Взрывы в топочных камерах газомазутных котлов происходят, как правило, при первоначальном розжиге горелок. Наиболее часты взрывы на котлах, работающих или растапливаемых на газе. Большинство взрывов связано с ошибочными действиями обслуживающего персонала: нарушением требуемой последовательности операций, отступлениями от необходимых условий вентиляции топки, горелок и газоходов, отключением блокировок и защит, неправильной оценкой показаний контрольноизмерительных приборов.
В ряде случаев причиной взрывов является недостаточная плотность запорной арматуры на газопроводах. К числу обстоятельств, являющихся непосредственной причиной взрыва или способствующих его возникновению, следует отнести также подачу газа в топку до внесения растопочного факела или запальника, вентиляцию топки перед розжигом горелок при закрытых шиберах на воздушном или газовом тракте, попадание жидких фракций (конденсата) в газ, резкое увеличение расхода газа на котел. Взрывы связаны с отсутствием надежных запальных устройств, защит и блокировок, с дефектами конструкций горелок и топливной запорной арматуры.
Взрывы при сжигании мазута на газомазутных котлах наблюдаются редко и лишь при повторном розжиге после обрыва факела ши при переводе котла на мазут, т. е. в тех случаях, когда мазут подается в разогретую топку. Причиной обрыва факела при сжигании мазута большей частью является попадание воды в мазутопроводы котла. Взрывы при растопке котлов на мазуте из холодного состояния, как правило, не наблюдаются, что можно объяснить незначительной концентрацией газообразных продуктов испарения мазута в топке в начальный период растопки, не достигающей уровня нижнего предела воспламенения. Однако розжиг большей части газомазутных котлов проводится на мазуте только при отсутствии газа.
Анализ причин взрывов показывает, что основным направлением для их предупреждения является сведение к минимуму ручных операций и выполнение автоматических блокировок, препятствующих нарушению правильности и последовательности проводимых операций.
Сжигание сернистых мазутов с малыми избытками воздуха.
Большое содержание серы в мазутах (1,5—4,5 %) и специфические свойства золы, как отмечалось, вызывают значительные трудности в эксплуатации котлов, связанные с низкотемпературной коррозией и усиленным загрязнением поверхностей нагрева, особенно в низкотемпературной зоне. Этим определяется работа большинства котлов при сжигании сернистого мазута с температурой уходящих газов не ниже 150— 170 °С, что при существующем уровне газоплотности определяет потери теплоты с уходящими газами не менее 6—7 %.
Комплекс мероприятий по интенсификации процесса сжигания и обеспечению нормальной температуры перегрева пара позволил почти повсеместно уменьшить избытки воздуха в топке с 15—20 до 4—6 %. Однако
такое уменьшение практически не снизило интенсивность сернокислотной коррозии и температуру уходящих газов. Понижения температуры уходящих газов можно ожидать только при дальнейшем приближении, избытка воздуха в топочной камере к стехиометрическому значению.
В настоящее время почти на всех газомазутных и части пылеугольных котлов сжигание сернистых мазутов производится при предельно малых избытках воздуха*. Конструкции топочных камер и принятые для них теплонапряжения обеспечивают необходимые условия для организации таких режимов. Внедрение таких режимов позволило снизить интенсивность сернокислотной коррозии, повысить надежность работы оборудования, а также уменьшить затраты на собственные нужды и проведение ремонтных работ, в том числе на замену дефицитной холодной набивки РВП и пакетов трубчатых воздухоподогревателей, срок службы которых доведен до 3—4 лет [3.2].
*Среднее значение коэффициента избытка воздуха в сечении конвективного газохода с температурой газа при номинальной нагрузке не более 600 °С в течение рабочей кампании и во всем диапазоне нагрузок не превышает 1,02 (0,4% O2) [3.2].
Однако внедрение такого режима эксплуатации котлов определяет необходимость выполнения ряда дополнительных мероприятий по обеспечению высокой плотности топочной камеры и усовершенствованию компоновки горелочных устройств. Кроме того, котел должен быть оснащен совершенными приборами контроля процесса горения, в том числе высокочувствительными и надежными дымомерами и кислородомерами. Повышаются также требования к качеству ремонта и техническому уровню эксплуатации котлов. Требуемая ПТЭ плотность топочных камер и газоходов большинства газомазутных котлов, спроектированных для работы с низкими избытками воздуха на выходе из топки (αт=1,01 : 1,03), обеспечивается использованием цельносварных мембранных панелей [1.15]. На котлах ТГМП-114, не имеющих цельносварных панелей, необходимая плотность топочных камер обеспечивается высоким качеством монтажа и ремонта.
Большинство газомазутных котлов оборудовано горелочными устройствами, позволяющими без существенных переделок сжигать сернистый мазут с малыми избытками воздуха и с высокой экономичностью. Внедрены разработанные ВТИ, ТКЗ, ХФ ЦКБ Союзэнергоремонта горелочные устройства, обеспечивающие работу в диапазоне нагрузок 40— 100 % номинальной без отключения части горелок. На действующих котлах ТГМП-114 оправдалась установка встречно-ударных горелок ВТИ [3.2]. Подовая компоновка горелок уменьшает объем работы по организации сжигания сернистого мазута с малыми избытками воздуха.
