Исследование теплофизических свойств отложений, загрязнения, очистки и теплообмена в топочных камерах энергетических котлов при сжигании Канско-Ачинских углей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

г r q G &

0

Í h пгавг;,-; j'VKOuuei

TCO"/' /¡¡'.Ii' iЧ Игори Л 7;v: i'.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛО^ПЗНЧЕСКИХ СПОПСТП ОТЛОЖЕНИЙ, ЗАГРЯЗНЕНИЯ, ОЧИСТКИ II ТЕПЛООБМЕНА В ТОПОЧНЫХ ХАМ ЕРАХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ пгпстлгглшш ГЛПСКО-ЛЧШКЖНХ УГЛЕЙ

Специальном!.'. О ! .04. ! Л - тсплсф'шка и мозекуллршя физика

АСТСГЕОЕРЛТ д.гссертгшш i:-'- сонскаигге j'iSErorí степени кандидата технических тук

Красноярск i

Работа выполнена в ЛО "Сибирский теплотехнический научно-исследовательский институт ВТИ" ( г. Красноярск )

H ay ч: i ы и ру ко со Д! цель:

кандидат технических наук Басильез B.C. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Журавлев 10.А.

кандидат технических наук Яцсаич Б.А.

Ведужад организация: АО "Красцзярскэнгрго"

Защита диссертации ссстсптся 25 ссгггкоря 1997 г. в 16 кгссз на заседании диссертационного сайта Л С54.54.02 прц Красноярском государственном тг";ш1гге:-:ам yiüisepcítTcre по адресу: 660074, Красноярск, ул. Кирг::ского 2d. ауд. Г2-22.

С Miccspr-duuM nozj>3 omzxcxuibcz с чнтадьпслг зале библиотеки 1СГТУ.

Отзые кзгзторг^граг в 2-х с подписью составителя,

зсггряшоГ: пгчатио срга:::;;ад;:;:. проск:.* нзпразллть с адрес дассср-тздюшюго соегта.

Автореферат разослан:__: 1997 roza

«гаып cci.TC7¿:nb . о

5

>1иш;гп:ого еосета 'fi

s"

кп.-:дг.латтгх!п ;сс -::х л:лент —г "V" ПЛ1. Слагшчепко

tX

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Проблемы использования Канско-Ачинских углей (КАУ) актуальны не только в энергетике Сибири, но и за ее пределами, поскольку Бородинский, Назаровскнй и Березовский разрезы обладают наиболее благоприятными возможностями быстрого восстановления и развития мощностей в условиях закрытия нерентабельных шахт в различных районах страны. В перспективе планируется строительство «выносных» станций мощностью 2-2,5 млн. кВт с блоками 300 и 500 МВт на Урале и в Европейской части России с котельным оборудованием, предназначенным для сжигания березовского угля.

К обстоятельствам, благоприятствующим переводу котлов на КАУ, следует отнести снижение износа систем пылеприготовления, поверхностей нагрева, систем золоудаления, сокращение выбросов золы в атмосферу, оксидов азота и серы, уменьшение скорости заполнения золоотвалов, улучшение потребительских свойств золы.

Значительные трудности при сжигании этих углей связаны с интенсивным шлакованием и загрязнением поверхностей нагрева, обусловленными особенностями минеральной части. В результате снижается паро-производителыюсть, длительность непрерывной кампании, надежность и экономичность котельных агрегатов. Возникает необходимость реконструкции топочных камер с внедрением современных систем очистки поверхностен нагрева, оптимизации режимов их работы. В перспективе эксплуатация систем сухой сероочистки, внедрение горелок с низкими выбросами оксидов азога и схем ступенчатого сжигания может увеличить шлакоЕание топочных экранов.

В настоящее время анализ результатов испытаний котлов, проектирование реконструируемых и новых топочных устройств выполняется, как правило, с использованием зонального метода расчета, который позволяет определить распределение температур газов, удельных падающих и воспринятых тепловых потоков, что крайне необходимо при разработке мероприятий по снижению шлакования, повышению устойчивости гидродинамики внутренней среды и надежности поверхностей нагрева. Достоверность расчетов зональным методом, особенно в условиях неравномерного размещения средств очистки, зависит от учета распределения отложений по площади экранов. Для решения указанных проблем актуальны исследования теплофизических свойств отложений, характера шлакования, эффективности водяной обдувки новыми аппаратами и теплообмена в топочных камерах при сжигании КАУ.

