УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СООТНОШЕНИЕМ ТОПЛИВА И ВОЗДУХА ПРИ СЖИГАНИИ МОЛОТОГО УГЛЯ В ТОПОЧНОЙ УСТАНОВКЕ УГОЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
MONITORING METHOD AND DEVICE OF FUEL-AIR MIXTURE DURING COMBUSTION OF FLOOR COAL IN FIRING SYSTEM OF COAL-FIRED POWER PLANT

Изобретение относится к устройству для управления соотношением топлива и воздуха при сжигании молотого угля в топочной установке угольной электростанции, которая содержит средства пневматической подачи молотого угля к горелкам топочной установки угольной электростанции, а также средства подвода воздуха для сжигания к горелкам или же в топочную камеру топочной установки угольной электростанции, при этом топочная установка электростанции по направлению потока воздуха содержит по меньшей мере следующие устройства:
вентилятор приточного воздуха для всасывания приточного воздуха из окружающей среды,
вентилятор мельницы для подачи части всасываемого приточного воздуха в качестве транспортирующего воздуха для насыщения молотым углем,
регенеративный предварительный нагреватель воздуха для предварительного нагревания всасываемого приточного воздуха и части транспортирующего воздуха с использованием теплоты дымовых газов топочной установки угольной электростанции,
при этом накопительную массу регенеративного предварительного нагревателя воздуха, преимущественно гладкие или волнистые листы, попеременно нагревают горячими дымовыми газами, а затем охлаждают приточным воздухом или же транспортирующим воздухом,
устройство управления расходом воздуха для регулирования расхода воздуха для сжигания, подводимого в топочную камеру,
устройство управления расходом воздуха для регулирования расхода транспортирующего воздуха, применяемого для пневматической подачи молотого угля, а также
измерительные устройства для измерения расхода воздуха для сжигания, подводимого в топочную камеру угольной электростанции, и
устройство дозированного подвода предварительно выбранного количества молотого угля к горелкам.
Кроме того, изобретение относится к способу управления соотношением топлива и воздуха при сжигании молотого угля в топочной установке угольной электростанции, которая имеет по меньшей мере приведенные выше признаки.
Управление соотношением топлива и воздуха при сжигании молотого угля в топочных установках угольных электростанций имеет большое значение для достижения по существу полного сжигания подводимого топлива, или же для поддержания заданной стехиометрии процесса сжигания и, тем самым, для достижения высокого энергетического коэффициента полезного действия, а также для поддержания низких значений выброса. Поэтому топочные установки в угольных электростанциях наряду с соответствующими устройствами дозированного подвода к горелкам количества топлива, предварительно выбранного в соответствии с требуемой нагрузкой, содержат управляющие устройства, при помощи которых расход воздуха для сжигания, подводимого к горелкам или же в топочную камеру, регулируют в зависимости от подводимого количества топлива. Для этого требуются измерительные устройства, при помощи которых посредством измерительной техники можно максимально точно регистрировать расход воздуха для сжигания, подводимого в топочную камеру. И то и другое необходимо, чтобы в зависимости от нагрузки оптимально регулировать процесс сжигания, при этом количество топлива предварительно выбирают в соответствии с требуемой нагрузкой, а расходом воздуха для сжигания управляют с целью достижения заданной стехиометрии сжигания. На практике встречаются как топочные установки угольных электростанций, в которых к каждой отдельной горелке или группе горелок подводят предварительно выбранное количество молотого угля, и в соответствии с этим предварительно выбранным количеством молотого угля управляют расходом воздуха для сжигания, подводимого к этой горелке или к этой группе горелок, с целью достижения заданной стехиометрии сжигания, так и топочные установки, в которых предварительно выбирают лишь общее количество молотого угля, подводимого ко всем горелкам котла, и соответственно управляют также лишь общим расходом воздуха для сжигания, подводимого в общей сложности ко всем горелкам этого котла или же к котлу.
В каждом случае необходимо при помощи измерительной техники регистрировать расход воздуха для сжигания по отношению либо к отдельной горелке, либо к группе горелок, либо ко всем горелкам котла, или же к котлу, чтобы реализовать соответствующее управление расходом воздуха для сжигания, и таким образом, регулировать процесс сжигания.
Кроме того, в топочных установках электростанций с пневматической подачей молотого угля к горелкам управляют расходом транспортирующего воздуха для пневматической транспортировки угля. Это управление также требует регистрации расхода транспортирующего воздуха с помощью измерительной техники.
