Стартовая >> Архив >> Генерация >> Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов

Результаты исследований шлакующих свойств углей - Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов

Оглавление
Влияние схем сжигания и режимов на шлакование
Изменение характеристик газового потока
Очистка топочных экранов котла П-67
Наружная очистка поверхностей нагрева котлов ЗиОМАР
Результаты исследований шлакующих свойств углей
Перераспределение минеральной части углей в процессе сжигания
Результаты исследований шлакующих свойств углей - температура начала шлакования
Результаты исследований шлакующих свойств углей - прочность шлаковых отложений
Освоение головного блока 200 МВт на Южноуральской ГРЭС
Воспоминания первого главного инженера Южноуральской ГРЭС

Результаты исследований шлакующих свойств углей на огневом стенде УралВТИ

Алехнович А. Н., Артемьева Н. В., Богомолов В. В., Родионов В. А.

УралВТИ

В связи с возрастанием роли углей в энергетике страны, практикой обеспечения топливом ТЭС по кратковременным контрактам и сжигания непроектного топлива актуальными являются вопросы изучения его шлакующих свойств и совершенствования методов прогнозирования. Для решения этих задач за рубежом во все большем масштабе используются огневые стенды и крупномасштабные трубчатые реакторы с несущим потоком (EFR), в которых с приемлемым приближением воспроизводится температурно-временной режим частичек летучей золы. Исследования на таких установках свободны от априорного задания схемы процесса и определяющих факторов, что имеет место при проведении лабораторных исследований. По сравнению с проведением исследований в промышленных условиях стендовые испытания имеют ряд достоинств, среди которых - снижение расходов, обеспечение постоянного качества топлива в опытах и возможность проведения опытов с селективно-отобранными пробами, более точные измерения и использование средств измерений, не применимых на котлах.
Огневой стенд УралВТИ по своим характеристикам и возможностям соответствует мировому уровню. На стенде изучаются вопросы воспламенения и выгорания твердого топлива, его шлакующие свойства, отрабатываются различные технологии сероочистки дымовых газов [1,2]. В течение 1986-2000 гг. на нем выполнены исследования шлакующих свойств 43 партий различных углей, краткое обобщение которых приводится в данной статье. Помимо этого, на стенде изучались шлакующие свойства золы смесей разных углей [3], смесей угля с биомассой и нефтяным коксом, вопросы изменения этих свойств при организации ступенчатого сжигания [4] и вводе в газоход сорбентов для снижения SO2.
Стенд состоит из автономных систем пылеприготовления и собственно огневого стенда (камера сгорания, газоходы, теплообменники, установки золоулавливания и вспомогательные механизмы). Обе системы могут работать одновременно, но для удобства организации работы опыт обычно проводится в два дня. В первый готовится пыль изучаемого угля, во второй выполняются ее сжигание и необходимые исследования.
При конструировании камеры сгорания был учтен опыт исследований шлакующих свойств на других стендах. При проведении исследований в камерах сгорания и газоходах с опускным движением дымовых газов из-за интенсификации осаждения инертных частиц результаты получаются плохо воспроизводимые и не совпадающие с теми, что наблюдаются на котлах при измерениях в верхней части топки и в поворотном газоходе. Кроме того, на стендах с нижним отводом газов неудобно размещать приборы и проводить исследования. В силу этого стенд УралВТИ был выполнен с компоновкой, аналогичной компоновке характерных котлов - с подъемным движением газов в камере сгорания, хотя это и привело к дополнительным трудностям в организации шлакоудаления при симметричном по оси камеры расположении горелки на поду.
Из полученных позднее зарубежных публикаций выяснено, что камера сгорания и примыкающий к нему измерительный газоход стенда УралВТИ по техническим решениям близки к стенду Combustion Engineering [5]. Первоначальная конструкция камеры сгорания (в дальнейшем “стенд 1” или “адиабатический” стенд) была неохлаждаемая с внутренним диаметром 400 мм в нижней ее части и 300 мм в верхней, длиной 4400 мм и с толстой изоляцией изнутри (рис. 1, а). Первые опыты и анализ их результатов показали, что стенд с такой конструкцией камеры сгорания неоптимален для изучения шлакующих свойств. Основные недостатки следующие:
ее адиабатический тип. Кроме того, большая теплоемкость изоляции требовала значительного времени на разогрев камеры до стационарного состояния, когда начинается эксперимент. Для поддержания неизменной температуры на входе в измерительный газоход по мере прогрева камеры расход угольной пыли снижался до 10- 15 кг/ч, по сравнению с исходным значением при исследовании процесса, равным 40 кг/ч;

