Распределение плотности падающего потока от факела в топке котла при сжигании газа

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПАДАЮЩЕГО ПОТОКА ОТ ФАКЕЛА В ТОПКЕ КОТЛА ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗА

ТАЙМАРОВ М.А., МАКСИМОВ Е.Г., ХУСАИНОВ Д.Г., ТАЙМАРОВ В.М.

Казанский государственный энергетический университет

Приводятся результаты экспериментального исследования интегральной плотности падающего потока по высоте и в поперечном сечении топки котла ТГМ-84А при сжигании уренгойского газа.

Введение

Современные энергетические котлы имеют самое различное конструктивное оформление топочных камер. Передача тепла от горячих топочных газов к тепловоспринимающим экранным поверхностям осуществляется преимущественно за счет теплового излучения. В зависимости от вида сжигаемого топлива и способа его сжигания тепловое напряжение топочного объема может существенно различаться для различного конструктивного оформления топочных камер. В этом случае неучет конфигураций топочных камер может привести к заметным погрешностям в тепловых расчетах и ухудшить эксплуатационные показатели котла в целом. Поэтому экспериментальные исследования плотности падающего потока от факела для различных конфигураций топок и сжигаемых видов топлив являются актуальными.

Условия проведения экспериментов и методика

Эксперименты по исследованию интегральной плотности падающего потока от факела проводились на газомазутном котле ТГМ-84А Казанской ТЭЦ-3 (КТЭЦ-3) при сжигании уренгойского газа. Котел ТГМ-84А производства Таганрогского котельного завода (ТКЗ) «Красный котельщик» имеет П-образную компоновку и состоит из топочной камеры, являющейся восходящим газоходом, опускной конвективной шахты и горизонтального газохода, соединяющего топку с конвективной шахтой. В топочной камере размещены испарительные экраны и радиационный пароперегреватель.

В верхней части топки и в горизонтальном газоходе установлен ширмовый пароперегреватель. Потолок топочной камеры горизонтального газохода экранирован трубами потолочного пароперегревателя. В конвективной шахте размещены конвективный пароперегреватель и водяной экономайзер. В области водяного экономайзера конвективная шахта разделена на два газохода. Объем топки - 1557 м3. Полная радиационная поверхность топки Нп = 1100 м2 . Боковые и задние стенки топочной камеры полностью экранированы трубами 0 60x6 мм с шагом 64 мм.

Основные характеристики котла ТГМ-84А:

- номинальная паропроизводительность 420 т/ч;

- рабочее давление за главной паровой задвижкой РПЕ = 14 МПа;

- рабочее давление в барабане PБ= 15,5 МПа;

- температура перегретого пара 570 °С;

© М.А. Таймаров, Е.Г. Максимов, Д.Г. Хусаинов, В.М. Таймаров Проблемы энергетики, 2006, № 3-4

- температура питательной воды 230 °С;

- температура горячего воздуха при сжигании газа 238°С;

- температура горячего воздуха при сжигании мазута 268 °С.

Топочная камера оборудована 4 газомазутными горелками,

установленными в два яруса в ряд вершинами на фронтовой стене. Горелки нижнего яруса (2 шт.) установлены на отметке 7200 мм, верхнего яруса (2 шт.) -на отметке 10200 мм. Горелки предназначены для раздельного сжигания газа и мазута. Производительность горелки на газе 5200 нм3 /час. Растопка котла на паромеханических форсунках. Для регулирования температуры перегретого пара установлены 3 ступени впрыска собственного конденсата.

Топочная камера котла ТГМ-84А разделена двухсветным экраном. Нижняя часть каждого бокового экрана переходит в слегка наклонный подовый экран, нижние коллекторы которого прикреплены к коллекторам двухсветного экрана и совместно перемещаются при тепловых деформациях во время растопок и остановок котла. Наклонные трубы пода защищены от излучения факела слоем огнеупорного кирпича и хромитовой массы.

Наличие двухсветного экрана обеспечивает интенсивное охлаждение топочных газов. В верхней части топки трубы заднего экрана отогнуты внутрь топочной камеры, образуя порог с вылетом 1400 мм. Этим обеспечивается смывание ширм и их защита от прямого излучения факела. Десять труб каждой панели - прямые, выступа в топку не имеют и являются несущими. Выше порога располагаются ширмы, которые являются частью пароперегревателя и предназначены для охлаждения продуктов сгорания и перегрева пара.

Методика измерений и приборы подробно описаны в работах [1, 2]. Измерение падающих от факела тепловых потоков qn проводилось радиационным методом с помощью радиометра полного излучения, предварительно отградуированного по излучению высокотемпературной трубчатой модели абсолютно черного тела. Измерение температуры светящегося факела проводилось оптическим пирометром ОППИР-017, а в области низких температур ниже 700°С применялся контактный способ измерения температуры с помощью пирометрического зонда, который представлял собой экранированную хромель-алюмелевую термопару.

