Эти угли сжигаются в котлах ПК-39 и ПК-57 (ЗиО). Характерным для них является применение камерных топок с твердым шлакоудалением и Т-образной компоновкой, оборудованных вихревыми встречно расположенными горелками [3.12] с регулируемой круткой аэросмеси н вторичного воздуха (табл. 3.5).
Наиболее распространены двухкорпусные котлы ПК-39 блоков 300 МВт; первые четыре из них оборудованы пылесистемами с шаровыми барабанными мельницами Ш-50 с подачей пыли горячим воздухом, а последующие — четырьмя молотковыми мельницами ММТ 2000/2600/1590 с прямым вдуванием пыли*.
На рис. 3.28 показана схема топочной камеры и горелочного устройства котла ПК-39-2. Особенностью этой горелки является закручивание аэросмеси аксиальным завихрителем при интенсивной крутке вторичного воздуха. Это обеспечивает эффективное зажигание и выгорание экибастузских углей.
Котлы П-57 блоков 500 МВт в отличие от котлов ПК-39 выполнены в однокорпусном варианте. Топочная камера котла П-57 прямоугольного сечения (объем 9660 м3) с сухим шлакоудалением. На боковых стенках топки установлены 24 вихревые горелки, расположенные в два яруса. Котел оборудован восемью индивидуальными системами пылеприготовления с мельницами ММТ 2600/2550/590 производительностью 40 т/ч по схеме прямого вдувания (см. рис. 3.24). Подогрев воздуха осуществляется в четырех РВП. Для удаления дымовых газов из котла и подачи необходимого количества воздуха в топку установлены два дымососа ДОДДЗ и два дутьевых вентилятора ВДОД-31,5.
* Экибастузский каменный уголь успешно размалывается в шаровых барабанных, молотковых и среднеходных мельницах.
На блоке 500 МВт Рефтинской ГРЭС каждая система пылеприготовления имеет свой вентилятор горячего дутья ВГД-15.5У; вентиляторы установлены после РВП.
Таблица 3.5. Основные характеристики котлов П-57 и ПК-39 ЗиО [1.1)
На блоках 500 МВт Троицкой ГРЭС подача первичного воздуха на все пылесистемы производится двумя вентиляторами воздуха ВДН-20 через отдельно выделенный РВП для подогрева первичного воздуха.
Рис. 3.28. Схемы топочной камеры (а) и горелочного устройства (б) котла ПК-39-2
Следующим этапом совершенствования конструкции явилась модернизация оборудования при изготовлении котлов П-57-ЗМ Экибастузской ГРЭС-1 для повышения надежности, технологичности и экономии металла. При модернизации принято во внимание увеличение зольности угля до 43 % на сухую массу. Для повышения надежности экранов СРЧ и фестона, температура металла которых была предельной, увеличена Поверхность НРЧ и уменьшена поверхность СРЧ путем переноса их стыка на 7 м вверх. Выполнены мероприятия по уменьшению золового износа — установлены специальная золозащита водяного экономайзера и золозащитные вставки на входе в трубчатый воздухоподогреватель. Для ограничения образования оксидов азота выполнена установка двухпоточных по вторичному воздуху горелок. Претерпела изменения и компоновка котельного оборудования. Для уменьшения выбросов золы установлено двухступенчатое золоулавливание — мокрые скрубберы и электрофильтры.
Для возможности сжигания высокозольного экибастузского угля (с зольностью до 55 % на сухую массу) разработан проект реконструкции серийного котла П-57. Наибольшие изменения внесены в конструкцию верхней части топки.
Для предотвращения шлакования потолка ц заноса горизонтального газохода в верхней части топки установлено 16 L-образных двухсветных экранов, ликвидирован фестон и экранирован под горизонтального газохода. Ширмы расположены ближе к оси топки и установлены над наклонной частью перевала. Расчетная температура газов на выходе из топки составляет для гарантийного топлива * 1210 °С. Снижение температуры газов на выходе из топки (около 100 °С) получено путем установки двухсветных экранов, увеличивших лучевоспринимающую поверхность топки на 44 %. Установка их снижает также температурную разверну газов за топкой.
Горелочные устройства котла П-57Р и топочные экраны не претерпели принципиальных изменений. Вместо молотковых мельниц установлено шесть лицензионных среднеходных мельниц MPS-2650, работающих по схеме прямого вдувания под давлением. Котлами П-57р комплектуются Экибастузские ГРЭС, начиная с ГРЭС-II.
