Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы эффективности использования низкосортного угля в котлах малой и средней мощности на предприятиях Дальневосточной железной дороги и ГУП «Коммунальные системы БАМа» и пути решения 11
1.1. Анализ теплотехнического состояния котельного парка в условиях БАМа 11
1.2. Общая характеристика твердого топлива, сжигаемого в котлах малой и средней мощности . 17
1.3. Особенности горения твердого топлива в кипящем-слое 22
1.4. Анализ конструкций топочных устройств и методов сжигания низкосортного твердого топлива в паровых и водогрейных котлах малой и средней мощности 35
1.5. Конструкция двухъярусной топки котла для сжигания низкосортного угляв кипящемслое. 40
Выводы по главе 1. 48
2. Экспериментальные исследования эффективности работы паровых и водогрейных котлов малой и средней мощности с двухъярусной топкой . 49
2.1. Методика: теплотехнических испытаний паровых и водогрейных котлов, оборудованных двухъярусной топкой и факельно-слоевой ТЧЗМ-2, ТЛЗМ-2: 49
2.2. Экспериментальные исследования процессасамосортировки твердого топлива? в момент формирования слоя на колосниках двухъярусной решетки 55
2.3. Результаты исследований теплотехнической эффективности работы котлоагрегатов (КВТС-10 иКЕ-10-14с) с факельно-слоевой ТЧЗМ-2, ТЛЗМ-2 и двухъярусной топкой, установленной на котлах после реконструкции 66
2.3.1. Результаты исследований паровых и водогрейных котлов с факелъно-слоевой топкой ТЧЗМ-2 и ТЛЗМ-2 88
2.3.2. Результаты исследований паровых и водогрейных котлов с двухъярусной топкой 96
2.3.3. Сравнительные результаты работы паровых и водогрейных котлов с факельно-слоевой ТЧЗМ-2, ТЛЗМ-2 и двухъярусной топкой 107
2.4. Результаты исследований экологической эффективности работы котлоагрегатов с двухъярусной топкой в условиях БАМа при сжигании низкосортного топлива 111
Выводы по главе 2 125
3. Технико-экономическая оценка внедрения двухъярусной топки на паровых и водогрейных котлах предприятия ГУП «Коммунальные системы БАМа» 126
3.1. Методика оценки экономической эффективности внедрения нового топочного устройства на теплоснабжающем предприятии ГУП «Коммунальные системы БАМа» 126
3.2. Расчет экономического эффекта от внедрения топочного устройства двухъярусной топки на котлах КЕ-10-14с иКВТС-10 127
Выводы по главе 3 134
Заключение 135
Библиографический список
- Общая характеристика твердого топлива, сжигаемого в котлах малой и средней мощности
- Экспериментальные исследования процессасамосортировки твердого топлива? в момент формирования слоя на колосниках двухъярусной решетки
- Сравнительные результаты работы паровых и водогрейных котлов с факельно-слоевой ТЧЗМ-2, ТЛЗМ-2 и двухъярусной топкой
- Расчет экономического эффекта от внедрения топочного устройства двухъярусной топки на котлах КЕ-10-14с иКВТС-10
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Железнодорожный транспорт потребляет значительное количество топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в виде тепловой и электроэнергии, твердого, жидкого и газообразного топлива. Для выработки тепловой энергии в целях теплоснабжения в отрасли используется котельно-печное топливо. Объём потребления в 2006г. всех видов котельно-печного топлива в условном исчислении составил более 3586,7 тыс. т у.т. из которых 2004,6 тыс. т у.т. (более 55%) потребляют котельные в виде местного низкосортного твердого топлива. Однако, отказаться от использования низкосортного твердого топлива, переводя котельные на более высококачественные его виды, не представляется возможным. Более того, в связи с наметившимися тенденциями в ТЭК России все большее значение приобретает ориентация теплоэнергетики на использование дешевых и легкодоступных низкосортных местных топлив. Отметим, что на северных Дальневосточных территориях России эксплуатируются сотни котельных малой и средней тепловой мощности, техническое состояние которых не соответствует современным требованиям к уровню развития теплоэнергетики. Большинство таких котельных укомплектовано котлоагрегатами, работающими с факельно-слоевыми топочными устройствами (ТЧЗМ-2 и ТЛЗМ-2) Кусинского машиностроительного завода, на которых регламентировано сжигать сортированные угли (в основном бурые) с большим выходом летучих. Фактически сжигают низкосортные угли (в основном каменные) в факельно-слоевых топочных устройствах, установленных на паровых и водогрейных котлах малой и средней мощности. Эти топки не обеспечивают в полной мере эффективный процесс горения, при этом резко падает не только КПД (до 40-55%), но и производительность котлов в целом. Кроме того, возникают сопутствующие проблемы, вызванные увеличением выбросов загрязняющих веществ в воздушный бассейн. Факельно-слоевые топки (ТЧЗМ-2 и ТЛЗМ-2), которые производит Кусинский машиностроительный завод, согласно паспортным рекомендациям не предусматривают сжигание низкосортное твердое топливо по следующим конструктивным признакам:
топки сконструированы таким образом, что после монтажных работ котла и топки, пространство топочной камеры максимально экранировано вследствие отсутствия зажигающего пояса, что не позволяет эффективно сжигать частицы топлива, находящиеся во взвешенном состоянии в газовоздушном потоке;
живое сечение колосникового полотна топок (ТЧЗМ-2 и ТЛЗМ-2), составляющее 13-15% от общей площади для низкосортных углей Нерюнгринского бассейна, является завышенным (на основании экспериментальных исследований автором диссертации установлено, что оптимальная площадь живого сечения должна составлять менее 7 %);
в факельно-слоевых топках не предусмотрено выполнение механической операции шурования слоя топлива, что приводит к увеличению механического недожога и потерь теплоты со шлаком.
При указанных условиях сжигание низкосортного твердого топлива в слоевых топках котлоагрегатов приводит к его перерасходу и, как следствие, повышению затрат теплоснабжающих предприятий на производство тепловой энергии. В то же время технические решения, связанные с изменением конструкции топочных устройств, обеспечивающие уменьшение удельного расхода топлива, не должны приводить к увеличению вредных выбросов в окружающую среду.
Целью диссертационной работы является разработка новой конструкции топочного устройства и исследование эффективности его работы при сжигании низкосортных твердых топлив Дальневосточного региона РФ в паровых и водогрейных котлах малой и средней мощности.
Для реализации поставленной цели были определены и решены задачи исследований, которые заключались:
в разработке, создании и внедрении новой конструкции двухъярусной топки; в исследовании влияния особенностей конструкции новой двухъярусной топки на снижение механического недожога (уменьшение удельного расхода топлива на единицу тепловой энергии и изменение величины КПД котлоагрегата);
в исследовании влияния конструкции колосниковой решетки двухъярусной топки на аэродинамическую устойчивость слоя, равномерность распределения гидродинамического сопротивления по всей площади зеркала горения и перехода процесса горения из состояния неподвижного (плотного слоя) в состояние кипящего слоя; в определении экономической эффективности разработанной новой двухъярусной топки при внедрении на котлах ГУП «Коммунальные системы БАМа»; в изучении возможностей максимально широкого внедрения полученных результатов на объектах теплоснабжения ГУП «Коммунальные системы БАМа» и в котельных предприятий ДВЖД, использующих низкосортное твердое топливо Нерюнгринского и других месторождений Дальнего Востока.
Методы исследований.
В ходе решения поставленных задач использовался комплексный подход, основанный на экспериментальных исследованиях фракционного состава твердого топлива в момент формирования кипящего слоя на двухъярусной колосниковой решетке. Обобщение данных научно-технической литературы по проблемам исследования, а также обработка результатов экспериментальных исследований проводились при номинальном и максимальном режимах работы топочного устройства с применением методов математической статистики. Определение КПД по прямому и обратному балансу котла проводилось при сжигании низкосортного твердого топлива с различным фракционным составом.
Научная новизна работы заключается в следующем:
в организации топочного процесса, обеспечивающего гравитационную самосортировку твердого топлива в момент формирования кипящего слоя на двухъярусной решетке, что расширяет диапазон эффективного сжигания низкосортного топлива в области ненормируемых пылевидных фракций (с размером менее 6мм);
в разработке принципиально нового топочного устройства (двухъярусной топки) с нестандартными элементами в конструкции, что обеспечивает снижение расхода топлива на выработку единицы тепловой энергии;
в получении оптимальных значений отношения площади зажигающего пояса к площади зеркала горения, в результате этого процесс горения в топочном пространстве интенсифицируется, что способствует снижению как химической, так и механической неполноты сгорания, которая приводит к существенному сокращению выбросов твердых частиц в окружающую среду.
