- Инструкция по обслуживанию котлоагрегата
- Страницы работы
- Содержание работы
- ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
- Наладка котлов БКЗ-75-39 ФБ с нижним дутьём. Возможности снижения выбросов оксидов азота
- Введение
- Исходные данные
- Общий подход к наладке котла с регулировкой выбросов оксидов азота
- Наладочные работы по сокращению выбросов оксидов азота на котлоагрегате БКЗ-75-39 ФБ, ст. № 2
- Регулировка положения факела
- Роль тонкости помола топливной пыли
- Выводы
- Литература
Инструкция по обслуживанию котлоагрегата
Страницы работы
Содержание работы
Главный инженер БТС
Срок действия установлен:
ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ
(филиал «Братские тепловые сети»)
По обслуживанию котлоагрегата
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Настоящая инструкция составлена на основании заводской инструкции по монтажу и эксплуатации котлоагрегата, Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. В ней приведены сведения по назначению, устройству и принципу действия основных элементов котлоагрегата БКЗ-75-39ФБ.
Инструкцию должны знать:
- Машинист ЦТЩ управления котлами.
- Старший машинист котельного оборудования.
- Машинист-обходчик по котельному оборудованию 4 разряда.
- ИТР КТЦ
- НС БТС
I. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Котельный агрегат типа БКЗ-75-39 ФБ, вертикально-водотрубный, однобарабанный с камерной топкой, естественной циркуляцией, с тремя ступенями испарения, с П-образной компоновкой поверхностей нагрева.
Источник
Наладка котлов БКЗ-75-39 ФБ с нижним дутьём. Возможности снижения выбросов оксидов азота
С.Г. Бизюков, инженер по наладке и испытаниям, ООО «КраМЗЭнерго», г. Красноярск
Введение
«Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок» (утв. приказом Министерства энергетики РФ от 24.03.2003 г. № 115) обязывают выполнять следующие требования:
– при работе тепловых энергоустановок следует принимать меры для предупреждения или ограничения вредного воздействия на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов в водные объекты, шума, вибрации и иных вредных физических воздействий, а также по сокращению безвозвратных потерь и объёмов потребления воды (п. 2.12.2);
– количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от тепловых энергоустановок не должно превышать установленных норм предельно допустимых выбросов (лимитов)… (п. 2.12.3).
Кроме того, в «Правилах технической эксплуатации электрических станций и сетей» (утв. приказом Министерства энергетики РФ от 19.06.2003 г. № 229) указывается: «При эксплуатации котлов должны быть обеспечены: . допустимые выбросы вредных веществ в атмосферу» (п. 4.3.1).
Среди веществ, выбрасываемых в атмосферу при сжигании органического топлива в котельных установках, особое место занимают токсичные оксиды азота NOx (главным образом – монооксид азота NO и в меньшей степени – диоксид NO2).
Количество образующихся оксидов азота зависит от характеристики топлива и от конструктивного исполнения топочной камеры. В топках при горении топлива образуется 95-99% монооксида азота NO и 1-5% диоксида азота NO2 [3].
Диоксид азота относится к III классу опасности и более опасен, чем оксид углерода CO, относящийся к IV классу опасности: «диоксид азота . Это сильный окислитель, реагирует с влагой дыхательных путей, образуя азотную кислоту: 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO. Этим и объясняется вредное воздействие диоксида азота на человека, приводящее к развитию отёка лёгких. Ощущение запаха и незначительное раздражение во рту отмечаются при концентрациях NO2 = 0,0002 мг/дм 3 . При концентрациях выше 0,054 мг/дм 3 наблюдаются тяжёлые отравления, вплоть до смертельных» [1].
В связи с вышеизложенным, говорить о том, что при наладке и эксплуатации котлов необходимо проводить мероприятия, направленные, в том числе, на снижение выбросов оксидов азота, было бы излишним.
