КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
BOILER PLANT

Изобретение относится к области производства тепловой энергии на ТЭС в виде перегретого пара путем камерного сжигания топлива в топке при помощи горелочных устройств. Оно может быть использовано также в металлургической теплотехнике для регулирования температурного распределения факела внутри топок и газоходов печей.
Известна котельная установка ТГМ-84А для получения перегретого пара, содержащая экранированную топку, в которой на фронтальной стороне установлены горелки, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещены ступени пароперегревателя соединенные с межступенчатыми пароохладителями, датчик температуры перегрева пара, опускной газоход и экономайзер (см. кн. Мейкляр М.В. Современные котельные агрегаты ТКЗ. - М.: Энергия, 1978, с.86). Необходимая величина перегрева пара при повышении температуры пара поддерживается путем впрыска конденсата в пароохладители, а при падении перегрева - за счет снижения избытка воздуха, подаваемого в горелки, и увеличения тяги дымососа.
Недостатки известной котельной установки:
1. Перерасход топлива при поддержании необходимой температуры перегретого пара за счет работы пароохладителей.
2. Перерасход электроэнергии, связанный с работой при низком КПД дутьевого вентилятора и дымососа, при поднятии перегрева пара.
3. Наброс факела на экраны при работе с высокими нагрузками, и, как следствие, преждевременное разрушение внутренней обмуровки топки.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является котельная установка БК 3-210-140 для получения перегретого пара, содержащая экранированную топку, в которой по углам тангенциально к окружности диаметром 0,9 м неподвижно установлены четыре горелки, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещены ступени пароперегревателя, соединенные с межступенчатыми пароохладителями, датчик температуры перегрева пара, опускной газоход и экономайзер (см. кн. Парогенераторы / Под ред. А.П.Ковалева. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.303).
В известной котельной установке факел закручивается по спирали и не происходит наброса продуктов сгорания на экран.
Недостатки известной котельной установки:
1. Перерасход топлива при поддержании необходимой температуры перегретого пара за счет работы пароохладителей.
2. Перерасход электроэнергии, связанный с работой при низком КПД дутьевого вентилятора и дымососа, при поднятии перегрева пара.
Перерасход топлива связан с работой пароохладителей при впрыске конденсата в перегретый пар. Впрыск конденсата в перегретый пар производят для снижения высокой температуры пара, которая может вызвать термическое разрушение металла лопаток паровой турбины. Низкая температура перегретого пара приводит к снижению КПД паровой турбины и, как следствие, к перерасходу топлива при выработке электроэнергии.
Перерасход электроэнергии связан с регулированием производительности, в частности с уменьшением производительности дутьевого вентилятора и дымососа при повороте лопаток входного направляющего аппарата. Поворот лопаток изменяет расход воздуха и дымовых газов через котельную установку при изменении нагрузки. Увеличение угла поворота лопаток по отношению к всасываемому потоку газа приводит к уменьшению расхода воздуха или дымовых газов через дутьевой вентилятор или дымосос. Одновременно с увеличением угла поворота лопаток снижается КПД дутьевого вентилятора и дымососа. Энергетические котлы являются котлами с уравновешенной тягой. Поэтому, помимо всего прочего, необходимо согласовать количество воздуха, подаваемого в горелки, с количеством отсасываемых продуктов сгорания. В противном случае, пламя будет выбивать через смотровые лючки и неплотности, или же, наоборот, будут сверхнормативные присосы воздуха в топку.
Задачей изобретения является разработка конструкции котельной установки, позволяющей устранить перерасход топлива путем исключения применения пароохладителей для понижения температуры перегретого папа и устранить потери электроэнергии за счет исключения регулирования производительности дутьевого вентилятора и дымососа.
Технический результат достигается тем, что в котельной установке, содержащей экранированную топку, в которой по углам установлены горелки, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещен пароперегреватель, соединенный с межступенчатым пароохладителем, опускной газоход, экономайзер, систему контроля температуры перегретого пара, включающую основной датчик температуры перегрева пара, согласно изобретению горелки установлены с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскости, а система контроля температуры перегретого пара снабжена дополнительным датчиком температуры перегрева пара, соединенным электрической связью с исполнительным механизмом сервоприводов поворота горелок в горизонтальной и вертикальной плоскости.
При оптимальной настройке уравновешенной тяги для номинальной паровой нагрузки котельной установки регулирование количества теплоты, отдаваемой продуктами сгорания непосредственно в топке экранным трубам и в пароперегревателе, осуществляют за счет изменения высоты закрученной спирали факела и ее диаметра путем изменения угла поворота горелок по отношению к диаметру факела в горизонтальной плоскости и изменением угла поворота горелок по отношению к поду котла в вертикальной плоскости. При необходимости быстрого подъема температуры перегретого пара диаметр факела уменьшают, а высоту факела увеличивают до входного окна горизонтального газохода. Доля теплоты, подводимой к пароперегревателю, возрастает. Для быстрого понижения температуры перегретого пара высоту факела уменьшают за счет того, что горелки в вертикальной плоскости поворачивают ближе к поду котла, а диаметр закрутки факела за счет поворота горелок увеличивают.
