Размещено на http://www.allbest.ru/

Снижение аэродинамического сопротивления газового тракта котлов ТГМП-314 ТЭЦ-23 ОАО "Мосэнерго"

З.А. Зройчиков,

Б.Г. Москвин,

A.M. Архипов,

В.Б. Прохоров,

Ю.М. Комиссаров,

B.C. Киричков

Аннотация

Котлы ТГМП-314 на ТЭЦ-23 были реконструированы. Вместо четырех циклонных предтопков у них были установлены настенные горелочные устройства и увеличены поверхности нагрева. Это привело к увеличению аэродинамического сопротивления котлов. В настоящее время котлы ТГМП-314 ТЭЦ-23 ОАО "Мосэнерго" не могут в летнее время нести полную нагрузку из-за повышенного аэродинамического сопротивления газового тракта. В зимнее время за счет увеличения самотяги дымовой трубы котлы обеспечивают номинальную паровую нагрузку. В статье рассмотрены возможные пути снижения аэродинамического сопротивления с целью обеспечения круглогодичной работы котлов с номинальной нагрузкой.

Введение

Для снижения аэродинамического сопротивления газового тракта котлов рассмотрены следующие варианты их реконструкции:

* перевод части дымовых газов котлов ТГМП-314 в газоходы пиковых водогрейных котлов;

* увеличение сечения для прохода газов в регенеративном воздухоподогревателе РВП-88;

* организация отсоса протечек воздуха из-под радиальных и аксиальных уплотняющих плит в регенеративном воздухоподогревателе РВП-88 за счет подключения к всасывающим линиям дутьевого вентилятора или ДРГ.

СНИЖЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГАЗОВОГО ТРАКТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ ТГМП-314 ТЭЦ-23

Краткое описание газового тракта котлов ТЭЦ-23 ОАО "МОСЭНЕРГО"

Схема подключения энергетических и пиковых водогрейных котлов к дымовым трубам ТЭЦ-23 представлена на рис. 1. Дымовые трубы - четырехствольные высотой 250 м. Каждая дымовая труба имеет два газоотводящих ствола диаметром 4,5 м и два ствола диаметром 4,2 м. Энергетические котлы ТГМП-314 подключены к индивидуальным металлическим газоотводящим стволам диаметром 4,5 м, а пиковые водогрейные котлы - к стволам диаметром 4,2 м.

У дымовой трубы №3 к двум стволам с диаметрами 4,2 м подключены по два водогрейных котла ПТВМ-180, а у дымовой трубы №4 кроме двух котлов ПТВМ-180 к стволам подключается еще по одному водогрейному котлу КВГМ-180. аэродинамический котел сопротивление

Пиковые водогрейные котлы ПТВМ-180 работают на самотяге без дымососов, а котлы марки КВГМ-180 оснащены дымососами типа ДН-24х 2.

Газоходы котлов - металлические коробы переменного сечения, протяженностью 50...ПО м, содержащие различные повороты и гибы, сопротивление которых учтено в расчетах.

Результаты аэродинамических расчетов газовых трактов энергетических и водогрейных котлов ТЭЦ-23

Исходные данные для выполнения аэродинамических расчетов взяты из режимной карты работы котлов, чертежей внешних газоходов и дымовых труб и согласованы с представителями ТЭЦ-23 ОАО "Мосэнерго".

Аэродинамические расчеты газоотводящих стволов многоствольных труб и газового тракта пиковых водогрейных котлов выполнялись по методике [1].

Из аэродинамических расчетов газового тракта энергетических котлов было получено, что разность между величиной самотяги газового тракта в зимнее и летнее время года составляет около 40 кгс/м. Поэтому, чтобы обеспечить работу котлов с номинальной нагрузкой в летнее время года, необходимо снизить аэродинамическое сопротивление газовых трактов на 40 кгс/м.

