ГЛАВА 4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СХЕМ СЖИГАНИЯ НИЗКОСОРТНЫХ ТОПЛИВ
- Комплексная модернизация систем пылеприготовления и горелочные устройства
Одним из важнейших требований, предъявляемых к эксплуатируемому оборудованию, является повышение маневренности, возможности быстрого изменения нагрузки, частых останов, быстрых последующих пусков, длительной работы на нагрузке механического минимума. На Бурштынской ГРЭС отработаны и освоены пуско-остановочные режимы, ускоренные пуски блоков из горячего неостывшего состояния; глубокие разгрузки блоков по условиям выхода жидкого шлака и по устойчивости горения; глубокие разгрузки блоков на мазуте и газе; совместное и раздел сжигание угля, газа и мазута с целью обеспечения технического минимума нагрузок.
Достигнутый регулировочный диапазон работы блока при работе на качественном угле составляет 80 МВт (120—200 МВт), на угле худшего качества 60 МВт (130—190 МВт). На газе диапазон регулирования 150 МВт (50—200 МВт), на мазуте минимальная нагрузка блока может снижаться до 40—45 МВт. Продолжительность минимальных нагрузок на твердом топливе из условий допустимого минимального выхода шлака и частичного накопления его на поду составляет 4—6 ч, на газе (мазуте) — до 6 ч из условий поддержания температуры пара не ниже 530 С. Диапазон изменения нагрузки ГРЭС в рабочие сутки достигает 12(М) МВт. В воскресенье в работе находится 6—8 блоков летом и 9—11 блоков за абсолютный минимум нагрузки, имевший место в работе электростанции в период ночного провала нагрузки в выходной день, составил 800 МВт (в работе 5 блоков) с последующим пуском трех блоков. Наибольшие скорости нагружения характерны для понедельника зимних суток, когда наряду с пуском блоков идет их нагруженность от нагрузки технического минимума до полной. Графиком определяется нагружение ГРЭС с 1100 до 2300 МВт за 4 ч, т., средней скоростью 300 МВт/ч. Однако в экстремальной зоне до 2150 МВт нагружение должно происходить со скоростью от 550 МВт/ч или до 10 МВт/мин.
Рассматривая повышение надежности, маневренности и экономичности энергоблоков, а также электростанции в целом как комплексную научно-техническую задачу, необходимо было в первую очередь обеспечить сжигание низкосортного топлива в горелке и обеспечить повышение маневренности топочного устройства. Проектные вихревые горелки работали ненадежно и были приспособлены к работе блока в переменном режиме, а не для сжигания угля и мазута в различных соотношениях. В наладочно-экспериментальных работ отработаны две конструкции
Оптимизация конструкции горелки с ПВКр в маневренных режимах производилась по таким показателям топочного процесса, как надежность выхода жидкого шлака, сепарация, шлакование, корпусов экранов, устойчивость горения. Эксплуатация котлов с ПВКр и всесторонние исследования показали высокую надежность, экономичность и маневренность топочных устройств с данной системе.
Накопленный опыт реконструкции и эксплуатации РПС позволил выявить преимущества новой системы, освоить ее и обеспечить взрывобезопасность. Выполнен ряд конструктивных усовершенствований, позволивших сократить затраты трудовых и материальных ресурсов на монтаж и снизить выброс угольной пыли.
Применением ПВКр, плоскофакельных и прямоточных горелок удается достичь расширения диапазона регулирования нагрузки энергоблока прежде всего за счет:
1) изменения высоты факела в топке котлоагрегатов с плоскофакельными горелками;
2) повышения температуры горения и температуры в схемах РПС и ПВКр на 50—60 °С при сохранении неизменной температуры на выходе из топки;
3) практической нечувствительности работы горелочных устройств в схемах с ПВКр к соотношению скоростей первичного и вторичного воздуха, т. е. к снижению нагрузки энергоблока.
Применение указанных технических решений позволяет комплексно решать проблему повышения надежности, маневренности и экономичности котлоагрегатов. Значит если экономический эффект достигается при сравнительно невысоких тратах и непродолжительном сроке внедрения с учетом незначительного срока окупаемости. Такая модернизация является эффектным средством обновления оборудования и приспособления к работе в сложных условиях маневренных режимов и снижении качества угля.
Применение плоскофакельных горелок дало возможность уменьшить их количество и упростить компоновку, снизить гидравлическое сопротивление трактов первичного и вторичного воздуха сократить металлоемкость и стоимость горелок в 2—3 раза и значительно уменьшить затраты на их ремонт.
Внедрение ПВКр позволяет не только исключить износ пылеводов, повысить надежность и равномерность пылепитания, брутто котлов, но также существенным образом совершенства горелочные устройства и систему пылеприготовления, в части разомкнутую (рис. 4.2). Установка индивидуальных паровых заторов в горелках позволяет создать автономную систему по пыли, не зависящую от ненадежной работы вращающихся механизмов — ВГД или мельничных вентиляторов. Показатели топочного процесса с такой системой выше, чем у традиционных систем по пыли. Применение ПВКр в схемах в РПС не только значительно упрощает схему пылевоздухопроводов, но и вносит ряд других конструктивных усовершенствований.
Сочетание плоскофакельных горелок с подачей пыли в концентрации под разрежением и РПС позволяет в полной мере использовать преимущества каждой из разработок и создать качественно новый тип оборудования пылеприготовления и пылесжигания.
Принципиальная особенность примененных научно-технических решений при сжигании низкосортного топлива — стабилизация фонта воспламенения, восстановление понижающейся при горении подзоленного угля температуры факела и температуры в нижней части топочной камеры. Управление положением факела в топке с плоскофакельнымн горелками и особенно возможность снижения высоты факела в значительной степени компенсируют те трудности, которые возникают при сжигании многозольного и высоковлажного угля, — недостаточная высота топочной камеры, повышение температуры газов на выходе из топки, ухудшение выхода жидкого шлака. Возможность понижения высоты факела на 1,5 м и температуры газов на выходе из топки на ЗО С позволяет исключить шлакование пароперегревателя на угле переменных характеристик, повышает стабильность работы котла с номинальной паропроизводительностью, сокращает до минимума разрыв между располагаемой и установленной мощностью энергоблока. Понижение высоты факела повышает температуру в топке над подом на 50 оС, что позволяет обеспечить надежный выход жидкого шлака в эксплуатационном диапазоне нагрузок. Управляемость топочным процессом путем перераспределения расхода вторичного воздуха через верхние и нижние сопла плоскофакельных горелок дает возможность регулировки топочного режима в зависимости от изменения его параметров в верхней или нижней частях топки (температура на выходе из топки или температура жидкого шлакоудаления). Дистанционное управление шиберами вторичного воздуха позволяет эксплуатационному персоналу самостоятельно пользоваться этим преимуществом плоскофакельных горелок.
Разомкнутая схема пылеприготовления с ПВКр интенсифицирует горение, дополняя положительные свойства управляемых плоскофакельных горелок. Таким образом происходит компенсация возможностей топки котлоагрегата, утраченных при переходе к сжиганию низкосортных углей. При этом плоскофакельные горелки позволяют сжигать топлива с переменными характеристиками плавкости золы, а в случае применения РПС с ПКВр удается также снизить нижний предел теплотворной способности сжигаемого угля.
В эксплуатационных условиях сочетание всех трех разработок в комплексе позволяет успешно сжигать угли типа ГСШ Qp = 5200... 3800 ккал/кг, зольностью Ар = 25...50 %, влажностью WР = 12...16 % без снижения номинальной паропроизводительности котла и нарушения параметров топки и котлоагрегата в целом.
Энергоблок № 10 Бурштынской ГРЭС мощностью 200 МВт, на котором осуществлена комплексная модернизация систем пылеприготовления и пылесжигания, отличается не только надежностью, по и экономичностью. Он является одним из наиболее экономичных блоков электростанции, удельный расход топлива которого находится на уровне 345 г/кВт-ч при сжигании угля и 335 г/кВт-ч при сжигании газа. Такие показатели имеют блоки мощностью 300 МВт при сжигании аналогичных топлив, т. е. осуществленная малозатратная модернизация (общая стоимость работ, включая наладку, не превышает 500 тыс. р.) сближает технико-экономические показатели энергоблока мощностью 200 МВт и оборудования более высокого класса. Высокотемпературная коррозия, имеющая место во всех котлоагрегатах, в которых сжигаются сернистые каменные угли, практически отсутствуют на этом котлоагрегате. Устранено ограничение нагрузки блока до 170—180 МВт,
возникшее при переводе котлоагрегатов на сжигание низкосортных углей. Нагрузка блока составляет 195—200 МВт при сжигании углей теплотворной способностью 3900—4000 ккал/кг.
Комплексная модернизация на основе взаимосвязанных разработок систем пылеприготовления и пылесжигания может рассматриваться как новое направление в использовании низкокачественного угля в широком диапазоне режимов эксплуатации. Это направление, являясь перспективным, будет непрерывно совершенствоваться. Это связано с тем, что при дальнейшем ухудшении качества топлива и снижении теплотворной способности угля ниже 3800 ккал/кг (15,92 МДж/кг) возможности примененных разработок сужаются. Уменьшается производительность систем пылеприготовления, необходима реконструкция топочной камеры для сжигания забалластированных углей.
