Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ изменения эффективности работы тэс при сжигании непроектного топлива 9
1.1. Вопросы использования непроектных видов топлива на тепловых электростанциях 11
1.2. Влияние качественных характеристик топлива на показатели работы ТЭС 21
2. Комплексная методика определения эффективности работы тэс при использовании различных видов углей 34
2.1. Оценка составляющих удельных затрат, связанных с составом угля и его характеристиками 36
2.2. Определение условий равноэкономичности использования на ТЭС альтернативных углей 45
3. Математическая модель парового котла Е 420-13,8 47
3.1. Вопросы математического моделирования сложных теплоэнергетических установок
3.2. Схема компоновки и краткое описание котла Е 420-13,8 49
3.3. Расчетная технологическая схема котла 58
3.4. Расчет величин, влияющих на абразивный износ конвективных поверхностей нагрева 65
3.5. Информационно-входные параметры математической модели 72
3.6. Информационно-выходные параметры математической модели . 77
4. Определение эффективности работы тэс при использовании различных видов углей на примере благовещенской ТЭЦ 84
4.1. Исходные данные для исследования 84
4.2. Показатели энергетической эффективности котла Е 420-13,8 при работе на разных углях 90
4.3. Определение затрат на покупку, складирование и подачу угля 91
4.4. Определение затрат на ремонт основного и вспомогательного котельного оборудования 93
4.5. Определение затрат на систему золошлакоудаления 106
4.6. Определение платы за выбросы золы и окислов серы 107
4.7. Определение равноэкономичных цен на угли 109
Заключение 121
Литература 123
Приложение 133
- Влияние качественных характеристик топлива на показатели работы ТЭС
- Определение условий равноэкономичности использования на ТЭС альтернативных углей
- Схема компоновки и краткое описание котла Е 420-13,8
- Показатели энергетической эффективности котла Е 420-13,8 при работе на разных углях
Введение к работе
Актуальность исследования
ТЭС на твердом топливе играют важную роль в обеспечении потребности восточных регионов нашей страны в электрической и тепловой энергии. Однако в последние 15-20 лет значительная часть этих ТЭС вынуждена сжигать непроектное топливо, а зачастую и топливо переменного состава. Это связано как с исчерпанием запасов ряда угольных месторождений, так и с переходом топливоснабжения электроэнергетики на рыночные отношения.
Перевод работы угольной ТЭС с одного вида топлива на другой часто приводит к существенному изменению эксплуатационных издержек в связи со следующим. Изменение химического состава горючей массы угля, а также его влажности и зольности приводит к изменению его теплотворной способности, объема продуктов сгорания, образующихся на единицу выделяемого тепла и концентрации золы в продуктах сгорания. В свою очередь это обуславливает изменение КПД котла, расхода электроэнергии на собственные нужды, объемов образующихся вредных выбросов и золы. Кроме того, могут значительно измениться абразивные свойства золы, ее температуры размягчения и плавления.
Все это приводит к изменению топливных издержек, затрат на золоудаление, издержек на ремонты котельного оборудования, связанных с эрозионным износом золой, платы за вредные выбросы и некоторых других затрат.
Следует отметить, что в последние годы, - в условиях рынка, появилась возможность выбирать наиболее эффективное топливо для электростанций, для чего следует оценить сравнительную эффективность использования углей с разными свойствами (теплотой сгорания, влажностью, зольностью, аб-разивностью угля и его золы и пр.) и экономическую целесообразность сжигания того или иного угля на конкретной ТЭС. В связи с этим актуальным является оценка равноэкономичных (с учетом как цены топлива, так и затрат на ТЭС) стоимостей различных видов углей. При определении затрат на ТЭС
следует учесть влияния топлива на работу оборудования по всему топливному тракту: от разгрузки и складирования угля до уровня выбросов вредных веществ в атмосферу, транспортирования и хранения (или утилизации) зо-лошлаковых отходов.
Вопросам определения эквивалентных затрат на топливо посвящены работы Эдельмана В.И., Говсиевича Е.Р., Мельникова А.П., Гаврилова А.Ф., Гаврилова Е.И. и др. Однако предлагаемые методики по определению соотношения цен между топливными ресурсами, не в полной мере учитывают качество топлива (оценивается лишь его теплота сгорания), а также последствия от использования на ТЭС данного вида угля (не учитываются затраты, связанные с абразивным износом оборудования и работой котлоагрегатов при частичных нагрузках).