При сжигании экибастузского угля в этих котлах при умеренном выходе летучих (24%) обеспечиваются наиболее высокая в эксплуатации пылеугольных котлов экономичность (КПД брутто — 92%), небольшие затраты энергии на собственные нужды, широкий диапазон изменения нагрузок (100—60% номинальной без подсветки мазутом), простота обслуживания. Действующие блоки 500 МВт, оснащенные указанными котлами, имеют удельные расходы топлива на уровне 330— 336 г/(кВт-ч). Этому способствуют хорошая сыпучесть экибастузского угля, практически полная его взрывобезопасность, высокая температура плавления золы (t1= 1390:1480° С) и умеренная сопротивляемость размолу. Трудности, связанные с эксплуатацией котлов на экибастузском угле, в основном вызваны его высокой зольностью: 38—43% на сухую массу и до 53—55% при 14,4 МДж/кг. Большая зольность угля и высокая абразивность его золы способствуют износу конвективных поверхностей нагрева, что является одной из причин их повышенной аварийности.
Особенности работы топочных камер котлов П-57 всех модификаций определяются двухъярусным встречным расположением на боковых стенах топки вихревых двухпоточных горелочных устройств и схемой их соединения с восемью молотковыми мельницами ММТ 2600/2550/590 с центробежными сепараторами, регулируемой круткой потока вторичного воздуха (24 направляющие лопатки с углом поворота 90 °С) и постоянной круткой первичного воздуха (8 закручивающих лопаток с углом к аксиальной направляющей 30°) в 24 вихревых горелках. Каждая мельница работает на три смежные установленные в один ряд горелки. При отключении мельницы отключаются горелки одного верхнего или нижнего яруса в полутопке. Принятая компоновка мельниц с горелками при отключении одной и даже двух мельниц не приводит к существенному перераспределению тепловых потоков в топочной камере, разрегулировке воздушного режима, температурным перекосам и тепловым потерям. Так, перераспределение топлива по ярусам горелок приводит к изменению температуры иа выходе из топочной камеры лишь на ± (30— 40)°С. Сочетание работающих мельниц существенно не влияет на экономичность работы котла [3.13]. Изменение крутки потока вторичного воздуха в малой степени влияет на положение и структуру факела, и поэтому распределять тепловые потоки в топочной камере круткой и тем более снижать температуру газов за ней в больших пределах не удается.
В табл. 3.5 приведены характеристики основных режимных параметров, Оптимальное изменение воздушного режима работы топочной камеры котла П-57 в диапазоне нагрузок 60—100% номинальной показано иа рис. 3.29.
Опыт эксплуатации котлов П-57 всех модификаций на экибастузском угле различной зольности подтверждает, что двухпоточные горелочные устройства обеспечивают устойчивое воспламенение и достаточно полное сгорание угля в диапазоне нагрузок 100—60% номинальной, экраны топочных камер сохраняются в эксплуатационно чистом состоянии при принятых тепловых нагрузках сечения топки (см. табл. 3.5), при снижении нагрузки общий характер протекания процессов горения и теплообмена сохраняется. Не изменяется расположение границ зоны максимального тепловыделения и сечения с максимальным тепловосприятием, мало изменяется степень выгорания топлива по высоте топочной камеры. Опасность погасания факела при сжигании экибастузских высокозольных углей может наступить пpи расчетных значениях температур в зоне воспламенения меньше 1300° С.
* С зольностью на сухую массу 48% — гарантийное и с зольностью 44 и 55% — соответственно улучшенное или ухудшенное топливо.
Рис. 3.29. Оптимальное изменение воздушного режима работы топочной камеры котла П-57 в диапазоне нагрузок 60—100% номинальной:
фобш, Qht, Qnepa — расход общего, вторичного н первичного воздуха в процентах *от общего при Дном; t\ — температура горячего, воздуха; /2 — температура аэросмесн за мельницей; а-пири. ωητ, и/п.п — скорости первичного и вторичного воздуха и аэросмесн в пылепроводах; гперв — доля первичного воздуха
Рнс. 3.30. Зависимость срока работы труб водяного экономайзера от тонины помола экибастузского угля
Верхний предел допустимых температур в ядре факела (около 1600° С) определяется уровнем температуры на выходе из топочной камеры по условиям шлакования поверхностей поворотного газохода (не более 1250° С).
Одной из особенностей сжигания экибастузских углей является заметное влияние зольности на условия лучистого теплообмена в топочной камере, о чем прежде всего свидетельствует высокий уровень температуры газов вверху топки. Так, при увеличении приведенной зольности экибастузского угля на 1% выше проектной температура газов на выходе из топки котла П-57 увеличивается до 10° С. Приведенная зольность поступающего угля часто превышает среднюю на 5—10%, в результате чего температура газов на выходе из топки [1.1] может возрастать на 100° С. Увеличение температуры газов на выходе нз топки сверх фактической и тем более расчетной при сжигании угля с предельными характеристиками не только приводит к прямому перегреву металла груб пароперегревателей, но и усугубляет повреждаемость, связанную с несовершенством конструкций узлов топочной камеры. Кроме того, при высокой (непроектной) зольности затягиваются воспламенение и выгорание топлива, ухудшаются условия теплообмена в топочной камере, повышается абразивный износ мелющих органов, пылепроводов, поверхностей нагрева и пр, Это предъявляет особые требования к наладке топочного и горелочного устройств, к работе систем пылеприготовления, а также к качеству сжигаемого топлива. При работе на высокозольных углях необходимо более точное поддержание избытка воздуха во всех горелках, обеспечение строго одинакового и стабильного качества пыли на всех параллельно работающих пылесистемах, улучшение однородности структуры пыли и пр.
