Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы

Котлер Владлен Романович

Рис. 3.15. Схема пылеконцентратора: 1 – корпус; 2 – завихритель; 3 – рассекатель; 4 – основной отвод; 5 – сбросной отвод

При сжигании, например, болгарского лигнита с Q_i^r = 5,46 МДж/кг и W^r = 56 % теоретическая (адиабатическая) температура горения составляет всего 1373 К (1100 °С). Столь низкое значение _a объясняется не только большой влажностью, но и сушкой топлива газами рециркуляции для получения достаточно подсушенной пыли. Подача в ядро горения вместе с топливом большого количества инертных газов приводит к

дополнительному снижению теоретической температуры горения топлива. Расчеты показывают, что, например, для получения достаточно сухой пыли (W_pf <20 %) при размоле болгарских бурых углей доля газа, идущего на сушку, а затем вдуваемого вместе с пылью в ядро факела в виде сравнительно холодного агента (140–200 °С), составляет 40–60 % всех топочных газов. Кроме того, наличие в первичной аэросмеси такого большого количества инертного продукта и водяного пара уменьшает концентрацию кислорода, что также затрудняет нормальное развитие топочного процесса.

Для надежного сжигания высоковлажных углей типа болгарского бурого, путем повышения температуры и концентрации кислорода в ядре факела при сохранении всех преимуществ системы с прямым вдуванием, был использован пылеконцентратор, позволяющий отделить часть слабозапыленного влажного сушильного агента и сбросить его в верхнюю часть топки.

Принцип действия пылеконцентратора заключается в разделении исходной пылегазовой смеси на сильно– и слабозапыленные потоки за счет различных гидродинамических свойств твердой и газовой фазы. В центробежном пылеконцентраторе, схема которого приведена на рис. 3.15, поток аэросмеси проходит через лопаточный завихритель и приобретает вращательное движение. За счет действия центробежной силы пылевые частицы отжимаются к внутренней поверхности корпуса, увеличивая концентрацию несущего газового потока. Рабочий процесс в пылеконцентраторе заканчивается выделением в самостоятельные отводы части несущего газового потока, имеющего большую, по сравнению с исходным потоком, концентрацию пыли и другой части с соответственно меньшей, чем у исходного, концентрацией пыли.

Основными режимными параметрами пылеконцентратора являются g_c и l, где g_c – это доля пыли, поступающей в основной отвод, то есть

g_c = G_осн /G_о, (3.2)

а l – доля газа (несущего агента), также поступающего в основной отвод:

l = Q_осн/Q₀. (3.3)

Слабозапыленный поток, включающий в себя остаток пыли G_сбр = G₀– G_осн, выносится газовым агентом Q_сбр = Q_о– Q_осн в сбросной пылепровод и далее в сбросную горелку.

Глубина разделения пылегазового потока выражается как отношение:

g_c/l = (G_ocн · Q₀)/(G₀ · Q_осн). (3.4)

Следовательно,

g_c/l = _осн/₀

где ₀, _осн – концентрации пыли на входе в пылеконцентратор (то есть за мельницей) и в основном отводе (перед основной горелкой).

Меньшая часть угольной пыли (l – g_c) вместе с определенной частью сушильного агента (1 – l) поступает, как упоминалось ранее, в сбросные горелки, расположенные выше основных. Поэтому время для горения сбросной пыли в топочной камере несколько уменьшается. Это обстоятельство накладывает определенные требования на фракционный состав сбросной пыли: она не должна содержать крупные частицы, особенно размером более 1000 мкм. И в этом плане центробежные пылеконцентраторы с регулируемой степенью крутки потока оказываются наиболее подходящими.

При проведении испытаний центробежного пылеконцентратора, изображенного на рис. 3.15, оказалось, что при = 20° доля топлива, поступающая в основные горелки (g_c),

была равна 0,85, а l = 0,5, то есть l/g_c = 0,59. В опытах с большей круткой потока ( = 45°) оказалось: g_c = 0,9; l = 0,6 и l/g_c = 0,67. Гидравлическое сопротивление пылеконцентратора составляло 60–65 кгс/м².

На рис. 3.16 показана конструкция двухступенчатого пылеконцентратора, позволяющая слабозапыленный поток аэросмеси дополнительно разделить на два потока. Один из них содержит чрезвычайно мало частиц угольной пыли, причем наиболее тонких, которые могут выгореть, поступая даже в верхнюю часть топочной камеры.

Рис. 3.16. Двухступенчатый пылеконцентратор: 1 – внешний корпус; 2 – завихритель; 3 – рассекатель; 4 – внутренний корпус; 5,6 – внешний и внутренний основные отводы; 7,8 – внешний и внутренний сбросные отводы; 9 – обтекатель

3.2. Мазут: прием, хранение и подача в котельный цех

Жидкое топливо на тепловых электростанциях – это, главным образом, мазуты марок 40 (40 В) и 100 (100 В), поставляемые нефтеперерабатывающими заводами (НПЗ). Символ «В» сохранился с тех времен, когда лучшие сорта топочного мазута удостаивали государственного Знака качества.

Сравнительно редко на ТЭС можно встретить высококачественные флотские мазуты (Ф5 и Ф12), еще реже – остатки перегонки смол, получаемых при термической переработке углей и горючих сланцев. Низкокачественный мазут для мартеновских печей марки 200 вообще не должен поставляться на тепловые электростанции. Технические требования и нормы качества мазутов в соответствии с ГОСТ 10585-75 приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3 Характеристики качества мазутов, поставляемых российскими НПЗ

В состав мазутов входят те же основные элементы, что и в состав нефти, из которой получены эти мазуты: горючие вещества – углерод, водород и сера, а также негорючие – кислород и азот. Содержание водорода и углерода несколько ниже у высокосернистых мазутов, что и приводит к некоторому уменьшению их теплоты сгорания.

Кроме углеводородных соединений – основного компонента мазута – в их состав входят асфальтосмолистые вещества (асфальтены, карбены и карбоиды), а также минеральные примеси (в основном – растворенные в воде соли щелочных металлов) и влага. Содержание воды в мазутах колеблется от 0,3–1,0 до 3–5 %. При разогреве мазута паром (например, при сливе мазута из цистерн) обводненность мазута может увеличиться до 5–10 % в летнее время и 15–20 % – в зимнее (для высоковязких мазутов).

Содержание серы в мазуте определяется сернистостью исходной нефти, а также технологией ее переработки. Присутствует сера в мазуте, главным образом, в виде сероорганических соединений, и в меньшей степени – в виде сероводорода и серы элементарной.

Важнейшая характеристика мазута – вязкость, так как именно она определяет условия транспортировки, слива и хранения жидкого топлива. Вязкость определяет также требуемый подогрев мазута и эффективность работы мазутных форсунок при её сжигании в котельных установках.

Вязкость обычно измеряется вискозиметром Энглера (рис. 3.17) в градусах условной вязкости (ВУ) при определенной температуре. Условной вязкостью называют отношение времени непрерывного истечения 200 мл мазута при определенной температуре ко времени истечения дистиллированной воды при 20 °С.

Рис. 3.17. Вискозимер Энглера: 1 – металлический сосуд; 2 – жидкость; 3 – ванна; 4,5 – термометры; 6 – калиброванный сосуд

Из табл. 3.3 следует, что для флотских мазутов стандартной является температура 50 °С, а для мазутов марок 40 и 100 – уже 80 °С. Хотя марки 40 и 100 получили свое обозначение именно по максимальному значению условной вязкости (градусов ВУ) при температуре 50 °С.