СПОСОБ РАБОТЫ КОТЛА С КОЛЬЦЕВОЙ ТОПКОЙ НА РАЗНЫХ НАГРУЗКАХ И РЕЖИМАХ
OPERATION METHOD OF THE CIRCULAR FURNACE BOILER AT DIFFERENT LOADS AND MODES

Изобретение относится к топочным устройствам мощных энергоблоков и может быть использовано в теплоэнергетике.
Известен способ работы котла с кольцевой топкой, представленный в описании к патенту на изобретение «Топка парогенератора» (патент RU №61842 U1, МПК F23C 5/08, 2005 г.). Этот способ работы котла с кольцевой топкой включает подачу топливовоздушной смеси через пылеугольные горелки в нижнюю часть топки и подачу третичного воздуха через воздушные сопла в верхнюю часть кольцевой топки над пылеугольными горелками. Топливовоздушную смесь и третичный воздух подают в кольцевую топку по касательной к условной окружности, причем направления вращения топливовоздушной смеси и третичного воздуха в кольцевой печи противоположны друг другу. При сгорании топливовоздушной смеси образуются горячие топочные газы, которые, поднимаясь по спирали вверх кольцевой топки, отдают тепло ее стенкам. В результате чего температура топочных газов снижается.
x
Недостатком настоящего способа работы котла с кольцевой топкой является низкая надежность его работы на разных нагрузках и режимах, особенно при изменении шлакующих свойств топлива, что приводит к неполноте сгорания топлива и образованию вредных выбросов оксидов азота NO.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ работы котла с кольцевой топкой, представленный в описании к патенту на изобретение «Топка парогенератора» (патент RU №2377465 C1, МПК F23C 5/08, 2008 г.). Этот способ работы котла с кольцевой топкой включает подачу топливовоздушной смеси через пылеугольные горелки в нижнюю часть топки и подачу третичного воздуха через воздушные сопла в верхнюю часть кольцевой топки над пылеугольными горелками. Топливовоздушную смесь и третичный воздух подают в кольцевую топку по касательной к условной окружности, причем направления вращения топливовоздушной смеси и третичного воздуха в кольцевой печи противоположны друг другу. При сгорании топливовоздушной смеси образуются горячие топочные газы, которые, поднимаясь по спирали вверх кольцевой топки, отдают тепло ее стенкам. В результате чего температура топочных газов снижается.
x
Недостатком настоящего способа работы котла с кольцевой топкой является низкая надежность его работы на разных нагрузках и режимах, особенно при изменении шлакующих свойств топлива, что приводит к неполноте сгорания топлива и образованию вредных выбросов оксидов азота NO.
Технической задачей изобретения является повышение надежности работы котла на разных нагрузках и режимах и уменьшение неполноты сгорания топлива, что позволит снизить вредные выбросы.
Поставленная техническая задача решается тем, что способ работы котла с кольцевой топкой на разных нагрузках и режимах включает подачу топливовоздушной смеси и вторичного воздуха через соответствующие сопла регулируемых горелок и дополнительные воздушные сопла в нижнюю часть топки в направлении вихревого факела и подачу третичного воздуха через воздушные сопла в верхнюю часть топки в направлении, встречном вихревому факелу, при сгорании топливовоздушной смеси в топке образуются горячие топочные газы, которые, поднимаясь по спирали вверх топки, отдают тепло ее внешним и внутренним экранам. Новым согласно изобретению является подача при работе котла с нагрузкой 80-100% от номинальной в топку воздуха на 15-20% больше теоретически необходимого, при этом через топливовоздушные сопла регулируемых горелок в топку подают 70-90% всего воздуха, а оставшуюся часть воздуха 35-40% распределяют между воздушными соплами вторичного воздуха и соплами третичного воздуха в соотношении 1 к 3; при работе котла с нагрузкой ниже 80% от номинальной отключают от подачи топлива одну или две регулируемые горелки, при этом количество вторичного воздуха, подаваемого на воздушные сопла этих регулируемых горелок и дополнительных воздушных сопел, сохраняют в прежнем количестве; при отключении от подачи топлива через топливовоздушные сопла двух рядом расположенных регулируемых горелок увеличивают долю воздуха, подаваемого на воздушные сопла третичного дутья, до 25-30% от теоретически необходимого расхода воздуха на котел при данной его нагрузке.