Исходные данные
Несколько лет назад в котельной КраМЗа (ныне «КраМЗЭнерго») была проведена наладка котельного агрегата БКЗ-75-39 ФБ, ст. № 2, работающего на Ирша-Бородинском буром угле. Котёл – однобарабанный, с естественной циркуляцией, П-образной компоновки предназначен для выработки перегретого пара.
Для подачи топлива на котле имеются две пылесистемы прямого вдувания, с молотковыми мельницами ММТ 1300/2564 и гравитационными сепараторами. Оборудован двумя усовершенствованными пылеугольными прямоточными инжекционными горелками, расположенными с фронта котла, по одной на каждую мельницу. Конфигурация горелок разработана специально для работы котла с нижним дутьём.
Мельницы, сепарационные шахты, горелки и прочие элементы, находящиеся слева от фронта котла, имеют обозначение «А», находящиеся справа – «Б».
Топочная камера объёмом 454 м 3 полностью экранирована трубами Ø60×3, схема испарения – трёхступенчатая. Трубы фронтового, заднего экранов и нижней части образуют холодную воронку. В верхней части трубы заднего экрана разведены в четырёхрядный фестон. Экраны разделены на 12 самостоятельных циркуляционных контуров.
В барабане котла диаметром 1500 мм имеется чистый отсек I ступени испарения и два солевых отсека II ступени (по торцам барабана), оборудованные внутрибарабанными циклонами, III ступень вынесена в выносные циклоны, пар из которых поступает в барабан.
Пароперегреватель – конвективный, вертикального исполнения, змеевиковый с коридорным расположением труб, выполнен из двух блоков, расположенных в поворотном газоходе между топкой и опускным газоходом.
Экономайзер – стальной трубчатый с шахматным расположением труб.
Воздухоподогреватель – стальной трубчатый вертикального типа с шахматным расположением труб.
На котле смонтированы воздуховоды и сопла нижнего дутья, через которые часть горячего воздуха подаётся в холодную воронку (нижнее дутьё организовано по предложению научной группы из Красноярского политехнического института (в настоящее время – СФУ), для оптимизации процесса горения топлива и сокращения вредных выбросов. – Прим. авт.).
Горячий, организованно подаваемый воздух после воздухоподогревателя разделяется по следующим направлениям:
1) первичный воздух подаётся на мельницы для подсушки и транспортировки угольной пыли;
2) вторичный воздух подаётся в сопла горелок, обеспечивает необходимый избыток воздуха и температуру для начала горения топлива;
3) третичный воздух (заднее дутьё) подаётся на заднюю стенку топки, для дожигания летучих и для того, чтобы «отдуть» пламя от заднего экрана;
4) нижнее дутьё подаётся в холодную воронку для полноты сгорания топлива.
Воздуховоды первичного, вторичного воздуха, нижнего дутья имеют ранее протарированные согласно [1] сечения для измерений скоростей и расходов.
Воздуховоды заднего дутья протарировать и точно измерить расходы и скорости невозможно из-за их изгибов и близости регулирующего шибера, создающих слишком большие завихрения в потоке. Открытие заднего дутья контролируется по статическим микродавлениям воздуха и положениям шиберов.
Сводная ведомость результатов измерений составлена в программе Excel. В таблице набраны вспомогательные величины и формулы, позволяющие по результатам измерений быстро получать значения расходов воздуха и дымовых газов, пересчитанные для нормальных условий, уточнённые коэффициенты избытка воздуха, величины вредных выбросов и тепловые потери. Тепловые потери и КПД (брутто) котла, расход топлива считаются методом обратного баланса.
Например, зная измеренный динамический напор воздуха в данный момент, его температуру и давление, можно быстро получить расход воздуха, для удобства приведённый к нормальным условиям.
В данной работе вся Сводная ведомость не приводится из-за её громоздкости и большого количества вспомогательных величин, а приводится только выборка из неё с основными показателями по вредным выбросам (см. ниже).
