CC BY
27
УДК 621.182.23.001.42
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМНЫХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ МОДЕРНИЗИРОВАННЫХ КОТЛОВ ТГМ-94 НЕВИННОМЫССКОЙ ГРЭС
К.Т.Баубеков
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Экспериментпик зерттеуперЫц нэтижес1ндв Невинномлсск МАЭСныц ТГМ- 94 (ст.№ 8,10,11) к;азаныц mapminmiK жэне экопогшльщ кврсетк1штер1не газ бен мазутты 6ipze жене жекеше сатылап жагуьныц ecepi аньщталды. ТГМ-94 к,азандарыныц жацартуы нэтижес1 азот оксидтерШц терец азайуына жэне бенз(а)пирен мен кулак концентрациясын аз-маз жогарлауына алып келд1. вз1не щажетпи элгкпр энергияныц шыгыны жэне сору мен урлеуге арналган электр энергиянъц шыгыны азайтылды.
В результате экспериментальных исслгдований выявлено влияние режимов совместного и раздельного ступенчатого сжигания газа и мазупи (во всем интервале изменения нагрузки D/Do=0,47-0.97) на режимные и экологические показатели котлов ТГМ-94 (ст.№ 8,10, И)Невинномысской ГРЭС. Модернизация котлов ТГМ - 94 привела к глубокому снижению образования оксидов азота и некоторому увеличению концентрации сажи и бенз(а)пирена. Снижены расход электроэнергии на собственные нужды и расход электроэнергии на тягу и дутьё.
In the result of the experimental researches there was found unfluence of regimes ofjoint and separate staged combustion of gas and oil (during all he interval of loading D/Do=0,47 - 0,97) of the boilers TGM-94 (st.No 8,10,11) of Nevinnomyssk Electric Power Station. By modification of the boilers TGM- 94 it lead to great reduce of the nitrogen oxide emission and to increase cf concentration of soot and benz(a)piren. The expenditure of electrical energy by property needs and the expenditure of electrical energy by draught and flow air was reduced.
В данной статье приводятся краткие результаты ранее выполненных разработок, внедрении и промышленных исследований [1, 2, 3, 4]. Проек-
ты модернизации котлов Невинномысской ГРЭС были выполнены ХФЦКБэнерго. В первой серии (из 36) опытов до модернизации определены уровни концентрации оксидов азота в продуктах сгорания котлов ТГМ-94 (ст. № 6, 7, 9, 10, 11) и ТГМ-96 (ст.№ 5), отличающихся количеством, компоновкой и производительностью горелок, при различных нагрузках, раздельном и совместном сжигании гйза'и мазута. На основании определения исходных экологических характеристик котла ТГМ-94 (ст.№11), проведенных в разное время и при разном состоянии котельного агрегата, прослежена взаимосвязь выбросов двух групп вредных веществ, зависимости образования которых от коэффициента избытка воздуха и других режимных условий носят противоположно направленный характер. Установлено, что менее налаженным режимам горения соответствовали низкие уровни концентраций оксидов азота при полной нагрузке при сжигании газа -280 мг/м3, мазута -420 мг/м3, совместном сжигании газа и мазута -350 мг/м3 и более высокие уровни концентрации сажи при сжигании газа -8,6 мг/м3, мазута -220 мг/м3 , совместном сжигании газа и мазута (в соотношении 0,46: 0,54) -350 мг/м3. После наладки режимов горения получены более высокие уровни оксидов азота при сжигании газа -490 мг/м3, мазута -534 мг/м3, совместном сжигании газа и мазута -460 мг/м3 и более низкие уровни сажи при сжигании газа -2,7 мг/м3, мазута -49,4 мг/м3, совместном сжигании газа и мазута -15,9 мг/м3 (см.таблицу ).
Для выявления влияния ступенчатого сжигания газа и мазута при их раздельном и совместном сжигании на основные экологические и режимные показатели работы котлов были проведены 54 опыта на котле ТГМ-94 (ст.№ 11), 23 опыта на котле (ст.№ 10) и 16 опытов на котле (ст.№ 8).