Без комплексного учета эффекта от перехода ТЭС с одного вида твердого топлива на другой невозможно принять обоснованные решения по организации рационального топливоснабжения угольных электростанций. Этим и обусловлена актуальность решаемой в диссертации задачи.
Целью настоящей диссертационной работы является:
разработка комплексной методики определения эффективности работы ТЭС при использовании различных видов угля и оценки экономической целесообразности их использования;
разработка математической модели парового котла, позволяющей определять его тепловую эффективность (КПД), затраты электроэнергии на собственные нужды, а также параметры, требуемые для расчета абразивного износа поверхностей нагрева (температуры и скорости продуктов сгорания, концентрации золы и др.) при работе котла на разных видах топлива и различных нагрузках;
выполнение расчетов по комплексной оценке затрат, связанных с использованием различных видов углей, и определение равноэкономичной (по сравнению с проектным топливом) стоимости альтернативных углей на примере конкретной ТЭС.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и вынесены на защиту следующие результаты:
Комплексная методика определения эффективности работы ТЭС при использовании различных видов углей и оценки экономической целесообразности их использования. Методика учитывает затраты от изменения состава сжигаемого топлива на эксплуатацию оборудования по всему топливному тракту.
Математическая модель парового котла, позволяющая проводить поверочные тепловой и аэродинамический расчеты при работе котла на разных видах топлива и различных нагрузках и определять золовой износ его поверхностей нагрева.
Результаты исследований по определению эксплуатационных затрат ТЭС с котлами Е 42 0-13,8 при сжигании углей четырех месторождений Дальнего Востока и равноэкономичных цен для этих углей.
Практическая ценность заключается в возможности использования разработанного методического подхода для оценки целесообразности перевода ТЭС с проектного угля на альтернативные, с учетом как цен углей, так и затрат, связанных с их использованием на электростанции.
Апробация работы:
Результаты диссертационного исследования опубликованы в 5 печатных работах и обсуждались:
на IV семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике (Владивосток: ДВГТУ, 2005);
на IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (Благовещенск: АмГУ, 2005);
на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» (Иркутск: ИрГТУ, 2007).
Структура и объем работы:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем составляет 141 стр., в том числе 12 рисунков и 32 таблицы, список литературы включает 104 наименования, приложение- 13 стр.
В первой главе представлен аналитический обзор российских и зарубежных работ, посвященных влиянию изменения состава твердого топлива на эффективность работы ТЭС. Приведены подходы к определению изменения топливных издержек, платы за выбросы, затрат на топливоподачу и золоудаление. Рассмотрены работы, посвященные определению абразивного износа конвективных поверхностей нагрева котла.
На основе анализа аналитического обзора сформулирована необходимость разработки комплексной методики определения эффективности работы ТЭС при использовании различных видов углей, учитывающей как цены углей, так и затраты, связанные с их использованием.
Во второй главе представлена комплексная методика, позволяющая определить составляющие удельных затрат, связанные с заменой проектного угля на альтернативный*, и оценить экономическую целесообразность использования альтернативного угля. Методика разработана автором диссертации совместно с A.M. Клером и Е. Л. Степановой.
В качестве составляющих удельных затрат, связанных с физико-химическими свойствами топлива учитываются затраты на разгрузку, складирование и подачу угля, ремонт систем разгрузки, складирования и подачи угля, затраты на ремонт основного и вспомогательного котельного оборудования, затраты на золошлакоудаление и ремонт систем золоулавливания и систем золошлакоудаления, затраты на хранение золы и шлака, плата за выбросы золы и SO2. Предложенная методика позволяет получить стоимость условной (и/или натуральной) тонны альтернативных углей как функцию от стоимости условной (и/или натуральной) тонны проектного угля, при кото-
* В данном контексте под альтернативным понимается уголь, взаимозаменяемый для базового (проектного).
рой использование альтернативного угля будет равноэкономичным.
Третья глава посвящена описанию разработанной автором математической модели поверочного расчета парового котла Е 420-13,8.
