Интенсивность излучения факела в топке котла ТГМ-84/б при сжигании газа и мазута

ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ ФАКЕЛА В ТОПКЕ КОТЛА ТГМ-84/Б ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗА И МАЗУТА

М.А. ТАЙМАРОВ, Д.Г. ХУСАИНОВ, Е.Г. МАКСИМОВ Казанский государственный энергетический университет,

Приводятся результаты исследования интегральной плотности падающего излучения факела в топке котла ТГМ-84/Б по высоте топочного объема при сжигании уренгойского газа и мазута М-100..

Введение

В последнее время все большую актуальность принимает тема повышения экономичности теплогенерирующего оборудования. Особенно это важно в условиях нынешнего потребления энергоресурсов и расточительного их использования. Важнейшую роль при этом играет радиационный теплообмен в топках энергетических котлоагрегатов. Так, для повышения КПД топочного объема и, следовательно, для снижения удельных затрат энергоресурсов на производство тепловой энергии необходима оптимизация процессов радиационного теплообмена. Достижение этой цели возможно путем идентификации положения факела в топочном объеме, при котором обеспечиваются наивыгоднейшие условия радиационного теплообмена и соблюдаются эксплуатационные требования к надежности функционирования поверхностей нагрева, работающих при высоких значениях падающих от факела тепловых потоков. В этой связи исследования плотности падающих на экранные поверхности потоков излучения по высоте и по поперечному сечению топки для конкретных условий сжигания топлив являются актуальными. В данной работе опыты проводились на Казанской ТЭЦ-1 на котле №11 ТГМ-84/Б при полной нагрузке котла при сжигании уренгойского газа и малосернистого мазута марки М-100.

Методика исследования и оборудование

Экспериментальная методика [2] включала в себя бесконтактное и контактное определение температуры, измерение падающих потоков теплового излучения радиометром, проверку градуирования радиометра в станционных условиях эксперимента и послойные измерения температуры факела вглубь топки. Для бесконтактного измерения температуры факела использовался оптический пирометр ОППИР - 017 [2]. Для контактного измерения температуры продуктов сгорания в топке использовался пирометрический термозонд [3], представляющий собой неохлаждаемый двухэкранный трубчатый кожух и термопару типа ХА с каолиновой тепловой изоляцией в виде нити внутри этого кожуха. Измерение падающих интегральных лучистых потоков проводились приемником полного излучения [3]. Радиометр разработан на основе рефлекторной оптики с линзой объектива, выполненной из флюорита. В качестве приемника излучения использован термостолбик, составленный из 10-ти последовательно соединенных хромель-копелевых термопар.

© М.А. Таймаров, Д.Г. Хусаинов, Е.Г. Максимов Проблемы энергетики, 2006, № 5-6

Краткое описание котла

В данной работе эксперименты по исследованию радиационных свойств факела проводились на Казанской ТЭЦ-1 на котле ТГМ-84/Б (станционный №11), спроектированном АО ТКЗ "Красный котельщик” в 1978 г. Паровой котел ТГМ-84/Б предназначен для выработки перегретого пара с рабочим давлением 13,8 МПа (140 кгс/см2) и температурой 560°С. На момент экспериментов сжигался уренгойский газ и малосернистый мазут марки М-100. Паровой котел ТГМ-84/Б-однобарабанный, П-образной компоновки, газоплотный, с жидким шлакоудалением.

Котел состоит из топочной камеры и опускной конвективной шахты, соединенных в верхней части горизонтальным газоходом. Топочная камера, открытая, призматическая, прямоугольного сечения, разделена на 2 полутопки двусветным экраном. На фронтовой стене топочной камеры установлено 6 газомазутных горелок, расположенных в 2 яруса в виде двух треугольников. Горелки нижнего яруса расположены на отметке +6600 мм по две в каждой полутопке и повернуты друг к другу (рис. 1), горелки верхнего яруса расположены на отметке +10200 мм.