При работе котла с нагрузкой 80-100% от номинальной при шлаковании внутренних экранов кольцевой топки в регулируемых горелках прекращают подачу вторичного воздуха через боковые сопла, а при шлаковании внешних экранов кольцевой топки увеличивают до максимума расход вторичного воздуха, подаваемого через боковые сопла и дополнительные воздушные сопла.
На фиг. 1-5 представлено устройство, реализующие предлагаемый способ работы котла с кольцевой топкой на разных нагрузках и режимах. На фиг. 1 представлен продольный разрез котла с кольцевой топкой, на фиг. 2 - горизонтальный разрез котла по Α-A, на фиг. 3 - горизонтальный разрез котла по Б-Б, на фиг. 4 - горизонтальный разрез котла по В-В, на фиг.5 - горизонтальный разрез котла по Г-Г.
Котел содержит вертикальную кольцевую топку 1, образованную в виде коаксиальных призм, боковые грани которых образованы внешними трубчатыми экранами 2 и внутренними трубчатыми экранами 3. В нижней части каждого внешнего трубчатого экрана 2 установлено несколько ярусов вертикально щелевых регулируемых горелок 4, состоящих из нескольких отдельных сопел 5, 6 и 7. В средней части каждого внешнего экрана 2 со стороны набегающего вихревого факела расположено сопло 5 топливовоздушной смеси, к нему примыкает параллельное среднее сопло 6 вторичного воздуха, а под острым углом 10-30° к среднему соплу 6 установлено боковое сопло 7 вторичного воздуха. Все эти сопла 5, 6 и 7 направлены по касательным к условным окружностям. После регулируемой горелки 4 отдельно на этом же внешнем экране 2 выполнено дополнительное воздушное сопло 8, которое направлено вдоль следующей по ходу вихревого факела боковой грани внешнего трубчатого экрана 2. Над регулируемыми горелками 4 в верхней части кольцевой топки 1 выполнено несколько ярусов воздушных сопел 8 третичного воздуха, направленных навстречу вихревому факелу. Количество ярусов регулируемых горелок 4, дополнительных воздушных сопел 8 вторичного воздуха и воздушных сопел 9 третичного воздуха зависит от размеров печи и от ее мощности. Сопла 5 топливовоздушной смеси соединены с угольными мельницами (не показаны) и воздушными коллекторами (не показаны), а воздушные сопла 6, 7, 8 и 9 соединены воздухопроводами, на которых имеются регулирующие клапаны, с воздушными коллекторами (не показаны).
Способ работы топки котла с кольцевой топкой осуществляют следующим образом.
Кольцевую топку 1 разогревают посредством сжигания в ней мазута или газа, затем в нее через сопло 5 регулируемой горелки 4 подают топливовоздушную смесь, а через среднее сопло 6 регулируемой горелки 4 подают вторичный воздух. Все потоки топливовоздушной смеси и вторичного и третичного воздуха подают в кольцевую топку 1 по касательным к условным окружностям. При этом топливовоздушная смесь и вторичный воздух в кольцевой топке 1 перемешиваются. Под действием высокой температуры топливовоздушная смесь загорается и в кольцевой топке 1 создается устойчивый вихревой факел. При сгорании топливовоздушной смеси образуются горячие топочные газы, которые, поднимаясь по спирали вверх кольцевой топки 1, отдают тепло ее внешним трубчатым экранам 2 и внутренним трубчатым экранам 3.
При сжигании углей с разными загрязняющими и шлакующими характеристиками золы на разных нагрузках и режимах необходимо для этих углей настраивать оборудование кольцевой топки 1. Регулируемые горелки 4 позволяют отклонить горелочную струю вихревого факела в кольцевой топке 1. Для этого через боковое сопло 7 подают вторичный воздух, который отклоняет вихревой факел к внутреннему экрану 3 кольцевой топки 1. Величина отклонения вихревого факела зависит от угла примыкания бокового сопла 7 к среднему соплу 6. Оптимальным углом для настоящей топки 1 является угол 10-30°. Как показали исследования, при угле меньше 10° эффективность воздействия вторичного воздуха из бокового сопла 7 на отклонение горелочных струй вихревого факела практически не проявляется, а при угле более 30° горелочные струи вихревого факела касаются внутренних экранов 3, что приводит к их шлакованию. Кроме того, на отклонение горелочных струй вихревого факела влияет доля количества вторичного воздуха, подаваемого через боковое сопло 7, относительно количества вторичного воздуха, подаваемого через среднее сопло 6. Возможность регулирования отклонения горелочной струи вихревого факела в кольцевой топке 1 позволяет устанавливать в ней равномерное и симметричное распределение скоростей и температуры вихревого факела, при котором обеспечивается безшлаковочная работа внутренних 3 и наружных 2 экранов при максимально полном сгорании топлива.