Математическая модель разработана с применением программно-вычислительного комплекса «Система машинного построения программ». Особенностью модели является то, что она позволяет определять величину абразивного износа золой конвективных поверхностей нагрева котла с учетом его годового графика нагрузки и состава сжигаемого топлива. Рассмотрены технологическая и расчетная схемы парового котла. Приведены входные и выходные параметры математической модели, изложен принятый в работе метод расчета абразивного износа конвективных поверхностей нагрева котла.
В четвертой главе приведены расчеты по комплексной оценке эффективности работы ТЭС при использовании различных видов углей на примере конкретной ТЭС Дальнего Востока.
Для этого с использованием математической модели определен абразивный износ конвективных поверхностей с учетом характерных режимов работы парогенератора, а также срок службы этих поверхностей нагрева при работе котлоагрегата на разных углях. На основе разработанной методики и математической модели проведены исследования по определению коэффициента относительной энергетической эффективности углей Райчихинского, Ерковецкого, Харанорского и Ургальского месторождений Дальнего Востока, и оценки условий экономической целесообразности их использования на примере конкретной ТЭС. Определены равноэкономичные (по сравнению с проектным Райчихинским углем) цены с учетом эксплуатационных затрат для углей указанных месторождений.
В заключении кратко сформулированы основные результаты проведенного исследования.
Влияние качественных характеристик топлива на показатели работы ТЭС
Для оценки угля как энергетического топлива необходимы характеристики не только органической, но и минеральной части, которая зачастую предопределяет способ сжигания угля и эффективность его использования. Основные трудности, которые приходится преодолевать при сжигании низкосортных углей, связаны не столько с зольностью, сколько с ее нестабильностью и, в большей мере, — с составом минеральной части. В зависимости от состава, свойств исходной минеральной части и фазовых превращений, происходящих при выгорании угля, возможны такие нежелательные явления, как шлакование экранов и труб пароперегревателя, образование золовых отложений в конвективной шахте, золовой износ поверхностей нагрева и золо-улавливающего оборудования. Поэтому исследованию неорганической составляющей топлива и влиянию ее на работу энергооборудования уделяется особое внимание. Основные работы в этом направлении выполнены Вдовенко М.И., Дик Э.П., Залкинд И.Я., Вдовченко B.C. Подробное исследование минеральной части углей, и ее влияния на работу котельных агрегатов рассматривается в [27-31].
В [28] представлены результаты исследования зависимости золового износа от различных факторов: тонины помола угольной пыли, температуры в ядре факела и др. Изложены пути снижения золового износа поверхностей нагрева котлов.
Как отмечено в [28], 50% износа вызывают частицы золы более 100 мкм; вместе с тем при движении дымовых газов сверху вниз по конвективной шахте наибольшее ускорение от силы тяжести приобретают наиболее крупные золовые частицы.
Следовательно, для эффективного снижения золового износа конвективных поверхностей котлоагрегатов, работающих на высокозольном топливе с абразивной золой, необходимо либо улавливать и удалять из дымовых газов наиболее крупную золу, либо направлять поток дымовых газов по конвективной шахте снизу вверх, затормаживая посредством силы тяжести наиболее крупные частицы золы и снижая интенсивность износа ими поверхностей нагрева, либо осуществлять оба названных приема снижения золового износа.
В [28] для этих целей рекомендуется или установка встроенных золо уловителей перед конвективными поверхностями нагрева, или башенная компоновка котлоагрегатов с восходящим потоком дымовых газов.
Однако встроенные золоуловители в условиях высоких температур перед конвективной шахтой трудно реализовать; котлоагрегаты башенного типа оказываются очень высокими с увеличенными вертикальными нагрузками на колонны каркаса из-за верхнего расположения золоуловителей, дымососов и дымовых труб; усложняются строительно-монтажные и эксплуатационные работы.
Суммарного эффекта можно достичь посредством выполнения котлоагрегатов с нижним выводом дымовых газов из топки в конвективную шахту и движением их по шахте снизу вверх.
Влияние режима работы котлов на абразивность золы экибастузского угля проанализировано в работе [30]. Там же показан износ поверхностей нагрева котлов и гидрозолоулавливающего оборудования при работе на этом угле.