Аэродинамические расчеты газового тракта пиковых водогрейных котлов показали следующие:

* Наибольшее аэродинамическое сопротивление наблюдается у газоотводящих стволов дымовой трубы № 4, к которым подключены три пиковых котла;

* При уменьшении температуры наружного воздуха и увеличении нагрузки котлов, суммарное аэродинамическое сопротивление тракта увеличивается. Это объясняется тем, что при больших скоростях газов, аэродинамические потери давления возрастают в большей мере, чем растет величина самотяги.

Конструктивные особенности схемы перевода дымовых газов от энергетических котлов в газоход ПВК

Одним из способов снижения аэродинамического сопротивления газового тракта энергетических котлов является перевод части дымовых газов от газоходов энергетических котлов в газоотводящий ствол пиковых водогрейных котлов.

Перевод части дымовых газов не должен приводить к ограничению тепловой нагрузки пиковых водогрейных котлов ПТВМ-180, которые работают без дымососа. Для обеспечения выполнения этого условия необходимо, чтобы выполнялось неравенство

ДСддр+ДСгаз+ДСк+СЛи < ДРсам (1)

где ДРддр - аэродинамическое сопротивление газоотводящего ствола дымовой трубы, кгс/м; Ряо - потери с выходной скоростью, кгс/м 2; ДРсам - самотяга газоотводящего ствола и внешних газоходов, кгс/м 2; ДРгаз - аэродинамическое сопротивление внешних газоходов пиковых водогрейных котлов, кгс/м; ДV-аэродинамическое сопротивление пиковых водогрейных котлов, кгс/м.

Для дымовых труб № 3 и № 4 были рассмотрены разные схемы перевода дымовых газов из газоходов энергетических котлов в газоходы пиковых котлов. Для дымовой трубы № 3 характерно наличие одного общего газохода от двух пиковых котлов ПТВМ-180, расположенного над газоходами энергетического кола. Для дымовой трубы № 4 дополнительно имеется газоход от пикового котла КВГМ-180, расположенный под газоходами энергетических котлов.

Схема перевода газов энергетических котлов в газоходы пиковых водогрейных котлов для дымовой трубы № 3 представлена на рис. 2. В этом случае перевод части дымовых газов в газоотводящий ствол будет осуществляться за счет установки внутри одного газохода разделительной перегородки и последующего отвода дымовых газов в газоход пиковых водогрейных котлов ПТВМ-180. Объемный расход газов, переводимых в ствол пиковых водогрейных котлов, будет определяться высотой установки разделительной перегородки.

Для дымовой трубы №4 схема перевода газов энергетических котлов в газоходы пиковых водогрейных котлов представлена на рис. 3. Энергетический котел имеет два газохода. Перевод части дымовых газов в газоотводящий ствол будет осуществляться за счет установки внутри обоих газоходов разделительной перегородки и поворотных шиберов с последующим отводом дымовых газов в газоходы пиковых водогрейных котлов. Из верхнего газохода энергетического котла газы переводятся в газоход котлов ПТВМ-180, а из нижнего газохода - в газоход котла КВГМ-180. Объемный расход газов, переводимых в ствол пиковых водогрейных котлов, будет определяться высотой установки разделительной перегородки и степенью открытия шиберов. Поворотные шиберы устанавливаются для увеличения пропуска дымовых газов от энергетического котла в газоход ПВК в летнее время, когда водогрейные котлы не работают.

Снижение аэродинамического сопротивления газового тракта котлов ТЭЦ-23 за счет перевода части дымовых газов энергетических котлов в газоход ПВК

Исходя из уравнения (1) был рассчитан максимально возможный объемный расход дымовых газов, который можно перевести в газоход водогрейных котлов и при этом обеспечить номинальную тепловую нагрузку пиковых водогрейных котлов ПТВМ-180 в зимнее время года. Для дымовой трубы № 4, где к газоотводящим стволам подключается по три ПВК, этот объем составил 55 м 3/с (11 % от всего расхода дымовых газов энергетического котла), а для дымовой трубы № 3, варианта с двумя ПВК - 180 м/с (36 % всего расхода дымовых газов энергетического котла). При этом необходимое разрежение на выходе из водогрейных котлов ПТВМ-180 обеспечивается, что позволит котлам нести полную тепловую нагрузку.

