Топочные устройства по термической подготовке КАУ с вертикальной циркуляцией угольной пыли в угловых камерах

Нами разработаны специальные конструкции топочных устройств с камерами термической подготовки, представляющие собой трехгранные призмы, образованные двухсветными экранами, которые отгораживают углы топочной камеры. В камерах термоподготовки происходит вертикальная циркуляция пыли с одновременной деструкцией органической части топлива за счет тепла дымовых газов, поступающих из верхней части топки. Термически подготовленная угольная пыль поступает в восьмигранную топочную камеру, где происходят интенсивное перемешивание топлива с окислителем и его глубокое выгорание. Предлагаемые конструкции топочной камеры с внутритопочной термоподготовкой могут быть выполнены путем небольшой реконструкции существующих четырехгранных топок. Система пылеприготовления остается практически без изменений [259-268].

Из предлагаемых конструкций систем термоподготовки этого класса наибольшего внимания заслуживает технологическая схема топочного устройства, защищенного патентом на изобретение [268], представленного на рис. 5.16.

Конструкция топки котла содержит настенные экраны 1, образующие многогранный газоход, разделенный двусветными экранами 2 на центральную 3 и периферийную камеры 4 сгорания, сообщающиеся верхними и нижними перепускными окнами 5 и 6. Двуцветные экраны 2 установлены с примыканием к смежным настенным экранам 1, образующим углы газохода, на которых установлены горелки 7 и воздушные сопла 8, направленные соответственно внутрь периферийных камер 4 сгорания и центральной камеры.

Рисунок 5.16 – Принципиальная схема термической подготовки угольной пыли в угловых камерах топки котла: 1 – настенные экраны; 2 – двухсветные газоплотные экраны; 3 – топочная камера; 4 – камеры термоподготовки; 5, 6 – верхние и нижние перепускные окна; 7 - горелочные устройства; 8 – верхние сопла вторичного воздуха; 9, 10 – скаты пода камеры термоподготовки; 11 – вершины выступов пода; 12, 13 – сопла третичного тья; 14 – нижние воздушные сопла.

Каждая периферийная камера сгорания снабжена подом, выполненным из двух скатов 9 и 10, установленных под углом друг к другу и к горизонту. верхние торцы скатов соединены со смежными настенными экранами. Скаты 9 и 10 образованы выступами смежных настенных экранов 1 внутрь периферийных камер 4 сгорания, при этом указанные нижние перепускные окна 6 образованы между вершинами 11 выступов, разведенными на угол раскрытия факела воздушного сопла 8, установленного под вершинами 11 выступов. На стенах топки установлены сопла воздушного дутья 12, 13 на уровне нижних и верхних перепускных окон 5 и 6.

В отличие от аналогов предлагаемая конструкция характеризуется тем, что скаты образованы выступами смежных настенных экранов внутрь периферийных камер сгорания, при этом между вершинами выступов образованы указанные нижние перепускные окна, разведенные на угол раскрытия факела воздушных сопел, установленных под ними.

Выполнение скатов за счет выступов настенных экранов внутрь периферийных камер сгорания упрощает конструкцию топки. Окно, расположенное между вершинами выступов, по форме напоминающее раскрытый факел, способствует более полному подхвату угольной пыли, что исключает потерю тепла с механическим недожогом за счет провала топлива.

Указанная конструкция топочной камеры является одним из реальных предложений по внедрению внутритопочной термоподготовки на базе котлов Е-500. При этом необходимо организовать термоподготовку и сжигание угля таким образом, чтобы максимально снизить образование оксидов азота при минимальном шлаковании и загрязнении поверхностей нагрева и максимальном КПД котла.

Для того чтобы существенно увеличить время пребывания топливных частиц в восстановительной среде предлагается совместить внутритопочную термоподготовку с последующим концентрическим сжиганием, что зарекомендовало себя как один из эффективных способов энергетического использования углей. Концентрическое сжигание твердых топлив впервые осуществлено фирмой АВВ на энергоблоке мощностью 160 МВт (Италия) [269].

При применении концентрического сжигания остается значительная часть высоты топочной камеры, в которой за счет подачи третичного воздуха полностью завершится процесс горения

Как уже было выше отмечено [27] в России концентрическая схема сжигания впервые была внедрена на котлах ТЭЦ-9 и ТЭЦ-10 Иркутскэнерго за счет установки специальных горелочных устройств, разработанных в ЦКБ «Энергоремонт» (рис. 1.8). Установка концентрических горелок позволила снизить выход оксида азота на 35 – 40 % и резко уменьшить шлакование экранов топочной камеры [270].

По нашему мнению, наибольшего эффекта по снижению оксидов азота можно добиться, если совместить термическую подготовку с концентрическим сжиганием. Для этого в верхнем ярусе сопел воздушного дутья 8 (рис. 5.16) необходимо обеспечить α < 1, а поток горячего воздуха нижнего яруса сопел 8 подать концентрически и тангенциально к мнимому ядру горения большего диаметра, чем диаметр ядра горения, образованного подачей воздуха сопл верхнего яруса.

Это касается котлов ТП-80 (ТЭЦ-22 Мосэнерго, Первомайская ТЭЦ-14, Ленэнерго) и котлов БКЗ-500 (Красноярская ТЭЦ-2, Минусинская ТЭЦ, Новоиркутская ТЭЦ). Рассматриваемая выше технология сжигания может быть с успехом внедрена на отмеченных типах котлов для решения проблемы выбросов оксидов азота. В данном случае уменьшение оксидов азота будет происходить на следующих стадиях. Во-первых, за счет восстановления гемиоксида N₂O и быстрых оксидов азота в предпламенный период до молекулярного азота N₂ и за счет реакций восстановления NO аминами в камере термической подготовки. Во-вторых, за счет организации восстановительной среды на стадии концентрического сжигания. Согласно расчетам ВТИ, выполненным по программе «Psbl Reburning», некоторые котлы современных ТЭС России не могут быть реконструированы по схеме трехступенчатого сжигания из-за невозможности обеспечения необходимого времени пребывания угольных частиц в зоне догорания τ_III, которое составляет менее 600 миллисекунд [270].

Кроме того, вследствие организации концентрического сжигания вблизи экранных поверхностей будут отсутствовать восстановительные зоны, что решит проблему шлакования экранных труб. Таким образом, эффективным способом управления величинами КПД котла и концентрацией выбрасываемых оксидов азота является сочетание в одном топочном устройстве термической подготовки и ступенчатого (концентрического) сжигания.