В монографии [31] изложены результаты исследования особенностей поведения минеральной составляющей канско-ачинских углей при их сжигании в энергетических паровых котлах (исследования выполнялись с 1970 по 1990 годы на котлах различных типов).
В связи с широким использованием в энергетике высокозольных углей, минеральная часть которых вызывает абразивный износ или загрязнение поверхностей нагрева особое значение приобрело повышение надежности и долговечности работы парогенераторов. Влияние разнообразных факторов на абразивность золы и золовой износ различного котельного оборудования рассматривается в работах [32-44].
В [39] для высокозольного топлива с абразивной золой предложены котлоагрегаты с восходящим потоком дымовых газов по конвективной шахте. Показано, что с такой компоновкой снижается золовой износ поверхностей нагрева, компоновка предлагаемых котлоагрегатов технически и экономически целесообразнее башенных, используемых при высокозольном топ ливе за рубежом. В связи с тем, что измерение скоростей золовых частиц в реальных условиях практическим невыполнимо, то с определенными допущениями их целесообразно рассчитать, используя математические модели. Приведен вывод расчетных математических моделей, и показано, что разработанные математические модели позволяют легко оценить величину снижения золового износа конвективных поверхностей при восходящем движении дымовых газов по сравнению с нисходящим. Посредством выведенных математических моделей были подсчитаны скорости золовых частиц на выходе из конвективной шахты при нисходящем и восходящем движении дымовых газов по ней и получены графические зависимости этих скоростей и величины снижения интенсивности золового износа от размера частиц. Графики свидетельствуют о том, что при нисходящем движении дымовых газов скорость золовых частиц тем выше, чем крупнее частицы и больше их плотность. При восходящем движении дымовых газов скорость золовых частиц снижается с укрупнением их и повышением плотности, а следовательно, уменьшается и золовой износ. Результаты расчетов убедительно демонстрируют целесообразность выполнения котлоагрегатов для высокозольного топлива с абразивной золой с восходящим током дымовых газов по конвективной шахте.
Максимальный золовой износ и соответствующий ресурс промышленных шахматных оребренных экономайзеров в зависимости от их конструкции, зоны размещения в котле и сорта сжигаемого угля оценен в [40]. Определены предельно допустимые скорости газов на входе в шахматные ореб-ренные экономайзеры котлов, использующих наиболее распространенные отечественные угли. Проведенные расчеты позволяют выявить определенные преимущества коридорных экономайзеров над шахматными, заключающиеся в допустимости их работы при больших скоростях газов, меньших металлоемкости, числе труб по ходу газов и, как следствие этого, аэродинамическом сопротивлении по сравнению с шахматными экономайзерами.
Определение условий равноэкономичности использования на ТЭС альтернативных углей
Поскольку, как уже говорилось во введении, в современных рыночных условиях тепловые электрические станции — потребители топлива, имеют возможность самостоятельно определять поставщиков, актуальным является вопрос равноэкономичных цен на топливо с отличающимися качественными характеристиками. В данном случае под равноэкономичной стоимостью понимается стоимость, соответствующая энергетической ценности рассматриваемого угля по сравнению с ценностью проектного. Неизменный уровень суммарных затрат по ТЭС (соответствующих условиям использования проектного угля - его качеству и цене), обеспечивается благодаря тому, что разница в суммарных затратах по сжиганию угля разного качества соответственно компенсируется разницей стоимости топлива (через отклонение его цены). Иными словами, энергетическая ценность данного топлива - это величина его относительной эффективности, обеспечивающая равновыгодное с топливом проектного качества использование в сопоставимых условиях.
На основе данного выражения при замене в нем знака неравенства на знак равенства, можно получить стоимость условной тонны альтернативных углей как функцию от стоимости условной тонны проектного угля, при которой использование альтернативного угольного топлива будет равноэконо-мичным.
Основным путем исследования (расчета показателей и параметров работы) сложных теплоэнергетических установок является математическое моделирование и проведение численных экспериментов на построенных моделях.
