Система транспорта высококонцентрированной аэросмеси

Новым этапом в развитии топочной техники в последние десятилетия прошлого века явилось широкое внедрение систем транспорта и сжигания пыли высокой концентрации (ТПВК). Система ТП ВК реализуема при наличии пылесистем с промбункером, откуда угольная пыль с помощью пылепитателей отводится по вертикальным пылевым течкам к смесителям и далее поступает в потоке высококонцентрированной аэросмеси к горелкам. Эта технология была разработана еще в конце 30-х гг., но только с 70-х гг. началось ее интенсивное внедрение на многих ТЭС [15—21]. Принципиально важно отметить, что в развитии этой технологии в отечественной энергетике существенным импульсом послужили разработки специалистов Томь-Усинской ГРЭС. Здесь впервые была создана и отработана система транспорта пыли под давлением, получившая широкое признание.

Система ТПВК (рис. 10.5) предусматривает перемещение аэросмеси в трубопроводе с содержанием пыли до 40—50 кг/кг транспортирующего воздуха. В системе ТПВК принципиально изменяется механизм перемещения пылевидного материала. Если в типовых системах транспорта пыли имеет место перемещение взвешенных пылевых частиц поперек основного потока, то в высококонцентрированном потоке перемещение частиц в поперечном сечении ограничено смежными частицами при тесном их контакте, они ограничены в свободе перемещения и движутся вдоль трубопровода в псевдоожиженном потоке. Здесь надежное перемещение пыли может осуществляться при меньших скоростях при той же производительности по пыли. Обеспечивается плотное движение пыли с заполнением ею всего сечения в канале. Граничная скорость потока соответствует заполнению пылевым потоком всего сечения трубы на всем протяжении канала.

В типовой системе подачи аэросмеси к горелкам котла, где движение частицы, увлекаемой воздушным потоком, относительно свободно, каждая частица может перемещаться в поперечном сечении, выходит из потока, образуя отложения. Для предупреждения сепарации пыли в пылепроводах скорость аэросмеси поддерживается на уровне 25 м/с, что в свою очередь порождает интенсивный абразивный износ пылепроводов, пыление их. В системе ТПВК при скорости аэросмеси в системе 10—12 м/с не наблюдается сепарации пылевых частиц, концентрация их по сечению пылепровода остается постоянной на всем протяжении пылепровода.

Рис. 10.5. Узел системы ТПВК — вертикальные пылевые течки, общий воздушный коллектор и воздухоотводящие патрубки к смесителям, смесители, пылепроводы высококонцентрированной аэросмеси к горелкам котла.

Как показал практический опыт, стабильное движение высококонцентрированной аэросмеси требует соблюдения ряда требований к конструкции, трассировке пылепроводов:

• — допустимые подъемные участки пылепровода до угла наклона не более 25−30%;
• — радиус гибов пылепроводов не менее 1,0 м;
• — обеспечить высоту вертикальной пылевой течки от бункера пыли к смесителю в начальном участке пылепровода до 4 м.

К настоящему времени сложились два основных способа организации ТПВК для подачи пыли к горелкам котлов — под давлением (ТПВКд) и под разрежением (ТПВКр). Оба этих способа реализуются на большом количестве ТЭС и обеспечивают нормальную работу систем транспорта и сжигания высококонцентрированной аэросмеси. Системы ТПВКр использованы на всех котлах Братской ТЭЦ, на ряде котлов Троицкой ГРЭС. Система ТПВКд эффективно служит на ТЭЦ, работающих на самых различных углях — экибастузском, кузнецком, ирша-бородинском, назаровском, донецком каменном. Принципиально их конструктивное различие связано с побудителем движения транспортирующей среды. Нарис. 10.6 показаны различные варианты воздухоприемных камер и смесителей систем ТПВК.

Рис. 10.6. Воздухоприемная камера и смесители систем ТПВК: вариант с принудительной подачей горячего воздуха: а — диффузорный ввод воздуха; б — тангенциальный ввод воздуха; вариант с открытой воздухоприемной камерой: в — струйный ввод через перфорированную рубашку; г — кольцевой воздушный канал.

В системе ТП ВКр создается разрежение на всем протяжении пылепровода от горелки до пылевой течки, за счет чего в смеситель поступает наружный воздух, обеспечивающий транспортировку угольной пыли к горелкам. Разрежение в полости пылепровода создается паровым эжектором (рис. 10.7), который размещается в выходном участке пылепровода на входе в горелку.

В системе ТП ВКд транспортирующий воздух поступает в узел смешения с пылью под давлением до 0,02 МПа, создаваемым внешним источником — воздуходувкой. Чем же объясняется интерес к системам ТПВК?

