоматической работы.

article-2-1.jpg

Пониженная зольность лузги, даже при вихревом сжигании, не обеспечивает достаточной степени черноты топки. С другой стороны, повышенное содержание в золе калия, склонность его соединений к возгонке и осаждение возгонов на холодных стенках экранов существенно подавляет лучистый теплообмен топки и приводит к перегреву топочного объёма по обратной положительной связи. Соответственно на сегодня для утилизации многотоннажных потоков лузги выбрано направление создания максимально экранированных удлиненных вихревых топок и комбинации из двух узких, разделенных экранами – дубль топок.

На рис.3 показан вид с фронта на паровой котел Е-25-24РТО, предназначенный для сжигания лузги подсолнечника. Котел с газоплотной дубль топкой, включает три транспортабельных блока: два топочных и блок с двухбарабанным котельным пучком от типового котла КЕ-25-24С. Между средними коллекторами располагается камера дожигания по бокам от которой установлены две узкие вихревые топки радиального типа.

article-2-2.jpg

Рис. 3. Котел паровой Е-25-24РТО для сжигания лузги. Вид с фронта.


Топочный блок в составе двух вихревых топок и камеры дожигания образован четырьмя прямыми вертикальными, задним и фронтовым экранами, включенными через барабаны котельного пучка в контуры циркуляции, имеет взрывные предохранительные клапаны, гляделки и лазы для обслуживания.

Топки могут работать независимо и имеют индивидуальные тракты подачи и распределения дутья, лузги и удаления золы. Лузга дозируется и вводится шнеками с частотными приводами, удаление золы механизировано. Вихревые топки выполняются с горизонтальной осью вращения. Радиальная схема, приближение формы вихревых топок к цилиндрической, газоплотное экранирование и активная аэродинамическая обстановка обеспечивают надежное удержание частиц лузги, глубокое выжигание из них горючих, минимум возгонки и отложений золы.

Профиль топочного устройства спроектирован с использованием численного моделирования подробным изучением аэродинамической обстановки и характера движения частиц, рис.4. В целом конструкция котла КЕ-25-24 существенно и принципиально отличается от типовых конструкций. Общий вид котла в ходе монтажа блоков показан на фото.5.

article-2-3.jpg

Рис.4. Картина вихревых течений и траекторий частиц в топочном блоке, 3D модель.

С другой стороны, вихревая технология по мере развития до схемы «Торнадо» позволила перейти к сжиганию углей и углесодержащих отходов – основного топлива в коммунальной и промышленной энергетике.

Применение угля и углесодержащих отходов экономически выгодно для многих предприятий и, особенно в районах угледобычи, но при условии эффективного сжигания. Уголь, среди топлив, наиболее стабилен по цене, энергетически высоко эффективен, легко транспортируется, позволяет легко создавать большие запасы, взрывобезопасен и пожаро- мало опасен. Углесодержащие отходы в регионах угледобычи имеют отрицательную стоимость (расходы на складирование и содержание свалок).

article-2-4.jpg

Фото.5. Монтаж, стыковка топочных блоков котла Е-25-24РТО.

Проблема в том, что уголь низкореакционен и относится к числу наиболее трудносжигаемых топлив. На сегодня недожог угля в топках слоевых котлов малой и средней мощности достигает 40-60%, котлы практически не автоматизируются, их обслуживание требует высокой доли ручного труда и постоянного контроля, тепловосприятие экранов крайне не равномерно и сопровождается частыми пережогами труб.

С другой стороны применение тонкого помола, топок кипящего слоя, перевод угля в водоугольное топливо и другие новые схемы на сегодня не могут конкурировать со слоевым сжиганием.

Высокая эффективность вихревой технологии на каменных углях была получена при работе первых двух паровых котлов, реконструированных в октябре 2005г, с. Благовещенка Алтайского края, с заменой мазута дробленым углем. Котлы ДКВр-20-13ШпВТ выполнены модернизацией типовых газо-мазутных котлов ДКВр 20?13ГМ путем установки в топочном объёме вихревых топок. В котельной так же восстановили системы углеподачи и золоудаления. По замерам «Центра лабораторного анализа и технических измерений по Алтайскому краю» Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору, проведенным 06 июня 2006г. определено:

- Температура уходящих дымовых газов - 134°С;

- Концентрация ангидрида сернистого, SO2 – 0,036г/м3 и общий выброс МSO2=0,389г/с, при норме 3,586г/сек;

- Концентрация оксидов азота, NOx – 0,011г/м3 и общий выброс МNOx =0,125г/с, при норме 2,45г/сек;

- Концентрация окиси углерода СO – 0,472 г/м3 и общий выброс МСO=5,1г/с, при норме 8,43г/сек;

- Взвешенные частицы, – 0,0852 г/м3 и общий выброс

- 0,92г/с, при норме 1,789г/с.