Достоверность научных результатов исследования подтверждается:
согласованием полученных результатов экспериментальных исследований с данными других работ; практикой опытной эксплуатации двухъярусной топки в котлах малой и средней мощности, работающей с низкосортными углями на предприятии ГУП «Коммунальные системы БАМа».
Практическая ценность работы.
Результаты экспериментальных исследований были использованы для анализа эффективности процессов сжигания твердого топлива в кипящем слое, а также для расчета и конструирования котлоагрегатов малой и средней тепловой мощности, работающих на низкосортном топливе с большим содержанием пылевидных фракций Нерюнгринского и других месторождений Дальнего Востока. Основные теоретические положения и практические результаты используются в учебном процессе кафедры «Безопасность жизнедеятельности» и кафедры «Тепловозы и тепловые двигатели» ДВГУПС г. Хабаровск. Конструкция двухъярусной топки, предложенная автором диссертации, была внедрена на котлах КВТС-10 и КЕ-10-14с теплоснабжающего предприятия ГУП «Коммунальные системы БАМа». Для соответствующего типа котла при сжигании в кипящем слое низкосортного твердого топлива в двухъярусной топке была разработана режимная карта для его эффективной эксплуатации.
Положения, выносимые автором на защиту.
Конструкция нового устройства двухъярусной топки для эффективного сжигания низкосортного угля Нерюнгринского месторождения, отличающегося повышенным содержанием мелкой фракции и влаги. Результаты сравнительного анализа эффективности сжигания твердого топлива в слоевой топке и двухъярусной топке, обеспечивающей гравитационную самосортировку топлива в момент формирования кипящего слоя.
Личный вклад автора диссертации заключается:
в разработке и создании нового топочного устройства - двухъярусной топки, позволяющей максимально эффективно сжигать в кипящем слое низкосортное твердое топливо и в получении результатов по уменьшению количества вредных выбросов при работе котла;
в постановке и получении результатов экспериментальных исследований, связанных с работой двухъярусной топки в режиме кипящего слоя с шурующей планкой и зажигающим поясом в составе оборудования котлоагрегатов различных типов; во внедрении на предприятии ГУП «Коммунальные системы БАМа» прогрессивной технологии сжигания низкосортного твердого топлива в кипящем слое.
Публикации.
Основные положения диссертационной работы представлены в 14 печатных работах, в том числе 1 монографии, 12 статьях и 1 патенте на полезную модель.
Апробация диссертационной работы.
Основные положения и результаты проведенных исследований доложены и одобрены на семи Всероссийских и Международных конференциях, а также четырех научно-технических семинарах:
научно-технической конференции творческой молодёжи, 18-19 апреля, (ДВГУПС, Хабаровск, 2006);
44-й Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки, 25-26 января, (ДВГУПС, Хабаровск, 2006); пятой Международной научной конференции творческой молодежи, 17-19 апреля, (ДВГУПС, Хабаровск, 2007); 45-й Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки, посвященной 70-летию университета, 24-25 октября (ДВГУПС, Хабаровск, 2007); 45-й Международной научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки, 7-9 ноября, (ДВГУПС, Хабаровск, 2007); Международной научно-практической конференции «Техносферная и экологическая безопасность на транспорте», 21-23 ноября, (ПГУПС, СПб, 2007); Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий», (ТулГУ Москва-Тула, 2006); Международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности, «Дальневосточная весна-2007» (КнАГТУ, Комсомольск – на - Амуре, 2007).
Структура и объем диссертационной работы.