Рис. 10.7. Конструктивная схема пылепарового эжектора системы ТПВКр:

• 1 — копус эжектора; 2 — сопло паровое; 3 — паропровод; 4 — пылепровод;
• 5 — пылераздающий насадок; 6 — противоэрозионное покрытие

Потенциальные возможности систем сжигания ПВК охватывают широкий круг процессов, касающихся наиболее существенных эксплуатационных свойств котлоагрегатов и совершенствования их конструкции, компоновки и условий эксплуатации котлоагрегатов:

• — громоздкая система пылепроводов (по числу горелок) диаметром от 350 до 600 мм протяженностью до 70 м и диаметром 70—75 мм может быть замещена компактной системой пылепроводов, что упрощает обвязку котла, облегчает эксплуатацию и ремонт котла;
• — устранение абразивного износа пылепроводов при скорости аэросмеси до 10—12 м/с;
• — повышение устойчивости воспламенения и горения при сжигании ПВК;
• — приспособленность к сжиганию топлива переменного качества;
• — упрощение эксплуатационного обслуживания пылесистемы и котла в целом в связи с устранением громоздкой системы пылепроводов большого диаметра;
• — улучшение схода жидкого шлака в котлах, имеющих топки с жидким шлакоудалением;
• — уменьшение выбросов оксидов азота; сжигание пыли высокой концентрации является наиболее приемлемым технологическим методом подавления NO_x, не связанным со снижением температурного уровня процесса и ухудшением эксплуатационных характеристик котла.

Сравнительная оценка систем транспорта и сжигания ПВК под давлением и разрежением показывает следующее:

• 1) допустимый уклон пылепроводов — ТПВКр не может обеспечивать надежное перемещение пылевидного материала под уклоном вверх и по горизонтам, ТПВКд может осуществлять подачу аэросмеси с уклоном вверх до 30°;
• 2) эксплуатационные расходы — складываются из стоимости транспортирующей среды, ремонтных затрат, амортизационных расходов, капитальных затрат на установку дополнительных воздуходувных средств, затрат на дополнительные топливо, сжигаемое в топке котла, в связи с поступлением в горелки холодного транспортирующего воздуха, расхода электроэнергии на привод пылепитателя. Учет указанных экономических показателей позволяет выявить для конкретных условий сравнительную эффективность сопоставляемых систем — ТПВК_Д и ТПВКр;
• 3) влияние на производительность пылепитателей — разрежение под пылепитателем в системе ТПВКр в 1,2—1,5 раза увеличивает подачу пыли, что в ряде случаев выводит рабочие обороты питания за пределы регулировочного диапазона. В системах ТПВК_Д приходится решать задачу предотвращения снижения производительности пылепитателя;
• 4) фильтрация транспортирующей среды через пылевой бункер — в системах ТП ВКр отсутствие фильтрации воздуха через слой пыли позволяет поддерживать минимальный уровень слоя пыли — 3 м. При подаче высококонцентрированной аэросмеси под давлением необходимо конструктивными способами ограничить значительный подпор под питателем — использование определенной протяженности вертикальной пылевой течки;
• 5) безвозвратные потери химочищенной воды, конденсата — в системе ТПВКр имеют место безвозвратные потери химобессоленной воды до 2—2,8% общего расхода питательной воды на котел;
• 6) надежность — опыт эксплуатации выявляет определенные преимущества ТПВК_Д, где отсутствует проблема износа паровых эжекторов, меньше вероятность забивания пылепроводов.

Для системы транспорта пыли под разрежением ТПВКр значительной проблемой является снижение расхода пара, являющегося побудителем расхода транспортирующего воздуха. Наиболее удачным является опыт внедрения такой системы транспорта пыли под разрежением на ТЭЦ-6 Иркутскэнерго. Здесь на десяти котлах БКЗ-320—140, сжигающих ирша-бородинский уголь, используется пар сдавлением 1,2 МПа, расход его на котел составляет 3—3,5 т/ч. Врежиме сжигания ПВК снижен оптимальный избыток воздуха, достигнуто уменьшение концентрации оксидов азота в дымовых газах на 40%. При этом необходимо учитывать поступление в топку значительного количества пара от инжектора-побудителя движения высококонцентрированной аэросмеси, что сказывается на увеличении тепловых потерь с уходящими газами q₂.

Возможности технологии транспорта и сжигания ПВК далеко не исчерпаны. Наблюдаемое повышение единичной мощности современных пылеугольных котлоагрегатов создает большие сложности в компоновке громоздких пылепроводов. Так, для котла блока 660 МВт с общим числом горелок до 48 единиц прокладывается соответствующее число пылепроводов диаметром 700 мм. Понятно, что в этом случае котел будет практически полностью опутан и закрыт пылепроводами. Естественно, здесь использование системы ТПВК с диаметром пылепроводов 70—80 мм может радикально изменить ситуацию.

Возможная неравномерность распределения пыли по горелкам в системе ТПВК под давлением может быть связана с неравномерной работой питателей пыли.