Схема камеры сгорания и газоходов огневого стенда
Рис. 1. Схема камеры сгорания и газоходов огневого стенда УралВТИ:

а - первоначальная конструкция, стенд 1; б- реконструированный стенд 3; 1 - камера сгорания; 2 - горизонтальный измерительный газоход; 3 - воздухоподогреватель; 4 - охладитель газов; 5 - тепловоспринимающая панель

из-за малого диаметра камеры сгорания и большой ее длины в шлак сепарировало большое количество золы и коэффициент шлакоулавливания в камере составлял примерно 85%. Это приводило к закономерному перераспределению химического состава между исходной минеральной частью и летучей золой, что вместе с уменьшением размера частиц уноса, несомненно, сказывалось на условиях образования и свойствах отложений.
Отмеченные недостатки были устранены в последующих конструкциях камеры сгорания (далее “стенд 2, 3”): была уменьшена высота камеры и толщина изоляции; секции были заменены на водоохлаждаемые (рис. 1,6). Проведенная реконструкция позволила уменьшить коэффициент шлакоулавливания до значений, меньших или равных 50%. В такой конструкции камеры сгорания обеспечивается режим твердого шлакоудаления. После получения информации о конструкциях зарубежных стендов и, в частности, Combustion Engineering, камера сгорания стенда УралВТИ по аналогии с ними была доукомплектована экспериментальной тепловоспринимающей панелью.
Камера сгорания оборудована вихревой горелкой диаметром 100 мм с регулируемым углом поворота лопаток вторичного воздуха и неподвижными лопатками первичного воздуха. В центральный канал первичного воздуха диаметром 50 мм на период разогрева камеры до стационарного состояния вставляется механическая форсунка для дизельного топлива. В верхней части через выходное окно к камере сгорания примыкает, так называемый, измерительный (горизонтальный) газоход. Он представляет собой два параллельных футерованных огнеупорным кирпичом канала (сечением 200 х 200 мм и 200 х 100 мм) длиной 2850 мм. Наличие двух газоходов с разными сечениями позволяет изучать влияние скорости газов на шлакование и времени пребывания сорбента на эффективность связывания серы. В большем из газоходов обеспечивается средняя скорость дымовых газов w = 7ч-10м/с. Он оборудован двумя настенными водяными охладителями в виде “петель”, что обеспечивает монотонное снижение температуры дымовых газов в интересующем для изучения шлакования диапазоне от 1100- 1300°С до 700°С.
На стенде формируются шлаковые отложения и низкотемпературные загрязнения в потоке реальных дымовых газов. Определение шлакующих свойств золы в опытах на стенде проводится аналогично опытам на котле с использованием зондов различной конструкции, представляющих уменьшенную копию используемых на котлах, а также устройств, позволяющих определить показатели, измерение которых в промышленных условиях затруднено. В характерных опытах определяются температурные условия образования шлаковых отложений, интенсивность их формирования и прочностные характеристики в зависимости от температуры зонда t3 и газов, а также склонность углей к образованию низкотемпературных загрязнений. В лабораторных условиях определяется состав отобранных золошлаковых материалов и спекаемость золы лабораторного озоления и уноса.
В опытах на стенде УралВТИ исследованы шлакующие свойства углей с диапазоном изменения содержания минеральной части и ее состава более широким, чем на практике. Это, наряду с достоверностью полученных результатов, определяет применимость разрабатываемых на их базе методов прогнозирования для всей совокупности отечественных углей. Зольность углей в исследованиях (таблица) изменялась от Ad = 7,2% (березовский уголь) до 49,3-51,4% (подмосковный, экибастузский угли). Диапазон изменения основных компонентов минеральной части в пересчете на оксиды в опытах составил (в процентах): SiО2 14,6 - 70,8; А12Оз 7,0 - 32,6; ТiО2 0,2 - 1,89; Fe2О3 3,46 - 24,6; СаО 0,73-40,2; MgO 0,25-10,7; К2O 0,23-3,0; Na2O 0,21 - 10,7. Отношение компонентов кислого состава ΣΚ — SiO2 + АlО3 + ТiO2 к компонентам основного состава ΣΟ = СаО + MgO + К2O + Na2O (в дальнейшем обозначаемое как kо ) изменялось от 0,4 до 36,3.



 
« Механизм образования и способы подавления оксидов азота в пылеугольных котлах   Модернизация конденсаторов лабиринтового пара энергоблоков 300 и 500 МВт »
электрические сети