Для организации процесса сжигания мазута с предельно малыми избытками воздуха необходимо точно осуществлять подачу воздуха к горелкам в соответствии с количеством подаваемого топлива. При проектировании газомазутных котлов для решения этой задачи предусматривалось индивидуальное регулирование соотношения мазут—воздух на каждую горелку. Такое решение для мощных котлов с большим количеством горелок приводило к значительному усложнению системы автоматического регулирования (САР) и увеличению количества используемой в ней аппаратуры. Поэтому принято решение регулировать соотношение мазут—воздух на группу горелок. Реализация такого способа регулирования требует идентичности гидравлических и аэродинамических характеристик воздушных трактов и горелок, входящих в группу, причем конструкция, измерительные и регулировочные устройства воздушной и газовыдающей частей мазутной форсунки и горелочного устройства должны позволять точно выравнивать распределение топлива и воздуха по всем горелкам, которое затем сохраняется во всем диапазоне нагрузок котла. Неравномерность распределения воздуха по горелкам должна сохраняться на уровне 2—4 %, разброс по производительности форсунок должен составлять ±1,5—2,0 % [3.2].
Трубы экранов НРЧ котлов, работающих в режиме с предельно малыми избытками воздуха, оборудуются температурными вставками. Количество и размещение вставок определяются исходя из последовательности включения экранов НРЧ, конструкции горелок и форсунок, способа ввода в топку рециркулирующих дымовых газов и др.
Опыт эксплуатации показывает, что высокотемпературная коррозия НРЧ наблюдается при температуре вставок выше 510 °С.
Сгорание мазута с предельно низкими избытками воздуха происходит на границе появления и резкого нарастания химического и механического недожогов, поэтому отсутствие недожога должно постоянно контролироваться машинистом блока для своевременной корректировки режима.
Для контроля химического недожога рекомендуется разработанный ВНИИАМ прибор хн-1.
Принцип действия прибора основан на определении суммарной теплоты окисления СО и Н2 в дымовых газах с помощью палладиевого катализатора. Механический недожог контролируется разработанными ВТИ дымомерами «Дымпульс». Работа приборов основана на фиксации появляющихся пульсаций плотности дымовых газов, предшествующих началу дымления, Содержание кислорода за пароперегревателем измеряется кислородомером МН-5130 с пределами измерений 0—1 %. При полной нагрузке содержание кислорода поддерживается в пределах 0,2—0,3 % [3.3].
Две группы приборов необходимы потому, что при сжигании, близком к стехиометрическому, точность их выше. При нарушении соотношения топливо — воздух приборы реагируют противоположно: например, при увеличении избытка воздуха показания кислородомера повышаются, а показания приборов, контролирующих содержание СО и плотность дымовых газов, уменьшаются, и наоборот. Всякое другое нарушение процесса горения (плохое распиливание, неправильная работа одной из горелок и т. д.) вызывает одновременное изменение показаний приборов обеих групп.
Следует отметить трудность автоматизации процесса горения с предельно низкими избытками воздуха. Достаточно сказать, что кислородомер МН-5130 имеет абсолютную погрешность 0,1 % O2, т. е. величина избытка воздуха находится на уровне погрешности. При этом важно обеспечение требуемых характеристик регулирующих органов.
Основными объектами наладки при переводе котла в режим с предельно малыми избытками воздуха являются горелочные устройства (форсунки и горелки), контрольно-измерительные устройства и приборы, средства регулирования расхода топлива и воздуха.
Форсунки устанавливаются строго по продольной оси горелок. Заглубленное положение головки форсунки в амбразуре фиксируют и определяют из условий:
свободного развития топливного конуса с сохранением зазора между образующей конуса и выходной кромкой амбразуры горелки не менее 1000 мм (угол свободного развития топливного конуса должен находиться в пределах 85—100 °);
предупреждения чрезмерного нагрева головки форсунки прямым излучением теплоты из топочной камеры.
Рис. 3.12. Влияние избытка воздуха на экономичность котла ТГМП-204;
1 — КПД брутто котла; 2, 3 - потерн теплоты от механической и химической неполноты горения; 4 — потеря теплоты с уходящими газами
Рис. 3.13. Экономические показатели котла ТГМП-204: 1 и 2 — расход электроэнергии на собственные нужды котла и блока в процентах от вырабатываемой мощности; 3 — суммарные тепловые потери; 4 — удельный расход теплоты па калориферную установку; 5 — удельный расход теплоты на турбоприводы питательных насосов и воздуходувок; 6 — КПД брутто котла; 7 — потеря теплоты с уходящими газами
Во время наладки выявляют особенности работы котла, определяют критические значения коэффициентов избытка воздуха в регулировочном диапазоне нагрузок и способы их обеспечения. При этом суммарные потери с химической и механической неполнотой сгорания топлива во всем диапазоне изменения нагрузки не должны превышать 0,3 %. По результатам наладки и испытании котла составляют режимную карту [3.17].
На рис. 3.12 для примера показано влияние избытка воздуха на экономичность топочного процесса котла ТГМП-204 в диапазоне изменения коэффициента αэк в пределах 0,99—1,05.
В процессе эксплуатации ведут контроль за работой форсунок, горелок, режимом горения и работой котла в строгом соответствии с режимной картой. В полном объеме и особо тщательно выполняют весь комплекс мероприятий по профилактике высокотемпературной коррозии топочных экранов (контроль температуры стенки и наружного состояния труб НРЧ, соблюдение норм ПТЭ по содержанию железа и меди в питательной воде, контроль образования железоокисных отложений в трубах НРЧ, периодические микропромывки НРЧ и др.).
При осмотре горелок проверяют их основные геометрические размеры (обусловливающие их аэродинамическое сопротивление), правильность установки форсунок, состояние металлических деталей и футеровки амбразуры, а также состояние, исправность действия и плотность закрытия всех отключающих и регулирующих шиберов. Не допускается обгорание или коробление металлических элементов горелок, выплавление или частичное обрушение кирпичной кладки амбразуры горелки. Не допускается также установка форсунок разных типов и производительности. Проверка и тарировка форсунок должны производиться в соответствии с требованиями противоаварийного циркуляра № Т-2/78.