Единственное, что нельзя сделать быстро, – это определить механический недожог q4. Но величина q4 обычно незначительна и мало влияет на определение расхода топлива, а, если ранее анализ золы делался многократно, то, ориентируясь на цвет золы, вместо рассчитанного q4 для наладки вполне можно взять ожидаемый q4. То же самое относится к определению процента продувки.
Таким образом, можно получить расход топлива с достаточной для наладки точностью. Если необходимо, в дальнейшем эти недостающие величины можно определить точно по результатам анализа проб.
Измерительные приборы и приспособления:
1) переносной газоанализатор немецкого производства;
2) напорные измерительные трубки модификации НИИОГАЗ и Пито (аналогичные трубкам Прандтля);
3) термометры переносные;
4) ситовой вибрационный анализатор пыли (АСВ-300) и приспособление для отбора проб топливной пыли.
Общий подход к наладке котла с регулировкой выбросов оксидов азота
В литературе многими авторами упоминается снижение выбросов оксидов азота методом снижения избытка воздуха. При этом в качестве ориентира чаще всего приводится коэффициент избытка воздуха α, измеренный газоанализатором после котла или даже после золоуловителя. Измеренный α содержит весь организованно подаваемый воздух плюс присосы наружного воздуха. Такой подход даёт представление, что для снижения выбросов оксидов азота достаточно лишь просто уменьшить подачу общего воздуха вентилятором. Это, конечно, имеет эффект, но ограниченный. При таком подходе не совсем понятно, как регулировка подачи воздуха отдельных направлений (первичного, вторичного, заднего и нижнего дутья) влияет на концентрацию оксидов азота в дымовых газах.
В представленной работе применены локальные коэффициенты соотношений отдельных направлений организованно подаваемого воздуха к теоретически необходимому.
Локальные коэффициенты получены следующим образом. Известны мгновенные расходы воздуха разных направлений и результаты сделанных одновременно анализов дымовых газов. Известен расход топлива, а его характеристики можно взять средние из последних анализов топлива или усреднённые данные из последних сертификатов. Таким образом, если умножить расход топлива на теоретически необходимый объём воздуха (B×V 0 ), можно получить количество теоретически необходимого воздуха, выраженное в нм 3 /ч. Это позволяет применить локальные соотношения организованно подаваемого воздуха различных направлений к теоретически необходимому.
В данной работе применены следующие локальные коэффициенты:
• α I – соотношение первичного воздуха к теоретически необходимому;
• α I + II – соотношение первичного и вторичного воздуха к теоретически необходимому;
• α I + II +н – соотношение первичного, вторичного воздуха и нижнего дутья к теоретически необходимому.
После серии опытов составлены графики, на которых приведены локальные коэффициенты и одновременно измеренные концентрации NOx. Получается чёткое и ясное представление, какие направления организованно подаваемого воздуха как именно влияют на образование оксидов азота, перспективы и возможности дальнейшей регулировки воздушного баланса.
Применение локальных коэффициентов в качестве ориентиров при анализе полученных в результате наладочных опытов данных даёт по сравнению с другими параметрами ряд преимуществ:
1) меньше зависимость от перепадов нагрузки котла и связанных с ними перепадов расходов, температур и пр.;
2) большая наглядность влияния расходов воздуха отдельных направлений на образование оксидов азота;
3) возможность прогнозировать развитие ситуации по образованию оксидов азота при регулировке воздушного баланса и заранее задаваться необходимыми расходами воздуха для следующего опыта.
Наладочные работы по сокращению выбросов оксидов азота на котлоагрегате БКЗ-75-39 ФБ, ст. № 2
Проведены две серии наладочных опытов, результаты которых приведены в сокращённых Сводных ведомостях. Первая серия опытов проводилась, когда мельничные била были достаточно изношены (табл. 1).