Разработки методов математического моделирования и оптимизации теплоэнергетических установок (ТЭУ) ведутся как в нашей стране, так и за рубежом на протяжении нескольких десятилетий. Здесь в первую очередь следует отметить работы таких ученых, как Г.Б. Левенталь, Л.С. Попырин, А.А. Пала-гин, Л. А. Шубенко-Шубин, Г.Б. Усынин, В.П. Бубнов, Ю.В. Наумов, A.M. Клер, Н.П. Деканова, М.А. El-Masri, W.F. Stoecker, V. Grcovic, С. Frangopoulos и др. [62-87].
Были созданы эффективные методы оптимизации параметров энергоустановок, подходы к оптимизации схем, методы автоматизированного построения математических моделей. Предложены методы декомпозиции, позволяющие поэтапно проводить оптимизацию параметров технологических связей и внутренних параметров элементов ТЭУ. Выполнены многочисленные оптимизационные исследования теплоэнергетических установок разных типов: паротурбинных, газотурбинных, парогазовых на органическом и ядерном топливе, а так же комбинированных энерготехнологических установок, предназначенных для производства искусственного жидкого топлива и электроэнергии [67, 80, 88 и ДР-] В Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской Академии наук (ИСЭМ СО РАН) на протяжении длительного времени разрабатывались методы построения математических моделей сложных ТЭУ и методы оптимизации их схем и параметров. В работах Г.Б. Ле-венталя, Л.С. Попырина, Ю.В. Наумова, СМ. Каплуна [62, 63, 67-72, 88, 89] разработаны методы комплексной оптимизации теплоэнергетических установок и схем. Выполнены многочисленные исследования паротурбинных и парогазовых установок, атомных электростанций. В ИСЭМ СО РАН разработан оригинальный подход к автоматизации построения программ расчета сложных ТЭУ, базирующийся на графовом представлении систем нелинейных алгебраических и трансцендентных уравнений (работы В.Г. Карпова, Л.С. Попырина, В.И. Са-мусева, В.В. Эпельштейна [88, 90]). Создан программно-вычислительный комплекс «Система машинного построения программ» (СМПП), позволяющий автоматически генерировать программу расчета сложной ТЭУ на основе графического изображения технологической схемы и архивов математических моделей ее элементов, формировать задачи оптимизации параметров ТЭУ. С использованием СМПП в ИСЭМ СО РАН выполнены многочисленные оптимизационные исследования теплосиловых систем различных типов, результаты которых за последние семнадцать лет обобщены в ряде книг [80-82, 91,92].
Изменение свойств сжигаемого на ТЭС угля основное влияние оказывает на характеристики и параметры работы котельного оборудования, прежде всего абразивный износ конвективных поверхностей нагрева котлоагрегатов (определяемый в основном составом и концентрацией золы, температурой и скоростью дымовых газов по газовоздушному тракту котла). Для нахождения указанных величин требуется проводить поверочные тепловой и аэродинамический расчеты котла в характерных режимах его работы.
Схема компоновки и краткое описание котла Е 420-13,8
Для определения расхода топлива и срока службы конвективных поверхностей нагрева котлоагрегата при работе на разных углях и при различных нагрузках разработана математическая модель котла Е 420-13,8 (БКЗ 420-140), в которой осуществляются поверочные тепловой и аэродинамический расчеты. Математическая модель парового котла разработана с применением программно-вычислительного комплекса «Система машинного построения программ» для персональных компьютеров СМПП-ПК, созданного в ИСЭМ СО РАН [81]. При разработке математической модели были доработаны и использованы ранее созданные в ИСЭМ СО РАН модели элементов котла, ориентированные на выполнение поверочных расчетов.
Поверочный тепловой расчет производят для существующего котельного агрегата. Задачей этого расчета является определение экономичности котла и оценка надежности его работы для заданного топлива (не только для номинальной нагрузки котла, но и для нагрузок, отличающихся от нее). Задачей поверочного расчета может явиться также оценка работы котла после реконструкции топочных устройств или поверхностей нагрева с целью повышения его производительности или экономичности. Кроме того, поверочный тепловой расчет, как в рассматриваемом случае, выполняют при переводе котла с одного вида топлива на другое, или при изменении основных характеристик проектного топлива (теплоты сгорания, влажности, зольности).