Общая характеристика твердого топлива, сжигаемого в котлах малой и средней мощности
Следует отметить, что качество твердого топлива, поступающего в котельные железнодорожного транспорта и теплоснабжающие предприятия отрасли ЖКХ, ухудшается, а с повышением тарифов на перевозки оказываются конкурентоспособными местные топливные энергоресурсы. Поэтому, для железнодорожной отрасли становится актуальной задача изыскания технологии, обеспечивающей эффективное сжигание широкого спектра низкосортных твердых топлив в котлах малой и средней мощности с экологически приемлемыми характеристиками выбросов в атмосферу продуктов3 сгорания. Использование Нерюнгринского месторождения углей зоной БАМа и прилегающих территорий осуществляется с начала 70-х годов прошлого столетия. Толчком к интенсивной эксплуатации данного месторождения углей на внутреннем рынке послужило строительство БАМа. Приход транспортной сети в регион и строительство жилых поселков с развитой инфраструктурой повлекли за собой развитие и строительство объектов теплоснабжения. Объекты теплоснабжения малой и средней мощности на всей территории Дальнего Востока и БАМа спроектированы и построены в основном для сжигания твердого сортированного топлива в факельно-слоевых топках (ТЧЗМ-2 и ТЛЗМ-2) Кусинского машиностроительного завода. Подавляющее большинство теплоснабжающих предприятий получают и сжигают низкосортное местное твердое топливо, которое не соответствует требованиям качества для сжигания в слоевых топочных устройствах. Целевых исследований и разработок по эффективному сжиганию низкосортного топлива в слоевых топках с различными котлами проводилось до настоящего времени недостаточно.
Ускоренное развитие топливно-энергетического комплекса страны базируется на органическом топливе — прежде всего угле и жидком топливе. В последнее время ставится первоочередная задача последовательного вытеснения больших объемов весьма ценных нефтепродуктов из сферы котельно-печного топлива путем замены его другими видами топлива на данном этапе путем вовлечения в топливный баланс страны в крупных масштабах дешевых углей Восточных месторождений, которые являются в основном низкосортными. Роль низкосортных топлив в топливно энергетическом балансе страны становится все более существенной, и в перспективе низкосортное топливо станет основным среди твердых органических топлив, сжигаемых на электростанциях и котельных малой и средней мощности [10, 11, 12, 13]. Наша страна обладает весьма большими запасами низкосортного топлива, в первую очередь бурого угля, которые в большинстве залегают в Дальневосточном регионе РФ. Переход к использованию в «малой» энергетике низкосортных топлив на основе традиционных способов подготовки и сжигания связан с определенными и весьма серьезными трудностями. Применяемые в котлоагрегатах топочные устройства (для сжигания угля в неподвижном слое) недостаточно приспособлены для эффективного сжигания низкосортных углей с высокой влажностью, зольностью и большим содержанием мелких фракции. Поэтому производство тепловой энергии на теплоснабжающих предприятиях ДВЖД и ГУЛ «Коммунальные системы БАМа», где используется технология слоевого сжигания, нерентабельно.
Сильно пылящий Нерюнгринский уголь, который является основным топливом для предприятий зоны БАМа и ДВЖД, содержит угольной мелочи (размером менее 6мм) более 50%, поэтому для сжигания угольной пыли, и поддержания номинально стабильного слоя и выравнивания гидродинамического сопротивления по всей площади решетки приходится существенно увеличивать подачу угля в топку. Большие массы угольной мелочи и пыли, имеющие невысокий выход летучих газов, попросту не воспламеняются. Несгоревшая, но высушенная до полной потери влаги, а потому даже более калорийная, чем исходный уголь, угольная мелочь уносится из топки вместе с дымовыми газами. Как показывают балансовые испытания котлов, сжигание несортированного угля в слоевых топках сопряжено со сверхнормативными тепловыми потерями и в первую очередь с механическим недожогом, уровень которого достигает 40-50% и более.
На рис. 1.2.1. приведена фактическая фракционная составляющая Нерюнгринского угля, поступающего в котельные от угледобывающих предприятий. Уголь поступивший от угледобывающих предприятий.
