Исследование теплофизических свойств отложений, загрязнения, очистки и теплообмена в топочных камерах энергетических котлов при сжигании Канско-Ачинских углей Ковалевич, Игорь Анатольевич

Введение к работе

Актуальность темы

Проблемы использования Канско-Лчинских углей (КАУ) актуальны не только в энергетике Сибири, но н за ее пределами, поскольку Бородинский, Назаровскнй и Березовский разрезы обладают наиболее благоприятными возможностями быстрого восстановления и развития мощностей в условиях закрытия нерентабельных шахт в различных районах страны. В перспективе планируется строительство «выносных» станций мощностью 2-2,5 млн. кВт с блоками 300 и 500 МВт на Урале и в Европейской части России с котельным оборудованием, предназначенным для сжигания бере-зовского угля.

К обстоятельствам, благоприятствующим переводу котлов на КАУ, следует отнести снижение износа систем пылеприготовления, поверхностей нагрева, систем золоудаления, сокращение выбросов золы в атмосферу, оксидов азота и серы, уменьшение скорости заполнения золоотвалов, улучшение потребительских свойств золы.

Значительные трудности при сжигании этих углей связаны с интенсивным шлакованием и загрязнением поверхностей нагрева, обусловленными особенностям!! минеральной части. В результате снижается паро-производителыюсть, длительность непрерывной кампании, надежность и экономичность котельных агрегатов. Возникает необходимость реконструкции топочных камер с внедрением современных систем очистки поверхностей нагрева, оптимизации режимов их работы. В перспективе эксплуатация систем сухой сероочистки, внедрение горелок с низкими выбросами оксидов азога а схем ступенчатого сжигания может увеличить шлакование топочных экранов.

В настоящее время анализ результатов испытаний котлов, проектирование реконструируемых и новых топочных устройств выполняется, как правило, с использованием зонального метода расчета, который позволяет определить распределение температур газов, удельных падающих и воспринятых тепловых потоков, что крайне необходимо при разработке мероприятий по снижению шлакования, повышению устойчивости гидродинамики внутренней среды и надежности поверхностей нагрева. Достоверность расчетов зональным методом, особенно в условиях неравномерного размещения средств очистки, зависит от учета распределения отложений по площади экранов. Для решения указанных проблем актуальны исследования теплофизических свойств отложений, характера шлакования, эффективности водяной обдувки новыми аппаратами и теплообмена в топочных камерах при сжигании КАУ.

Цель к задачи исследования

Цель работы - повышение беешлаковочнон мощности, длительности непрерывной кампании, надежности и экономичности существующих, реконструируемых и проектируемых котельных агрегатов, сжигающих КАУ, на основе исследования локального и суммарного теплообмена, оптимизации схем и режимов работы средств очистки топочных экранов с использованием зонального метода расчета теплообмена.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Обобщить и дополнить данные по теплопроводности и теплоемкости наружных отложений. Эти данные необходимы для расчетной оценки напряжений, возникающих в период водяной обдувки, при определении толщины и массы отложений, удаляемых системой шлакоудалешія, а также для зональных расчетов топочных камер.

2. Определить порядок значений пределов прочности отложений, образующихся при сжигании КАУ. Оценить вероятность разрушения различных типов отложений на основе вариантных расчетов, нестационарных температурных полей и напряжении, возникающих в них при водяной обдувке.

3. Выполнить оценку погрешности измерения температур при тепловом ударе (термошоке) в момент водяної! обдувки топочных экранов с целью определения оптимальной заделки термопар в темцературных вставках и зондах для исследования оодувочных аппаратов, используемых в системах диагностики шлакования. - : '

4. Выполнить промышленные исследования локального теплообмена, интенсивности и неравномерности шлакования топочных экранов, эффективности новых аппаратов и систем водяной обдувки при сжигании назаровского, ирша-бородинского и березовского углей, а также надежности шлакоудалешія.

5. Разработать методику расчета распределения локальных коэффициентов теплового сопротивления отложений "с учетом реальных схем и режимов очистки. Определить влияние очистки на локальный и суммарный теплообмен в топочной камере котла П-67 при сжигании бергзовско-го угля.

