Влияние тангенциальной и аксиальной крутки воздуха на температуру факела котла ТГМ-84А

Р.Г. Гильфанов, Д.Г. Хусаинов, И.Г. Гараев, М.А. Таймаров

ВЛИЯНИЕ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ И АКСИАЛЬНОЙ КРУТКИ ВОЗДУХА НА ТЕМПЕРАТУРУ ФАКЕЛА КОТЛА ТГМ-84А

В работе приведены результаты эксперимента на котле ТГМ-84А казанской ТЭЦ-3. Исследовалась температура факела в зависимости от направления движения (аксиальное и тангенциональ-ное) воздуха в горелке. Температура факела определялась контактным термозондом и оптическим пирометром.

Ключевые слова: теплоэнергетика, тепловые электростанции, паровой котёл, температура факела, направление крутки воздуха.

На исследуемых горелочных устройствах имеется возможность регулирования аксиальной крутки воздуха, что делает возможным закручивания воздуха, сокращая длину пламени в топке котла ТГМ-84А. На сегодняшний день котлы ТГМ-84А на казанской ТЭЦ имеют четыре горелки установленные в два яруса на фронтальной стене топки. Маркировка горелки ХФ-ЦКБ-ВТИ-ТКЗ с единичной проектной тепловой мощностью -79 МВт, для неё предусмотрено раздельное сжигание газа и мазута. Конструкция горелки ХФ-ЦКБ-ВТИ-ТКЗ выполнена с индивидуальным подводом горячего воздуха.

Рис. 1. Амбразура горелки котла ТГМ-84А ст. №1 КТЭЦ-3

Аксиальная крутка воздуха от нулевого до максимального регулируется перегородкой, которая может быть закрыта и открыта (рис. 1.). Тангенциальная крутка воздуха от нулевого до максимального регулируется поворотом лопаток через штурвал [1]. Тангенциальная крутка воздуха может образовывать часовую и противочасовую крутку воздуха. Лопатки аксиального завихрителя неподвижны.

Для контактного измерения температуры продуктов сгорания в топке разработан пирометрический термозонд, позволяющий измерять температуры газового потока при помощи сдвоенных неэкранированных термопар без отсоса газа с термоэлектродами различных диаметров (рис. 2.), выполненных из одинаковых материалов. Для более высоких температур за пределами стойкости ХА-термопары использовался оптический пирометр ОППИР-017. Открытые рабочие концы этих термопар (хромель-алюмель) помещены в общий кожух с водяным охлаждением и выдвигаются при измерении на 100 мм в одну и ту же точку потока [2; 3]. В эксперименте одна из термопар имеет диаметр термоэлектродов ё1, равный 0,7 мм, диаметр другой - 0,2 мм. В промежутках между очередными измерениями обе термопары для защиты их рабочих концов вдвигаются посредством подвижной трубки внутрь кожуха. Показания каждой термопары записывают отдельно в протоколе экспериментальных данных.

Рис. 2. Схема устройства экспериментального термозонда с двумя термопарами, применяемого для измерения температуры факела: 1 — рабочие концы термопар; 2 — фарфоровая изоляция; 3 — термоэлектроды; 4 — переключатель термопар; 5 — вторичный измерительный прибор (электронный цифровой вольтметр АРРА-305); 6 — кожух; 7- рукоятка.

Поскольку поверхность рабочих концов термопар, участвующих в лучистом и конвективном теплообмене, различна (й Ф й2), то, естественно, для

них будут различны конвективная теплоотдача от газовой среды к рабочему концу (спаю), излучение газовой среды, поглощенное рабочим концом, эффективное излучение стенок, прошедшее через поглощающий газ и поглощенное рабочим концом, а также собственное излучение рабочего конца.

Нами исследовано несколько вариантов положений периферийной и центральной крутки воздуха и влияние их на температуру факела. Для этого исследовался котел № 1 КТЭЦ-3 при нагрузке 260 т/ч. Сначала температура факела исследовалась при нулевых периферийных и центральных крутках (на рис. 3 результаты обозначены под № 1 по оси абсцисс). При полном отсутствии крутки воздуха (№ 1 рис. 3) температуры равны в лючках № 1 и № 4 (1173оС), в лючках № 2 и № 3 (943оС), в лючках № 7 и № 10 (1120оС), в лючках № 8 и № 9 (890оС). сечение 1-

н

1300 1

1250 -

1200 -

1150 -

1100 -

1050 -

1000 -

950 -

900 -

850 -

800 0

Котел № 1 КТЭЦ-3 Нагрузка - 260 т/ч Топливо - газ

Лючок № 4 Лючок № 1

Лючок № 7 Лючок № 10

Сечение 2:

Лючок № 3 Лючок № 2

Лючок № 8 Лючок № 9

123456789 10

Номер вариантов крутки воздуха

Рис. 3. Влияние крутки воздуха на температуру факела по номерам:

1 - все горелки без центральной и периферийной крутки;

2 - 1-я и 2-я горелка с максимальной центральной круткой, остальные крутки отсутствуют;

3 - все горелки с максимальной центральной и нулевой периферийной круткой;

4 - 3-я и 4-я горелка с максимальной центральной круткой, остальные крутки отсутствуют;

5 - 1-я и 2-я горелка с максимальной периферийной круткой, остальные крутки отсутствуют;

6 - 3-я и 4-я горелка с максимальной периферийной круткой, остальные крутки отсутствуют;

7 - все горелки с максимальной периферийной и нулевой центральной круткой;

8 - все горелки с максимальной центральной и периферийной круткой.

