Конкурс молодых специалистов ОАО «Инженерный центр ЕЭС» «Разработка котла с кольцевой топкой на кузнецких каменных углях марок Г, Д для энергоблока 330 МВт с использованием методов численного трехмерного моделирования» Авторы: Пилипенко О.В., Сергеева А.И. Руководитель: Серант Ф.А., д.т.н. Организация: ЗАО «СибКОТЭС» Должность: инженер, инженер Новосибирск 2008 Секция 2: «Теплоэнергетика и тепломеханическое оборудование»

Предпосылки для разработки и проектирования 2006 – 2008 гг. – решение ОАО РАО «ЕЭС России» по ликвидации дефицита мощности энергосистем и в соответствии с "Соглашением по обеспечению тепловой энергией объектов строительства Левобережной зоны г. Омска на период гг" намечено продолжение строительства генерирующего объекта электрической мощностью 335 МВт и тепловой 385 Гкал/час в Северо-Западном промышленном районе города Омска. В качестве наиболее перспективных вариантов рассматривались варианты строительства энергоблоков: - электрической мощностью 335 МВт (котел с кольцевой топкой, турбина типа Т-285/ ) - электрической мощностью 330 МВт (котел с кольцевой топкой, турбина типа ТК ). В данной работе рассмотрены варианты котла с кольцевой топкой полубашенной и Т-образной компоновок, разработанные для блока 330 МВт при сжигании кузнецких углей марок Г и Д. Показано, что наряду с другими общепризнанными технологиями сжигания, применение кольцевой топки – одно из перспективных направлений. 2

Расположение горелок в топке котла 820 т/ч Паропроизводительность, т/ч820 Давление пара, МПа13.8 Температура пара, о С560 Температура питательной воды, о С 230 Теплонапряжение объема топки q v, кВт/м 3 97,7 Теплонапряжение сечения топки q F, МВт/м 2 2,83 КПД, %93.0 Габариты котла, м высота ширина глубина СимволБурый уголь W r, %25 – 33 A r, %6 – 12.8 Q r, кДж/кг V daf, %46 – 48 Характеристики угля Параметры котла Вторичный воздухАэросмесь Котел с кольцевой топкой 820 т/ч 3

Вариант котла с кольцевой топкой полубашенной компоновки ПараметрыСимвол 330 МВт Прямоточный 1. Характеристики углей: · Теплотворная способность, МДж/кг; · Влажность, %; · Зольность, %; · Выход летучих, % Q i r W r A r V daf 22, Основные параметры котла (по первичному / вторичному пару): · Давление пара, МПа · Паропроизводительность, т/ч · Температура пара, о С PDtPDt 25,5 / / / Температура питательной воды, о Сt пв Теплонапряжение сечения топки, МВт/м 2 qFqF 3,3 5. Теплонапряжение топочного объема, кВт/м 3 qvqv Температура газов в зоне активного горения, о С Таг Температура газов на выходе из топки, о СТт КПД котла, %

Вариант котла с кольцевой топкой Т-образной компоновки ПараметрыСимвол 330 МВт Прямоточный 1. Характеристики углей: · Теплотворная способность, МДж/кг; · Влажность, %; · Зольность, %; · Выход летучих, % Q i r W r A r V daf 22, Основные параметры котла (по первичному / вторичному пару): · Давление пара, МПа · Паропроизводительность, т/ч · Температура пара, о С PDtPDt 25,5 / / / Температура питательной воды, о Сt пв Теплонапряжение сечения топки, МВт/м 2 qFqF Теплонапряжение топочного объема, кВт/м 3 qvqv Температура газов в зоне активного горения, о С Таг Температура газов на выходе из топки, о СТт Полный расход топлива на котел, т/чВ138,6 9. КПД котла, %

Характеристики поверхностей нагрева 7

Компоновка котла с кольцевой топкой для блока 330 МВт. Разрез 8

Компоновка котла с кольцевой топкой для блока 330 МВт. План 9

Распределение нагрузок Конечно-элементная модель газоплотной коробки котла с эквивалентными напряжениями Фрагмент топки – нижняя часть до начала сужения, уровень крепления подвесок 10

Моделирование топки котла для блока 330 МВт в программе «FLUENT» Поле скоростей на 2-ом ярусе основных горелок, С Поля температур в сечениях основных (2-ой ярус) и восстановительных горелок, С 1

Заключение В рамках данного проекта был разработан вариант котла с кольцевой топкой на кузнецких каменных углях марок Г и Д для блока 330 МВт. Котел с прямым вдуванием угольной пыли, системой пылеприготовления с 8-ю среднеходными мельницами типа МВС-225. При всех принятых технических решениях КПД котла находиться на уровне ~93,4%. На основании анализа результатов проведенных расчетов по кольцевому котлу для блока 330 МВт установлено: - котел с Т-образной компоновкой обеспечивает тепловосприятие экранов топочной камеры в зоне допустимых значений (не более 500 ккал/кг); -рекомендуемая температура пара за ВРЧ не должна превышать о С из условия прочности перлитной стали 12Х1МФ, используемой при изготовлении экранов топки. Данное условие лучше выполняется для варианта с Т-образной компоновкой; - организация четырех-ходового движения среды в экранах топки (1 ход по внутреннему кольцу и 3 хода по наружному кольцу) приводят к дополнительным гидравлическим потерям, поэтому предпочтительнее организовать трех-ходовое движение (1 ход по внутреннему кольцу и 2 хода по наружному кольцу), при этом массовые скорости по экранам находятся в допустимых пределах ρω=~1300 кг/м2·с; 1212

Заключение - при выборе Т-образной компоновки удастся избежать избыточных напряжений и получить равномерно распределенную нагрузку благодаря отсутствию сложно-реализуемых конструктивных переходов и возможности упростить подвесную систему; -относительная равномерность полей скоростей дымовых газов в газоходах котла (для Т-образного варианта) обеспечивает равномерность раздачи среды по трубам, а следовательно, и минимизацию тепловых и гидравлических разверок; -эффективность предложенной угольной ступени восстановления в системе трехступенчатого сжигания проверена расчетным путем при использовании программы «FLUENT». Принимая во внимание вышеизложенное, можно сделать вывод, что в данном проекте предпочтительнее Т-образная компоновка, преимуществом которой является более традиционная конструкция всего котла и его подвесной системы, меньшая металлоемкость и соответственно масса котла, его проще реализовать в металле. Большое значение имеет также наличие положительного опыта проектирования и эксплуатации кольцевого котла с Т- образной компоновкой поверхностей нагрева, которая была реализована на кольцевом котле Е ,8-560БТ на Ново-Иркутской ТЭЦ. 1313

Заключение 1313 На основании рассмотрения положительных результатов освоения котла Е-820 НТС РАО «ЕЭС России» своим решением от рекомендовал использование котлов с кольцевой топкой для крупных энергоблоков на каменных и бурых углях. Выполненные проработки профиля котлов с кольцевой топкой показывают, что применение кольцевых топок для крупных энергоблоков обеспечивает: - снижение высоты котла до 25…30 %; - сокращение массы металла под давлением до 20 %; - уменьшение общей массы котла до 10 %; - снижение стоимости котла до 7…10 %; - повышение бесшлаковочной мощности и надежности работы экранных панелей топки за счёт общего и локального снижения температуры факела и более высокой равномерности их тепловосприятия по периметру топки; - компактность компоновки котельной ячейки с кольцевым котлом (в зависимости от топлив и других условий) позволяет при реконструкции установить в существующую ячейку котел большей производительности.

Спасибо за внимание