Таблица 1. Сводная ведомость 1: (выборка) итогов обработки результатов испытаний по регулировке вредных выбросов к/а БКЗ-75-39 ФБ, ст. № 2 (износ бил: ММТ «А» – 1125÷1317ч; ММТ «Б» – 1412÷1604 ч).
Вторая серия опытов была проведена после замены мельничных бил (табл. 2).
Таблица 2. Сводная ведомость 2: (выборка) итогов обработки результатов испытаний по регулировке вредных выбросов к/а БКЗ-75-39 ФБ, ст. № 2 (износ бил: ММТ «А» – 0÷288 ч; ММТ «Б» – 87÷375 ч).
В графическом изображении видим следующее.
Если образование оксидов азота и оксида углерода отслеживать в зависимости от избытка воздуха, измеренного в дымовых газах за котлом, то зависимость наблюдается недостаточно чётко, данные сильно разбросаны (рис. 1). А если установить зависимость от локальных коэффициентов, то можно наблюдать более ясную картину изменения выбросов (рис. 2-5).
Рисунок 1. Концентрации NOx и CO в дымовых газах и коэффициент избытка воздуха α, рассчитанный по результатам анализа дымовых газов из газохода за котлом (здесь и далее концентрация NOx приведена к стандартному α=1,4. – Прим. авт.).
Рисунок 2. Концентрации NOx и CO в дымовых газах и соотношение организованно подаваемого воздуха «первичный + вторичный + нижнее дутьё» к теоретически необходимому.
Установлено, что наибольшее влияние на образование оксидов азота оказывает количество «первичного + вторичного» воздуха (рис. 3), при этом особое значение имеет первичный воздух. Особое значение первичного воздуха объясняется его большим количеством, и даже малое изменение степени его открытия более заметно по сравнению с воздухом других направлений (рис. 2). Наилучший результат получен при работе котла на нагрузке 58 т/ч и вхождении в режим «контролируемого недожога» (табл. 2).
Рисунок 3. Концентрации NOx и CO в дымовых газах и соотношение организованно подаваемого воздуха «первичный + вторичный» к теоретически необходимому.
Рисунок 4. Концентрации NOx и CO в дымовых газах и соотношение первичного воздуха к теоретически необходимому.
Рисунок 5. Удельные выбросы NOx и CO и соотношение организованно подаваемого воздуха «первичный+вторичный» к теоретически необходимому.
Режим «контролируемого недожога» характеризуется тем, что в дымовых газах присутствует небольшое количество оксида углерода CO, оказывающее малосущественное влияние на тепловые потери и менее вредное для экологии по сранению с оксидами азота. Среднюю концентрацию NOx в дымовых газах удалось снизить до 305 мг/м 3 (в пересчёте на α = 1,4), а удельные выбросы составили 0,114 кг/ГДж, это более чем в два раза ниже первоначальных данных.
Найти такой режим, когда выбросы NOx снижаются существенно, помогает применение локальных коэффициентов. Зима 2016-2017 гг. не была очень морозной, поэтому котлы работали на средних нагрузках. Если котлы будут работать на нагрузках, близким к номинальной, можно попытаться и дальше снизить удельные выбросы.
Итак, в ходе опытов установлена особая роль первичного воздуха в образовании оксидов азота, величине избытка воздуха и, как следствие, КПД котла. Но от чего зависит количество подаваемого первичного водуха? Возможности его регулировки простым изменением положения шиберов первичного воздуха на молотковых мельницах довольно ограничены.
Предлагаем две рекомендации.
1. Есть чёткая зависимость количества подаваемого первичного воздуха от степени изношенности мельничных бил. Не случайно приведённые в статье опыты условно разбиты на две серии: на работу мельниц с изношенными билами и с новыми билами. Результаты резко отличаются.
Машинисты котла ведут режим по показаниям амперметров мельниц. Когда билы изношены, то чтобы не «завалить» мельницу, первичный воздух открывают больше. При изношенных билах так же снижается самовентиляция мельницы. Тут уж ничего не поделаешь, – била должны отработать свой ресурс. Можно только посоветовать ставить качественные билы с местной закалкой.