Нерюнгринского угля, поступающего от угледобывающих предприятий на объекты теплоснабжения. Необходимо отметить, что основные характеристики твердого топлива, используемого на территории БАМа и Дальнего Востока подразделяется на природное и искусственное. Природное топливо - уголь на Дальнем Востоке добывают в основном открытым способом. Физическое состояние топлива определяет способы его хранения, сжигания и транспортирования. Чем выше процент содержания горючих элементов в топливе, и в первую очередь углерода и водорода, тем выше его теплота сгорания. Кислород Ог, находящийся в топливе, теплоты не выделяет. Однако благодаря его наличию в составе топлива часть кислорода оказывается уже окисленной. Азот Nr, находящийся в топливе, в реакциях горения не участвует, но отнимает от пламени теплоту. Золу А\ и влагу Wtr считают балластом топлива. Серу, находящуюся в топливе, разделяют на два вида: горючую 5 и негорючую S . Влага, содержащаяся в топливе, уменьшает долю горючих элементов в единице массы или объема и на свое испарение при горении топлива отнимает много теплоты. Значительное количество влаги в твердом топливе осложняет его транспортирование и подачу к котлам. Такое топливо смерзается, спрессовывается и застревает в бункерах. Наиболее полную оценку качества топлива, включая и определение его геологического возраста, дает органическая масса, из которой дополнительно исключается сера колчеданная. При проведении испытаний котельных установок рабочий состав топлива и его теплоту сгорания определяют экспериментально [60, 66, 72]. При нагреве твердое топливо распадается на газообразные летучие вещества и твердый нелетучий остаток (кокс). В коксе практически остаются углерод и зола. Количество летучих веществ в топливе определяют в процентах по отношению их массы к рабочей или сухой беззольной массе в топливе и обозначают, соответственно, V7" или Vdaf [66, 75]. Характеристики твердого топлива, сжигаемого предприятиями ДВЖД и ГУП «Коммунальные системы БАМа», приведены в таблице. 1.2.1. и 1.2.2.
Экспериментальные исследования процессасамосортировки твердого топлива? в момент формирования слоя на колосниках двухъярусной решетки
Подвижные колосники имеют два отверстия для прохождения воздуха диаметром 12мм., и по периметру зазоры (с размером 4 - 5мм), которые обеспечивают температурное расширение и их перемещение вверх и вниз. На неподвижных колосниках технологических отверстий для прохождения воздуха нет, поэтому топливо с мелкими фракциями не подвержено активному уносу, что обеспечивает мелкой фракции в основном формироваться на их поверхности. Общее живое сечение двухъярусной колосниковой решетки составляет не более 7 % (на слоевых топках ТЛЗМ-2 и ТЧЗМ-2, 13-15%). Воздух проникает через отверстия в элементах колосниковой решетки, распределяется между частицами твердого топлива, причем его распределение в нишах, образованных опущенными подвижными колосниками, не затруднено наличием большого количества мелких фракции.
В процессе сгорания топлива выделяется лучистая энергия и топочные газы, которые сгорают вместе с мелкими фракциями угля, сгруппированными на неподвижных колосниках. Дымовые газы, нагретые до высокой температуры, направляются в газоход, где проходят через конвективные пакеты стальных труб, по которым циркулирует вода, подаваемая в топочные экраны, и нагревают её. Далее охлажденные дымовые газы направляются в дымовую трубу и выбрасываются в атмосферу. Благодаря указанным отличительным признакам у предлагаемого автором нового топочного устройства увеличивается коэффициент полезного действия за счет повышения полнотьгсгорания низкосортного твердого топлива по следующим признакам: во-первых, за счет равномерного распределения гидродинамического сопротивления слоя топлива на колосниковой решетке, что обеспечивает процесс самосортировки, нет предпосылок кратерного горения; во-вторых, самосортировка топлива по фракционному составу в процессе формирования слоя на. решетки происходит достаточно эффективно, процесс разделения угля на нормируемый класс (с размером частиц 6-40мм) и ненормируемый (с размером менее 6мм) происходит с эффективностью 30-50% в зависимости от фракционного состава исходного топлива [13, 52, 53, 59]; в-третьих, топка оснащена шурующей механической планкой, которая максимально эффективно перемешивает и способствует активному возгоранию низкосортного угля (по мере образования сплавленных кусочков шлака, шурующая планка измельчает и частично дробит их), что нет на механических топках типа ТЛЗМ-2 и ТЧЗМ-2; в-четвертых, процесс горения в топке по мере увеличения нагрузки от минимальной до номинальной и максимальной, переходит в активную фазу, состояние кипящего слоя, что и обеспечивает максимальную эффективность топки и котла в целом [10,13,46,64].