Способ сжигания топлива осуществляется следующим образом [2] (рис.1). Через горелку 2 подают первичный воздух и часть топлива при коэффициенте избытка воздуха а<1, через горелку 3 подают вторичный воздух и оставшееся топливо от его общего количества, через шлицы 4 подают третичный воздух и часть его в количестве (4-7)% от общего расхода воздуха отводят и подают через шлицы 5 навстречу потоку, выходящему из горелки 2. При таком сжигании одновременно происходит снижение выхода и оксидов азота, и сажи и канцерогенных веществ.
Температуры металла конвективного и вторичного пароперегревателей определялись с помощью зачеканенных в обогреваемой зоне труб термопреобразователей типа ТХА и ТХК, подключенных к милливольтметру по месту. Температуры металла экранных труб и других поверхностей нагрева контролировались по приборам, установленным на БШУ [4].
Испытания в первой серии опытов проводились на котле ТГМ-94 (ст.№ 11) при раздельном и совместном сжигании газа и мазута. При сжигании газа удавалось путем подачи третичного воздуха 5, = 0,15 заполнить факелом весь объем топки. При визуальном наблюдении факел приобретал соломенный цвет, но химический недожог отсутствовал. Впрыски конденсата в пароперегреватели острого пара увеличились примерно на 0,81,0 кг/с. Несколько увеличилась температура пара промежуточного перегрева и температура металла КПП и ВПП (в пределах 5 К), что практически не может снизить надежность их работы. Подача вторичного и третичного воздуха не снижает надежности работы металла экранных труб. Таким образом, при организации ступенчатого сжигания газа не только поддерживалась нагрузка при меньших избытках воздуха, но и появлялся зг-пас по дутью и некоторый запас по температуре острого и вторичного пара. Однако, как показали испытания, дальнейшее увеличение доли вторичного воздуха 5,>0,15 и третичного воздуха 53>0,15 нецелесообразно из-за затягивания факела в зону ширм и далее в конвективную шахту.
При совместном сжигании газа и мазута через нижний ярус горелок подавался мазут, а через верхний - газ. При этом горение на нижнем ярусе ухудшалось (наблюдалось потемнение мазутного факела), однако щ уровне верхних шлицев дополнительного третичного воздуха смесь газа и мазута сгорала в ярком светящемся факеле, что подтверждалось отсутствием химического недожога. При совместном сжигании двух топлив предельная величина доли вторичного и третичного воздуха составила примерно такую же величину, как и при сжигании газа. В этом режиме сохрашлась надежность работы металла пароперегревателей. В некоторых змееЕиках промперегревателя температура пара достигала величины 843 К, из чего следует, что при загрязнении топки потребуется включение впрысгов в пароперегреватели промперегрева.