В котлах были установлены вихревые топки с вертикальной осью вращения. Далее на этой основе было проведено несколько реконструкций паровых котлов КЕ-25-14С с переводом на вихревое сжигание угля при установке разделительных экранов по схеме «Торнадо». В качестве примера на рис.6 показан реконструированный паровой котел КЕ-25-14ШпВТ. Котел переведен на сжигание технологических отсевов коксовой мелочи. Коксовая мелочь низкореакционна, так как она термически обработана и имеет пониженный выход летучих. Естественно она состоит из очень легко уносимых из топки частиц и сжигание подобных отходов проблематично.

article-2-5.jpg

Рис. 6. Котел паровой КЕ-25-14ШпВТ для утилизации технологических отсевов



При реконструкции использована схема сжигания в вихревой топке «Торнадо» с механизированной выгрузкой шлака выгружателями ВШо. Установлены: вихревая топка с разделительным экраном и газовыпускным окном, система топливоподачи с двумя двухшнековыми питателями, устраняющими просыпку топлива; дополнительный вентилятор ВР 120-28 №6,3 – дутье на пневматическую подачу топлива и в завихритель; система возврата уноса. Механическая топка ТЧЗМ-2,7-5,6 демонтируется. Удаление шлака из вихревой топки котла выгружателями ВШо по существующему каналу золоудаления.

При работе реконструированного котла отмечено интенсивное выгорание подаваемых технологических отсевов кокса даже при подаче со смерзшимися и переувлажненными включениями и снегом. Выбросы оксидов азота и серы на уровне NOx=270-290мг/м3 и SO2=550-690мг/м3. Таким образом, в предлагаемых котлах КЕ-25-14ШпВТ могут сжигаться как качественные угли, так и измельченные углесодержащие отходы. Подача в газовыпускное окно острого дутья в совокупности с системой возврата уноса существенно улучшают эффективность топочного процесса.

Предлагаемая технология достаточно эффективна и находит применение при установке новых или замене выработавших ресурс паровых котлов. Так в г.Березовский, Кемеровской области, при установке котла КЕ-10-14ШпВТ проведена модернизация с переводом на вихревое сжигание измельченного угля в вихревой топке Торнадо.

В топочном объеме котла 1 установлен вертикальный экран и пережимная стена с газовыпускным окном, которые конструктивно выделяют вихревую топку 4 и камеру дожигания. За счет ступенчатого ввода дутья через специальные сопла 6 в вихревой топке 4 формируется активная аэродинамика, позволяющая удерживать летучие частицы топлива в топочной камере вплоть до полного выжигания из них горючих веществ, существенно снижая унос и механический недожог (рис. 7). В нижней части топки установлены два выгружателя шлака 2, типа ВШо, 2 шт., с водоохлаждаемыми колосниками и водоохлаждаемыми шурующими планками, предназначенными для шуровки слоя и выгрузки шлака. Топливо подается в топку котла двумя двухшнековыми питателями 3.

За ВШо установлен дожигатель шлака 7 (ДШ), предназначенный для удержания шлака, выгружаемого из топки и глубокого выжигания из него горючих веществ и последующей его выгрузки.

Котел 1 работает с уравновешенной тягой. Дымовые газы, образующиеся при сгорании угля в потоке дутья, подаваемого вентиляторами 9 и 10, охлаждаются в вихревой топке 4, конвективном пучке 5, воздухоподогревателе 8 и экономайзере 11. Далее в золоуловителе 12 они очищаются от золы и дымососом 15 сбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 16. Зола, шлак и очаговые остатки удаляются общим транспортерами 13 и 14 котельной. Унос крупных частиц оседает в бункерах конвективных пучков и возвращается в вихревую топку 4 по системе возврата уноса 17.

article-2-6.jpg

Рис.7. Схема котлоагрегата с котлом КЕ-10-14ШпВТ

1 – Котел КЕ-10; 2 – Выгружатель шлака ВШо; 3 – Питатель топлива; 4 – Вихревая топка; 5 – Конвективный пучок; 6 – Сопла тангенциального дутья; 7 – Дожигатель шлака; 8 – Воздухоподогреватель ВП-160; 9 – Вентилятор ВР 120-28 №6,3х3000; 10 – Вентилятор ВР-240-26 №4; 11 – Экономайзер; 12 – Золоуловитель БЦ 2-6х(4+2); 13 – Скребковый конвейер сухого золоудаления СР-40; 14 – Скребковый конвейер мокрого золоудаления СР-70; 15 – Дымосос; 16 – Дымовая труба; 17 –. Система возврата уноса