Двухъярусная топка работает по следующей схеме, уголь из угольного ящика подается посредством механизированного устройства (ПМЗ-600) на колосниковую решетку, навстречу восходящим потокам топочных газов. В момент формирования слоя происходит процесс разделения массы угля, по колосникам (на подвижном колоснике более 60% и на неподвижном 30-35%).
Более крупные фракции твердого топлива под действием большего удельного веса и размеров топлива скатываются в ниши, созданные колосниками, находящимися в нижнем положении. Мелкая фракция угля группируется в основном на неподвижных элементах за счет меньшего удельного веса и отсутствием восходящих потоков воздуха над неподвижными колосниками. Процесс горения в режиме кипящего слоя и под действием комбинированного воспламенения топлива (нижнее и верхнее), протекает максимально эффективно, мелкая фракция угля более активно сгорает на колосниках и в объеме топочной камеры. Процесс горения в состояние кипящего слоя эффективно реагирует на свежие порции поступающего в зону горения топлива, происходит интенсивное испарение влаги и более активный выход летучих газов. В двухъярусной топке нет позонного дутья (зоны подготовки, активного горения и зоны догорания), весе стадии процесса горения проходят по всей площади горения, что способствует более эффективной интенсификации зеркала горения. В процессе эксплуатации топочного устройства и в соответствии с режимной картой, при помощи кривошипного механизма осуществляется подъем подвижных элементов колосниковой решетки в момент прохождения шурующей планки. При этом шурующая планка в периоды прохождения вдоль колосникового полотна обеспечивает, равномерность распределения топлива и максимально полное перемешивание угля и горящего кокса, что и обеспечивает топочный процесс максимально эффективно.
Эффективность зажигания топлива усиливаются верхним воспламенением от радиационного излучения раскаленного зажигающего пояса и за счет лучистого тепла топочных газов. Все полученные позитивные результаты процесса горения в двухъярусном топочном устройстве, которые реализованы автором, проводились на котле без изменения существующих проектно-монтажных схем обеспечивающих котлоагрегат, подачей топлива, работай систем тягодутьевых устройств, механическими устройствами удаления шлака и возврата уноса. Существующие схемы электроснабжения узлов и агрегатов котла, приборы КИПиА, работают в соответствии с ранее выполненным проектом котельной. Конструкция нового устройства двухъярусной топки защищена патентом [57]. Схема и принцип работы двухъярусной топки показан нарис. 1.5.1.
Сравнительные результаты работы паровых и водогрейных котлов с факельно-слоевой ТЧЗМ-2, ТЛЗМ-2 и двухъярусной топкой
Экспресс - испытания проводят для оценки качества ремонтов. Этот вид испытаний соответствует «сокрагценным» испытаниям. В целях проверки гарантий поставщиков котельных установок иногда проводят «приемочные» испытания. В соответствии со ставящимися задачами испытания котельных установок по точности измерений и обработки материалов разделяются на испытания I и П классов. По I классу точности проводят испытания, в результате которых достигается определение КПД с точностью ±1,5 %. Метод определения КПД может быть прямым (если это возможно) - с определением количества теплоты, подведенной с топливом и воздухом, и теплоты, отведенной с водой и паром, или обратным — с определением всех потерь теплового баланса и КПД. Оба метода принципиально равноценны, однако точность по обратному методу может быть достигнута более высокая при условии определения всех потерь теплоты от отдельных элементов котла [59, 69, 73].
Типовых программ испытаний применительно к котлам с кипящим слоем пока» не имеется, для их составления целесообразноt воспользоваться рекомендациями ВТИ или НПО- ЦКТИ [13, 69, 72].
Для составления программы экспериментальных испытаний котлоагрегатов KB ТС-10, КЕ-10-14с, работающих с факельно-слоевой топкой Кусинского машиностроительного завода, типа (ТЛЗМ-2, ТЧЗМ-2) и двухъярусной топкой устанавливает цели работ, виды, объем и последовательность проводимых исследований. В общие положения программы вносят данные по обоснованию проведения работ, краткую характеристику подлежащего испытаниям оборудования — сведения, необходимые для проведения и сравнения результатов испытаний. В раздел программы о методических основах испытаний включают сведения о НТД, которые надлежит использовать при проведении работы. Метрологическое обеспечение в программе должно быть отражено таблицей основных контролируемых параметров с диапазоном их колебаний, данными о точности и средствах измерений, их метрологических характеристиках, условиях проведения измерений состояния окружающей среды, внешних влияниях и др.