При сжигании мазута снижалась надежность работы металла радиационного пароперегревателя из-за повышения температуры металла в одной из экранных труб (713 К) и, кроме того, не поддерживалась на должном уровне температура пара промперегрева, несмотря на предусмотренное проектом увеличение поверхности нагрева ступеней ВПП в .,5 раза. Для предотвращения этих явлений даже на номинальной нагрузсе включались оба вентилятора рециркуляции газов. При этом полностью обеспечивалась надежность работы металла радиационного пароперегревателя, однако температура пара промперегрева оставалась на низком уровне (797 К). При сжигании мазута и подаче газов рециркуляции через
Таблица
Краткие результаты испытания модернизированного котла ТГМ-94 (ст.№ 11) при ступенчатом сжигании топлива и балластировании топки газами рециркуляции
№ и' п Основные режимные и экологические показатели Вид сжигаемого топлива
Газ | Мазут | Газ и мазут
Номера опытов №№
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16
1 Электрическая нагрузка эн.блока, N^, МВт 153 135 110 95 72 151 130 110,0 90,0 72,0 154,0 153,0 106,0 77,0
2 Расход острого пара, Dm, кг/с 135,1 120,0 94,5 723 6.1.6 134,8 119,5 110,0 80,6 66,7 136,5 135,0 90,6 68,9
3 Давление острого пара, рол, МПа 13,03 13.28 13,23 12.84 12,64 13,18 13,23 12,35 13,03 12,54 13,03 12,94 12,74 12,45
4 Температура острого пара, Тш, К 815 814 814 814 813 813 813 814 813 814 819 814 813 811
S Температура вторичного пара, Т,т, К 820 802 815 819 807 797 791 796 788 777 826 818 805 794
<5 Температура питательной воды, Тот, К 508 500 490 483 481 507 499 491 481 470 505 506 488 478
7 Расход топлива: газа, Вг, м3/ с мазута, Вм, кг/ с 11,31 9,78 8,14 7,31 6,20 10,8 9,5 8,53 6,95 5,28 6,14 6,25 5,56 5,69 5,00 4,72 3,33 3,11
8 Напор горячего воздуха, Рге, Па 1780 1370 1050 1000 1000 1650 1120 1000 800 600 1800 1920 820 720
9 Температура холодного воздуха, Тхв, К 301 316 318 31'/ 313 343 350 347 346 344 305 309 308 299
10 Температура уходящих газов, Т^, К 413 413 416 422 412 435 434 429 425 423 443 444 445 420
11 Количество работающих вентиляторов рециркуляции газов ВГД, п,шт. - - 1 2 2 2 1 2 2 2 1 1 1 2
12 Номера работающих горелок по ярусам: 1 ярус 2 ярус 1,23 4,5,6 1.23 4,5,6 1,3 4,5,6 2 4,5,6 4,5,6 1,23 4,5,6 1,23 4,5,6 1,3 4,5,6 2 4,5,6 2 4,5,6 из 4,5,6 1,23 4,5,6 1,23 4,5,6 2 4,5,6
13 Потеря тепла с химнед ожогом, ф, % 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
14 Напор газов рециркуляции, РВГд, Па 0 0 750 1100 13/0 1600 900 1370 1450 1470 1220 520 1400 760
15 Степень рециркуляции дымовых газов, г, % / 0 0 6,0 12,6 15,4 8,0 13,2 15,3 18,8 22,0 4,5 5,6 13,0 16,0
16 Доля нижнего встречного дополнительного воздуха, &г 0,11 0,11 0,09 0,07 : 0,07 0 0,15 0,07 0,04 0 0 0,11 0,10 0,09
17 Доля верхнего дополнительного воздуха, 83 0,15 0,14 0,13 одо 0,10 0,15 0,13 0,10 0.03 0,01 0,15 0,15 0,07 0,07
18 Коэффициент избытка воздуха за пароперегревателем, ат 1,05 1.08 1,07 1.12 1,23 1,09 1.08 1,12 1,22 1.31 1,065 1,08 1,16 1,18
19 То же, определенный до модернизации котла, а.т 1,07 1,07 1,07 1,22 1,32 1,08 1,12 1,23 1,28 1,36 1,06 1,06 1.18 1,45
X >
<
7s; >
m
Ё X
7ч >
7ч >
00 >
X
0
—I >
1 >
л
ч ю л н и
X
<и £
о =с о о-
и
Чз тг тг ■ч- гц 'Г; С; со' оо ГЦ «> ТГ ОО Г-; ГЦ
1П тН о о со тг со тг тг' о со чн тг со"
-г т VI гч «о тг 'Г. т Г1 го о ^ ч ГЦ 0\ ГЦ «п
«ч о 'Г) г) чэ тг 'О ТГ 1Г. *г тг -н « 1--ГЦ »/-> Оу т.