Экспериментальные результаты и их обсуждение

На рис. 1 приведена схема расположения лючков и обозначение сечений для экранов котла №1 ТГМ-84А КТЭЦ-3 (вид снаружи экранных поверхностей).

По высоте котла №1 ТГМ-84А КТЭЦ-3 условно выделены вертикальные сечения, проходящие через лючки, в которых проводились измерения падающих на внутренние экранные поверхности лучистых потоков qn от факела.

Как видно из рис. 2, падающие на внутренние экранные поверхности лучистые потоки qn от факела по высоте изменяются в соответствии с понижением температуры продуктов сгорания и снижением степени черноты факела. В сечении 3, расположенном ближе к задней экранной поверхности, падающие потоки существенно выше, чем потоки, падающие на фронтальную экранную поверхность, на уровне нижнего яруса горелок в среднем в 1,7 раза. Эти участки задней экранной поверхности являются самыми теплонапряженными.

Левый бок Фронт Правый бок

Рис. 1. Схема сечений, нумерации и расположения лючков и горелок для измерений в котле №1 ТГМ-84А на КТЭЦ-3 падающих от факела лучистых потоков qп при сжигании уренгойского газа

Рис. 2. Плотность излучения факела qп в зависимости от высоты топки Н при сжигании уренгойского газа в котле №1 ТГМ - 84А КТЭЦ-3 при паропроизводительности 440 т/ч (серия опытов 25.10.05 г.): О - сечение 1 (лючки 1 и 5); О -сечение 2(лючки 2 и 6); А- сечение 3 (лючки 3 и 7) © Проблемы энергетики, 2006, № 3-4

Распределение температуры факела t (°С) на уровне лючка №6 топки котла №1 ТГМ-84А КТЭЦ-3 при паропроизводительности .0=440 т/ч в зависимости от расстояния от внутренней обмуровки котла Ь приведено на графике рис. 3. Из этого графика видно, что возрастание температуры факела между нижним и верхним ярусами горелок происходит от 250°С (на расстоянии от внутренней обмуровки Ь=2 см ) и до 900°С (на расстоянии от внутренней обмуровки Ь=40 см. При дальнейшем увеличении Ь вплоть до расстояния от внутренней стенки Ь=1 м роста температуры продуктов сгорания не происходит.

О 0,2 0,4 0.6 0,8 1 1,2

м

Рис. 3. Распределение температуры газов ґ

Это связано с тем, что измерения, проводимые пирометрическим зондом на основе термопары хромель-алюмель через лючок 6, фактически давали значения температур не собственно высокотемпературной зоны ядра факела, расположенного по оси горелок, а охлажденной вторичной зоны продуктов сгорания. Это является отличительной особенностью котлов ТКЗ. Из-за больших габаритов топки имеется значительная неравномерность в полях температур по топочному объему.

Значения падающих лучистых потоков на высотах 0,5 м и 20 м получены сканированием топочного объема с помощью интегрального радиометра через область продуктов сгорания с равными радиационными потоками. Следует иметь в виду, что на рис. 1 указаны отметки (уровни) высот. За нулевую отметку на рис. 1 принят уровень пола котельного цеха. На рис. 2 через Н обозначено расстояние от начала наклонной части экранов пода, находящегося на отметке 2,0 м от пола котельного цеха.

Температура питательной воды при проведении экспериментов составляла 230°С, температура уходящих газов 135°С, объемное содержание кислорода в уходящих газах 1,5%.

Выводы:

1. Наибольшие падающие на экраны потоки излучения от факела топочных объемов котла №1 ТГМ-84А КТЭЦ-3 при сжигании уренгойского газа при паровой нагрузке Б=440 т/ч составляют 180 кВт/м2, что очень мало для энергетических паровых котлов такой мощности.

2. Тепловые потоки, падающие на экранные поверхности от факела из-за большого объема топки, распределены неравномерно, и наиболее теплонапряженным является участок труб заднего экрана на уровне верхнего яруса горелок 11,8 м.

Summary

The outcomes of an experimental research of an integrated denseness of an incident stream on height and in the cross-section of volumes of the boiler ТГМ-84А for want of burning urengoi of gas are resulted

Литература

1. Таймаров М.А. Лабораторный практикум по курсу «Котельные установки и парогенераторы».- Казань: КГЭУ, 2004.- 108 с.

2. Таймаров М.А., Закиров И.А., Таймаров В.М., Максимов Е.Г. Интенсивность излучения факела в топках котлов ТГМ-84А//Известия вузов. Проблемы энергетики.- 2005.- №7-8.- С. 27-З2.

Поступила 2З.01.200б