Угольная топка — дело тонкое
: 31 Дек 2012 , Сколько сценариев у Вселенной? , том 47, №5
В условиях роста цен на нефть и газ наиболее выгодным топливом для производства электроэнергии становится уголь. Современные энергоблоки теплоэлектростанций достигают мощности 1 000 МВт, а сами процессы сжигания угля в котлах настолько сложны, что учесть все детали на стадии проектирования практически невозможно. Точно рассчитать необходимые параметры топочных процессов и найти способы повысить эффективность работы энергоблоков позволяют компьютерные модели
На современных энергостанциях уголь сжигается в факеле в виде пыли тонкого помола, которая вдувается в топку потоком воздуха через специальные горелки. Сама топка представляет собой высокую, несколько десятков метров, башню, внутри которой установлены специальные теплообменники для нагревания («перегрева») пара, подогрева воды или воздуха.
Для тестирования вычислительной модели, описывающей движение газов в топке, исследовался турбулентный поток в вертикальной призматической фонтанно-вихревой топочной камере с двухскатной воронкой. Топливная пылевоздушная смесь подавалась в камеру через прямоточное прямоугольное сопло снизу, образуя вертикальный фонтанирующий факел.
Экспериментальное исследование топочной камеры проводилось в Институте теплофизики им. С. С. Кутателадзе на гидравлическом стенде в изотермических условиях, где аэродинамика реальной горящей смеси угля и газов моделировалась с помощью течения жидкости. Визуализация потока осуществлялась мелкими воздушными пузырьками при боковом освещении их «световым ножом». Уже первые испытания показали, что истекающая из прямоугольного сопла струя устойчиво присоединяется за счет эффекта Коанда к одной из стенок.
В советское время основным научным подходом при создании энергетических котлов служило сжигание топлива в экспериментальных условиях. Но таким способом нельзя выявить всех особенностей процессов горения угля, которые проявятся во время штатной, длительной эксплуатации топочных котлов. В том числе определить, как скажется качество топлива на процессах шлакования, т. е. образования связанных отложений на поверхностях нагрева котельной топки.
Слишком горячо
В проектировании и технологической доводке котлов П-67 на Березовской ГРЭС, самых больших и мощных в России, принимали участие многие научно-исследовательские институты и машиностроительные заводы, в частности, Подольский машиностроительный завод им.
С. Орджоникидзе.
Первый блок ГРЭС был запущен в 1988 г., второй – через три года. Уже через несколько лет работы котлов выяснилось, что, несмотря на все усилия проектировщиков, эксплуатационные характеристики топочных котлов оказались ниже проектных. Причина заключалась в том, что на топочных экранах происходил рост прочных шлаковых отложений.
Коэффициент избытка воздуха α – отношение объема воздуха, подаваемого в топку, к тому объему, который необходим для полного сгорания находящегося в топке топлива. Например для сгорания 1 кг березовского угля нужно около 4,3 м3 воздуха. Если в пылеугольной смеси содержится 1 кг угля на 8,6 м3 воздуха, то коэффициент избытка воздуха будет α=2
Дело в том, что при сгорании углей получается большое количество золы, способной образовывать шлаковые отложения. Если температура частиц золы будет выше температуры плавления золы, то расплавленный шлак осядет на стенках топки и поверхностях теплообменников, затвердеет и будет мешать работе котла.
Однако если создать температурные условия, при которых зола останется твердой, то основная ее масса попадет в холодную воронку и золу можно будет удалить механически. Например, при помощи шнеков или транспортеров, как это и было задумано для котла П-67.
В угольной топке котла П-67 наиболее крупные (более 300—400 мкм) фракции угольной пыли под действием силы тяжести и в результате наклона горелок начинают выпадать вниз, имея при этом тангенциальную составляющую скорости. С учетом большого времени выгорания они достигают скатов холодной воронки, все еще продолжая гореть. В результате в области стенок холодной воронки температура повышается. Газовый поток с горящими частицами движется по касательной вдоль середины левой и правой стены холодной воронки, постепенно поднимаясь к углам топочной камеры. Догорая, частицы с достаточно высокой температурой формируют шлаковые отложения в форме дуги, тянущейся до верхней части угла холодной воронки. В дальнейшем по углам топочной камеры происходит только подъемное движение газов, у которых тангенциальная составляющая скорости отсутствует.
