СПОСОБ СЖИГАНИЯ ШЛАКУЮЩИХ УГЛЕЙ В ФРОНТАЛЬНОЙ ТОПКЕ Российский патент 2010 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при сжигании шлакующих углей в топках паровых котлов тепловых электрических станций.

Известен способ работы вертикальной призматической топки парогенератора (А.с. СССР №595588, кл. F23C 5/28, 1975), в котором для снижения температурной неравномерности газов в выходном окне расход топливовоздушной смеси через горелки, расположенные у углов топки, устанавливают в 1,2÷1,4 раза превышающим расход через каждую из остальных горелок. Однако при этом область высоких температур располагается вблизи боковых стен топки, что при сжигании шлакующих углей способствует образованию там шлакозоловых отложений и приводит к незапланированному останову котла.

В способе работы вертикальной призматической топки (А.с. СССР №1703913, кл. F23C 9/08, 1992) для устранения температурных неравномерностей, связанных с отключением горелочного блока, предлагается распределять количество газов рециркуляции по работающим горелочным блокам в зависимости от местоположения отключенного блока горелок.

Недостатком этого способа является то, что такое распределение приводит к повышенной локальной подаче газов рециркуляции (например, количество газов рециркуляции, подаваемых в четвертый горелочный блок, начиная с отключенного по ходу движения топочных газов, превышает 25% от общего их расхода). Это вызывает балластирование факела этой горелки низкотемпературными продуктами сгорания и приводит к нарушениям процесса горения топлива и увеличению потерь теплоты с механическим недожогом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ сжигания шлакующих углей в фронтальной топке с одноярусным расположением четырех горелок, оси которых повернуты под одним и тем же углом к оси топки (Срывков С.В., Процайло М.Я., Алфимов Е.Г. и др. Результаты исследований и освоения низкотемпературного интенсифицированного сжигания канско-ачинских углей // Электрические станции. 1990. №8. С.31, 34). Основным недостатком известного способа является неравномерность температур газов, вызванная тем, что при отключении одной из горелок область высоких температур сосредотачивается в той стороне топки, где находятся работающие боковая и центральная горелки. Указанное обстоятельство приводит к шлакованию примыкающих к высокотемпературной зоне экранов и уменьшению тепловосприятия топки.

В основу изобретения положена задача повышения качества сжигания и эксплуатационной надежности путем устранения температурной неравномерности в зоне активного горения для предотвращения шлакования поверхностей нагрева при отключении одной из горелок.

Достигается это тем, что в способе сжигания шлакующих углей в фронтальной топке с одноярусным расположением четырех горелок путем направления последних под углом к оси топки при отключении боковой горелки (под отключением горелки понимается прекращение подачи топливовоздушной смеси через эту горелку в топку) угол поворота работающих горелок устанавливают в соответствии с зависимостью:

α_n=α(1,25+1,125n-0,5n²),

а при отключении центральной горелки угол поворота работающих горелок устанавливают в соответствии с зависимостью:

α_n=α(1,25+0,5n-0,25n²),

где α - первоначально установленный угол поворота всех горелок к оси топки;

α_n - угол поворота n-й работающей горелки к оси топки;

n - номер работающей горелки, начиная счет от работающей боковой горелки, расположенной противоположно отключенной, в сторону отключенной горелки.

Противоположные горелки по отношению к боковым горелкам означает, что одна боковая горелка относительно другой боковой горелки находится на противоположном краю фронтальной стены топочной камеры.

В ходе проведенных экспериментальных исследований удалось установить, что отличительной особенностью работы вертикальной призматической топки с фронтальным одноярусным расположением четырех горелок (двух боковых и двух центральных) при сжигании шлакующих углей является температурная неравномерность в объеме топочной камеры, причиной возникновения которой служит отключение одной из четырех горелок. Максимальная величина температурной неравномерности зарегистрирована при отключении боковой горелки. Перепад температур в сечении зоны активного горения несколько снижается при отключении центральной горелки. Такой режим сжигания характерен для топок, оборудованных индивидуальными системами пылеприготовления с прямым вдуванием топливовоздушной смеси, когда отключение одной из систем приводит к соответствующему отключению горелки. Следует отметить, что режим сжигания с тремя работающими пылесистемами, а следовательно, и горелками составляет 90-95% общего времени эксплуатации парового котла и при этом обеспечивается номинальная производительность по выработке пара.

