Испытания котлоагрегатов с топкой высокотемпературного «кипящего слоя»

З сегодняшний день автору известен лишь один типоразмер котла с топкой высокотемпературного «кипящего слоя» малой мощности, пригодного для строительства и реконструкции угольных котельных в коммунальной энергетике. Таким типоразмером является котлоагрегат КВП-1,74 ВТКС сконструированный специалистами ООО «Тепломех» совместно с сотрудниками Военного инженерно-технического университета. Первые такие котлы были изготовлены и смонтированы в угольной котельной в пос. Горская Ленинградской обл. В декабре 2008 г. завершено строительство котельной с котлами КВП-1,74 ВТКС (6 шт.), механизированными угольным складом, системами углеподачи и шлакозолоудаления скребкового типа и системой газоочистки (рис. 1 -3).

Испытания показали устойчивую, надежную работу котлоагрегатов и вспомогательного оборудования с КПД 82% и более, с выбросами вредных веществ в атмосферу в пределах ПДК.

Котел состоит из трубной системы в тепловой изоляции, выполненной из съемных панелей, топочного устройства с узкой подвижной колосниковой решеткой прямого хода, зонами первичного и вторичного дутья, бункера и эжектора возврата уноса, скребкового питателя. Привод подвижной решетки и питателя осуществляется от мотор-редукторов с частотными преобразователями. Регулирование зон первичного и вторичного воздуха осуществляется исполнительными однооборотными электрическими механизмами (МЭО). Управление котлоагрегата осуществляется в дистанционном режиме со щита, на который выведены органы управления частотными преобразователями, МЭО, вентилятором и дымососом, а также контрольно-измерительные приборы и аварийная сигнализация. Внешний вид котлоагрегата приведен на рис. 4.

В котельной выполнены пуско-наладочные работы, теплобалансовые испытания, комплексные испытания, а также комплекс экспериментальных исследований горения различных сортов каменных и бурых углей на статических и динамических режимах. Испытания показали высокую эффективность процесса горения различных видов топлива в топочном устройстве ВТКС на статических режимах, высокую маневренность.

В частности, исследования топочных процессов на статических режимах проводились на двух марках каменных углей (№ 1 и № 2) с теплотворной способностью 4900 и 5350 ккал/кг, влажностью 15 и 7,2%, зольностью 10,2 и 20,6%, соответственно, и буром угле с теплотворной способностью 3570 ккал/кг, влажностью 28% и зольностью 7,8%.

В результате проведенных испытаний на эксплуатационных нагрузках, в диапазоне 0,64−1,51 Гкал/ч был подтвержден устойчивый процесс горения при выбранных коэффициентах избытка воздуха, величины которых для указанных ранее нагрузок за котлом составляют б=1,51 -1,69. Потери тепла с уходящими газами q2, от химической неполноты сгорания q3, от механического недожога q4, от наружного охлаждения q5, с физическим теплом шлаков q6 составили: q2=10,55−13,66%; q3=1,26−0,43%; q4=8,5−3,9%; q5=5,47−3,19%; q6=0,33−0,4%.

Величина КПД при работе котла в эксплуатационных диапазонах нагрузок колеблется в пределах 72−82%. Зависимость КПД от нагрузки для испытуемых углей представлена на рис. 5.

Значительная разница в значении КПД между каменным и бурым углем (около 4%) объясняется тем, что влажность бурого угля составляет 28%, а влажность каменного угля — 7,2−15%. Повышенная влажность бурого угля предопределяет увеличение расхода продуктов сгорания и, как следствие, существенный рост потерь теплоты q2 с уходящими газами (рис. 6).

Экспериментальные исследования переходных процессов в котле КВП-1,74-ВТКС проводились при сжигании Хакасского каменного угля калорийностью 5300 ккал/кг, зольностью 13,4%, влажностью 12,5% и фракционным составом 5−25 мм, получаемым путем дробления топлива в дробилках.

При исследованиях переходных режимов были применены следующие возмущающие воздействия: увеличение и уменьшение расхода топлива; увеличение и уменьшение расхода воздуха, подаваемого в топку котла. Данные по переходным процессам при увеличении расхода топлива представлены на рис. 7.

З основе анализа результатов экспериментальных исследований были определены динамические параметры объекта, которые могут быть использованы при разработке системы автоматического управления котла. Испытания на динамических режимах также показали возможность быстрого штатного и аварийного пуска и останова котлоагрегата, а также высокие маневренные характеристики при переходе с режима на режим. Хорошая управляемость котла на переходных режимах при дистанционном управлении является предпосылкой для его надежной работы в автоматическом режиме с использованием комплектного устройства управления топочными процессами [4].