Поэтому по углам топочной камеры не происходит интенсивного шлакования, несмотря на значительное присутствие летучей золы
Однако выяснилось, что при достижении номинальной мощности во время эксплуатации котлов показатели интенсивности теплообмена в топке были ниже проектных, наблюдалось прогрессирующее шлакование топочной камеры, сопровождающееся ростом максимальной температуры газов на выходе, которая превышала проектные 1032°С более чем на 100° С. Образовавшиеся глыбы шлака при падении повреждали детали конструкции холодной воронки – нижней части топки под горелками, предназначенной для сбора и удаления твердых частиц шлака, а локальное шлакование ее скатов приводило к вынужденным остановкам котлов.
Поэтому на основании данных балансовых испытаний было предложено понизить рабочую мощность котлов, в результате чего в 2000 г. энергоблоки были перемаркированы с мощности 800 МВт на 700 МВт. Стало ясно, что необходимо искать новые методы, которые помогут устранить недоработки проекта и выйти на проектную мощность.
Компьютер в помощь
Только через десять лет после ввода в действие Березовской ГРЭС появился новый мощный инструмент для изучения процессов, происходящих в топочной камере. Речь идет о математическом моделировании, позволяющем изучить аэродинамику топки, теплообмен, процессы образования оксидов азота и шлакования для различных режимов эксплуатации и вариантов реконструкции топочно-горелочного устройства. Разработкой такой компьютерной модели занялись специалисты Института теплофизики СО РАН (Новосибирск) и Сибирского федерального университета (Красноярск).
При создании методики численного моделирования топки было необходимо выбрать из большого числа существующих моделей физических процессов тот минимальный набор, который позволил бы достоверно описать интересующие явления и проверить адекватность выбранных методик расчета, сравнив их с экспериментом. Ведь процесс шлакования далеко не прост: он является своего рода результирующей всех процессов, происходящих в топочной камере, от аэродинамических до тепловых.
Также на него -влияют и свойства минеральной части топлива.
Поэтому разработка самой концепции математического моделирования шлакования началась лишь два десятилетия назад, когда появились мощные вычислительные ресурсы, позволившие рассматривать -все вышеперечисленные процессы в совокупности.
В конечном итоге на свет появился программный продукт «SigmaFlow», который позволил с высокой точностью провести численные исследования и определить наконец причины образования шлаковых отложений в топке котла П-67.
Было установлено, что аэродинамическая структура газовых потоков в топочной камере обладает высокой неравномерностью: крупномасштабный центральный вихрь инициирует вторичные вихри в углах топочной камеры, которые приводят к набросу потока на стенку топки, температура которой начинает повышаться. На этой перегретой поверхности образуются шлаковые отложения.
Отложение шлака происходит также около горелок, особенно по нечетным вертикальным рядам.
Основная причина этого явления – осаждение мелкой фракции золы, частицы которой вовлекаются в движение вторичными вихрями в углах топочной камеры. Обладая достаточно высокой температурой, они достигают экрана, где и образуют шлаковые отложения.
Еще одно место интенсивного шлакования находится на фронтальной и задней стенках котла выше зоны активного горения – на высоте 45—65 м. На этом уровне центральный вихрь, раскручиваясь, быстро теряет осевую симметрию и приобретает овальную форму, вытянутую к фронтальной и задней стенкам. В результате там образуются области с высокой температурой, и расплавленные частицы золы «набрасываются» на стенки газовым потоком.
Шлаку – нет!
На основе численного моделирования и результатов ряда других исследовательских работ было предложено несколько способов решения проблемы шлакования. Было рассмотрено несколько вариантов топки: с организацией нижнего дутья с подводом воздуха в холодную воронку; с концентрической ориентацией горелок; с комбинацией нижнего дутья и концентрического сжигания; организацией воздушного дутья выше зоны активного горения и т.
д.
Результаты численных исследований показали, что максимальный эффект по снижению шлакования поверхностей нагрева относительно «базового» варианта достигается при использовании блоков воздушных завес и нижнего дутья; а максимальный эффект по снижению выбросов NОх – двух ярусов сопел дутья, расположенных на высотах 45 и 65 м.
В результате для реконструкции котла был выбран вариант топки с нижним воздушным дутьем. Расчетным путем были также проанализированы разные способы подвода воздуха в холодную воронку, и из них выбран оптимальный, способствующий равномерной подаче воздуха в топочную камеру.