Струи вторичного воздуха, подаваемые через дополнительные воздушные сопла 8, способствуют прилипанию под влиянием сил Коанда к внешним трубчатым экранам 2 и защищают их от шлакования и коррозии путем создания вдоль них окислительной атмосферы.
В верхней части кольцевой топки 1 третичный воздух, подаваемый через воздушное сопло 9, устраняет остаточную крутку вихревого факела, что обеспечивает равномерное омывание и тепловосприятие поверхностей нагрева, расположенных в газоходе (не показан) на выходе из кольцевой топки 1 котла.
x
При работе котла с загрузкой 80-100% от номинальной в кольцевую топку 1 через сопла 5, 6, 7, 8 и 9 подают воздух в количестве на 15-20% больше теоретически необходимого. При этом из сопел 5, 6 и 7 в кольцевую топку 1 подают 70-90% всего количества воздуха. Оставшуюся часть воздуха 35-40% распределяют между дополнительными соплами 8 вторичного воздуха и соплами 9 третичного воздуха в соотношении 1 к 3. При таком соотношении воздуха топливо в кольцевой топке 1 будет сгорать полностью. Если соотношение воздуха будет менее 1 к 3, то сгорание топлива в нижней части кольцевой топки 1 ухудшится и снизит экономичность работы котла. Это вызовет образование химнедожега (повышенное содержание в продуктах сгорания CO). Если распределение воздуха будет более чем 1 к 3, то при сгорании топлива в нижней части кольцевой топки 1 будет образовываться большое количество оксидов азота NO.
При работе котла с нагрузкой ниже 80% от номинальной от подачи топлива отключают одну или две регулируемые горелки 4, то есть прекращают подачу топливовоздушной смеси через сопла 5 этих горелок 4 в кольцевую топку 1. Это может происходить при изменении режимов работы котла, а также при осмотре и ремонте угольных мельниц. При этом количество вторичного воздуха, подаваемого в эти регулируемые горелки 4 через воздушные сопла 6 и 7, сохраняют в прежнем количестве, что позволяет обеспечить симметричную аэродинамику вихревого факела в кольцевой топке 1.
При отключении от подачи топлива двух рядом расположенных регулируемых горелок 4 увеличивают долю воздуха, подаваемого на воздушные сопла 9 третичного воздуха, вводимого встречно вихревому факелу, до 25-30% от теоретически необходимого расхода воздуха на котел при данной его нагрузке. Это повышает надежность работы котла и обеспечивает полноту сгорания топлива за счет уменьшения недожега топлива, а также способствует выравниванию распределения температуры и скоростей топочных газов на выходе из кольцевой топки 1. Если при этом режиме работы котла доля третичного воздуха, подаваемого встречно вихревому факелу, будет меньше 25%, то энергии струй этого воздуха будет недостаточно для выравнивания скоростной и температурной неравномерностей вверху кольцевой топки 1, что ухудшит работу (тепловоспрятие) пароперегревателя и котла в целом. В случае, если доля третичного воздуха будет более 30%, то сгорание топлива в нижней части кольцевой топки 1 ухудшится и это снизит экономичность работы котла.
В котле возможно сжигание углей, вызывающих загрязнение и шлакование внутренних 3 и внешних 2 экранов кольцевой топки 1. При работе котла с нагрузкой 80-100% от номинальной при шлаковании внутренних экранов 3 кольцевой топки 1 в регулируемых горелках 4 прекращают подачу вторичного воздуха через боковые сопла 7, а при шлаковании внешних экранов 2 кольцевой топки 1 увеличивают до максимума расход вторичного воздуха, подаваемого через дополнительные воздушные сопла 8. Это обеспечивает бесшлаковочную мощность котла и повышает общую надежность его работы при сжигании загрязняющих и шлакующих углей.
Настоящий способ позволяет повысить надежность работы котла с кольцевой топкой на разных нагрузках и режимах при сжигании углей с разными загрязняющими и шлакующими характеристиками золы. При этом повышается полнота сгорания топлива и снижается образование вредных выбросов оксидов азота. Способ работы котла с кольцевой топкой на разных режимах прост в эксплуатации и может найти применение на действующих и строящихся ТЭС.