Таким образом, при отключении одной из горелок высокотемпературное ядро факела располагается в зоне работающих двух горелок (одной центральной и одной боковой). Для того чтобы снизить уровень температур в этой области и соответственно повысить уровень температур в зоне неработающей горелки необходимо изменить угол поворота каждой из работающих горелок с тем, чтобы направить, образованные ими факелы в зону неработающей горелки.

На фиг.1 схематично изображен паровой котел с вертикальной призматической фронтальной топкой, в которой осуществляется предлагаемый способ, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Паровой котел содержит вертикальную призматическую топку 1 с установленными фронтально в один ярус четырьмя горелками 2, из которых две боковые и две центральные. Каждая горелка снабжена индивидуальной системой пылеприготовления, включающей бункер сырого угля 3, питатель сырого угля 4 и шахтную мельницу 5. Воздух для сжигания топлива подается через короб 6.

Пространство топочной камеры 1 разделено осью симметрии или осью топки, к которой повернуты горелки. Две из четырех горелок 2 смонтированы вблизи центра фронтальной стены и поэтому называются центральными. Две другие горелки смонтированы вблизи углов образованных боковыми стенами и фронтальной стеной топочной камеры и называются боковыми. Причем одна боковая горелка примыкает к углу, образованному фронтальной стеной и правой боковой стеной, а другая боковая горелка примыкает к углу, образованному фронтальной стеной и левой боковой стеной. Левая боковая стена относительно оси топки находится противоположно правой боковой стене. Кроме того, разделенные осью топки половины топочного пространства находятся противоположно друг другу относительно этой оси. Поэтому противоположные боковые горелки считаются: одна боковая горелка относительно другой боковой горелки находится на противоположном краю фронтальной стены топочной камеры. Кроме того, на фиг.3 и 4 показаны возможные схемы отключения боковой горелки, а на фиг.5 и 6 показаны возможные схемы отключения центральной горелки: когда отключена одна из двух боковых горелок, находящихся на противоположных краях относительно оси топки фронтальной стены (фиг.3 и 4), когда отключена одна из двух центральных горелок (фиг.5 и 6).

Способ сжигания шлакующих углей в фронтальной топке осуществляется следующим образом. При работе всех четырех горелок угол поворота их к оси топки устанавливают одинаковый, как показано на фиг.2 (первоначально установленный угол поворота для всех горелок равен величине α). При эксплуатации котла с возможным отключением одной горелки остальные горелки в автоматическом режиме ориентируются в соответствии с заранее определенным углом поворота к оси топки. При отключении одной горелки (под отключением горелки понимается прекращение подачи топливовоздушной смеси через эту горелку в топку), связанной с остановкой соответствующей пылесистемы в ремонт, резерв и т.д., угол поворота работающих горелок к оси топки устанавливается разный, в зависимости от схемы отключения.

Так, при отключении боковой горелки противоположной работающей боковой горелке присваивается номер 1 (n=1), следующей, уже центральной, горелке присваивается номер 2 (n=2), следующей, также центральной, горелке присваивается номер 3 (n=3). Затем по предложенной формуле рассчитываются углы поворота работающих горелок к оси топки:

α_n=α(1,25+1,125n-0,5n²).

Другая возможная схема отключения: отключена одна из центральной горелок. Тогда нумерация работающих горелок также начинается с работающей боковой горелки, расположенной в противоположной половине топки относительно ее оси. Этой работающей боковой горелке присваивается номер 1 (n=1). Затем нумеруется оставшаяся из двух центральных горелок, работающая центральная горелка. Ей присваивается номер 2 (n=2). Затем нумеруется работающая боковая горелка, расположенная в одной половине топки относительно ее оси с отключенной центральной горелкой. Этой боковой горелке присваивается номер 3 (n=3). Затем по предложенной формуле рассчитываются углы поворота работающих горелок к оси топки:

α_n=α(1,25+0,5n-0,25n²),

где α - первоначально установленный угол поворота всех горелок к оси топки;

α_n - угол поворота n-й работающей горелки к оси топки;

n - номер работающей горелки, начиная счет от работающей боковой горелки, расположенной противоположно отключенной, в сторону отключенной горелки.