На рис. 3.1. представлена схема компоновки поверхностей нагрева парового котла Е 420-13,8. Паровой котел Е 420-13,8 однобарабанный, вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, газоплотный предназначен для получения пара высокого давления при сжигании бурых углей с твердым шлако-удалением. Проектные характеристики котлоагрегата: давление пара на выходе из котла 13,8 МПа, температура 565 С; номинальная паропроизводительность - 420 тонн пара в час.
Топочная камера открытого типа призматической формы, полностью экранирована трубами 60x6 мм (сталь 20) с шагом 80 мм. Топка в горизонтальном сечении по осям труб противоположных экранов имеет размер 7700 х 14460 мм. Объем топочной камеры составляет 1800 м3. Поверхность нагрева экранов -1324 м2. Боковые стенки поворотного газохода экранируют испарительные поверхности (укороченные панели). Фронтовой и задний экраны в нижней части образуют скаты «холодной» воронки. В верхней части топки трубы заднего экрана образуют аэродинамический козырек, который предназначен для улучшения аэродинамики газового потока на выходе из топки и для частичного затемнения ширм пароперегревателя. Каждая четвертая труба заднего экрана имеет вертикальный обвод, где установлена дроссельная шайба диаметром 10 мм для выравнивания расходов пароводяной смеси между прямыми и гнутыми участками экранных труб, с целью уменьшения гидравлической и тепловой разверки.
Пароотводящие трубы заднего экрана проходят внутри газохода и служат подвесками заднего экрана. Остальные топочные блоки и все испарительные поверхности подвешены за верхние коллекторы к топочной раме. Верх топки и поворотного газохода экранированы трубами потолочного пароперегревателя.
На фронтовой стене топочной камеры установлены в два яруса 6 вихревых, двухпоточных пылеугольных горелок. Горелки верхнего яруса находятся на отметке 14250 мм, нижнего - 10950 мм. Для уменьшения присосов воздуха горелки приварены к экранам и при тепловых расширениях перемещаются вместе с ними.
Для растопки котла установлено 8 мазутных форсунок парового распыли-вания, встроенных в основные горелки. Производительность каждой форсунки составляет 1175 кг/час при давлении пара 1,275 МПа (13 кг/см ) и мазута 0,39-0,49 МПа (4-5 кг/см2).
Пароперегреватель котла (рис. 3.2, 3.3) по характеру восприятия тепла ра-диационно-конвективного типа. Радиационную часть пароперегревателя составляют трубы потолка, полностью закрывающие верх топки и конвективного газохода, топочные ширмы. Полурадиационную часть составляют ширмы, расположенные над аэродинамическим козырьком на выходе из топки. Конвективные поверхности пароперегревателя размещены в горизонтальном газоходе.
Пароперегреватель по ходу пара условно делится на 4 ступени следующим образом: 1-я ступень - конвективная часть пароперегревателя, включая потолочный, до растопочного впрыска; 2-я ступень — радиационные и полурадиационные ширмы; 3-я ступень - конвективные пакеты пароперегревателя, расположенные в центре (по ширине) верхнего поворотного газохода; 4-я ступень - конвективные пакеты, расположенные по краям верхнего поворотного газохода и находящиеся в одной плоскости с пакетами 3-й ступени.
Насыщенный пар из барабана котла по десяти пароотводящим трубам подводится к пяти входным камерам передней стенки опускного газохода.
Из камер пар по 168 трубам (сталь 20), которые закрывают переднюю стенку опускного газохода, скат горизонтального газохода, потолок конвективного газохода, заднюю стенку опускного газохода, поступает в выходные камеры задней стенки опускного газохода.
Из камер по 166 потолочным трубам пар направляется в «холодный» пакет конвективного пароперегревателя, выполненный по прямоточно-противоточной схеме из труб 0 42x5 (сталь 20), выходная петля из труб 0 42x4 (сталь 12Х1МФ).
Из холодного пакета пар поступает в выходные камеры конвективного пароперегревателя, из которых, разделяясь на два потока, по десяти трубам поступает в два растопочных пароохладителя. Из растопочных пароохладителей пар по восьми трубам направляется в 8 топочных ширм (сталь 12Х1МФ).