а тг гц е» п тг 1Г, тг •о оо о ГЦ ГЦ 'О тг тг
** о п о Г тг г-тг
от г-- гц о о 'О 'Г ГГ со_ со о ТГ т" -ч ГЦ тг 'О ТГ
о>. 1 'О гц о ч ( о. ТГ
о о ГГ1 ТГ ГО >г, т ТГ <ч 00 1-Н о СЛ оо' о ^ч -т о' тт
- о г> с- оо г- со ГЦ ГГ оо ■о ГЦ
>о о о о ч- (-I'
о 1 о о\ тг к ТГ ■о* гг, •о 00 П со 1Г, ГЦ г-'
■Ч1 0 1 ГЦ о о, тг -т
Л о о «N1 'О и т о\ >г, о т о сН г! тг ГЦ
гч А 2 м О а и « ё СЛ то § 3 3 ё ►г" 1 «С 3 8 и "и а "с А о я и га § 0 X а 3 к 1 & 4 о ^ 0 ч СЧ га я 1 оГ 3 ГЛ К й о Н * сс ё се в 1 ё § СП « >8" о 0 Е 1 § С 2 = о X 5 ¡а 5 3 я Й и 3 1 0 " « 1 > о й и "V, А о о й кА ш а « к а> д го >—^ СЛ 9 0 « 1 в и ^ о 0 и 1 в О те О и: 3 М м Я & 4 о § § Я К и а «и £ м 23 о Н А 'С А и я «с и В! & « а 1 И "Л, А и, г и и с? р 0 •л г 3 сз (П N4 X & 1 Й о 4 К! ее X 5 а <и У) % о н
о ГЧ ( ГЦ ГЦ г» ГЦ тг VI г» 'Ч
встречные шлицы предельная величина третичного воздуха составила такую же величину, как и при сжигании газа и смеси двух топлив, но предельная величина вторичного воздуха уменьшилась за счет появления напора газов рециркуляции в коробе встречных шлиц и ориенти-ро-вочно 82 составила величину 0,04. При визуальном наблюдении за режимом горения в нижней части топки наблюдалось заметное потемну ние мазутного факела, что говорит о недостатке воздуха в этой зоче, однако на уровне подачи третичного воздуха горение улучшалось, и продукты недожога сгорали в ярком светящимся факеле.
Краткие результаты испытаний котла ст.№ 11 при ступенчатом ежи гании топлива и балластировании топки газами рециркуляции во всем интервале рабочих нагрузок приведены в таблице. Как показали экспериментальные исследования модернизация котла привела к глубокому снижению концентрации оксидов азота (рис.2). Остаточные уровни концентрации 1ЧОх замеренные за пароперегревателями составили (см. таблицу): при сжигании газа (Г>Ю = =0,97-0,47)-(200-80) мг/м, при сжигании мазута (0/Е>0=0,97-0,48) -(300241) мг/мЗ, при совместном сжигании газа и мазута (Б/ 0о=0,97-0,5) - (250220) мг/м. Из таблицы следует, что концентрации сажи и бенз(а)пирена при полной нагрузке при раздельном
и совместном сжигании газа и мазута послемодернизации в основном увеличились, а при частичных нагрузках - уменьшились. При совместном ступенчатом сжигании газа и мазута значительно увеличилась концентрация бенз(а)пирена в 5,2 раза при отключенном встречном воздухе с1,=0 и в 3,7 раза при с12 =0,11 (см, табл., опыты № 11,12). Таким образом, даже в режиме ступенчатого сжигания с наихудшим топливом подача встречного воздуха (с!,=0,11) приводит к снижению концентрации бенз(а)пирена на -39% по сравнению с режимом ступенчатого сжигания без подачи встречного воздуха. На котлах ТГМ 94 (ст.№10,11) Невинномысской ГРЭС с 6-ю мощными газомазутными горелками получены результаты, на первый взгляд противоречащие известным зависимостям Схох = ДО). Однако эти кажущиеся противоречия легко объясняются, во-первых, тем. что при неполных нагрузках отключается до 3-х горелок (см. табл., п. 12), что приводит к чрезмерно большим избыткам воздуха в оставшихся в работе горелках при неизменном расходе топлива в них, во-вторых, как с помощью эмпирической зависимости (например, полученной ИГ АН УССР [5]), так и с помощью кинетических уравнений. Указанным режимом работы горелок с чрезмерно большими избытками воздуха при частичных нагрузках, видимо, можно также объяснить' другое удивительное явление снижения при малых нагрузках концентрации сажи и без(а)пирена при ступенчатом сжигании газа (см. табл., опыт № 5) и снижения концентрации сажи при ступенчатом сжигании газа и мазута (см. табл., опыты №-13,14). Следует отметить, что в отличие от близких концентраций оксидов азота, полученных на котлах ст.№ 11 и 10, в продуктах сгорания котла №10 получены иные значения концентрации сажи и бенз(а)пирена. Причем концентрации сажи немного выше, чем на котле №11, а концентрации бенз(а)пирена напротив значительно ниже. Однако эти различия объясняются незначительными отличиями в схеме рецйркуляции и режимными параметрами. В целом же измеренные концентрации сажи и бенз(а)пирена соответствуют налаженным режимам сжигания газа и мазута в традиционных топках без организации ступенчатого сжигания.