На фиг.1 приведена схема предлагаемой котельной установки, на фиг.2 показано расположение горелок котельной установки (разрез А-А на фиг.1).
Котельная установка содержит топку 1, подвижные горелки 2, расположенные по углам тангенциально к окружности переменного диаметра, экранные трубы 3, барабан 4, горизонтальный газоход 5, четыре ступени пароперегревателя 6, 7, 8, 9, первый и второй межступенчатые пароохладители 10, 11, систему контроля температуры перегретого пара, включающую основной датчик 12 температуры перегрева пара, опускной газоход 13 и экономайзер 14. Система контроля температуры перегретого пара снабжена дополнительным датчиком 15 температуры перегрева пара, соединенным электрической связью с исполнительным механизмом сервоприводов поворота горелок 2.
Заявляемая котельная установка работает следующим образом.
Основной датчик температуры 12 перегретого пара дает электрический сигнал на исполнительный механизм впрыска конденсата в пароохладители 10, 11 только в случае быстрого аварийного подъема температуры перегрева.
Рабочее регулирование температуры перегрева пара производится дополнительным датчиком 15, который дает электрический сигнал на исполнительный механизм сервоприводов поворота горелок 2 в горизонтальной и вертикальной плоскости.
При повышении температуры перегретого пара свыше регламентированной температуры горелки поворачиваются электродвигателем с сервоприводом (па фиг.1 условно не показаны) в вертикальной плоскости на некоторый угол ближе к поду котла и одновременно поворачиваются в горизонтальной плоскости для увеличения диаметра крутки факела. В результате этого испарительная поверхность экранных труб 3 получает больше тепловой энергии и в барабане 4 образуется избыток насыщенного пара, поступающий в ступени 7, 8, 9, 6 пароперегревателя, которые также обогреваются меньшим количеством теплоты, так как в результате перераспределения теплоты происходит увеличение тепловосприятия в испарительной поверхности экранных труб 3 и снижается перегрев пара. При понижении температуры перегрева за счет электрического сигнала от датчика 15 горелки 2 поворачиваются в вертикальной плоскости для подъема факела ближе к горизонтальному газоходу 5 и также поворачиваются в горизонтальной плоскости для образования крутки факела меньшего диаметра. Так как факел поднимется к выходу топки, испарительные поверхности экранных труб 3 получают меньше теплоты, образуется меньшее количество насыщенного пара, а пароперегревательные поверхности обогреваются сильнее и температура перегретого пара повышается.
Расчет экономии топлива за счет исключения применения пароохладителя для понижения температуры перегретого пара с 570°С до 560°С приведен ниже.
Параметры пара до включения пароохладителя:
1
1
1
2
T=570°C, p=140 кг/см, i=839,52 ккал/кг.
Параметры пара после включения пароохладителя:
2
2
2
1
2
2
Т=560°С, р=140 кг/см, i=833,26 ккал/кг. Δ(i-i)=6,26 ккал/кг.
При нагрузке 210 т/ч за 1 час работы котла продолжительность периодического включения пароохладителя составила 0,2 час.
Перерасход теплоты:
ΔQ=6,26 ккал/кг×210000 кг/ч×0,2 ч=262920 ккал.
3
3
Перерасход топлива при теплоте сгорания 7961 ккал/нм и расходе 16000 нм/ч:
ΔG=262920×100%/(7961×16000)=0,21%
Расчет экономии электроэнергии за счет исключения применения регулирования производительности дутьевого вентилятора и дымососа путем поворота лопаток входных направляющих устройств на Δα=20° на примере котла БКЗ-210/140-ФЖШ, на котором установлено два дымососа №8 (А, Б) и два дутьевых вентилятора ДВ №8 (А, Б).
Потеря КПД при увеличении угла поворота лопаток на Δα=20° Δη=7,5%. При нагрузке 210 т/ч и включении на 0,2 ч поворота лопаток за 1 час работы котла потери электроэнергии для 2-х дутьевых вентиляторов составят:
140 кВт×2×0,2 ч×0,075=4,2 кВт×ч
При нагрузке 210 т/ч и включении на 0,2 ч поворота лопаток за 1 час работы котла потери электроэнергии для 2-х дымососов составят:
300 кВт×2×0,2 ч×0,075=9 кВт×ч
Суммарно при включении на 0,2 ч поворота лопаток за 1 час работы котла потери электроэнергии равны 13,2 кВт×ч.