Сжигание непроектного топлива на котлах П-57 энергоблоков 500 МВт Рефтинской ГРЭС
Алехнович А. Н., Богомолов В. В., Карягин Ю. В., Корелкин Г. Н., Гаряев Г. А.
Проблема надежности энергоснабжения Свердловской области, возникшая вследствие снижения объемов и качества, а также роста цен поставляемого в энергосистему экибастузского угля в начале 90-х годов, обусловила необходимость поиска альтернативного отечественного топлива. В связи с этим на ряде ТЭС АО Свердловэнерго было осуществлено опытное сжигание кузнецких углей марок СС, ОС, в основном, с положительным технологическим результатом [1].
Затянувшаяся кризисная ситуация в топливоснабжении достигла своего апогея в конце 1999 г., когда на ряде электростанций энергосистемы запасы угля снизились до уровня аварийных.
В не меньшей мере необходимость использования непроектных углей вызвана также рядом других причин, не всегда в полной мере учитываемых [2] при рассмотрении вопросов топливообеспечения ТЭС:
износ оборудования ТЭС Свердловэнерго, сжигающих высокозольный экибастузский уголь, в условиях дефицита инвестиций на ремонтновосстановительные работы близок к предельному;
заполнение большинства золоотвалов пылеугольных ТЭС Свердловэнерго достигло 80 - 90% их проектной емкости, сохранение прежних или тем более наращивание объемов сжигания высокозольного топлива в самой ближайшей перспективе может стать причиной ограничения рабочей мощности ТЭС;
предъявление областными природоохранными органами санкций на ограничение мощности электростанций в связи с ухудшением экологической обстановки при увеличении выработки электроэнергии на экибастузском угле.
В сложившейся обстановке выбору технологически пригодных углей способствовало проведение опытно-промышленного сжигания в значительных количествах непроектного топлива на котлоагрегатах П-57 (блок 500 МВт) Рефтинской ГРЭС. За период 1996-2000 гг. были проведены эксперименты по сжиганию кузнецких углей марок (ДГ, ICC, Т) и отсевов каменноугольного и нефтяного кокса.
Сжигание углей марки ДГ.
Несмотря на положительный опыт сжигания на котлах П-57 угля марки СС 2СС Бачатского разреза [3], недостаточный объем добычи этого угля (а также Черниговского, Киселевского, Ново-Троицкого разрезов) привел к решению о проведении опытного сжигания более доступных и дешевых углей марок ДГ, Д, Г Северо-Талдинского и Ерунаковского разрезов Кузбасса. По предварительным экспериментальным и расчетным проработкам УралВТИ (табл. 1) эти угли имеют относительно низкие шлакующие свойства среди других кузнецких углей марок Г, Д.
Подготовка и объем экспериментов.
С учетом худших сыпучих и более высоких реакционных, шлакующих свойств кузнецких углей (ДГ) по сравнению с экибастузским СС при опытном сжигании ставилась цель выяснить особенности эксплуатации и возможные ограничения в работе оборудования. Для проведения испытаний выполнены следующие основные подготовительные мероприятия: накоплен стартовый запас экспериментального топлива и обеспечена его дальнейшая ритмичная поставка в период опытного сжигания, приведено в соответствие с требованиями взрывобезопасности оборудование пылесистем, подготовлены лючки наблюдения по топке, две пылесистемы подготовлены для проведения исследований, откорректированы инструкции и др.
Опытное сжигание проведено в несколько этапов. На первом этапе для получения сравнительных данных сжигался экибастузский уголь. Проведены четыре балансовых опыта при коэффициенте избытка воздуха за переходной зоной апз = 1,16 г 1,20. На втором этапе осуществлен перевод на кузнецкий уголь поочередно всех пылесистем, их плановые остановы и пуски на угле марки ДГ. Положением шиберов в тракте сушильного агента регулировался расход первичного воздуха при 300°С и температуре аэросмеси первоначально 80°С (при нормативе 100°С). При этом никаких осложнений в части безопасной работы пылесистем не наблюдалось.
Далее эксплуатация котла велась в 6 - 8-мельничном режиме при 300 - 440 МВт. В этой серии из 15 опытов оценивалось влияние на работу котла тепловой нагрузки, избытка воздуха в топке, крутки вторичного воздуха в горелках, числа работающих пылесистем. На последнем этапе котел работал с постоянной номинальной нагрузкой ( 500 ± 5 МВт) в 6 - 8-мельничном режиме. На этом этапе основное внимание уделено изучению процесса шлакования и определению надежности работы элементов топки и перегревательного тракта котла.
После каждого из этапов, за исключением второго, котлоагрегат останавливался для осмотра состояния поверхностей нагрева и вспомогательного оборудования. С учетом малой изученности углей Ерунаковского угленосного района в комплексе работ опытного сжигания особое внимание было уделено исследованиям проб товарного топлива и золошлаковых материалов (фазовый и химический состав, специальные исследования для оценки шлакующих свойств), а также определению шлакующих свойств в промышленных условиях при помощи зондов (температура tшл, интенсивность образования и прочность шлаковых отложений). Измерения температур в топке и по тракту котла, тепловосприятий поверхностей нагрева дополнялись их расчетным анализом с использованием известных и оригинальных методик и компьютерных программ.
Характеристика угля.
По данным поставщика кузнецкий уголь марок ДР, ДГР поступал с разрезов Талдинский и Талдинский-Северный со средними показателями качества: Ad = 13,7%,
W = 10,9%; Q'i = 5660 ккал/кг. Фактически сжигался уголь со средними характеристиками: Ad = 20,7%; Wtr = 12,6%; Q- = 5020 ккал/кг. Содержание азота определено Ndqf= 1,8 л 2,1% (для экибастузского угля -1,3%), содержание S"= 0,5% против 1,06% для экибастузского угля.
Анализ минеральной части топлива и золы установил наличие глинистых минералов, преимущественно каолинитовой группы, определяющих повышенную тугоплавкость золы, а присутствие железа в форме сидерита и отсутствие фаз минералов, содержащих кальций, указывали на слабую склонность золы к образованию прочных первичных (селективных) отложений. Химический состав золы таллинского угля также указывал на ее повышенную тугоплавкость по сравнению с другими исследованными кузнецкими углями. Так, средняя расчетная температура начала шлакования экспериментального угля достигает tшл = 1046°С, в то время как исследованные угли Д и Г шахтной и открытой добычи имеют tшл = 960-:-1020°С. Плавкостные характеристики золы для неокисленных углей разреза Талдинский составили: tA = 1300°С;
t= 1500°С; tc> 1500°С, т.е. на уровне экибастузского угля. Дополнительно отметим, что в настоящее время на Рефтинскую ГРЭС поставляются партии экибастузского угля со значениями Cm = 1100°С, что на 80 - 110°С ниже по сравнению с характерным экибастузским углем и подтверждается участившимися случаями зашлаковки котлов ПК-39 (блоки 300 МВт).