Проведены также исследования зависимости режимных и технико-экономических показателей работы котла ТГМ 94 (ст.№ 8, 10, 11) от нагрузки при раздельном и совместном ступенчатом сжигании газа и мазута. На этих котлах достигнуты довольно высокие значения к.п.д, (брутто) котла. После модернизации котла № 11 снижены расход электроэнергии на собственные нужды на 1,6 кВт ч/т пара и расход электроэнергии на тягу и дутье на 0,8 к Вт-ч/т пара. Близкие результаты получены после мо-
1 - топка котла; 2,3- горелки; 4 - шлицы для подачи верхнего дополнительного воздуха (третичного воздуха 8,); 5 - шлицы для подачи нижнего встречного дополнительного воздуха (вторичного воздуха 8,).
Рис. 1. Схема организации ступенчатого сжигания топлива в топках котлов ТГМ-94 Невинномысской ГРсС
. .... £ _____
^-тг ч \ \ / -О- -о —а
с/ —А-
1 V, --- —--
«
-О
3-п 6-1
2-Л'
у при сжигании газа; 5 _ д ПРИ сжигании мазута;
при совместном сжигании газа и мазута
Рис. 2. Концентрации оксидов азота, замеренные на котле ТГМ-94 (ст.№11), при совместном и раздельном одноступенчатом (1, 2, 3) и ступенчатом (4, 5, 6) сжигании газа и мазута (режимные условии представлены в таблице)
дернизации котлов ТГМ 94 (ст.№ 8,10) Невинномысской ГРЭС (соответственно 1,6 и 1,2 кВт-ч/т пара на котле № 8 и 1,94 и 2,075 кВт-ч/т пара на котле № 10).
ЛИТЕРАТУРА
1. A.c. 1346907 СССР. Способ сжигания топлива. / Цирульников JI.M., Баубе-ков К.Т., Жабо В.В., Левин М.М. и др. (СССР).- № 4024399/ 24-06, заявлено 18.02.86, опубл.22.06.87// Открытия. Изобретения, 1987,-№39.-С. 177.
2. A.c. 1398553 СССР. Способ сжигания топлива. / Цирульников Л.М., Баубе-ков К.Т., Соколова Л.И., Левин М.М., Караченцев B.C. (СССР).- 4055248/24-06; заявлено 16.04.86; ДСП.
3. A.c. 1395897 СССР. Способ сжигания газа / Цирульников Л.М.. Баубеков К.Т. и др.(СССР).- № 4068710/ 24-06; заявлено 19.05.86; опубл. 15.01.88. // Открытия. Изобретения, 1988.-№ 18 -С. 153.
4.|Н)>рм)'хамедов М.н] Баубеков К. Г., Левин М.М., Караченцев B.C. Снижение выбросов оксидов азота путем трехступенчатого сжигания при совместном и раздельном сжигании газа и мазута. / Снижение и очистка газовых выбросов в атмосферу: Тезисы докладов - Киев: Институт газа АН УССР, 1989,- С.19.
5. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива - Л.: Недра 1988,- 312 с.