При наладке топочного режима особое внимание уделяется снижению механического недожога. Главный фактор его снижения при сжигании экибастузского угля — выбор оптимальной тонины помола. Ее значение относительно невелико (R≈15%). Угрубление помола снижает затраты на пылеприготовление и заметно увеличивает срок службы мелющего оборудования, однако при этом снижается устойчивость горения, затягивается выгорание угля, повышается механический недожог и увеличивается абразивный износ конвективных поверхностей нагрева котла при принятых скоростях газов на уровне 6,5—7 м/с.
На рис. 3.30 показано, как влияет тонина помола экибастузского угля на срок работы труб водяного экономайзера. Выбор тонины помола в конкретном случае должен производиться на основе технико-экономического анализа с определением расчетных затрат. Механический недожог за котлом при правильной организации воздушного режима горелочных устройств и оптимальных параметрах топочного процесса мало зависит от комбинации работающих горелок.
Оптимальный коэффициент избытка воздуха в топках котлов П-57 всех модификаций для нагрузок 60—100% номинальной обычно изменяется от 1,28 до 1,15. При этом обеспечиваются расчетные температуры свежего пара и пара промперегрева, а также максимально возможная экономичность котлов при минимальной Интенсивности шлакования верхней части топки. Однако некоторые различия основных характеристик эксплуатируемых котлов, применяемых пылесистем, горелочных устройств, температур подогрева воздуха, аэросмеси и т. д. (см. табл. 3.5) имеют влияние на полноту выгорания топлива. Влияние режимных параметров [1.1] на экономичность сжигания экибастузского угля показано на рис. 3.31*.
*Эти данные получены при сжигании угля с зольностью 36—46%.
Рис. 3.31. Влияние режимных факторов на экономичность сжигания экибастузского угля:
а— оптимальная тонкость помола; б — оптимальный избыток воздуха; в — влияний тонкости помола на q4; г — влияние избытка воздуха на q4; д — влияние доли первичного воздуха; е — влияние крутки потока на q4
Установлено, что по шлакующим свойствам экибастузский уголь может различаться. Так, поступление партий угля с повышенным содержанием окислов железа может являться одной из причин шлакования котлов. Отмечается, что поверхности поворотного газохода котла П-57 находятся в условиях, близких к предельным по шлакованию. Очагом шлакования в первую очередь является потолок топки, включая район фестона. Для уменьшения шлакования поверхностей нагрева котла обычно снижают допустимую среднюю температуру газов как перед ширмами, так и перед фестоном до 1250° С путем разгрузки центральной части топочной камеры по топливу.
Опыт эксплуатации показывает, что нарушение воздушного режима может также вызвать шлакование экранов топочной камеры и в первую очередь зоны активного горения. Известно, что контроль характера развития топочного процесса затруднен из-за отсутствия надежных количественных показателей раздачи пыли и воздуха по горелкам. Неравномерность раздачи пыли и воздуха обычно определяют по появлению температурной и газовой неравномерностям, а в некоторых случаях по распределению O2 в дымовых газах по ширине топочной камеры.
По указанным показателям можно выявить отдельные объемы топочной камеры, где имеет место несоответствие оптимального соотношения между топливом и воздухом, в наибольшей степени благоприятствующее развитию шлакования. В этих случаях визуальным наблюдением обычно фиксируют высокий пирометрический уровень, а часто и набросы факела на ту или иную экранную поверхность.
Последнее, как правило, сопровождается образованием шлаковых наростов от центра к периферии экрана в виде глыб по центру и оплавленных гребней в углах топочной камеры. Возможную причину шлакования на нагрузках, близких к номинальной, иногда следует искать в аэродинамической организации факелов индивидуальных горелок; влияют также забивание каналов пылью, обгорание и деформация насадок, нарушение геометрических размеров каналов, образование шлаковых наростов на насадках, выход из строя лопаточного аппарата регистров аэросмеси и вторичного воздуха и др.
В эксплуатации часто наблюдается значительный износ дымососов, что во многом является результатом недостаточной эффективности золоуловителей. Износу подвержены многие элементы воздушного тракта, и в первую очередь вентиляторы, установленные за регенеративными воздухоподогревателями. Причиной последнего является перенос золы из газового в воздушный тракт в регенеративных вращающихся воздухоподогревателях. Оснащение ряда котлов трубчатыми воздухоподогревателями не только устранило эту проблему, но и позволило существенно снизить утечки воздуха, облегчило выполнение самостоятельных трактов первичного и вторичного воздуха с раздельными вентиляторами, что сократило расход электроэнергии на дутье.