Пройдя топочные ширмы, пар по восьми трубам поступает в пароохладители 1-й ступени, выполненные из труб 0 325x30 (сталь 12Х1МФ), где осуществляется снижение температуры пара за счет впрыска собственного конденсата, переброс пара слева направо и справа налево. Из пароохладителей 1-й ступени пар по десяти трубам поступает в пять камер 18 полурадиационных ширм (сталь 12Х1МФ), расположенных на выходе из топки. Из выходных камер ширм пар по 10 трубам поступает в смешивающий коллектор. Из коллектора пар направляется в 86 трехниточных средних пакетов предвыходной 3-й ступени конвективного пароперегревателя (сталь 12Х1Мф), выполненного по схеме прямотока. Пройдя третью ступень, пар поступает в общий коллектор, в котором выполнены пароохладители второй ступени. Из пароохладителей 2-ой ступени пар направляется в 80 трехниточных крайних пакетов 4-й ступени пароперегревателя (сталь Х18Н12Т) и, пройдя их, поступает в две выходные камеры, из которых по 12 трубам направляется в паросборную камеру (сталь 15Х1МФ). Выход пара из паросборной камеры 2-х сторонний. На паросборной камере установлены три главных предохранительных клапана.
Для уменьшения температурных перекосов в пароперегревателе по ширине топки выполнен переброс пара с левой стороны на правую и наоборот в пароохладителях первой ступени и дважды полное перемешивание потоков. Поверхность нагрева пароперегревателя - 3426 м2.
Показатели энергетической эффективности котла Е 420-13,8 при работе на разных углях
Паропроизводительность и теплота сгорания определялись соответствующим расчетным режимом (т.е. нагрузкой и видом угля). Энтальпии перегретого пара и питательной воды и часовой расход угля для данного расчетного режима рассчитывались с использованием математической модели. Коэффициент полезного действия нетто котла рассчитывался по (2.27). При определении КПД нетто принято, что замыкающая электроэнергия в энерго системе производится на ТЭЦ, на тепловом потреблении с удельным расходом 369,7 г у.т./кВт-ч.
Коэффициент относительной энергетической эффективности топлив принимался для Райчихинского угля (как для базового) равным 1, а для Ха-ранорского, Ерковецкого и Ургальского углей равным отношению КПД нетто котла при его работе на указанных углях к его КПД нетто при работе на Райчихинском угле.
Годовые затраты на ремонт основного и вспомогательного котельного оборудования (с учетом абразивности угля и золы) включают в себя затраты, связанные с расходами на ремонт систем пылеприготовления и ремонт конвективных поверхностей нагрева котла.
С использованием математической модели определены значения массового расхода продуктов сгорания (по компонентам), температуры и скоростей продуктов сгорания, концентрации золы и др. при работе котлоагрегата на углях четырех месторождений. Используя полученные значения, а также значения коэффициента абразивности золы и продолжительность характерных режимов работы котла, рассчитаны абразивный износ конвективных поверхностей нагрева, величина среднегодового износа, а также срок службы поверхностей нагрева.
В табл. 4.8 и 4.9 представлены выходные значения моделирования (скорости газов на входе и на выходе из конвективных поверхностей нагрева, расходы составляющих продукты сгорания элементов, температуры газов, концентрация золы и т.д.), необходимые для определения величины абразивного износа конвективных поверхностей нагрева. Расчет производился при разных режимах работы котла на угле Райчихинского, Харанорского, Ерко-вецкого и Ургальского месторождений (табл. 4.8 — при нагрузке 85% от номинальной, табл. 4.9 - при нагрузке 75% от номинальной).
При определении затрат на ремонты мельниц и конвективных поверхностей нагрева котлоагрегатов, связанных с абразивным износом приняты следующие значения (эксплуатационные данные БТЭЦ за 2006 г.):
Для рассматриваемых условий согласно эксплуатационным данным замена билодержателей и брони мельниц производится раз в 2-3 года и раз в 3-4 года соответственно (зависит в основном от режима работы мельниц); замена бил производится через 700-1050 час. работы (зависит от абразивности угля).
Годовые затраты на ремонт систем пылеприготовления определены по формулам (2.12а)-(2.12в), годовые затраты на ремонт конвективных поверхностей нагрева котлоагрегата - по формулам (2.13) и (2.14).