2. В молотковых мельницах есть перегородка, отделяющая поток первичного воздуха от пространства над ротором. Эта перегродка является продолжением воздуховода и заходит внутрь самой мельницы. На практике бывают случаи, когда при ремонте на эту перегородку обращают мало внимания. Если зазор между нижним краем перегородки и верхним краем движущихся бил увеличен, то количество первичного воздуха возрастает, так как часть воздуха перетекает под эту перегородку поверх ротора и не работает на разгрузку мельницы. Зазор между нижней кромкой перегородки и верхним краем вращающихся бил должен соответсвовать проектным данным или [7]. В данном случае он не должен превышать 30 мм. Если ставят самодельную перегородку из тонкого, толщиной 8-10 мм металла, то нижняя кромка быстро стирается абразивным износом и зазор увеличивается. Перегородка должна быть из того же листового металла, что и броня мельницы.
Регулировка положения факела
При наладке пылеугольных котлов не менее важно правильно отрегулировать положение факела. Положение факела контролирутся визуально через лючки-гляделки, а регулировка производится изменением воздушного баланса.
Правильно отрегулированный факел выглядит так. Факел спокойный, неяркого жёлтого цвета. Снизу факела потоки движутся с небольшой скоростью, аэросмесь, воспламеняясь от топочных газов, образует небольшие закручивающиеся «языки». Нижний край факела опускается почти до самой холодной воронки. Сверху факела у амбразуры допускается наличие струй невоспламенившейся аэросмеси длиной около 0,5÷1 м, аэросмесь полностью воспламеняется уже ближе к центру топки. В задний экран не должны бить «упругие» струи факела с горящими частицами, допускается касание заднего экрана мягких «языков», в которых основная масса топлива уже выгорела (рис. 6).
Рисунок 6. Правильное положение факела котла БКЗ-75-39 ФБ с нижним дутьём (здесь и далее: 1 – воздуховоды первичного воздуха, 2 – воздуховоды вторичного воздуха, 3 – третичный воздух (заднее дутьё), 4 – нижнее дутьё).
Такое положение факела обеспечивает низкую температуру уходящих газов и, как следствие, уменьшение тепловых потерь. Улучшаются возможности снижения выбросов оксидов азота. Отсутствует опасное прогрессирующее шлакование экранов.
Чрезмерное открытие первичного и вторичного воздуха характеризуется высокими скоростями потоков в факеле. Аэросмесь воспламеняется быстро, уже внутри амбразуры горелки (рис. 7). Цвет факела ослепительно яркий, ядро факела расположено близко к горелкам. Крупные горящие частицы с большой скоростью долетают до заднего экрана и могут вызвать прогрессирующее образование шлака на экранах, который не удаляется обдувочными аппаратами. В топке наблюдается сепарация крупных горящих частиц, которые летят в топочном пространстве отдельно от факела. Сепарация является вредным и нежелательным явлением. Такой факел даёт повышенные тепловые потери с уходящими газами q2, повышает образование оксидов азота, создаёт опасность шлакования экранов.
Рисунок 7. Вид факела при чрезмерной подаче первичного и вторичного воздуха. Неправильное положение факела.
Рисунок 8. Вид факела при чрезмерном открытии нижнего дутья. Неправильное положение факела.
Попытки подать слишком большое количество воздуха через нижнее дутьё приводят к следующему. Потоки воздуха нижнего дутья, вторичного воздуха и аэросмеси не закручиваются по вертикали, а складываются в один общий поток, направленный вверх. Тогда факел оказывается высоко, под самым фестоном (рис. 8). Топливо находится в топке очень малое время и не успевает догорать. Горящие частицы пролетают через фестон, пароперегреватель, через все конвективные поверхности нагрева. Температура уходящих газов поднимается до недопустимых и опасных значений: 180-200 о C. Несгоревшие частицы топлива откладываются в конвективных поверхностях нагрева и даже в золоуловителе, что угрожает загоранием и необратимыми повреждениям элементов котла. Из дымовой трубы идёт черный дым, несмотря на достаточное количество подаваемого воздуха. Конечно, ни о какой экономичности работы котла и сокращении вредных выбросов в этом случае речь не идёт.