Измерение расхода воздуха в топочных установках угольных электростанций осуществляют почти исключительно с применением зондов для измерения давления, при помощи измерения разности давлений. Для этого в систему труб или же каналов, проводящую воздух для сжигания, а также в систему труб или же каналов, проводящую транспортирующий воздух, устанавливают зонды для измерения давления. На основании измеренных давлений может быть определена скорость потока в каналах, и с учетом геометрии канала соответственно может быть определен расход воздуха. Предпочтительно зонды для измерения давления не находятся непосредственно в поперечном сечении канала, а соединены с проводящими воздух каналами посредством так называемых импульсных трубопроводов.
Для улучшения энергетического коэффициента полезного действия топочной установки электростанции является традиционным предварительное нагревание приточного воздуха посредством того, что накопительную массу, преимущественно гладкие или волнистые листы регенеративного предварительного нагревателя воздуха, попеременно вначале нагревают горячими дымовыми газами, а затем охлаждают приточным воздухом, так что осуществляется теплопередача от дымовых газов к приточному воздуху. С этим связано внесение частиц летучей золы в приточный воздух. При эксплуатации топочной установки электростанции это регулярно приводит к загрязнению зондов для измерения давления или же импульсных трубопроводов. Следствием являются непрерывные работы по очистке и техническому обслуживанию. Проблематичным является то, что степень загрязнения зондов для измерения давления не может быть однозначно определена на основании измеренной разности давлений, и поэтому результаты измерений при продолжительной эксплуатации подвержены значительному риску ошибок. Следствием является дрейф измерения расхода воздуха, обнаруживаемый лишь с большими затратами. В конечном итоге это приводит к неточному измерению соотношения топлива и воздуха, связанному с ухудшением коэффициента полезного действия и повышенным выбросом вредных веществ.
Целью изобретения являются устройство и способ управления соотношением топлива и воздуха при сжигании молотого угля в топочной установке угольной электростанции, которые отличаются высокой надежностью при малых затратах на техническое обслуживание. Для этого имеет место задача разработки не подверженного дрейфу измерения расхода воздуха в топочных установках угольных электростанций.
Согласно изобретению эта цель достигнута при помощи устройства согласно п.1 формулы изобретения, а также при помощи способа согласно п.8 формулы изобретения. В зависимых от п.1 формулы изобретения п.п.2-7 описаны позволяющие получать преимущества варианты выполнения устройства согласно изобретению, а в зависимых от п.8 формулы изобретения п.п.9-13 описаны позволяющие получать преимущества варианты выполнения способа согласно изобретению.
Устройство согласно изобретению для управления соотношением топлива и воздуха при сжигании молотого угля в топочной установке угольной электростанции, которая содержит средства пневматической подачи молотого угля к горелкам топочной установки угольной электростанции, а также средства подвода воздуха для сжигания к горелкам или же в топочную камеру топочной установки угольной электростанции, при этом по направлению потока воздуха расположены по меньшей мере следующие устройства:
вентилятор приточного воздуха для всасывания приточного воздуха из окружающей среды,
вентилятор мельницы для подачи части всасываемого приточного воздуха в качестве транспортирующего воздуха для угольной мельницы,
регенеративный предварительный нагреватель воздуха для предварительного нагревания всасываемого приточного воздуха и части транспортирующего воздуха с использованием теплоты дымовых газов топочной установки, при этом накопительную массу регенеративного предварительного нагревателя воздуха попеременно вначале нагревают горячими дымовыми газами, а затем охлаждают приточным воздухом или же частью транспортирующего воздуха,
устройство управления расходом воздуха для регулирования расхода воздуха для сжигания, подводимого в топочную камеру,
устройство управления расходом воздуха для регулирования расхода воздуха, применяемого для пневматической подачи молотого угля, а также
измерительные устройства для измерения расхода воздуха для сжигания, подводимого в топочную камеру, и расхода транспортирующего воздуха, применяемого для пневматической загрузки молотого угля, и
устройство дозированного подвода предварительно выбранного количества молотого угля к горелкам,
отличается тем, что
измерение расхода воздуха для сжигания осуществляют при помощи корреляционного измерительного устройства, анализирующего трибоэлектрические эффекты.