Программа содержит сведения по мерам обеспечения безопасной работы персонала, испытываемого оборудования и окружающей среды, надежность и пожаробезопасность, противошумовые мероприятия. Программа испытания для получения энергетической характеристики, отражающей предельную, технически достижимую тепловую экономичность данной котельной установки и учитывающей оптимальные режимы совместной работы основного и вспомогательного оборудования, должна предусматривать снятие следующих зависимостей [59, 69]: паропроизводительности (тепловой мощности); нетто и брутто КПД котла; 41, Ч2 у 4з 44 45 4б\ расходов теплоты на собственные нужды котельной установки; удельных расходов условного топлива и электроэнергии на теплоту, отпущенную котельной установкой, удельных расходов электроэнергии на привод питательных насосов, тягодутьевых устройств и вспомогательного оборудования; коэффициентов избытка воздуха (присосов в газовом тракте); температуры уходящих газов. Програлта балансовых эксплуатационных испытаний котла работающего со слоевой топкой включает опыты по определению [59, 85, 97]: максимальной нагрузки по условиям обеспеченности котла твердым топливом; максимально длительной нагрузки по условиям ошлакования поверхностей нагрева; минимальной нагрузки по условиям обеспечения устойчивого горения в топочной камере. Ухудшение качества твердого топлива, связанное с механизацией добычи, выработкой шахт и разрезов, отсутствием углеобогащения, ставит серьезные проблемы в эксплуатации котельных, особенно технологического оборудования. Режимы работы котлов и вспомогательного оборудования, установленные при сжигании топлива проектного качества, часто оказываются непригодными на низкосортном топливе. Увеличение доли балласта в топливе (золы, приведенной влажности и большого количества мелких фракций угля) может привести к потере устойчивости горения. При нестабильном качестве поступающего к котлам ухудшенного топлива по результатам испытаний следует определить зависимость экономических показателей котла.
Энергетическая характеристика должна отражать экономические показатели котла, находящегося в хорошем состоянии, при правильном ведении режимов его работы и является основным документом для планирования и анализа экономичности оборудования. Сравнение фактических показателей оборудования с энергетической характеристикой позволяет оценить уровень эффективности и эксплуатационные преимущества конструкции двухъярусной топки, работающей с водогрейными и паровыми котлами малой и средней мощности. В программе должны быть указаны условия, при которых составлена характеристика [69, 74]: вид и качество топлива (Qrj, Wrb Аг); температура холодного воздуха перед дутьевым вентилятором до присоединения линии рециркуляции горячего воздуха; температура воздуха перед воздухоподогревателем; температура питательной воды; температура в топке; температура.теплоносителя на входе в котел; коэффициент избытка воздуха в режимной точке; присосы воздуха в топке и в газоходах до дымососа.
Расчет экономического эффекта от внедрения топочного устройства двухъярусной топки на котлах КЕ-10-14с иКВТС-10
Есть способы, эффективно подавляющие образование NOx в котлах с большим топочным объемом, которые практически не приемлемы для котлоагрегатов с малыми топками. К ним можно отнести рециркуляцию дымовых газов и метод ступенчатого сжигания топлива. Чаще всего на практике при эксплуатации котлоагрегатов для подавления образования NOx используют метод снижения избытка воздуха в топке. Однако в этом случае появляется опасность загрязнения атмосферного воздуха оксидом углерода, сажей и углеводородами. Поэтому данный способ можно рекомендовать для котельных агрегатов при условии хорошего смесеобразования и в сочетании с мероприятиями дожигания продуктов неполного сгорания в топочном объеме. Следовательно, реальные возможности практического применения в котельных установках теплотехнических способов следует рассматривать комплексно, т.