Рис. 1. Расположение горелок нижнего яруса

Стены топочной камеры экранированы панелями, выполненными из труб 060x6 мм с шагом 64 мм. В нижней части топочной камеры фронтовой и задний экраны образуют скаты "холодной" воронки с углом наклона 15°.

В котле применена щитовая обмуровка облегченного типа. Основная часть обмуровки выполнена по схеме, показанной на рис.2.

Шамотобетонная плита ШЛБ, 60 мм

Соиелитоная плита, 120 мм

Теплоизол. бсгон, 20 мм

Совелитовая мастика, 20 мм

Уплотнительная магнезитовая обмазка, 20 мм

Рис. 2. Схема основной части обмуровки котла ТГМ-84/Б © Проблемы энергетики, 2006, № 5-6

Снаружи панели заварены металлическими щитами. Частично в котле использовался огнеупорный кирпич и плиты ПОЖ в локальных местах при демонтажных работах.

Под топки защищен от излучения факела слоем огнеупорного кирпича и хромитовой массой ПХМ-1.

Характеристики сжигаемого топлива:

Уренгойский газ. Поставщик - ООО Таттрансгаз через ГРС-5, уренгойское месторождение.

Метан - 98,44% (объемных); этан - 0,483%; пропан - 0,162%; азот - 0,768%. Теплота сгорания низшая 7979 ккал/м3, плотность 0,679 кг/м3.

Мазут М-100. Малосернистый, доля серы не более 1,0%, зольность 0,05%, вязкость при 800 не более 16,0 0ВУ и 118,0 мм2/с, теплота сгорания низшая в пересчете на сухое топливо 40530 кДж/кг, плотность 905 кг/м3.

Экспериментальные результаты

>

7,5

13

О

182,3

43!

ю

о...!.о

228,1

114,5

О-.....І....-о-

16,0

15 16 И

0-0--01 56,5 56,8

0,7

5—5

18 19 20

|0-—О"0-

50,0 49,8

4,0

------6

О—ф~-б!0---(8)—-О

175’5 212,8

ф............

206,0 209,4

.и 4

0,2

7 -—6.....8 -

223,0

21,5

І

<

! 14

О

11,3

11 ч У 12

о- Щ о-

- -116,1 ; 211,1

16,3

£_

Левый бок

Фронт

Правый бок

- горелка; О - лючок

Рис. 3. Радиометрия топочной камеры котла №11 ТГМ-84/Б Каз. ТЭЦ-3 при нагрузке Дпп=380 т/ч (^пв=227°С, Дпв=400 т/ч, ¿пп=560°С, *уХ=145°С, а=1,062 (О2лев=1,51%, О2прав=1,21%)). Падающие тепловые потоки Епад через лючки в кВт/м2. Лючки № 4, 15 и 20 не работали по техническим причинам, к лючкам № 6, 7, 17 и 18 не было доступа. Разрежение в топке Ртл = 2,0; Ртпр=2,3 кгс/м2. Используемое топливо - Уренгойский газ. 17.02.2006.

Левый бок

Фронт  - горелка; О - лючок.

Правый бок

Рис. 4. Радиометрия топочной камеры котла №11 ТГМ-84/Б Каз. ТЭЦ-3 при нагрузке Дпп=400 т/ч (¿пв=225°С, Дпв=420 т/ч, inn=556°C, iyX=170°C, а=1,081 (О2лев=1,55%, 02прав=1,90%)). Падающие тепловые потоки Епад через лючки в кВт/м2. Лючки № 4, 15 и 20 не работали по техническим причинам, к лючкам № 6, 7, 17 и 18 не было доступа. Разрежение в топке Ртл=7;

Ртпр=8 кгс/м2. Используемое топливо - Мазут М-100. 09.02.2006

Обработка первичных экспериментальных данных проведена с использованием пакета программ MathCAD Professional.