3
Для этого в системе каналов, проводящей воздух для сжигания, по направлению потока воздуха для сжигания после регенеративного предварительного нагревателя воздуха, расположены по меньшей мере два установленных друг за другом датчика для определения трибоэлектрических эффектов, которые соединены с корреляционным измерительным устройством, а по направлению потока воздуха для сжигания перед датчиками корреляционного измерительного устройства расположено по меньшей мере одно устройство дозированной подачи мелкозернистых частиц в поток воздуха. Устройство дозированной подачи мелкозернистых частиц в поток воздуха предпочтительно может быть расположено перед вентилятором приточного воздуха. Возможно также расположение устройства дозированной подачи мелкозернистых частиц в поток воздуха между вентилятором приточного воздуха и регенеративным предварительным нагревателем воздуха, или же после регенеративного предварительного нагревателя воздуха, однако в любом случае перед датчиками корреляционного измерительного устройства. При этом устройство дозированной подачи мелкозернистых частиц в поток воздуха имеет такие параметры, что в поток воздуха осуществляется подача мелкозернистых частиц в размере от 0,1 мг до 10 мг, предпочтительно от 0,5 мг до 2 мг, на 1 м воздуха. При этом может быть предусмотрено управляющее устройство для регулирования устройства дозированной подачи мелкозернистых частиц в поток воздуха, которое обеспечивает возможность непрерывной и/или прерывистой, периодической работы устройства дозированной подачи мелкозернистых частиц в поток воздуха.
Предпочтительно также осуществляют измерение расхода транспортирующего воздуха, при помощи корреляционного измерительного устройства, анализирующего трибоэлектрические эффекты. Для этого в системе каналов, проводящей транспортирующий воздух, по направлению потока транспортирующего воздуха после регенеративного предварительного нагревателя воздуха расположены по меньшей мере два установленных друг за другом датчика для определения трибоэлектрических эффектов, которые соединены с корреляционным измерительным устройством.
Устройство дозированной подачи мелкозернистых частиц в поток воздуха предпочтительно выполнено в виде пылевого инжектора, при этом в качестве мелкозернистых частиц в поток воздуха предпочтительно подают отфильтрованную золу или летучую золу.
Датчики для определения трибоэлектрических эффектов расположены в области сужения или изгиба воздушного канала.
Датчики для определения трибоэлектрических эффектов расположены в потоке воздуха для сжигания перед исполнительным устройством для управления расходом воздуха для сжигания, а в потоке транспортирующего воздуха - перед устройством загрузки молотого угля в поток транспортирующего воздуха.
3
Способ согласно изобретению отличается тем, что измерение расхода воздуха для сжигания и, предпочтительно, также измерение расхода транспортирующего воздуха, осуществляют на основании анализа трибоэлектрических эффектов на датчиках, расположенных в потоке воздуха друг за другом по направлению потока, согласно корреляционному измерительному методу, и что в поток воздуха перед датчиками подают мелкозернистые частицы с диаметром частиц от 20 мкм до 200 мкм, предпочтительно от 60 мкм до 90 мкм, в количестве от 0,1 мг до 10 мг, предпочтительно от 0,5 мг до 2 мг, на 1 м воздуха.
3
Было обнаружено, что подача мелкозернистых частиц с упомянутыми выше диаметрами частиц в количестве от 0,1 мг до 10 мг, предпочтительно от 0,5 мг до 2 мг, на 1 м воздуха является достаточной для измерения. При этом предпочтительно подают отфильтрованную или летучую золу.
3
Предпочтительно подачу мелкозернистых частиц в поток воздуха осуществляют лишь в течение фазы пуска топочной установки угольной электростанции, то есть в течение фаз предварительной вентиляции и сжигания жидкого топлива или газа. После воспламенения сжигания угольной пыли посредством регенеративного предварительного нагревателя воздуха в поток приточного или же транспортирующего воздуха подаются частиц золы в количестве, достаточном для создания надлежащих трибоэлектрических эффектов, так что измерение расхода воздуха согласно корреляционному измерительному методу может осуществляться без дополнительной подачи частиц. Оказалось даже, что периодическая подача мелкозернистых частиц с продолжительностью периода от 100 мс до 60 с при подаче от 0,1 мг до 10 мг мелкозернистых частиц на 1 м воздуха в течение фазы пуска является достаточной для достоверного измерения.
Устройство и способ согласно изобретению обеспечивают возможность в значительной мере бесперебойного и не требующего технического обслуживания управления соотношением топлива и воздуха при сжигании молотого угля в топочной установке угольной электростанции, при этом не возникает известная проблема дрейфа при измерении расхода воздуха. Благодаря высокому продолжительному постоянству точности измерения расхода воздуха изобретение обеспечивает возможность значительно лучшего управления соотношением топлива и воздуха.
Изобретение поясняется подробнее ниже при помощи варианта выполнения.
На соответствующих чертежах показано:
фиг.1 - упрощенная блок-схема топочной установки угольной электростанции,
фиг.2 - протекание во времени измерения расхода воздуха в топочной установке электростанции.