В ходе наладочных испытаний проведен анализ эффекта от применения ДШ (таб. 1). Применение ДШ позволяет в 4-5 раз снизить механический недожог. Котел устойчиво работает при нагрузке от 40 до 100%, имеет высокие экологические показатели СО=30-51ppm, коэффициент полезного действия 86-86,6%.

Показатели работы дожигателя шлака. Табл. 1.

pic.jpg

Сложной задачей является сжигание влажных древесных отходов. В г. Чуна Иркутской области с осени 2010 года проведена модернизация вновь установленного парового котла. Реконструированный котел ДКВр-6,5-13ВТ переведен на вихревое сжигание древесных отходов в вихревой топке Торнадо с наклонно-переталкивающей водоохлаждаемой колосниковой решеткой. Модернизированный котел работает параллельно с котлами оборудованными топками системы Померанцева. Вихревая топка с наклонно-переталкивающей решеткой показала повышенную производительность котла на низкокалорийной влажной древесине, влажность рабочей массы до 50-55%. Паропроизводительность котла 6т/час, стабильное несении нагрузки.

Значительное внимание нами уделяется разработке новых паровых котлов. Для г. Апшеронск Краснодарского края спроектирован и изготовлен «НПО «ПроЭнергоМаш» безбарабанный паровой котел с естественной циркуляцией паропроизводительностью 2,5 тонны с встроенними центробежными сепараторами (рис. 8), с использованием модификации конструкции, описанной в [1]. Котел установлен в технологической котельной деревообрабатывающего предприятия, топливо – пыль шлифования древесины. При режимной наладке котел показал малую инерционность топочного процесса, быстрый подъем паропроизводительности, котел может работать в полностью автоматическом режиме. Основные результаты теплотехнических испытаний представлены в (табл. 2). Внутренние центробежные сепараторы обеспечивают высокую степень сухости пара.

pic-08.jpg

Рис. 8. Встроенный центробежный сепаратор.



Результаты испытаний котла Е-2,5. Табл. 2

pic_22.jpg

На сегодня, 2011г. спроектирована новая модель парового безбарабанного котла с двухступенчатой системой испарения и внешним вынесенным сепаратором пара (рис.9).

Благодаря безбарабанной схеме паровой котел имеет малые габариты и металлоемкость. Котел работает с высоким давлением, при естественной циркуляции со ступенчатой схемой испарения и промывкой пара. Ступенчатая схема испарения позволяет обходиться минимальными продувками и обеспечивает чистоту большей части поверхностей нагрева котла, приходящуюся на трубные пучки. Продувка автоматизирована. За счет встречного движения питательной воды и пара обеспечивается промывка пара и ступенчатая схема испарения с чистым отсеком в трубных пучках и соленым отсеком во фронтовом экране.

article-2-8.jpg

Рис. 9. Котел паровой Е-2,5-14ВТ

Топочный объем, выделенный разделительным экраном с газовыпускным окном, позволяет организовать высокоэффективный вихревой топочный процесс. Котел многотопливный, поставляется с расходным бункером для автоматизированной подачи измельченного топлива. На измельченном древесном топливе, лузге и растительных отходах работает в автоматическом режиме, уголь и дрова при подаче вручную используются с сохранением блокировок, защит и автоматическим стабилизированием несения нагрузки.

article-2-9.jpg

Фото10. Сгоревший пароперегреватель

Фото11. Отложения в трубе сгоревшего пароперегревателя

Применение ступенчатой схемы испарения, промывки пара и эффективной центробежной сепарации позволит так же решить вопрос о надежной работе пароперегревателей. На сегодня из-за плохого качества воды в некоторых регионах на реконструированных котлах типа КЕ и ДКВр срок службы пароперегревателей из-за отложения в них солей (фото 10) может снижаться до 4-6 месяцев (фото. 10, 11).

Литература
Мынкин К.П. Сепарационные устройства паровых котлов — М.: Энергия, 1971. — 190 с.

  RSS каналы
Подпишитесь на наш RSS канал

Последние новости

ЧПТУП «Летерм» г.Минск Тел/факс: (017) 503-30-61 Карта сайта