3.3. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ КОТЛОВ ПРИ СОВМЕСТНОМ СЖИГАНИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА С МАЗУТОМ (ГАЗОМ).
В настоящее время в ряде топочных камер котлов, предназначенных для сжигания твердого топлива, сжигается смесь его с жидким или газообразным топливом. Необходимость сжигания топлива двух видов, резко различающихся по своим характеристикам, в одном котле связана с неустойчивостью топливной конъюнктуры, возросшими требованиями к маневренности котлов, а также снижением качества твердого топлива.
При совместном сжигании указанных топлив возможны следующие режимы эксплуатации:
жидкое топливо (газ) используется только при малых нагрузках и для подсветки факела;
котел приспособлен для работы во всем диапазоне нагрузок для попеременного раздельного сжигания различных топлив;
котел приспособлен для совместного сжигания твердого и жидкого топлива (газа) во всем диапазоне нагрузок при различных соотношениях топлив.
Периодический перевод пылеугольных котлов на сжигание в течение непродолжительного времени смеси твердого топлива с небольшим количеством мазута (газа) обычно не приводит к заметному снижению надежности. Низкие тепловые напряжения топочного объема пылеугольных котлов при частичных нагрузках, непродолжительность этих режимов, наличие золовых отложений на поверхностях нагрева не приводят к интенсификации коррозионных процессов, а возможность поддерживать большие избытки воздуха облегчает достижение расчетного перегрева пара. Необходимым требованием при такой организации сжигания является приспособление части горелочных устройств для эффективного сжигания мазута (газа). Изменение поверхностей нагрева котлов, как правило, не требуется. Необходимость подсветки факела при высоких нагрузках возникает при сжигании топлива ухудшенного качества по сравнению с проектным, а также при нестабильном его составе.
При сжигании твердого и жидкого топлив в одной топочной камере необходимы приспособление существующих пылеугольных горелок либо установка новых устройств, обеспечивающих эффективное сгорание обоих видов топлив. Например, в процессе реконструкции котла ТПП-200-1 изменена схема подачи воздуха в центральные каналы горелок и установлены мазутные форсунки ТКЗ-6 («Титан») производительностью 8 т/ч каждая. Реконструированная горелка имеет три канала для подачи: центрального воздуха через аксиальный завихривающий аппарат, пылевоздушной смеси, вторичного воздуха. Часть горелки, предназначенная для сжигания угольной пыли, практически не изменена. Для организации эффективного сжигания мазута к центральному каналу горелки подводится воздух от вентиляторов первичного воздуха. Скорость воздуха в центральном канале (расчетное значение 44 м/с) существенно выше, чем в остальных каналах горелки, и мало меняется от нагрузки котла. Опыт эксплуатации показал, что подача с высокой скоростью 10—40% воздуха непосредственно к корню мазутного факела обеспечивает глубокое вторичное дробление капель мазута и хорошее перемешивание топлива с воздухом. Практическое постоянство скорости воздуха на выходе из центрального канала дает возможность эффективно без сажеобразования сжигать мазут во всем диапазоне нагрузок котла. Основное количество воздуха на выходе из центрального канала движется прямотоком, и лишь около 20% этого потока воздуха, непосредственно примыкающего к форсунке, закручивается аксиальным лопаточным завихрителем для обеспечения устойчивого воспламенения мазутного факела.
На ряде электростанций широко применяется способ попеременного сжигания мазута и АШ с использованием вентилятора горячего дутья (ВГД) в качестве дымососа рециркуляции дымовых газов [3.15, 3.16]. Способ основан на использовании защитных свойств шлакового слоя, остающегося на шиповых футерованных экранах предтопка после сжигания угольной пыли. Для перевода котла в режим попеременного сжигания топлива монтируют перемычку с шиберами между коробом дымовых газов после водяного экономайзера и всасывающим воздуховодом ВГД и увеличивают производительность основных мазутных форсунок до 4—5 т/ч. По условиям сохранения шлакового покрытия ошипованных труб предтопка обычно допускают работу пылеугольного котла на мазуте в диапазоне нагрузок 40—70% номинальной. Сжигать только мазут в топке пылеугольного котла при номинальной нагрузке не рекомендуется, так как мазутный факел более сконцентрирован, чем пылеугольный, и основное ядро температур сосредоточено в зоне НРЧ. Эта зона даже при пылеугольном факеле, равномерно распределенном в топочной камере, работает в напряженных условиях. При сжигании мазута условия работы НРЧ ухудшаются из-за более высоких уровней тепловых нагрузок. Применение режима сжигания мазута в период разгрузок блоков требует создания на ГРЭС достаточно развитого мазутного хозяйства, рассчитанного на подачу большого количества мазута. Это необходимо учитывать при проектировании ГРЭС на твердом топливе.