На показанной на фиг.1 упрощенной блок-схеме топочной установки угольной электростанции изображены, начиная от всасывания приточного воздуха, заслонка 1 приточного воздуха, устройство 2 дозированной подачи мелкозернистых частиц в поток приточного воздуха и вентилятор 3 приточного воздуха. После вентилятора 3 приточного воздуха от всасываемого приточного воздуха отделяют транспортирующий воздух. Его подают при помощи вентилятора 4 мельницы далее, а именно, частично к регенеративному предварительному нагревателю 5 воздуха. В регенеративном предварительном нагревателе 5 воздуха при стационарной работе топочной установки угольной электростанции часть транспортирующего воздуха нагревается. Другую часть транспортирующего воздуха проводят далее в холодном состоянии. Обе части транспортирующего воздуха соединяют вместе в дозированном количестве при помощи заслонки 6 горячего воздуха и заслонки 7 холодного воздуха, а именно, в таком количественном соотношении, что температура смеси транспортирующего воздуха и угля после насыщения тонко размолотым углем находится в пределах предварительно выбранных граничных значений. Температуру транспортирующего воздуха регистрируют при помощи устройства 9 измерения температуры, расположенного позади угольной мельницы 8. Перед угольной мельницей расположены датчики устройства 10 измерения расхода транспортирующего воздуха. Эти датчики выполнены в виде попарно расположенных друг за другом по направлению потока транспортирующего воздуха измерительных стержней, выступающих в поток транспортирующего воздуха. Устройство 10 измерения расхода транспортирующего воздуха, выполнено в виде корреляционного измерительного устройства, которое анализирует трибоэлектрические эффекты, вызываемые на измерительных стержнях частицами, проводимыми в транспортирующем воздухе, и таким образом измеряет скорость потока транспортирующего воздуха. На основании площади поперечного сечения трубы, проводящей транспортирующий воздух, в области расположения измерительных стержней, а также температуры транспортирующего воздуха и статического давления транспортирующего воздуха в области расположения измерительных стержней определяют расход транспортирующего воздуха.
В соответствии с нагрузкой, требующейся от топочной установки электростанции, в угольную мельницу 8 посредством дозирующего устройства 11 в дозированном количестве подают уголь. Насыщенный молотым углем транспортирующий воздух подводят к горелкам 13, расположенным в топочной камере 12. В зависимости от выполнения топочной установки угольной электростанции, это может осуществляться к отдельным горелкам или к группам горелок, или ко всем горелкам 13 топочной камеры 12. По направлению потока транспортирующего воздуха после регенеративного предварительного нагревателя 5 воздуха расположено устройство 14 измерения давления, используемое для регистрации статического давления транспортирующего воздуха. Кроме того, в потоке транспортирующего воздуха расположены предохранительные заслонки 15, которые в течение фазы пуска топочной установки угольной электростанции, то есть, когда к горелкам 13 молотый уголь не подают, являются закрытыми.
Основную часть всасываемого приточного воздуха после вентилятора 3 приточного воздуха подводят в качестве воздуха для сжигания к регенеративному предварительному нагревателю 5 воздуха. Статическое давление нагретого воздуха для сжигания регистрируют при помощи статического устройства 16 измерения давления. При помощи устройств 14 и 16 измерения давления осуществляют управление вентилятором 3 приточного воздуха. Одну часть нагретого воздуха для сжигания направляют непосредственно к горелкам 13, а другую часть проводят в топочную камеру 12. Обе количественные части воздуха для сжигания регистрируют при помощи устройств 17 и 18 измерения расхода воздуха для сжигания.
Устройства 17 и 18 измерения расхода воздуха для сжигания, так же как и устройство 10 измерения расхода транспортирующего воздуха, выполнены в виде корреляционных измерительных устройств. Измерительные устройства содержат выполненные в виде измерительных стержней датчики, которые попарно расположены друг за другом по направлению потока воздуха для сжигания в системе труб или каналов, проводящих воздух для сжигания. Проводимые в воздухе для сжигания мелкозернистые частицы вызывают на измерительных стержнях трибоэлектрические эффекты, которые подвергают оценке при помощи корреляционного анализа. В результате анализа определяют скорость потока воздуха для сжигания, и, с учетом площади поперечного сечения системы труб или каналов, проводящей воздух для сжигания, а также температуры воздуха для сжигания и статического давления воздуха для сжигания в области расположения измерительных стержней, определяют расход воздуха для сжигания.
Управление расходом воздуха для сжигания, подводимого к горелкам 13, а также в топочную камеру 12, с целью достижения соотношения топлива и воздуха, требующегося для заданной стехиометрии сжигания, при количестве подводимого к горелкам 13 молотого угля, заданном в соответствии с нагрузкой, требующейся от топочной установки электростанции, осуществляют при помощи управляющих заслонок 19 и 20 воздуха для сжигания.
