Температура уходящих газов является одной из важнейших характеристик котла. В условиях, когда потери с химической и механической неполнотой сгорания жидкого топлива практически сведены к нулю, снижение температуры уходящих газов представляется основным резервом повышения экономичности собственно котла.
Однако экономичность блока зависит не только от температуры уходящих газов, но также и от температуры предварительного подогрева воздуха. При этом важно, что увеличение температуры уходящих газов снижает экономичность блока, а рост температуры предварительного подогрева воздуха повышает ее. Следует учесть, что при сжигании сернистых мазутов температура уходящих газов не может выбираться без учета низкотемпературной коррозии, загрязнений и охраны окружающей среды.
При сжигании сернистых мазутов температура точки росы дымовых газов оказывается значительно выше температуры насыщения водяных паров и может превысить температуру уходящих газов. Если температура уходящих газов оказывается ниже температуры точки росы (рис. 3.9), существенно усиливаются загрязнение и коррозия поверхностей нагрева, возникают значительные трудности в организации защиты от коррозии газоходов между воздухоподогревателями и дымовой трубой. На частицах золы и сажи конденсируются пары серной кислоты, что усиливает коррозионное и токсическое воздействие выбросов в окружающую среду. При температуре уходящих газов выше точки росы интенсивность этих процессов существенно ниже, и можно защищать металлические газоходы после воздухоподогревателей тепловой изоляцией [1.1, 3.7].
Выбор оптимальной температуры подогрева мазута перед сжиганием
Сжигание сернистых мазутов в энергетических котлах желательно осуществлять со стехиометрическими избытками воздуха, в достижении которых большую роль играет процесс подготовки топлива перед распыливанием. Исследования и опыт эксплуатации показывают, что в ряде случаев в зависимости от марки мазута целесообразно повышение температуры подогрева мазута свыше 120 °С. Для этого необходима достаточно прочная и надежная конструкция подогревателя.
На рис. 3.10 приведена схема высокотемпературного подогрева мазута на Ириклинской ГРЭС. Для этого использованы стандартные секции паро-паровых теплообменников котлов ЗиО.
По данным исследований [3.4] при выборе оптимальной температуры подогрева мазута
Т°пт необходим комплексный подход, обеспечивающий решение вопросов экономичности, надежности, маневренности и максимального снижения вредных выбросов в атмосферу. По условиям экономичности Тoпт должна обеспечивать высокую степень завершенности процесса горения. Это достигается прежде всего конструкцией топочно- горелочного устройства и высотой топки котла. Высота топки (Нт) газомазутного котла по условиям законченности процесса горения определяется по эмпирической формуле [3.4]:
(3.2)
где ωг — скорость дымовых газов в топочной камере, м/с; αмакс— максимальный диаметр капель распиливания. В свою очередь αмакс зависит от вязкости мазута и с повышением его температуры резко уменьшается, снижая тем самым необходимую высоту топки.
Например, для котлов ТГМП-114 и ПК-41-1 законченность процесса горения, характеризуемая q3 + q1 = 0,14-0,3 %, обеспечивается при подогреве мазута М100 перед распыливанием до 197—207 °С (рис. 3.11),
С повышением Тм перед распиливанием снижается золовой занос конвективных поверхностей нагрева из-за перехода адгезионных золовых частиц в безынерционные. Длительный опыт эксплуатации упомянутых котлов при сжигании высокоподогретого мазута при 227—240 °С подтверждает это положение. Увеличение Тм перед распиливанием приводит к некоторому возрастанию максимальных значений падающих тепловых потоков на экраны НРЧ, однако абсолютные их значения обычно не превышают расчетных. Возрастание qмакс происходит только до определенных значений Тм (около 207 °С), и дальнейшее увеличение Тм приводит лишь к интенсификации процесса горения. При высоком подогреве мазута перед распыливанием снижается концентрация сероводорода (H2S) в пристенных зонах НРЧ. Максимальная концентрация H2S при Tм>207 °С становится ниже коррозионно-опасных значений, что положительно сказывается на снижении скорости высокотемпературной сульфидной коррозии экранов НРЧ и повышении надежности работы котлов.
Необходимо отметить, что увеличение Тм перед распиливанием ведет к некоторому росту концентрации серного ангидрида (SO3) в дымовых газах. Однако из-за значительного снижения эолового заноса холодного слоя РВП межпромывочная кампания увеличивается, что обеспечивает сокращение числа водных отмывок. При этом низкотемпературная коррозия снижается.
Данные эксплуатации котлов ΤΓΜΠ-Π4 и ПК-41-1 дают сложную зависимость образования окислов азота и канцерогенных веществ от температуры подогрева мазута. Так, концентрация оксидов азота с повышением Tм до 157—167 °С увеличивается, но затем (Тм>180 °С) начинает снижаться. Содержание канцерогенных веществ с увеличением температуры мазута монотонно снижается. При Тм=240 °С, обеспечивающей беззоловой режим работы конвективных поверхностен и надежность работы высоко- и низкотемпературных поверхностей, концентрация оксидов азота снижается в 3— 3,5 раза, а содержание канцерогенных веществ — в 2 раза. Дальнейшее повышение Тм приводит только к дополнительному снижению концентрации вредных выбросов в атмосферу, но снижается надежность работы форсуночных устройств и подогревателей мазута. Тем не менее подогрев мазута до температуры выше 240 °С для котлов ПК-41-1 и ТГМП-114 в целях достижения более глубокого снижения концентрации окислов азота и канцерогенных веществ весьма желателен.
Для достижения этой цели необходимы более эффективные способы подогрева топлива, например внедрение подогревателей мазута с ребристыми трубками, что обеспечит улучшение теплообмена, снижение металлоемкости, а также исключит попадание мазута в конденсат греющего пара.