На рис. 4 представлены температурные поля на отметке 6,2 м левого бока и на отметке 10,8 м правого бока котла № 1 казанской ТЭЦ-3 при До = 260 т/ч для варианта № 1, когда все горелки без центральной и периферийной крутки [4-6]. Здесь видно, что максимальные температурные

поля расположены у задних экранов как на уровне первого, так и на уровне второго яруса горелок. Это говорит о набросе факела на задний экран.

При добавлении в горелках нижнего яруса максимальной периферийной закрутки воздуха (вариант № 5) при всех остальных нулевых крутках температура в лючке № 1 увеличилась на 35оС, в лючке № 2 на 23оС, в горелке № 1 больше на 50оС, в лючках № 9 и № 10 температуры остались такие же, но наличие центральной крутки воздуха на нижнем ярусе немного отодвинула температурное поле 1200оС от заднего экрана на отметке 10,8 м. На отметке 6,2 м температурное поле в 1200оС увеличилось по площади и отодвинулось ближе к центру.

Отметка 6,2 метра Отметка 10,8 метра

1000оС 1100оС 1173оС 1250оС 1220оС 1120оС 1200оС 890оС

Рис. 4. Температурные поля на отметке 6,2 м в левой половине топки и на отметке 10,8 м в правой половине топки котла № 1 КТЭЦ-3 при До = 260 т/ч £ ,а, , - экспериментальные данные по измерениям термозондом и 0ППИР-017), вариант № 1 - все горелки без центральной и периферийной крутки

При максимальной периферийной крутке в 3-й и 4-й горелке, при отсутствие остальных круток (вариант № 6) температурное поле 1200оС на отметке 6,2 м остается таким же, как и в случае всех нулевых круток. На отметке 10,8 м температура, в случае № 6 по сравнению со случаем

№ 1 в лючке № 9 больше на 40оС, в лючке № 10 больше на 50оС, в горелке № 4 больше на 40оС.

В случае создания во всех горелках максимальной центральной и периферийной крутки температуры увеличиваются во всех исследованных лючках: в лючке № 1 на 47оС, в лючке № 2 на 32оС, в лючке № 9 на 55оС, в лючке № 10 на 70оС; в горелке № 1 на 50оС, в горелке № 4 на 70оС. Следовательно температуры в исследованных лючках увеличиваются на отметке 6,2 метра на 4%, на отметке 10,8 метра на 6%.

Как наглядно видно из рис. 5. температурные поля при максимальной центральной и периферийной закрутки воздуха отодвигаются от задних экранов ближе к центру. Площадь температурного поля в 1200оС на отметке 6,2 м увеличивается при закрутке воздуха от нулевой до максимальной крутки в 3 раза, на отметке 10,8 м в 5,7 раза для котла ТГМ-84А № 1 КТЭЦ-3 при паровой нагрузке 260 т/ч (если принять температурное поле круглым).

Отметка 6,2 метра Отметка 10,8 метра

1000оС 1100оС 1220оС 1300оС 1290оС 1190оС 1250оС 1200оС

Рис. 5. Температурные поля на отметке 6,2 м в левой половине топки и на отметке 10,8 м в правой половине топки котла № 1 КТЭЦ-3 при До = 260 т/ч ( X , О - экспериментальные данные по измерениям термозондом и ОППИР-017), вариант № 8 - все горелки с максимальной центральной и периферийной круткой

Температурное поле смещается от заднего экрана к фронту котла при закрутке воздуха от нулевой до максимальной для: 1 -й и 2-й горелки

36

на 0,2 м (на отметке 6,2 м), на 0,3 м (на отметке 10,8 м); 3-й и 4-й горелки на 0,1 м (на отметке 6,2 м), на 0,9 м (на отметке 10,8 м); все горелки на 0,4 м (на отметке 6,2 м), на 0,6 м (на отметке 10,8 м).

Результатами проведённого эксперимента можно считать следующее:

• для котла № 1 ТГМ-84/А с нагрузкой 260 т/ч при закрутке от нулевой до максимальной аксиальной и тангенциальной крутки воздуха температура факела в лючках на отметке 6,2 метров будет выше на 4%, на отметке 10,8 метров будет выше на 6%;

• площадь температурного поля в 1200оС на отметке 6,2 м увеличивается при закрутки воздуха от нулевой до максимальной крутки в 3 раза, на отметке 10,8 м в 5,7 раза для котла ТГМ-84/А № 1 КТЭЦ-3 при паровой нагрузке 260 т/ч (если принять температурное поле круглым);

• температурное поле смещается от заднего экрана к фронту котла при закрутки воздуха от нулевой до максимальной крутки: 1-й и 2-й горелки на 0,2 м (на отметке 6,2 м), на 0,3 м (на отметке 10,8 м); 3-й и 4-й горелки на 0,1 м (на отметке 6,2 м), на 0,9 м (на отметке 10,8 м); все горелки на 0,4 м (на отметке 6,2 м), на 0,6 м (на отметке 10,8 м).

Источники

1. Винтовкин А.А.и др Современные горелочные устройства (конструкции и технические характеристики): Справочное издание /. М.: Машиностроение-1, 2001. 496 с.

2. Геращенко О.А. и др. Температурные измерения. Справочник. / Киев, Наукова думка, 1984. 494 с.

3. Годов А.Н. и др. Основы температурных измерений. М.: Энергоатомиздат, 1992. 304 с.

4. Трембовля В. И. и др. Теплотехнические испытания котельных установок. М.: Энергия, 1977. 297 с.

5. Макаров А.Н. Теплообмен в электродуговых и факельных печах и топках паровых котлов. Тверь: ТГТУ, 2003, 348 с.

6. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков Л.Н. Теплообмен излучением. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. 432 с.

Зарегистрирована 18.12.2009 г.