В зависимости от размеров или же мощности топочной установки угольной электростанции все упомянутые выше конструктивные узлы и устройства могут существовать в нескольких экземплярах и работать параллельно. В целях наглядности упрощенной блок-схемы все конструктивные узлы и устройства соответственно показаны лишь однократно. Принцип функционирования топочной установки угольной электростанции в той мере, в которой это относится к изобретению, от этого не зависит.
На фиг.2 показано протекание во времени расхода воздуха для сжигания, подводимого к горелке 13 или к группе горелок 13, в течение фазы пуска топочной установки угольной электростанции.
Вначале осуществляют предварительную вентиляцию топочной камеры 12. Управляющие заслонки 19 и 20 воздуха для сжигания полностью открыты, в то время как предохранительные заслонки 15 в направляющей транспортирующего воздуха закрыты. В топочную камеру 12 подают исключительно воздух для сжигания. Управление вентилятором 3 приточного воздуха осуществляют в зависимости от давления воздуха для сжигания, измеряемого при помощи статического устройства 16 измерения давления.
3
3
Вначале в топочную камеру 12 вдувают такое количество воздуха для сжигания, что происходит многократная замена (по меньшей мере трехкратная) количества воздуха в топочной камере 12, чтобы удалить остатки топлива из топочной камеры 12 и избежать вспышек. После многократной замены количества воздуха в топочной камере 12 возникает готовность к воспламенению расположенной в топочной камере 12 горелки для жидкого топлива или газа (на фиг.1 не показана). С началом готовности к воспламенению осуществляют управление расходом воздуха для сжигания в зависимости от подводимого для процесса воспламенения количества топлива (жидкого топлива или газа). При помощи устройства 2 дозированной подачи мелкозернистых частиц в поток приточного воздуха подают 2 мг летучей золы на 1 м всасываемого приточного воздуха. При помощи устройств 17 и 18 измерения расхода воздуха для сжигания измеряют расход воздуха для сжигания, а при помощи управляющих заслонок 19 и 20 воздуха для сжигания управляют расходом воздуха для сжигания, подводимого к горелкам 13 или же в топочную камеру 12. Разогрев топочной установки угольной электростанции при помощи жидкого топлива или же газа продолжают до тех пор, пока не будет достигнуто достаточное предварительное нагревание топочной камеры 12 и регенеративного предварительного нагревателя 5 воздуха. В течение времени разогрева при помощи жидкого топлива или же газа во всасываемый приточный воздух подают примерно 2 мг летучей золы на 1 мприточного воздуха, чтобы обеспечить достаточное насыщение частицами для возникновения трибоэлектрических эффектов на датчиках, расположенных в потоке воздуха для сжигания, и таким образом обеспечить возможность измерения расхода воздуха согласно корреляционному методу измерения.
При достижении достаточного предварительного нагревания топочной камеры 12 начинают загрузку молотого угля в топочную камеру 12. Для этого посредством вентилятора 4 мельницы и открывания предохранительных заслонок 15 запускают поток транспортирующего воздуха, и угольную мельницу 8 загружают в дозированном количестве углем. Транспортирующий воздух насыщают молотым углем.
Молотый уголь воспламеняется на горелках для жидкого топлива или же газа, еще находящихся в работе.
С началом загрузки угля в топочную камеру 12 и воспламенения сжигания угля завершают подачу мелкозернистых частиц во всасываемый приточный воздух. Затем в воздух для сжигания и транспортирующий воздух посредством регенеративного предварительного нагревателя 5 воздуха вносятся частицы золы в количестве, достаточном для возникновения трибоэлектрических эффектов на измерительных стержнях устройств 10, 17 и 18 измерения расхода воздуха.
Список обозначений
1
заслонка приточного воздуха
2
устройство дозированной подачи мелкозернистых частиц
3
вентилятор приточного воздуха
4
вентилятор мельницы
5
регенеративный предварительный нагреватель воздуха
6
заслонка горячего воздуха
7
заслонка холодного воздуха
8
угольная мельница
9
устройство измерения температуры
10
устройство измерения расхода транспортирующего воздуха
11
дозирующее устройство для угля
12
топочная камера
13
горелка
14
устройство измерения давления для измерения статического давления транспортирующего воздуха
15
предохранительная заслонка
16
устройство измерения давления для измерения статического давления воздуха для сжигания
17
устройство измерения расхода воздуха для сжигания
18
устройство измерения расхода воздуха для сжигания
19
управляющая заслонка воздуха для сжигания
20
управляющая заслонка воздуха для сжигания