Общее количество воздуха, которое можно подавать через нижнее дутьё без негативных последствий, составляет 7-9% от всего организованно поданного воздуха.
Роль тонкости помола топливной пыли
При наладке пылеугольных котлов важнейшее значение имеет тонкость (тонина) помола угля. Практический опыт наладки показал, что для Ирша-Бородинского бурого угля наилучшим помолом является тот, что рекомендован в литературе: 50-60% по остатку на сите R90 для молотковых мельниц. Такой помол обеспечивает ровное и стабильное горение с оптимальным избытком воздуха. При таком помоле удобно добиваться и экономичности работы котла, и сокращения вредных выбросов.
Угрубление же помола таких высокореакционных углей, как Ирша-Бородинский бурый, приводит к следующим явлениям:
1. Повышается риск шлакования экранных труб и других элементов котла;
2. Увеличивается механический недожог и потери тепла q4;
Грубый помол способствует пульсации разрежения в топке, что, в свою очередь, может привести к опасным резким выбросам топочных газов в помещение котельной;
3. Повышается температура уходящих газов и потери тепла q2;
4. Грубый помол на молотковых мельницах обуславливает повышенное количество первичного воздуха и, как минимум, не способствует сокращению образования оксидов азота.
Попытки за счёт угрубления помола придать некий вектор, направленный вниз, с целью обеспечить «закручивание» факела по вертикали, не приводят к желаемым результатам, а только к вышеперечисленным нежелательным явлениям. Более того, если появляются крупные фракции (более 0,4 мм), уголь может падать в шлаковую шахту и там гореть, что чревато несчастным случаем при удалении шлака.
Исключением может быть работа котла на минимально допустимых нагрузках, на одной (из двух) пылесистеме. Тогда помол может быть до 70% по остатку на сите R90 без особых последствий для топочного режима.
Выводы
Применение нижнего дутья на котлах БКЗ 75/39 ФБ позволяет снижать выбросы оксидов азота без увеличения тепловых потерь и даже с их уменьшением.
Сокращение выбросов оксидов азота происходит не за счёт вихревого сжигания и «закручивания» факела, а за счёт уменьшения избытка воздуха. Наиболее эффективной является регулировка с уменьшением местных, локальных избытков воздуха.
Попытки организовать вихревое сжигание высокореакционных углей в топках тесных, неприспособленных для вихревого сжигания, не приводит к желаемым результатам.
Возможности дальнейшего уменьшения вредных выбросов на данных котлах не исчерпаны. Особый интерес представляет режим «контролируемого недожога». Для решения проблем необходим комплексный подход с объединением усилий наладки, эксплуатации и ремонта.
Литература
1. В.И. Трембовля, Е.Д. Фингер, А.А. Авдеева «Теплотехнические испытания котельных установок», М., Энергоиздат, 1991.
2. РД 153-34.1-26.303-98 «Методические указания по проведению эксплуатационных испытаний котельных установок для оценки качества ремонта», ОРГРЭС, М., 2000.
3. РД 34.02.304-95 «Методические указания по расчету выбросов оксидов азота с дымовыми газами тепловых электростанций».
4. СО 34.02.320-2003 Методические указания «Организация контроля газового состава продуктов сгорания стационарных паровых и водогрейных котлов».
5. РД 34.02.305-98 «Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС».
6. «Измерительные технологии для отопительного оборудования». Практическое руководство. Testo AG, 2012.
7. СТО 70238424.27.060.01.009-2009 «Мельницы молотковые тангенциальные. Общие технические условия на капитальный ремонт. Нормы и требования.
Источник