Пылеугольные котлы с кольцевой топкой для крупных энергоблоков

Особенности конструкции пылеугольных котлоагрегатов

Кольцевая топка представляет собой восьмигранную вертикальную экранированную призму, внутри которой по всей высоте коаксиально (соосно) установлена восьмигранная экранированная вставка. Поперечный размер этой вставки для разных топлив составляет 50-60% поперечного размера наружной камеры. Стены внутренней и наружной камер состоят из газоплотных сварных панелей.

При таком решении вращающийся факел оказывается как бы зажатым в кольцевом пространстве между внутренними и наружными экранами. Условия смешения, воспламенения и выгорания топлива и теплообмена в такой топке существенно отличаются от условий обычных тангенциальных топок, где в центральной (приосевой) области практически отсутствует активное движение газов. Проведённые сравнительные исследования цилиндрической и многогранной кольцевых камер показали, что при восьмигранном сечении аэродинамика кольцевой топки близка к течению в цилиндрической кольцевой камере.

На рисунке показаны конструкции котлов с кольцевой топкой для блоков 800 МВт на бурых и каменных углях. Для обоих котлов принята Т-образная компоновка с двумя симметрично отходящими от топки конвективными газоходами, в которых расположены пароперегревательные и экономайзерные поверхности нагрева.

Сравнительные размеры разных моделей котлов

Рис. 1 — Сравнительные размеры разных моделей котлов

Котлы с кольцевой топкой

Рис. 2 — Котлы с кольцевой топкой

Кольцевая топка для обоих котлов представляет собой восьмигранную наружную камеру с диаметром 27,5-28 м, внутри которой соосно установлена полая восьмигранная камера с условным диаметром 13,75-14 м.

Экраны наружной и внутренней камер выполнены в виде вертикальных цельносварных газоплотных панелей из труб диаметром 32×6 (ст. 12×1МФ) с шагом 48 мм.

Во внутренней камере установлена основная строительная колонна («пилон»), лифт и площадки обслуживания.

Топка оборудуется 32-мя прямоточными горелками, расположенными в 4 яруса по одному горелочному блоку на каждой наружной грани топки. Для обеспечения вращательного течения в горизонтальном сечении оси горелок направлены по тангенциальной схеме.

В кольцевой топке используются специальные регулируемые горелки, обеспечивающие возможность изменения направления ввода в топку горелочных струй. Это позволяет сравнительно легко настроить положение вращающегося факела без активного касания его внутренней и наружной камер.

Для дополнительного снижения выбросов NOx часть вторичного воздуха вводится в топку отдельно от горелок на их уровне расположения, а также в зону выше горелок. При этом для уменьшения крутки газов перед их входом в конвективные газоходы верхний ввод воздуха (OFA) организован по тангенциальной схеме с направлением противоположным вращению основного потока топочных газов.

Использование кольцевой топки позволяет:

  • снизить высоту котла на 25—30%;
  • уменьшить металлоёмкость на 20%;
  • повысить надёжность работы экранных панелей топки за счёт более высокой равномерности их тепловосприятия по периметру топки;
  • уменьшить загрязнение и шлакование топки за счёт снижения в ней температурного уровня;
  • снизить выбросы NOx за счёт снижения температуры, интенсификации смесеобразования и внутренней рециркуляции;
  • облегчить решение строительных и опорно-подвесных конструкций котла.

Выполненные по программе FLUENT расчёты позволяют получить распределение скорости и температуры в горизонтальном сечении топки.

Распределение скорости и температуры в горизонтальном сечении топки

Рис. 3 — Распределение скорости и температуры в горизонтальном сечении топки

По построению схемы пароводяного тракта котёл с кольцевой топкой практически не отличается от обычного котла Т-образной компоновки. Тракт первичного пара выполнен в виде двух (по числу газоходов) несмешивающихся параллельных потоков с автономными системами регулирования. При этом каждый поток в свою очередь делится на два подпотока, которые периодически перемешиваются для исключения тепловых разверок.

Тракт вторичного пара состоит из четырех самостоятельно регулируемых потоков. Схема включения поверхности нагрева, их конструкция и применение полнопроходных встроенных сепараторов, позволяет обеспечить работу котла на скользящих параметрах.

Особенностью конструкции котла с кольцевой топкой в части строительных решений является установка в центральной части внутренней камеры мощного строительного пилона, лифта и площадок обслуживания, что значительно облегчает развязку каркаса и всей подвесной системы котла.

Испытания и опыт эксплуатации котла подтвердили его эффективность и целесообразность широкого применения кольцевых топок для крупных котлоагрегатов при сжигании различных топлив. В 2001 г. котел рекомендован к внедрению РАО ЕЭС России.

Основные параметры котлов

N п/п Параметры Котел для бурых углей Котел для каменных углей
1 Производительность котла, т/ч 2 650 2 450
2 Давление первичного пара за котлом, МПа 25 25
3 Температура первичного пара на выходе из котла, °C 545 545
4 Температура питательной воды, °C 275 275
5 Расход вторичного пара, т/ч 2 186 2 020
6 Давление вторичного пара на выходе из котла, МПа 3,5 3,5
7 Температура вторичного пара на выходе из котла, °C 545 545
8 КПД котла, % 91,0 92,6
9 Температура газов в топке, °C
в конце зоны активного горения
на выходе из топки

1 174
1 062

1 230
1 054

Характеристики топлива

Наименование Обозначение Бурый уголь Каменный уголь
Влажность, % W` 33 15,5
Зольность, % A` 4,7 6,6
Теплопроводная способность, кДж/кг Q` 15 655 23 750
Выход летучих, % V` 48

33,8