Положення, Бьшосіціьіс на защиту ,

1- Экспериментальные данные по теплофизкческим и прочностным свойствам отложений, образующихся при сжигании КАУ.

2. Результаты численного анализа нестационарных температурных полей и напряжений в слое отложении, вероятности их разрушения и погрешности измерений термошоков при водяной обдувке.

3. Комплекс экспериментальных данных по локальному теплообмену и интенсивности шлакования топочных экранов котлов БКЗ-420,

БКЗ-500, П-67, эффективности очистки глубокоиыдвижпыми аппаратами водяной обдувки типа ОВГ, дальнобойными - ЛВО, ОВД и маловыдвнж-ными - ОВМ при сжигании ирша-бородинского, назаропского и березоз-ского углей. Рекомендации по определению максимальной производительности системы шлакоудалепим.

4. Методика расчета распределения локальных коэффициентов теплового сопротивления отложений для зонального метода расчета топочной камеры.

5. Результаты анализа влияния различных схем очистки на локальний и суммарный теплообмен в топке котла П-67 блока 800 МВт Березовской ГРЭС-1.

Методика исследования

В работе применены современные методы исследования теплофизн-ческих свойств отложений и теплообмена в топочных камерах. Достоверность полученных результатов обеспечивается комплексным использованием численного, физического и натурного экспериментов, а также корреляцией большого объема экспериментальных данных с ранее полученными другими авторами.

Научная новизна исследования

Получены зависимости коэффициентов теплопроводности от пористости и температуры для трех условных групп отложений, образующихся при сжигании КАУ: ангидрнтных (основной компонент CaS0₄), первичным (железистых) и вторичных (шлаковых).

На основе оценки прочности отложений и численного анализа возникающих в них напряжений показана низкая эффективность водяной обдувки при образовании железистых отложений.

Определены погрешности измерения термошоков вследствие смещения спая термопары относительно измеряемой поверхности и искажения локальных температурных полей в месте заделки термопары при наличии полостей. Впервые получены данные по термошокам в зонах очистки новых аппаратов водяной обдувки.

На основе результатов исследования эффективности системы очистки топочной камеры котла П-67 получены распределения удельных тепловых потоков и локальных значений коэффициентов тепловой эффективности топочных экранов (у) по радиусу обдувки в зоне действия различных аппаратов водяной обдувки.

Разработана методика расчета распределения локальных значений ц: и термического сопротивления отложений по поверхности топочных экранов с учетом реальных схем и режимов очистки.

Практическое значение

Результаты выполненных исследований использованы при оптимизации схем її режимов работы средств очистки топочных экранов котлов Е-500 Красноярской ТЭЦ-2, БКЗ-420 Барнаульской ТЭЦ-3, П-67 блока 800 МВт Березовской ГРЭС-1. Практическое внедрение результаты работы получили при разработке схем очистки топочных экранов, в расчетах локального и суммарного теплообмена котла П-67 второго энергоблока Березовской ГРЭС-1, экологически чистых котлов паропроизводитель-ностыо 500 т/ч Минусинской ТЭЦ и Красноярской ТЭЦ-1, а также «выносных» электростанций с блоками 300 и 500 МВт на Урале и в Европейской части России. Результаты испытаний использованы при разработке новых обдувочных аппаратов на заводе Красмаш.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены на IV краевом совещании «Проблемы сжигания канско-ачинских углей в котлах мощных энергоблоков» (Красноярск, 1985), научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в области совершенствования тепловых процессов и новые технологии промышленных установок и ТЭЦ» (Челябинск, 1987), на международном симпозиуме по сжиганию низкосортных топлнв (Хельсинки. 1990), на международном коллоквиуме XXI KRAFTWERKSTECNISCHES KOLLOQUIUM «Meptechnik fur thermische Energieanlagen» (Дрезден, 1989).

Публикации

По теме диссертации опубликовано б научных статей, получено авторское свидетельство.

Объем диссертации л сё структура

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из !03 наименований и приложений.

Работа содержит 132 страницы, включая 15 таблиц и 75 рисунков.