МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Восточно –Казахстанский Государственный Технический Университет им. Д.Серикбаева
Механико Технологический Институт
РЕФЕРАТ
на тему:
“Разработка и внедрение системы воспламенения пылеугольного факела с использованием электродуговых плазматронов “
Выполнил студент гр.04-ТЭ-1 Крюков Александр
Принял : доцент Алимгазин Алтай Шурумбаевич
Г.Усть-Каменогорск
2004г.
Современное развитие теплоэнергетики характеризуется сокращением использования дефицитного топочного мазута на пылеугольных тепловых электростанциях (ТЭС) и расширением применения твёрдых топлив, качество которых повсеместно снижается, вследствие чего снижается реакционная способность твёрдых топлив, ухудшается их воспламенение и выгорание в топках котлов.
Данная проблема особенно актуальна для Республики Казахстан, энергетика которой базируется на низкосортных углях и испытывает значительный дефицит импортного мазута. По данным Государственной компании «Казахстанэнерго» количество мазута, расходуемого только на растопку пылеугольных котлов составляет по Казахстану около 500 тыс.т.у.т. в год, а на подсветку пылеугольного факела и компенсацию недостаточного тепловыделения угля ухудшённого качества ежегодно расходуется более 500 тыс.т.у.т. мазута. Общая стоимость закупаемого топочного мазута составляет по мировым ценам более 80 млн. долларов США в год.
Известные методы снижения расхода мазута при сжигании низкосортных углей не решают проблему существенного сокращения расхода жидкого топлива на пылеугольных ТЭС, особенно на стадии мазутной растопки котлов, которая в отдельных случаях является доминирующей.
Из сказанного следует, что разработка и внедрение на ТЭС принципиально новых плазменных технологий безмазутной растопки котлов является весьма актуальной научно- технической задачей, решение которой повышает технико-экономические показатели твёрдо- топливных электростанций.
Цель заключается в создании эффективных конструкций системы воспламенения углей с электродуговым плазматроном, научно-техническом и экономическом обосновании целесообразности применения и внедрения на этой основе плазменной технологии безмазутной растопки котлов Усть-Каменогорской ТЭЦ и ПОЭиЭ “Алтай-энерго”.
Научная новизна заключается в следующем:
1. Разработана усовершенствованная плазменная система безмазутной растопки (СБР) и испытана на специализированном стенде.
2. Исследованы электрические и тепловые параметры СБР, вольтамперные характеристики электродугового плазматрона на воздухе, обобщенные в критериях подобия. Проведены детальные расчеты термохимической подготовки ранее не исследованных углей.
3. Проведены промышленные испытания СБР при безмазутной растопке котлов ЦКТИ-75-39\ст.№10 и ст.№9 Усть-Каменогорской ТЭЦ.
4. Разработана и составлена техническая документация на изготовление, выданы практические рекомендации по внедрению СБР на пылеугольных ТЭС Казахстана.
5. Проведен технико- экономический анализ топливно- энергетического баланса ТЭС и парка пылеугольных котлов Казахстана, на основании которого определены: годовая потребность отрасли в СБР и экономия мазута при внедрении СБР в основных энергосистемах Казахстана.
Практическая работа:
На основании предложенных технических решений разработано и изготовлено новое энергетическое оборудование, состоящее из электродугового плазматрона постоянного тока, источника электропитания ( тристорного преобразователя с блоком управления) и камеры электротермохимической подготовки топлива. Созданное плазменно-энергетическое оборудование прошло успешные промышленные испытания не котлах Усть-Каменогорской ТЭЦ, сжигающих кузнецкие, карагандинские и шубаркольские каменные угли. Практический опыт, накопленный в результате промышленного освоения плазменных систем безмазутной растопки на указанной ТЭЦ, можно использовать на других энергоблоках( БКЗ-320 и ТПЕ-430А (500) )Усть-Каменогорской ТЭЦ.
Результаты расчетно- теоретических исследований и экспериментальные данные, обобщённые в критериях подобия, могут быть использованы для расчёта параметров СБР с электродуговым плазматроном мощностью до 500 кВт и распространения плазменных технологий на ТЭС других энергосистем Казахстана.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась использованием в экспериментах надёжных и аттестованных средств и методик измерения и подтверждалась хорошей воспроизводимостью результатов в стендовых условиях и при многократных безмазутных растопках котлов в условиях Усть-Каменогорской ТЭЦ.
При расчётно-теоретическом анализе процесса термохимической подготовки к сжиганию основных энергетических углей Казахстана (экибастузского, карагандинского, шубаркольского, куучекинского, борлинского и кузнецкого)
использовались современные численные методы с контролируемой относительной
погрешностью счёта, не превышающей 1,5-2%.
Содержание работы
(1) Анализируется современное состояние проблемы использования топочного мазута на пылеугольных ТЭС Республики Казахстан и отдельно для Производственного объединения энергетики и электрификации (ПОЭиЭ) “Алтайэнерго”. На основании аналитического обзора определено количество пылеугольных ТЭС в республике, включая теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), государственные районные электростанции (ГРЭС) и промышленные котельные. Приведено распределение ТЭЦ ГРЭС по энергосистемам и представлены характеристики энергетических котлов, использующих мазут для растопки и подсветки пылеугольного факела. Анализ технико-экономических показателей и топливоиспользования ТЭС Казахстана показал, что около 80% (по мощности) ТЭС Казахстана работают на угле. На твёрдом топливе работает 31 электростанция суммарной установленной мощностью 12780 МВт.
В ПОЭиЭ “Алтайэнерго” имеется 5 пылеугольных ТЭС, включая промкотельную, суммарной мощностью 345 МВт. Паропроизводительность котлов в ПОЭиЭ “Алтайэнерго” варьируется от 40 до500 т/ч. В целом по Казахстану единичная производительность котлов ТЭС изменяется в интервале от 30 до 1650 т/ч. Количество пылеугольных горелок, установленных на этих котлах, варьируется от 2 до 24 штук на один котёл. Расход угля через эти горелки также изменяется в широких пределах: от 2,3 до 13,4 т/ч. Всего на пылеугольных ТЭС Казахстана сжигается 15 разновидностей твёрдого топлива (каменных и бурых углей). Основными видами из них являются экибастузский уголь- 75,3, карагандинский- 8,6, борлинский-7,3, куу-чекинский -4,1 и кузнецкий -2,9% от общего объёма сжигаемых на ТЭЦ углей. Теплотехнические характеристики этих углей различны: зольность колеблется от 10 до 48%, влажность от 5 до 37%, выход летучих от 22 до 48,5%, а теплота сгорания изменяется от 3100 до5465 ккал/кг.
Большое разнообразие теплотехнических характеристик сжигаемых углей, конструкций горелочных устройств (прямоточные, плоскофакельные и вихревые) и их компоновки с котлоагрегатами требует индивидуального подхода к разработке плазменных технологий безмазутного воспламенения пылеугольного факела и техники для их осуществления в каждом конкретном случае /1-3/.
На пылеугольных ТЭС Республики расходуется около 26 млн.т.у.т. органического топлива, в том числе 2 млн.т.у.т. газомазутного топлива, из которых собственно мазут составляет 1,08 млн.т.у.т. Таким образом, средний удельный расхода мазута на пылеугольных котлах Казахстана составляет 4,2% от суммарного расхода топлива. Анализ распределения расхода мазута пылеугольными ТЭС показал, что его доля для конкретных станций варьируется от 0,42 до 34,4% от суммарного расхода топлива на них.
При сжигании твёрдого топлива мазут расходуется на следующие цели:
· На растопку котлов -40-45%;
· На подсветку пылеугольного факела -1-5%;
· На компенсацию недостающего количества тепла при сжигании непроектного топлива (угля ухудшённого качества)-50-55%.
При переходе к безмазутной технологии растопки котлов и подсветки пылеугольного факела, помимо экономии дефицитного мазута, существенную роль играют экономические факторы, определяемые соотношением цен на топочный мазут и уголь, которым замещают мазут в новой технологии. Существующая в последние годы тенденция повышения цен на энергоносители легко прослеживается на примере стоимости экибастузского угля. По оценкам Института энергетических исследований РАН цены на топливо в Казахстане будут возрастать и дальше.
Отсюда следует экономическая целесообразность замены мазута энергетическими углями на стадиях растопки котлов и подсветки пылеугольного факела.
В этой связи весьма актуальными направлениями являются разработка и внедрение новых плазменных технологий безмазутного воспламенения пылеугольного факела.
Основные принципы плазменной технологии безмазутного воспламенения углей:
(которые базируются на электротермохимической подготовке топлив(ЭТХПТ) к сжиганию ). Она заключается в нагреве электродуговым плазматроном определённой части пылеугольного потока до температуры полного выделения летучих угля и частичной газификации коксового остатка с тем, чтобы обеспечить суммарный выход горючих газов на уровне содержания летучих в высокореакционных углях, способных воспламеняться и устойчиво гореть без подсветки мазутом. Тем самым из меньшей части аэросмеси (уголь-воздух), прошедшей электродуговую зону, получают (независимо от качества исходного угля) высокореакционное двухкомпонентное топливо (горючий газ +коксовый остаток), способное воспламеняться при смешении с основным потоком аэросмеси и стабилизировать процесс горения.
Для аэросмеси, необходимая для ЭТХПТ, составляет 10-20% и определяется из уравнения теплового баланса, таким образом, чтобы тепла, выделяющегося при сгорании получаемого двухкомпонентного топлива, в сумме с энергией электродуговой плазмы было достаточно для нагрева основного потока аэросмеси от начальной температуры воспламенения.