Для дымовой трубы № 3 аэродинамический расчет газового тракта энергетического котла при переводе 180 м 3/с дымовых газов в газоход ПВК показал, что аэродинамическое сопротивление снизилось на 42,1 кгс/м. Это позволит обеспечить работу энергетических котлов в летнее время с номинальной нагрузкой и не приведет к снижению тепловой производительности котлов ПТВМ-180 в зимнее время года. Перевод части дымовых газов энергетического котла в газоотводящий ствол пиковых котлов для дымовой трубы № 3 может быть осуществлен за счет установки внутри одного газохода разделительной перегородки и последующего отвода дымовых газов в газоход пиковых водогрейных котлов ПТВМ-180 (см. рис. 2). Объемный расход газов, переводимых в ствол пиковых водогрейных котлов, будет определяться высотой установки разделительной перегородки.

Для дымовой трубы № 4 в зимнее время года можно перевести в газоотводящий ствол пиковых водогрейных котлов 55 м/с дымовых газов, что позволит снизить аэродинамическое сопротивление энергетического котла на 14,2 кгс/м 2. Чтобы снизить аэродинамическое сопротивление газового тракта энергетических котлов на большую величину, предлагается перевод части дымовых газов в газоотводящий ствол осуществлять за счет установки внутри обоих газоходов разделительной перегородки и поворотных шиберов, как показано на рис. 3. Объемный расход газов, переводимых в ствол пиковых водогрейных котлов, будет определяться высотой установки разделительной перегородки и степенью открытия шиберов.

В летнее время, когда пиковые водогрейные котлы не работают, отвод дымовых газов от энергетического котла в газоход ПВК возможен в большем объеме. В это время шиберы закрыты и в газоход пиковых котлов переводится 188 м 3/с газов котла. При этом аэродинамическое сопротивление газового тракта котла снижается примерно на 45 кгс/м 2. Эта величина достаточна для работы энергетического котла в летнее время в номинальном режиме. Зимой шиберы открываются, и в газоход пиковых котлов переводится 63 м /с газов котла, что позволит снизить его аэродинамическое сопротивление на 15 кгс/м.

СНИЖЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГАЗОВОГО ТРАКТА КОТЛОВ ТГМП-314 ЗА СЧЕТ РЕКОНСТРУКЦИИ РВП-88 И СОКРАЩЕНИЯ ПЕРЕТЕЧЕК ВОЗДУХА

Как показали испытания котлов ТГМП-314, регенеративные воздухоподогреватели РВП-88, установленные на этих котлах, имеют высокое аэродинамическое сопротивление, которое в зависимости от типа набивки и ее состояния при номинальной нагрузке котлов, составляет 150... 175 кгс/м. Сечение для прохода дымовых газов в РВП-88 составляет 50 % общего проходного сечения ротора. Для снижения аэродинамического сопротивления РВП по газовой стороне рассмотрена возможность увеличения сечения в РВП для прохода газов с одновременным уменьшением сечения для прохода воздуха. Это позволит снизить скорость дымовых газов в РВП и его аэродинамическое сопротивление, которое пропорционально скорости газового потока во второй степени. Дутьевые вентиляторы ВДН-25x2 имеют большой запас по развиваемому напору, поэтому увеличение аэродинамического сопротивления по воздушному тракту не приведет к ограничению паровой нагрузки котлов. Также рассмотрено влияние снижения перетечек воздуха через зазоры в уплотнительных устройствах воздухоподогревателя на величину аэродинамического сопротивления газового тракта.