е. с учетом протекания в топке взаимосвязанных процессов сгорания и образования NOx и сопутствующих загрязняющих веществ. Итак, изменение топочного процесса в нужном направлении може г привести к сокращению вредных выбросов без дорогостоящих мероприятий по отчистке дымовых газов от примесей. Другие методы снижения загрязняющих веществ, включая очистку продуктов сгорания и их рассеивание в приземном слое атмосферы, не рассматриваются, поскольку они достаточно полно изложены в научно - технической литературе. Следует только отметить, что очистка дымовых газов от загрязняющих веществ целесообразна лишь для твердых частиц путем устройства за котлами циклов - золоуловителей. Важными путями улучшения работы котлоагрегатов являются создание и подбор для них высокоэффективных и малотоксичных топочных устройств. Заслуживает внимания технология сжигания низкосортного твердого топлива на двухъярусной решетке в кипящем слое. В настоящее время существует три основных механизма образования NOx [63, 72, 73]: тепловой или термический; механизмы топливной NOx и быстрой NOx. Систематическое изучение физико-химических процессов образования NOx в топочных устройствах началось всего несколько десятилетий назад, когда отечественными учеными Я.Б. Зельдовичем, П.Н. Садовниковым и Д.А. Франк - Каменецким после проведенных исследований была показана термическая природа реакции окисления молекулярного азота [63]. По предложению академика Н.Н. Семенова они исследовали цепной механизм реакции образования NOx. В реакции образования решающая роль отводится атомарному кислороду. Дальнейшее развитие термическая теория получила, в работах И.Я. Сигала, Л.М. Цирюльников и др. [65, 71]. С учетом современных воззрений основные выводы этой теории могу г быть сформулированы в кратком изложении [34, 60, 66]. Образование NOx происходит за фронюм пламени в зоне высоких температур по цепному механизму, скорость протекания реакции окисления азота зависит от концентрации атомарного кислорода, которая, в свою очередь, определяется максимальной температурой в зоне горения. В следствия этого теория и получила название «термической», поскольку образующиеся в этом случае оксиды азота возникают в результате окисления азота воздуха, они получили название воздушных NOx. Концентрация образовавшейся NOx не превышает равновесную при максимальной температуре в реакционной зоне. При наличии свободного кислорода (а 1) образование NOx определяется максимальной температурой в зоне реакции, а при недосіатке (а 1) -кинетикой расположения NOx, т.е. скоростью охлаждения продуктов горения. Образование NOx зависит от концентрации исходных веществ, температуры, а также времени установления равновесия. Считают, что образование NOx в основном происходи ! на начальном участке факела с максимальной температурой, где успевает образоваться подавляющее количество NOx. И.Я. Сигал предложил заменить время реакции образования оксида азота, т.е. время установления его равновесной концентрации, на время пребывания газов в топке, что с некоторым приближением соизмеримо. Им же установлено, что заметное образование іермической NOx происходит при температурах в топке 1500 С. Топливные оксиды азота образуются из азотосодержащих соединений. Входящих в состав сжигаемого топлива, при более низких температурах 800-1300 С. При этом на первое место выходит реакция окисления, где источником активных центров является атомарный азот топлива. В работе установлено, что азотосодержащие соединения в виде пиридина, хинолина и их производных, попадая в зону горения, легко разлагаются, образуя радикалы NH, СН, HCN и др., которые активно в свою очередь вступают в реакцию с кислородом. При этом скорость образования NOx соизмерима со скоростью горения. На основании предложенной выше схемы и был разработан механизм образования топливной NOx, согласно которому [72, 73]:
1. Скорость образования NOx из азота топлива больше, чем по термическому механизму. Конверсия азота топлива в NOx происходит во фронте пламени;
2. Конверсия увеличивается с повышением коэффициента избытка воздуха, и кислород является определяющим фактором в образовании топливного NOx;
3. Доля топливного NOx в суммарном выходе оксидов азота будет тем больше, чем ниже температура в зоне горения.
Ряд исследований экспериментально доказали, что в пламени могут возникать значительные концентрации NOx, не связанные с образованием топливной и термической NOx. Термин «быстрая» NOx появился в последнее время из-за быстрого образования в пламени большого количества оксида азота. В общем смысле быстрой NOx называется NOx, образующаяся в пламени по механизму, отличному от предложенного академиком Я.Б. Зельдовичем и исключающему образование NOx. Фенимором было высказано предложение о наличии в узкой пламенной зоне с большим содержанием горючих компонентов образования быстрой NOx, где скорость протекания этой реакции весьма велика [63, 84]. В нашей стране условия образования быстрых оксидов азота были исследованы И.Я. Сигалом и его сотрудниками. На основе анализа результатов работ можно сделать следующие выводы по механизму быстрой NOx:
