ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

ТЕПЛОВОЙ И ВОЗДУШНЫЙ БАЛАНС СИСТЕМЫ ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ

Тепловой расчет системы пылеприготовления выполняют с целью определения количества тепла, необходимого для подсушки сырого топлива от начальной влажности до конечной влажности •пыли №ил.

Тепловой баланс системы пылеприготовления составляется обычно на 1 кг топлива в виде уравнения, выражающего равенство прихода и расхода тепла, кДж/кг:

<7с. а + <7мех + Япро — Яисп + ^2 + <7т л + Я 5- (14-29)

Здесь соответственно физическое тепло сушильного агента и при - .сосанного холодного воздуха определяется по формулам:

Яс.&==§1Сс. а$1г (14-30)

И

<7прс — Кпрсё^Х^ХВ, (14-31)

.а тепло, выделяющееся за счет механической работы мелющих органов, ,равно:

7мех =-/Смехом - (14-32)

В формуле:

Кмех—коэффициент, равный для шаровых барабанных мельниц 0,7, для молотковых мельниц 0,8, для среднеходных мельниц 0,6;

Зм— удельный расход электроэнергии на размол топлива, кДж/кг.

Тепло, затрачиваемое на испарение влаги топлива, кДж/кг, равно:

<7исп = А № (2500 +1,884—4,19*т л), (14-33)

Где Д№—количество испаренной влаги на 1 кг сырого топлива, кг/кг:

100 —№пл‘ К 1

Тепло, уносимое уходящим сушильным агентом, без учета тепла водяных паров испаренной влаги [последнее в количестве А 1,88^2 учитывается в величине <7исш см. формулу (14-33)] определяется по соотношению, кДж/кг:

Физическое тепло, затрачиваемое на подогрев топлива в процессе ■сушки, кДж/кг, равно:

<7тл=*пл AW)— te.», (14-36)

Йли с учетом выражения (14-34) для AW

. 100 — W& . !Л Q7

<7тл — *пл 100_1^пл *с. т. (14-37)

Тепло, вносимое сырым топливом, кДж/кг:

П’c. t = - f100!^- es») <тл. (14-38)

Тепло уносимое из мельничной установки пылью (подсушенным,

Размолотым топливом), кДж/кг:

/ И7пл. 100 — №пл

^ПЛ ---- £пл*2------ ^ 100 ^В0А ПФФ ^ тл J f2• (14-оУ)

Подстановка формул (14-38) и (14-39) в формулу (14-37) дает

После преобразований:

„с | Wnn Свод "S , ( р ГРС,

-) и - (л, +оф^f-p) (14-40)

Потеря тепла от охлаждения мельничной установки, кДж/кг:

ЮООВрзм

В формулах (14-30) — (14-41):

£1 — количество сушильного агента, необходимое для сушки 1 кг сырого топлива от начальной влажности №р до конечной влажности пыли кг/кг;

Сс. а, сх. в, С2 — теплоемкости соответственно сушильного агента при температуре /1, холодного воздуха при *х. в и охлажденного сушильного агента при температуре Ь, кДж/(кг-К);

Дпрс— коэффициент присоса холодного воздуха в долях от §ч, рав­ный для шаровой барабанной мельницы с промбункером при сушке смесью топочных газов с горячим воздухом от 0,45 до 0,25, а при сушке горячим воздухом — 0,40—0,20; для ШБМ с прямым вдуванием—

0, 30—0,15, причем меньшие значения относятся к мельницам большой мощности: для молотковых мельниц — 0,1; для среднеходных мель­ниц — 0,2.

^тл — температура сырого топлива, °С;

Стл, сстл, спл — теплоемкости соответственно сырого топлива, сухой массы твердого топлива и пыли, сВОд — теплоемкость воды, кДж/(кг-К);

0^ _ часовая потеря тепла от охлаждения мельничной установки,

КДж/ч; принимается по опытным данным в зависимости от типа мель­ницы, типоразмера ее и с учетом выбранной схемы пылеприготовления;

Арзм — производительность мельницы, т/ч.

При тепловом расчете системы пылеприготовления обычно задают­ся начальной температурой и сушильного агента и из уравнения тепло­вого баланса (14-29) определяют необходимое количество сушильного агента

При известном или заданном расходе из уравнения (14-29) на­ходят необходимую температуру и.

В качестве сушильного агента обычно применяется горячий воздух, а при высоковлажном топливе, когда съем влаги при сушке топлива высокий, а применение сушки горячим воздухом из воздухоподогрева­теля привело бы к слишком большому количеству воздуха на сушку и соответственно резкому возрастанию процента первичного воздуха в горелках, необходим высокотемпературный сушильный агент. В этом случае используется смесь топочных газов с горячим воздухом или вы­сокотемпературные продукты сгорания. Для разомкнутой охемы пыле - приготовления при сушке топлива отходящими газами парогенератора (см. рис. 14-4,6) известными являются температура ^ за мельничной установкой [которая принимается в соответствии с рекомендациями (см. гл. 12) из условий обеспечения взрывобезопасной работы системы пылеприготовления] и количество сушильного агента g^, кг/кг, равное

£1 = гУ>г. (14-42)

В формуле:

С^,х— объем уходящих дымовых газов на 1 кг топлива, м[12]/кг (при температуре 0°С и давления 0,1013 МПа);

Рог — плотность дымовых газов, кг/м3*.

Искомой является температура tl сушильного агента или, что то же, температура отходящих газов за парогенератором (^ = Ф"ПГ) (см. рис. 14-4,6), она получается порядка 300—400°С. Потеря тепла с уходящими газами парогенератора определяется в этом случае темпе­ратурой уходящих газов за мельничной установкой?2=Фух, равной при размоле влажных бурых углей

= Г м— 10 = 80— 10 = 70°С,

Где £"м — тем1^ атура за мельницей.

По данным теплового баланса можно рассчитать воздушный ба­ланс системы пылеприготовления, т. е. можно найти расходы компонен­тов сушильного агента — горячего воздуха, топочные газов, а также количество влажного отработанного сушильного агента, что необходимо для последующего расчета горелочных устройств топки и выбора разме­ров пыле - и воздухопроводов.

Количество влажного отработанного сушильного агента на 1 кг топ­лива при 0°С и 760 мм рт. ст. составляет в общем случае, при сушке смесью топочных газов с горячим воздухом, м3/кг.

( Гг I 'Г. В + ^прс _ I (УЛ

И°-с-а=(^Г+--------------------------- ! Я’+моГ’ (14-43>

Где гг и гг. в — соответственно доли топочных газов и горячего воздуха в сушильном агенте, определяемые из соотношения

Сг'О'^г “Ь ^г. в^г. в (1 ^г) = Сс. а^й ' (14-44)

Гг. в = 1—гт. (14-45)

При сушке горячим воздухом в формуле (14-43) имеем гг = 0 й

^Г. В== 1 •

Общий объем влажной смеси за мельничной установкой, потребный для сушки Брзм топлива, м3/ч, равен:

Ксуш = ЮООВрзмОо. с. а 2732+<! ■ (14-46)

Такой должна быть производительность мельничного вентилятора по условиям сушки. Но мельничный вентилятор предназначен также для вентиляции мельницы, причем потребная по условиям размола произ­водительность Урзм, т. е. необходимое количество вентилирующего мель­ницу агента, составляет, м3/ч:

Для шаровой барабанной мельницы

Урзм^ //барУбар.

В формуле:

■ Убар — объем барабана мельницы, м3;

//бар — рекомендуемое напряжение объема «1100ч-1300 м3/(ч-м3);

Для молотковой мельницы

Vрзм = ЗбООоУс. аА>£р. (14-48)

В формуле:

Шс. а — скорость вентиляции ротора мельницы, т. е. скорость отра­ботанного сушильного агента, отнесенная к продольному сечению рото­ра (числовые значения тс.& — см. в гл. 13);

/)р и /,р — диаметр и длина ротора, м.

Очевидно, что между величинами УСуш и Крэм, определяемыми не­зависимо одна от другой, должна быть произведена увязка.

В системах пылеприготовления наряду с понятием производитель­ности мельницы, определяемой ее конструктивными размерами и энер­гетической загрузкой и называемой «размольной» производительностью, рассчитываемой по формуле (13-8), существует еще понятие «сушиль­ной» производительности. Последняя определяется количеством тепла, подводимого сушильным агентом, и показывает, сколько топлива может быть высушено в час при проходе через мельницу ве ^лирующего су­шильного агента Урзм, т/ч:

ВсУШ=---------------------- ^%3 + ТГ - (14-49)

ЮООоо. с. а 273

Воздушный баланс, т. е. увязка «размольной» и «сушильной» производительности мельничной установки, заключается в сопоставле­нии величин Ксуш И Крэм-

Если Ксуш= Урзм, т0 естественно и Лрзм-Лсуш. Если имее^г место неравенство 1/рзм<|^суш, т. е. мельничный вентилятор имеет производи­тельность 1/рзм, определяемую условиями вентиляции мельницы, но меньшую, чем требуется для подсушки количества топлива Лрзм, это значит, что 5суш<1ЛрЗМ, не хватает тепла для сушки и мельница по усло­виям сушки будет работать с явной недогрузкой, что недопустимо.

В этом случае необходимо ПОВЫСИТЬ /1 с тем, чтобы уменьшить ^о. с.а И У суш И получить рЭВеНСТВО V Сут= Урзм-

Если имеет место неравенство Урзм>Усуш, т. е. мельничный венти­лятор имеет производительность Урзм большую, чем требуется по усло­виям сушки количества топлива Лрзм, ээто означает, что - всуш>-брзм, т. е. мельница по условиям сушки могла бы развить большую производи­тельность, чем Лрзм.

Но так как для сушки количества топлива Лрзм в мельницу будет подаваться лишь количество сушильного агента, отвечающее расчетной величине У суш, то недостающее для вентиляции мельницы количество воздуха компенсируется вводом рециркуляции отработанного сушильно-

Vрец —' Vрзм У супі-

В установках с молотковыми мельницами при отсутствии мельнич­ного вентилятора увязка сушильной и размольной производительности и обеспечение условия £рзм = £суП1 достигается пересчетом теплового ба­ланса сушильно-мельничной установки за счет соответствующего изме­нения и.

Общее количество воздуха в отработанном сушильном агенте мель­ниц, поступающее в топку парогенератора, м3/с:

(14-50)

В формуле:

Иво. с.а — количество воздуха в отработанном сушильном агенте на 1 кг размалываемого топлива, м3/кг[13];

2Ш — число мельниц, установленных в системе пылеприготовления парогенератора;

Вш — производительность мельницы (расход топлива на одну мель­ницу), т/ч.

Множитель 273+4/273 в формуле (14-50) является коэффициентом пересчета объема воздуха с температуры 0°С, при которой определяет­ся величина ов0. с. а, на температуру ^ отработанного сушильного агента мельниц.

При сушке смесью топочных газов с горячим воздухом имеем:

(Ув0. с. а)' = Ово. с. а +

Количество воздуха в отработанном сушильном агенте, участвующе­го в горении топлива, м3/кг:

Доля воздуха в отбираемых топочных газах, равная отношению из­быточного воздуха к массе продуктов сгорания 1 кг топлива, кг/кг:

(ат— 1) ровV0

Ар

1 + роватО0— |О0

При сушке горячим воздухом (гг. в=1) формула (14-51) принимает вид, м3/кг:

(14-54)

Схемы центрального пылеприготовления применимы для различных топлив с размолом в мельницах типов ШБМ, ММ и СМ. Центральное пылеприготовление осуществляется на пылезаводах, распо­
лагаемых вне парогенераторного цеха. В пылезаводе сосредоточено все .оборудование для сушки и размола угля. /Готовая пыль из бункера пылезавода с помощью специальных насосов, называемых киньон-насо - сами, сжатым воздухом в виде концентрированной смеси подается по пылепроводам со скоростью 1 —1,5 м/с в пылевые бункера парогенерато­ров. Сушка топлива осуществляется либо отборным паром турбин в ба­рабанных сушилках до размола, либо смесью дымовых газов парогене­ратора с горячим воздухом — в процессе размола. Для станций боль­шой мощности (1200, 2400 МВт и более) экономически целесообразнее применять сушку отборным паром, в особенности при высоковлажных топливам, что значительно повышает к. п. д. станции вследствие повы­шения при этом доли полезно использованного тепла пара.

В энергетике находят применение схемы пылеприготовления с цен­тральным пылезаводом (ЦПЗ) для следующих видов топлива:

Для бурого угля при паровой сушке и размоле в молотковых мель­ницах;

Для АШ, ПА и каменных углей при паровой сушке и размоле в не - вентилируемых шаровых барабанных мельницах;

Для АШ при сушке смесью уходящих газов парогенератора н горячего воздуха и размоле в вентилируемых шаровых барабанных мельницах.

В качестве примера на рис. 14-20 дана схема ЦПЗ для парогенерато­ров 1600 т/ч блоков 500 МВт на высоковлажном назаровском буром угле

(ТС7р=40%) с паровой сушкой топлива. На парогенератор устанавлива­ется четыре разомкнутые сушильно-размольные установки (на рис. 14-20 показана одна установка).

Сырое топливо из бункера 1 питателем 2 подается во вращающую­ся барабанную трубчатую сушилку 3 поверхностью нагрева 4000 м2, •обогреваемую отборным паром турбины с параметрами 0,5 МПа (5 кгс/см2) и 170°С. Из сушилки подсушенное топливо (сушонка) на­правляется в молотковую мельницу 7, снабженную инерционным сепа­ратором. Из последнего пыль выносится в циклон 9 циркулирующим. замкнутым воздушным потоком, создаваемым мельничным вентилято­ром 8. Пыль из циклона 9, пройдя клапаны-мигалки 14, поступает в пы­левой бункер 12. Для отсоса небольшого (~5°/о) количества влаги, выделяющейся в мельнице, часть циркулирующего влажного воздуха забирается из циклона 9 дополнительным вентилятором 11 и через рукавный фильтр 10 сбрасывается в атмосферу. Этим достигается по­стоянный обмен воздуха в мельничной системе. Из сушильного бараба­на 3 влажный воздух с небольшим количеством мелких частиц топлива (3—5%) отсасывается сушильными вентиляторами 6 через группу цик­лонов 4. Уловленная в циклонах угольная пыль, пройдя клапаны-мигал­ки, поступает в пылевой бункер 12, а влажный воздух с неуловлен­ной циклонами 4 мельчайшей пылью, составляющей потерю 0,3—0,5% топлива, подается вентиляторами 6 в орошаемые водой «мокрые шахты»

5, Из которых очищенный воздух сбрасывается в атмосферу, а загряз­ненная вода с пылью (шлам) спускается в систему гидрозолоудаления ■парогенераторной установки.

Из пылевого бункера 12 пыль киньон-насосами 13, в которые для транспортировки пыли подается сжатый воздух с избыточным дав­лением ~0,5 МПа (5 кгс/см2), направляется по трубопроводам в виде пылевоздушной смеси с концентрацией пыли в смеси 35 кг пыли/кг воз­духа, в парогенераторный цех станции. Здесь смесь поступает в цикло­ны, установленные на пылевых бункерах парогенераторов. Осажденная

В циклонах пыль поступает в пылевой бункер, а запыленный воз­дух сбрасывается в топку парогенератора. Влажность топлива сни­жается с = 40% до 16% за сушилкой и до №пл = 14% за мельничной установкой. При часовом расходе сушонки парогенератором 250 т/ч и производительности каждой мельницы по сушонке 70 т/ч резерв по производительности установки сооставляет ~12%.

Схема ЦПЗ для парогенератора 2500 т/ч блока 800 МВт на - АШ

Представлена на рис. 14-21. На парогенератор устанавливаются две установки по 150 т/ч по сырому топливу; кроме того, на три блока имеет­ся одна резервная система, что дает запас порядка 15%.

На рис. 14-21 показана установка, включающая паровую сушилку и две невентилируемые (точнее, слабо вентилируемые) шаровые бара­банные мельницы производительностью по 75 т/ч по сырому топливу, 314 а также два бункера сырого угля 20 емкостью по 500 т с запасом на 6—7 ч работы.

Сырое топливо из двух бункеров 20, пройдя два ленточных пита­теля 1, поступает в паровую барабанную сушилку 2, из которой сушон - ка по питателю 6 подается двумя шнеками сушонки 7 в два элеватора 8; в приемные воронки элеваторов поступает также выдаваемый через

Рис. 14-21. Схема ЦПЗ для АШ, ПА и каменных углей при паровой сушке и размоле з невентилируемой шаровой барабанной мельнице (для парогенератора 0 = 2500 т/ч

Блоков мощностью 800 МВт).

/—ленточный питатель; 2 — трубчатая паровая сушилка; 3 — группа из 6 циклонов; 4 — вентилятор для отсоса паровоздушной смеси из сушилки; 5 — «мокрая шахта»; 6—питатель угля с раздачей на два потока; 7— шнек сушонки; 8 — элеватор; 9— механический сепаратор пыли; 10—мельница ша­ровая барабанная невентилируемая; 11 — циклон; 12—вентилятор мельничный; 13 — рукавный фильтр; 14 — вентилятор отсоса паровоздушной смеси из мельничной системы; 15 — бункер пыли; 16 — киньон-насос для подачи пыли в бункера ПГ; /7—пылевой шнек; 18 — пылевой шнек от резервной системы; 19 — пылевой шнек рукавного фильтра; 20—бункер сырого топлива; 21 — воз­врат из сепараторов в мельницу; 22 — трубопровод.

Примечания: 1. На рисунке представлена сушильно-размольная установки производитель­ностью 150 т/ч по сырому топливу (1 паровая сушилка и 2 НШБМ по 75 т/ч).

2. На один парогенератор производительностью 2500 т/ч блока 800 МВт устанавливаются две сушильно-размольные системы общей производительностью 300 т/ч. Кроме того, на три блока по 800 МВт устанавливается одна резервная сушильно-размольная система.

Шлицы из средней части двух шаровых мельниц 10 размолотый уголь. Смесь размолотого угля и сушонки подается элеваторами 8 в четыре механических сепаратора 9, из которых готовая пыль по центральным трубам поступает в два пылевырс шнека 17, а крупные куски по распо­ложенным сбоку сепараторов трубам возврата 21 направляются в мель­
ницы, куда попадают через два приемных патрубка с торцов барабанов. 10. Из пылевых шнеков 17 пыль подается в пылевой бункер 15, из которого киньон-насосами 16 направляется в пылевые бункера парогене­раторного цеха. По пылевому шнеку 18 в пылевой бункер 15 поступает также пыль из резервной СРУ. Влажный воздух из паровой сушилки 2 отсасывается сушильным вентилятором 4 через группу из шести цик­лонов 3, в которых улавливаются выносимые воздухом мелкие частицы угля, направляемые затем вместе с сушонкой к шнекам 7, а воздух после циклонов подается в «мокрую шахту» 5, из которой полностью очищенный выбрасывается в атмосферу. Загрязненная угольной пыльк> вода (шлам) сбрасывается в систему гидрозолоудаления станции.

Особенностью данной схемы является применение для невентили - руемой шаровой барабанной мельницы слабой вентиляции, осуществляе­мой вентиляторами 12. Вентиляторы забирают воздух с частью готовой пыл и из средней части барабана через циклон И и подают воздух об­ратно по трубопроводу 22 в торцы мельницы, а пыль из циклона 1Т шнеками 17 подается в бункер пыли 15.

Указанная вентиляция несколько повышает производительность мельницы. Часть циркулирующего в мельницах воздуха, увлажненного

Вследствие дополнительного испа­рения влаги топлива, за счет теп­ла работы мелющих шаров, отса­сывается вентиляторами 14 через рукавные фильтры 13, из которых уловленная пыль возвращается шнеками 19 в пылевые бункера,, а очищенный от пыли воздух сбрасывается вентиляторами 14 в атмосферу.

Схема ЦПЗ для парогенера­тора 950 т/ч блока 300 МВт для АШ и тощего угля дана на рис. 14-22. Здесь предусмотрена сушка топлива смесью отходящих дымовых газов парогенератора и горячего воздуха, начинающаяся в нисходящем сушильном участке вентилируемой шаровой барабан­ной мельницы, завершающаяся в самой мельнице. Для уменьшения озоления топлива в процессе раз­мола отбор дымовых газов паро­генератора производится за элек­трофильтрами. Размолотый уголь с отработанным сушильным аген­том, пройдя центробежный воз­душно-проходной сепаратор, по­ступает в пылевой циклон систе­мы НИИОГАЗ, из которого оса­жденная пыль направляется в пы­левой бункер пылезавода, а и» последнего киньон-насосами на­правляется в пылевой бункер па­рогенератора.

Влажный отработанный сушильный агент отсасывается из циклона мельничным вентилятором и нагнетается им в пылевой электрофильтр*, а из последнего выбрасывается в атмосферу. Пыль из электрофильтра поступает в пылевой бункер пылезавода. Такая двухступенчатая очист­ка газов необходима для предотвращения загрязнения воздушного бас­сейна и уменьшения потерь топлива в процессе пылеприготовления. Так, например, при степени улавливания в циклоне 'ПцИкл==90% и в пьг - левом электрофильтре г)эл. ф = 98% потеря пыли в пылеулавливающей-' установке пылезавода составит (1—'Пцикп) (1—Т1зл. ф) = (1—0,90) X

X (1—0,98) =0,002, или 0,2%. Общий к. п. д. двухступенчатой пылеулав­ливающей установки составит при этом 99,8%.

Таким образом, на электростанции с ЦПЗ с сушкой отходящими га­зами имеются и золовые электрофильтры за парогенератором и пылевые - в ЦПЗ. При централизованной сушке и размоле пылевидное топливо>

Получается стабильного, улучшенного качества, что способствует повы­шению устойчивости и интенсификации процесса горения, ведет к упро­щению конструкции парогенератора и компоновки котельной, а также к повышению надежности работы и улучшению условий эксплуатации парогенератора. Однако из-за большей сложности схемы и повышенных затрат на строительство отдельного здания пылезавода целесообраз­ность применения центрального пылеприготовления определяется при проектировании станции технико-экономическим расчетом.

Устанавливаемая в схемах ЦПЗ паровая трубчатая сушилка (рис. 14-23) представляет собой медленно вращающийся барабан диа­метром 4 м и длиной 8 м, состоящий из цилиндрического корпуса, двух трубных досок с завальцованными в них трубами диаметром 104 мм. Барабан 4 устанавливается с небольшим наклоном к горизонту (~12— 14°) и приводится в движение с помощью зубчатой или фрикционной передачи 10. Дробленый сырой уголь поступает с помощью элеваторного кольца 5 и косо расположенных на верхней трубной доске щитов внутрь труб 2, а греющий пар движется между трубами. В последние закла­дываются направляющие спирали 3, наличие которые замедляет дви­жение угля и увеличивает время сушки угля в трубах до 15—40 мин. Барабан сушилки трубными досками скрепляется с концами полого вала 12, концы которого опираются на опорные подшипники 9. Пар для сушки поступает с верхнего конца полого вала, а конденсат с другого конца с помощью криволинейной формы конденсатоотводных труб 7 отводится через заднюю цапфу по трубе 8. Водяные пары вместе с воз­духом, поступающим с сырым углем в сушилку, через заднюю короб­ку 13 отсасываются сушильным вентилятором, а «сушонка» по течке 14 направляется в мельницу.

Частота вращения барабана 6—8 об./мин. Мощность электродвига­теля 25 кВт. При повышенной начальной влажности сырого угля про­изводительность сушилок падает из-за замазывания труб, поэтому че­рез 600—700 ч работы сушилки останавливают для чистки труб.