Схема регенеративного вращающегося воздухоподогревателя представлена на рис. 4. Регенеративный подогреватель представляет собой вращающийся цилиндр, внутренняя часть которого заполнена тонкими гофрированными железными листами, либо другой набивкой. Ротор вращается со скоростью 2 об/мин, так что набивка попеременно находится то в газовом, то в воздушном потоке. Движение газов и воздуха - противоточное. Вращающийся ротор закрыт плотным неподвижным кожухом, к верхней и нижней частям которого присоединены воздушные и газовые короба. Газовая и воздушная стороны разделены секторной плитой, являющейся элементом уплотнения воздухоподогревателя. Поверхность нагрева набирается из специальных пакетов, которые по высоте располагаются в три ряда (два пакета в горячем слое и один в холодном).

На котлах ТГМП-314 ТЭЦ-23 "Мосэнерго" установлены по два регенеративных вращающихся воздухоподогревателя марки РВП-88 (диаметр ротора 8,8 м). Набивка горячей части представляет собой тонкие гофрированные металлические листы, а холодной части - шаростержневые сектора.

Снижение аэродинамического сопротивления котлов за счет увеличения сечения для прохода газов в РВП

В табл. 1 приведены основные результаты тепловых расчетов воздухоподогревателя при различных соотношениях проходных сечений для дымовых газов и воздуха. Исходные данные для расчетов РВП-88 приняты из режимных карт работы котлов и из теплового расчета котла ТГМП-314, выполненного заводом изготовителем. Поверочные тепловые расчеты РВП проведены в соответствии с методикой, рекомендованной в [2].

Как видно из результатов теплового расчета РВП-88, увеличение сечения для прохода газов приводит к снижению тепловой экономичности котла: температура подогрева воздуха снижается, а температура уходящих газов растет. Увеличение проходного сечения по газам на большую величину (до 55 и 60 %) потребует значительной реконструкции РВП, так как в этих случаях необходим перенос подводящих и отводящих коробов газов и воздуха, выполненных из толстостенного металла. Увеличение сечения для прохода газов на 5,2 % (Fr/FB = = 52,6 %/47,4 %) не потребует реконструкции подводящих и отводящих коробов газов и воздуха, а необходим будет только перенос верхних и нижних уплотняющих плит на 4°23' в воздушную сторону воздухоподогревателя.

Перенос секторных уплотнительных плит так чтобы сечение для прохода газового потока составило 60; 55 и 52,6 % от суммарного проходного сечения ротора, позволяет снизить аэродинамическое сопротивление воздухоподогревателя по газовой стороне соответственно на 53; 30 и 17 кгс/м.

Снижение аэродинамического сопротивления котлов за счет снижения присосов воздуха в РВП-88

Перетоки воздуха в газовый тракт воздухоподогревателя приводят к увеличению расхода электроэнергии на тягу и дутье, перегружая дымососы и дутьевые вентиляторы, что при недостаточном запасе их производительности может служить ограничением располагаемой мощности блока. Также перетоки в значительной степени, способствуют увеличению потери тепла с уходящими газами, за счет снижения тепловой эффективности РВП.

Нормативная величина присосов воздуха в тракте от экономайзера до дымососа составляет ДбВР = 0,25 и основные присосы воздуха происходят в РВП. На котлах ТГМП-314 ТЭЦ-23 "Мосэнерго" обеспечивается нормативная величина присосов на рассматриваемом участке газового тракта.

Основной причиной высоких присосов воздуха в РВП является значительный перепад давления между воздушной и газовой стороной. Воздух в РВП находится под избыточным давлением, а дымовые газы - под разрежением. Перепад давлений между воздушной и газовой стороной на входе газов в РВП превышает 300 кгс/м 2, а на выходе из РВП - 500 кгс/м 2.

Воздух перетекает в поток газов через аксиальные и радиальные уплотнения. Регулировка зазоров уплотнений осложняется многими факторами, самыми значительными из которых являются неравномерность прогрева РВП, имеющая место при пуске и останове котла, а также при изменении паровой нагрузки, и высокая линейная скорость уплотняемых элементов (1.. .2 м/с).

Снижение присосов воздуха в РВП позволит значительно уменьшить аэродинамическое сопротивление газового тракта, так как при этом уменьшится объемный расход и скорость дымовых газов в тракте от экономайзера до выхода газов из дымовой трубы, а аэродинамические потери пропорциональны скорости газов во второй степени.