Сжигание слабореакционного твердого топлива низкого качества (например, АШ) совместно с мазутом (газом) позволяет повысить устойчивость горения, улучшить выход жидкого шлака и повысить диапазон эксплуатационных нагрузок котлов. Практика эксплуатации пылеугольных котлов показывает, что при ухудшенном качестве АШ (теплота сгорания ниже 21 МДж/кг) его можно устойчиво сжигать только лишь в смеси с мазутом или газом, причем чем меньше теплота сгорания, тем меньше допустимая доля АШ в смеси.
Рис. 3.32. Зависимость доли мазута (газа) для подсветки факела от теплоты сгорания АШ при номинальной нагрузке котла и коэффициенте избытка воздуха за водяным экономайзером 1,20—1,25
На рис. 3.32 показана ориентировочная зависимость доли мазута (газа) в смеси от теплоты сгорания АШ. Зависимость построена из условия поддержания устойчивого факела в топочной камере и отсутствия затягивания застывающим шлаком отверстия леток и не учитывает необходимости периодического добавления мазута (газа) при выходе из строя отдельных питателей пыли, работающих недостаточно надежно при максимальной частоте вращения на топливе с пониженной теплотой сгорания [3.15, 3.16].
Опыт эксплуатации и проведенные исследования позволили выработать следующие основные рекомендации по переводу котлов на совместное сжигание твердого топлива и мазута (газа): на котлах с многоярусным расположением горелок твердое топливо целесообразно сжигать в нижних, а мазут (газ) — в верхних ярусах горелок;
для обеспечения достаточно полного перемешивания продуктов сгорания твердого топлива и мазута, снижения скорости коррозии и загрязнения поверхностей нагрева комбинации горелок составляют так, чтобы рядом с горелкой, сжигающей мазут, работала горелка на пыли, напротив мазутной горелки работала пылевая горелка и т. п.;
на котлах с жидким шлакоудалением для обеспечения постоянной шлаковой пленки, защищающей от выгорания торкретированные поверхности нагрева, комбинация работающих горелок должна изменяться 1 раз в смену так, чтобы горелка, проработавшая на мазуте (газе), переводилась на сжигание пыли.
Сжигание пылевидного топлива и мазута (газа) одновременно в одном горелочном устройстве приводит к ухудшению выгорания топлива обоих видов. Такой режим допускается лишь при растопке котла и сжигании высокозабалластированных низкореакционных топлив для поддержания устойчивого воспламенения угольной пыли.
Реализованные на котлах ТПП-200-1 и ТПП-210А схемы совместного сжигания пыли АШ и мазута позволяют надежно и экономично эксплуатировать их в диапазоне нагрузок от 60 до 100% номинальной при доле мазута до 60%. Опыт эксплуатации этих котлов при совместном сжигании пыли АШ и мазута показывает, что по мере снижения теплоты сгорания АШ и увеличения доли мазута экономичность котла ухудшается, несмотря на то что содержание горючих в уносе практически остается на уровне 12—15%. Так, с уменьшением теплоты сгорания АШ с 21,8 до 17,6 МДж/кг (с 5200 до 4200 ккал/кг) КПД брутто котла ТПП-210А при сжигании смеси снижается с 88 до 83% вследствие увеличения потерь теплоты из-за механической неполноты сгорания и с уходящими газами [3.15].
При совместном сжигании АШ и мазута отложений сажи на конвективных поверхностях нагрева, воздухоподогревателях и электрофильтрах обычно не наблюдается. Значительно увеличивается продолжительность кампании котла по условиям шлакования ширмового пароперегревателя и заносу конвективных поверхностей нагрева и воздухоподогревателя по сравнению с режимом сжигания одного твердого топлива. Скорость коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева в 4—5 раз
меньше, чем при сжигании только мазута. Снижение интенсивности коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева связано как со снижением концентрации SO3 в дымовых газах, так и с нейтрализацией золовым и частицами АШ серной кислоты, осаждающейся на этих поверхностях.