При отключении горелки общий расход топлива и воздуха, подаваемого в топку, сохраняется так же, как и в случае работы всех горелок, и распределяется в равных количествах по работающим горелкам. Указанное изменение направления работающих горелок при отключении одной из них позволяет выравнять перепад температур в сечениях топочной камеры и обеспечить бесшлаковочный режим эксплуатации котла.

Примером конкретного выполнения предлагаемого способа сжигания шлакующих углей в фронтальной топке, оборудованной четырьмя горелками в один ярус по высоте (две из горелок центральные и две горелки боковые), может служить топочная камера котла ПК-10Ш Красноярской ТЭЦ-1.

При работе всех горелок они направлены под одинаковым углом к оси топки α=8°. При отключении одной из горелок изменяют угол поворота каждой работающей горелки к оси топки. Причем при отключении боковой горелки в соответствии с предлагаемой зависимостью угол поворота первой (боковой) работающей горелки, начиная счет от работающей боковой горелки, расположенной противоположно отключенной, в сторону отключенной горелки, устанавливается: α₁=15°, для второй (центральной) α₂=12° и для третьей (центральной) α₃=1°.

При отключении центральной горелки в соответствии с предлагаемой зависимостью угол поворота первой (боковой) работающей горелки, начиная счет от работающей боковой горелки, расположенной противоположно отключенной, в сторону отключенной горелки, устанавливается: α₁=12°, для второй (центральной) - α₂=10° и для третьей (боковой) α₃=4°.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достичь задачи изобретения: повысить качество сжигания и эксплуатационную надежность путем устранения температурных неравномерностей в объеме топочной камеры, тем самым снизить интенсивность шлакования и повысить тепловосприятие экранных поверхностей в местах соответствующего приближения и удаления факела, при этом удается сократить число остановов котла на расшлаковку.

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано в топках паровых котлов тепловых электрических станций при сжигании шлакующих углей и при своем использовании обеспечивает повышение качества сжигания и эксплуатационной надежности путем устранения температурной неравномерности в зоне активного горения для предотвращения шлакования экранных поверхностей нагрева при отключении одной из горелок. Указанный технический результат достигается в способе сжигания шлакующих углей в вертикальной фронтальной топке с одноярусным расположением четырех горелок путем направления последних под углом к оси топки, причем при отключении боковой горелки угол поворота работающих горелок устанавливают в соответствии с зависимостью: α_n=α(1,25+1,125n-0,5n²), а при отключении центральной горелки угол поворота работающих горелок устанавливают в соответствии с зависимостью: α_n=α(1,25+0,5n-0,25n²), где α - первоначально установленный угол поворота всех горелок к оси топки; α_n - угол поворота n-й работающей горелки к оси топки; n - номер работающей горелки, начиная счет от работающей боковой горелки, расположенной противоположно отключенной, в сторону отключенной горелки. 6 ил.

Способ сжигания шлакующих углей в вертикальной фронтальной топке с одноярусным расположением четырех горелок путем направления последних под углом к оси топки, отличающийся тем, что при отключении боковой горелки угол поворота работающих горелок устанавливают в соответствии с зависимостью:
α_n=α(1,25+1,125n-0,5n²),
а при отключении центральной горелки угол поворота работающих горелок устанавливают в соответствии с зависимостью:
α_n=α(1,25+0,5n-0,25n²),
где α - первоначально установленный угол поворота всех горелок к оси топки;
α_n - угол поворота n-й работающей горелки к оси топки;
n - номер работающей горелки, начиная счет от работающей боковой горелки, расположенной противоположно отключенной, в сторону отключенной горелки.