Как видно из рис. 3 и 4, плотности падающих потоков в районе ядра факела и устьев горелок значительно выше при сжигании мазута. А в районе перегиба топки котла наблюдаются практически одинаковые лучистые потоки как при сжигании мазута М-100 так и уренгойского газа и составляют 49,8 - 56,8 кВт/м2 для газа и 53,0 - 58,5 кВт/м2 для мазута .

На рис. 5 в, г изображены плотности падающих потоков излучения факела и топочной среды, где изгиб линии излучения ниже лючков № 2 и 3, расположенных на боковых стенках топки, определялся экспериментальными значениями лучистых потоков пода топки котла.

в)

Уренгойский газ

328,2

Мазут М - 100

* 100 200 300 400 500

,кВт/м'

г)

Рис. 5. Поверхностная плотность излучения qп в зависимости от высоты топки Н в котле № 11 Каз. ТЭЦ-1 ТГМ-84/Б на нагрузке Дпп=380 т/ч

Обсуждение результатов

При использовании в качестве топлива мазута М-100 наблюдаются значительно большие интегральные потоки излучения факела, чем при сжигании уренгойского газа. Эти лучистые потоки в некоторых местах топочного объема превышают излучение факела при сжигании газа в 2- 3 раза. Например, плотность потока энергии излучения в районе лючка №8 составляет 160,2 кВт/м2 для газа и 260,3 кВт/м2 для мазута, а в районе лючка №5 - 175,5 кВт/м2 и 384,1 кВт/м2, соответственно.

При сжигании газа лучистые потоки на отметке 6.6м на расстоянии ~ 1м от устья горелки составляют: для горелки №1 - 131,4 кВт/м2, №4 - 122,9 кВт/м2, а при сжигании мазута: для горелки №1 - 521,6 кВт/м2 и 328,2 кВт/м2 для горелки №4. Измерения проведены через лючки, расположенные на отметке 6,6м на левом и правом боках топки. Рассматривая эти данные, можно сказать также о неравномерности лучистых потоков в правой и левой полутопках (рис. 5 в и г).

Анализируя графики, можно прийти к выводу, что при сжигании как газа, так и мазута на отметке 21м в районе поворотной камеры наблюдается относительно равномерное распределение лучистых потоков по поверхностям нагрева и составляет около 50,0 - 60,0 кВт/м2. Здесь не наблюдается “языков” пламени, а лишь многократно отраженное, рассеянное излучение факела и излучение самих экранных труб вместе с отложениями на них. Для уровня в районе пода топки - другая ситуация, где разброс значений интегральных потоков излучения значительно больше. В этом случае при измерениях излучения топочного объема наблюдался заброс языков пламени к поду топки в результате соударении факела с задним экраном топки.

Правая полутопка при сжигании мазута имеет большее разрежение - 8 кгс/м2, чем левая - 7 кгс/м2, здесь факел более вытянут и имеет меньшее поперечное сечение. К тому же, на момент эксперимента расход топлива в правую

полутопку был меньше. Этот факт объясняет большие значения лучистых потоков в левой полутопке в ядре факела, нежели в правой (рис. 5 б, в, г).

С точки применения малозатратных энергосберегающих мероприятий для повышения эффективности использования топочного объема необходимо произвести настройку газогорелочных устройств и выровнять значения лучистых потоков в обеих полутопках котла.

Выводы

1. При сжигании мазута М-100 теплонапряженность топки ТГМ-84Б увеличивается в среднем на 15%, по сравнению с сжиганием газа.

2. Для повышения эффективности топки необходимо смещение максимума ядра факела по направлению к поду котла ТГМ-84Б на 0,8 м.

Summary

The outcomes of a research of an integrated denseness of an incident radiation of a plume in топке of the boiler TGM-84/B In the furnace of the BOILER for want of burning urengoisky gas and black oil М-100 0А0 are resulted.

Литература

1. Блох А. Г. Теплообмен в топках паровых котлов. - Л. : Энергоатомиздат, 1984. - 240 с

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

3. 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. 27-32.

Поступила 06.03.2006