Кроме того, с помощью численного моделирования было исследовано влияние степени помола угольной пыли на эффективность топочного процесса. Согласно расчетам, загрузка нижних ярусов горелок более грубой пылью снижала содержание золы в верхней части котла. При этом повышался провал частиц угля в холодную воронку, однако этому при нижнем дутье препятствовал поток воздуха, идущий снизу вверх.
А за счет подвода дополнительного кислорода оказалось возможным снизить содержание несгоревшего углерода в частицах.
Один из энергетических блоков Березовской ГРЭС был реконструирован в 2010 г. Его дальнейшая эксплуатация показала, что он может длительное время нести максимальную нагрузку на уровне проектной, т. е. 800 МВт.
На примере Березовской ГРЭС мы видим ту огромную бесспорную пользу, которую может принести применение современных методов математического моделирования при проектировании крупных технологических объектов. И дело здесь не только в оптимизации эксплуатационных параметров, но и в значительной экономии средств на разработку: ведь гораздо дешевле просчитать интересующие процессы, чем проводить натурные эксперименты.
Дело за малым – важно, что бы этими возможностями воспользовались производители энергетических котлов, гидротурбин, атомных станций и других крупных, высокотехнологичных и нередко представляющих экологическую угрозу объектов нашего промышленно-энергетического комплекса.
Литература
Белый В. В и др. Исследование теплообмена и модернизация топочной камеры котла П-67 блока 800 МВт газа // Теплофизика и аэромеханика, 2007. Т. 14. № 2. С. 299—312.
Backreedy R. I. et al. Modelling pulverised coal combustion using a detailed coal combustion model, Combustion Science and Technology. 2006. № 178(4). P. 763—787.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (гос. контракт № 16.516.11.6036)
: 31 Дек 2012 , Сколько сценариев у Вселенной? , том 47, №5
Как правильно топить котел углем
Как правило, тот, кто впервые устанавливает у себя в доме автономное котельное оборудование, сталкивается с проблемами его эксплуатации. Не каждый, например, знает, как правильно топить котел углем, какой вид твердого топлива выбирать для обозначенных целей.
Специалисты обращают внимание на то, что с любой печью нужно обходиться крайне осторожно, тщательно соблюдая все нормы противопожарной безопасности. Полезно также заранее ознакомиться с особенностями функционирования выбранного оборудования.
Что такое угольный котел? Это простая установка, которая состоит из двух отделений. В верхнюю топку закладывается уголь. После его прогорания остаются зола и шлаки, которые попадают в нижнее отделение и удаляются оттуда по мере необходимости. Между камерами стоит обычная решетка из прочного чугуна.
Подобные печи могут быть дополнительно укомплектованы сложной автоматикой, которая позволяет переводить работу установки в автономный режим и управлять тягой. Если автоматики нет, угольные печи работают при помощи естественной циркуляции. Первый тип устройства имеет несколько эксплуатационных преимуществ, но стоят печи длительного горения куда больше простых устройств.
Автоматика работает предельно просто. Благодаря ей и работе вентилятора легко контролировать поступление кислорода в топку.
Чем его больше, тем сильнее горит уголь, и тем быстрее прогорает топливо, отдавая максимальное количество тепла. Ограничение доступа кислорода приводит к обратному эффекту. Топливо горит медленнее, количество отдаваемого тепла уменьшается, зато увеличивается время прогорания угля.
Температуру прогрева регулирует специальный термодатчик. Режимы работы котла можно программировать. Если достигнута заданная температура, датчик срабатывает и отключает вентилятор. При этом подача кислорода уменьшается, и печь прогорает медленнее. Когда температура падает, вентилятор включается и начинает интенсивно нагнетать в топку кислород. Уголь опять активно разгорается. Если учесть подобные особенности работы твердотопливного котла, становится понятно, когда и как в печь закладывать уголь.
Возможно Вас также заинтересует следующее:
Регуляторы давления газа
Теплоизоляция для труб
Трубопроводная арматура
Чтобы узнать всю интересующую информацию, обращайтесь по телефону или электронной почте.
Какой уголь выбирать для топки?
Что такое уголь? Это продукт растительного происхождения, в состав которого входят углероды и негорючие примеси. Именно они образуют после прогорания золу и шлакообразные вещества. Соотношение двух компонентов везде разное. Именно оно, а также «возраст» природного топлива определяет марку угля. Специалисты различают несколько разновидностей.
Самый «молодой» вид угля — лингит. Он имеет довольно рыхлую структуру. Если взять в руки комок лингита, он быстро рассыплется и потеряет форму. Такой уголь чаще всего используется в тепловых электростанциях, а вот для отопления дома лингит не подходит.
Кроме лингита добываются еще и бурый, каменный уголь, антрацит — самые древние отложения углеродов. Все разновидности имеют разный уровень влажности. В буром угле, например, влажность составляет 50%, в антраците ее порог не превышает 7%. Поэтому антрацит имеет самую высокую удельную теплоту. Ее показатели составляют 9 тыс. ккал/кг.
Меньший показатель у каменного угля — 5,5 ккал/кг. У бурой разновидности удельная теплота составляет всего 3 ккал/кг. Учитывая все это, легко понять, какой вид топлива приобретать для протапливания дома.
Как правильно использовать твердотопливные установки?
Устройство угольного котла сверхдлительного горения
Принцип работы твердотопливного котла известен, решен вопрос и с выбором разновидности угля. Осталось научиться правильно топить печь. Существует несколько простых правил, усвоить которые должен каждый, кто выбирает описываемые установки для организации отопления загородного дома.
Наружные угольные котлы Продукты |Альтернативные системы отопления
Наружные угольные котлы идеально подходят для людей, которые хотят сэкономить время и деньги! Обычно через три года эффективная установка Coal Gun Outdoor начинает окупаться.
Угольные пушки имеют полностью автоматизированную систему подачи и сброса золы. Они имеют максимальную емкость бункера 3500 фунтов.
Это дает вам свободу не загружать устройство до 30 дней! *при условии использования
Угольная пушка использует антрацитовый уголь, добываемый в Пенсильвании, и производит тепло не только для всего дома , но и для горячего водоснабжения. Самое приятное то, что он делает все это примерно на 70% дешевле, чем электрические, и почти на 50% дешевле, чем традиционные масляные или газовые системы.
Наружный корпус может быть изготовлен по индивидуальному заказу, чтобы дополнить цвет внешней стены дома пользователя или пристройки. Позвоните сегодня для получения дополнительной информации!
Каждая угольная пушка AHS изготавливается из высококачественных материалов опытными и преданными своему делу специалистами. Каждое устройство тщательно тестируется перед тем, как покинуть наш завод, чтобы убедиться, что оно соответствует нашим первоклассным стандартам качества. На самом деле, мы заверяем вас, что наш продукт не имеет дефектов материалов и изготовления*.
Наши котлы Coal Gun являются одними из самых долговечных отопительных приборов на рынке. Приверженность Alternate Heating System высоким стандартам приводит к длительному сроку службы котла (по некоторым данным, 30 лет и более) и годам бесперебойной работы.
Суть в том, что наши высокие стандарты качества сэкономят вам время и деньги при использовании системы отопления.
Как это работает…
Из гигантского бункера антрацит размером с горошину самотеком подается в угольный котел. Вытяжной вентилятор прогоняет воздух через огонь, усиливая сгорание угля. Горячий выхлоп поступает в теплообменник, вихревую камеру. В вихревой камере горячий выхлоп и летучая зола вращаются в камере.
Это позволяет большему количеству тепла выделяться в воду, а вращающаяся летучая зола чистит стенки, обеспечивая максимальную эффективность в течение всего сезона. Охлажденный выхлоп и летучая зола теперь поступают в циклонный золоотделитель, где остальная часть золы осаждается в зольнике. Антрацитовый уголь не образует креозот и не выделяет дыма!
Потребление угля…
Несколько факторов могут повлиять на количество используемого угля, например климат и конструкция здания. Однако из-за своей высокой эффективности угольные пушки используют меньше угля, чем другие устройства на рынке, и значительно уменьшат ваши ежегодные расходы на отопление.
Термоконтроль золы…
Каждый угольный пушечный котел использует наш термоконтроль золы, который обеспечивает оптимальное использование вашего топлива. Термоконтроль золы мгновенно регулирует температуру золы. По температуре золы мы знаем, когда вытряхивать золу в кастрюлю.
Это позволяет угольной пушке полностью сжигать каждый фунт угля.
Термоконтроль золы очень редко нуждается в регулировке, чтобы получать больше или меньше БТЕ/ч при переходе от мягкого сезона к разгару зимы. Котел автоматически настраивается на необходимую мощность в течение всего сезона горения (может потребоваться минимальная модификация на месте при первой установке котла). С контролируемой решеткой Thermo Ash-Monitoring огонь, вероятно, будет гореть в течение нескольких дней в периоды, когда он практически не используется.
*Ограниченная гарантия
На котлы и топки Alternate Heating Systems дается гарантия от повреждений материалов и изготовления на указанные сроки:
- Котел – 20 лет
- Решетка S130/S260 — Lifetime
- Срок гарантии будет составлять от 30 дней до 1 года для всех других элементов, как произведенных компанией Alternate Heating Systems, так и приобретенных у поставщиков .
Копию полного текста гарантии с подробным описанием покрытия, ограничений, процедуры предъявления претензий по гарантии и прав в соответствии с законодательством штата можно получить в компании Alternate Heating Systems.
Деревянный сайдинг
Наш типичный сайдинг – это гофрированный тим, в качестве опции мы предлагаем вариант «сарайного сайдинга».
Бытовой змеевик
Этот бытовой змеевик показывает подъем на 100°F при расходе 5 галлонов в минуту, температуре воды на входе 50° и давлении воды 65 PSI. Он ввинчивается в фитинг 4 IN NPT котла.
Сертификация ASME
Сертификация ASME подтверждает качество стали и стандарт сварки водяной рубашки котла. Каждая водяная рубашка, сертифицированная ASME, была испытана давлением до 60 фунтов на квадратный дюйм и поставляется с предохранительным клапаном на 30 фунтов на квадратный дюйм.
Отсечка при низком уровне воды
Отсечка при низком уровне воды определяет уровень воды в баке котла и отключает агрегат, если уровень воды падает до опасного уровня.
Антрацитовый угольный котел AA220- Leisure Line Stove Company
Деталь №:
AA-220 представляет собой двухкомпонентную конструкцию с базовым блоком Leisure Line с нашим надежным устройством подачи угля Double-Pocono.
Этот водяной котел, протестированный UL, способен обогревать типичный дом на одну семью площадью до 5000 кв. футов. Блок AA-220 также сертифицирован для использования в коммерческих строительных конструкциях и сжигает антрацитовый уголь размером с рис или гречиху. Дополнительный змеевик ГВС на 6 галлонов в минуту.
Это устройство будет обслуживать средний дом площадью до 5000 квадратных футов по очень низкой цене.
8 198,66 $
КоличествоAA-220 Антрацитовый угольный котел
Артикул: CAA22001 Категории: Запчасти для котлов, Котлы
- Описание
- Технические характеристики
Описание
Когда дело доходит до отопления больших домов или коммерческих зданий и теплиц, лучше всего подойдет наш новый котел Leisure Line AA-220. AA-220 состоит из двух частей 9.0129 с базовым блоком Leisure Line с нашим надежным устройством подачи угля Double-Pocono.
Блок сосуда под давлением расположен сверху и изготовлен компанией Axeman-Anderson
с более чем 60-летним опытом работы в отрасли. Эта конфигурация котла была представлена в 2011 году и зарекомендовала себя как надежная и эффективная.
Этот водяной котел AA-220, протестированный UL, способен отапливать типичный дом на одну семью площадью до 5000 кв. футов. Блок AA-220 также сертифицирован для использования в коммерческих целях.0129 строительные конструкции с бетонным или каменным полом. Этот качественный американский сосуд высокого давления с номинальной мощностью 375 тыс. британских тепловых единиц представляет собой двухпроходную конструкцию с вертикальной жаротрубной конструкцией с поверхностью нагрева 49 кв. футов из стали
, емкостью 42 галлона воды и сертифицирован ASME. Благодаря массивной поверхности нагрева и конструкции с двойным проходом этот блок обеспечивает КПД до 90 % при быстром отклике. Несмотря на невысокую цену, этот котел не уступает по своим характеристикам, в стандартную комплектацию входят следующие компоненты: Honeywell 7124 Electronic Triple Aquastat, Honeywell 6006A High Limit; схема холостого огня для поддержания огня; змеевик бытовой горячей воды на 5 галлонов в минуту; большой зольник и бункер на 320#; Двухтопочная установка на входе угля мощностью 220 тыс.