Воздушные перетечки можно сократить, снизив перепад давлений, под которыми находятся уплотнительные устройства. Для этого через отверстия в радиальных и аксиальных уплотнительных плитах необходимо организовать отсос воздуха. Отсасываемый воздух можно подавать на всос дымососов рециркуляции газов и или на всос дутьевых вентиляторов. Предпочтительнее осуществлять отсос воздуха с помощью дымососов рециркуляции, так как у них на всасывающей стороне большее разрежение по сравнению с дутьевыми вентиляторами. При этом должен также значительно сократиться перенос воздуха, оставшегося в граничных секторах при повороте ротора воздухоподогревателя, в газовый поток. Снижение величины присосов в РВП позволит снизить потери тепла с уходящими газами и повысить КПД котла, снизить затраты энергии на привод дымососа.

При организации отсоса воздуха из РВП величину снижения присосов воздуха, в зависимости от принятой схемы реализации отсоса и конструктивного исполнения можно оценить ДбВР = = 0,1_0,15. Тогда присосы воздуха в тракте от экономайзера до дымососа составят ДбВР = 0,1...0,15, вместо нормативной величины присосов 0,25. Выполнены тепловые и аэродинамические расчеты РВП-88 при реализации отсоса воздуха из камер уплотнений и переносе секторных плит при различной величине отсоса воздуха из РВП. Для расчетов доля отсоса воздуха из уплотнительных камер была принята равной 0; 0,05; 0,10; 0,15 при проходном сечении по газам 50; 52,6; 55; 60 % от общего проходного сечения ротора.

Как показали расчеты, снижение присосов воздуха в РВП (без переноса радиальных уплотнительных плит) на ДбВР отс = 0,1 позволит снизить аэродинамическое сопротивление воздухоподогревателя на 14,3 кгс/м, при этом аэродинамическое сопротивление всего газового тракта котлов уменьшится на 28 кгс/м, а снижение присосов воздуха на ДбВР =0,15 позволит снизить эти величины соответственно на 22 и 39,8 кгс/м 2.

На рис. 5 и 6 представлены графические зависимости изменения температуры уходящих газов и горячего воздуха от величины перетоков в воздухоподогревателе при различных проходных сечениях для дымовых газов и воздуха. Как видно из графиков, снижение присосов воздуха в РВП на величину 0,15 приведет к снижению температуры уходящих газов (на 5,8...6,3 °С) и повышению температуры подогрева воздуха (на 0,8...2,2 °С). В тепловом расчете не учтено то обстоятельство, что перепад давлений между воздушной и газовой стороной выше при выходе газов из РВП. Поэтому в РВП больше подсасывается холодный воздух, который снижает температуру уходящих газов, что может привести к некоторому увеличению температуры уходящих газов, по сравнению с результатами теплового расчета РВП.

Увеличение сечения для прохода газов в РВП в сочетании с уменьшением присосов воздуха приводит к значительному снижению аэродинамического сопротивления газового тракта котла. Для варианта без значительных конструктивных изменений РВП (Fr/FB = 52,6 %/47,4 %) и снижения присосов воздуха на ДбВР = 0,1...0,15 аэродинамическое сопротивление соответственно снизится на 42,6...55,1 кгс/м 2, что обеспечит работу котла с номинальной паровой нагрузкой в летнее время года. Для вариантов с большим увеличением сечения для прохода газов в РВП аэродинамическое сопротивление газового тракта снизится на большую величину.

Заключение

Таким образом, обеспечить работу котлов ТГМП-314 ТЭЦ-23 ОАО "Мосэнерго" с номинальной паровой нагрузкой в летнее время можно за счет перевода части дымовых газов в газоход пиковых водогрейных котлов, а также путем увеличения сечения для прохода газов в РВП с одновременным снижением присосов воздуха в нем.

Список литературы

1. Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). Л.: "Энергия", 1977. 256 с.

2. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). М.: "Энергия", 1973. 296 с.

Размещено на Allbest.ru