Цель к задачи исследования

Цель работы - повышение беешлаковочион мощности, длительности непрерывной кампании, надежности и экономичности существующих, реконструируемых и проектируемых котельных агрегатов, сжигающих КАУ, на основе исследования локального и суммарного теплообмена, оптимизации схем и режимов работы средств очистки топочных экранов с использованием зонального метода расчета теплообмена.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Обобщить и дополнить данные по теплопроводности и теплоемкости наружных отложений. Эти данные необходимы для расчетной оценки напряжений, возникающих в период водяной обдувки, при определении толщины и массы отложений, удаляемых системой шлакоудалепня, а также для зональных расчетов топочных камер.

2. Определить порядок значений пределов прочности отложений, образующихся при сжигании КАУ. Оценить вероятность разрушения различных типов отложений на основе вариантных расчетов, нестационарных температурных полей и напряжении, возникающих в них при водяной обдувке.

3. Выполнить оценку погрешности измерения температур при тепловом ударе (термошоке) в момент водяной обдувки топочных экранов с целью определения оптимальной заделки термопар в темцературных вставках и зондах для исследования обдувочных аппаратов, используемых в системах диагностики шлакования. - : '

4. Выполнить промышленные исследования локального теплообмена, интенсивности и нераг.номерности шлакования топочных экранов, эффективности новых аппаратов и систем водяной обдувки при сжигании назаровского, ирша-бородинского и березопекого углей, а также надежности шлакоудаления.

5. Разработать методику расчета распределения локальных коэффициентов теплового сопротивления отложений с учетом реальных схем и режимов очистки. Определить влияние очистки на локальный и суммарный теплообмен в топочной камере котла П-67 при сжигании березовского угля.

Положения, выиоадоые на защиту ,

1. Экспериментальные данные по'теплофизкческим и прочностным свойствам отложений, образующихся при сжигании КАУ.

2. Результаты численного анализа нестационарных температурных полей и напряжений с слое отложений, вероятности их разрушения и погрешности измерений термошоков при водяной обдувке.

3. Комплекс экспериментальных данных по локальному теплообмену и интенсивности шлакования топочных экранов котлов БКЗ-420,

БКЗ-500, П-67, эффективности очистки глубокоиыдпижиыми аппаратами водяной обдувки типа ОВГ, дальнобойными - ЛВО, ОВД и маловыдвнж-иыми - ОВМ при сжигании ирша-бородинского, назаровского и березовского углей. Рекомендации по определению максимальной производительности системы шлакоудалеиия.

4. Методика расчета распределения локальных коэффициентов теплового сопротивления отложений для зонального метода расчета топочной камеры.

5. Результаты анализа влияния различных схем очистки на локальный и суммарный теплообмен в топке котла П-67 блока 800 МВт Березовской ГРЭС-1.

Методика исследования

В работе применены современные методы исследования геппофизн-ческих свойств отложений и теплообмена в топочных камерах. Достоверность полученных результатов обеспечивается комплексным использованием численного, физического и натурного экспериментов, а также корреляцией большого объема экспериментальных данных с ранее полученными другими авторами.

Научная новизна исследования

Получены зависимости коэффициентов теплопроводности от пористости и температуры для трех условных групп отложений, образующихся при сжигании КАУ: ангидрнтных (основной компонент СаБОд), первичных (железистых) и вторичных (шлаковых).

На основе оценки прочности отложений и численного анализа возникающих в них напряжений показана низкая эффективность водяной обдувки при образовании железистых отложений.

Определены погрешности измерения термошокоп вследствие смещения спхч термопары относительно измеряемой поверхности и искажения локальных температурных полей в месте заделки термопары при наличии полостей. Впервые получены данные по термошокам в зонах очистки новых аппаратоо водяной обдувки.

На основе результатов исследования эффективности системы очистки топочной камеры котла П-67 получены распределения удельных тепло-пых потоков и локальных значений коэффициентов тепловой эффективности топочных экранов (у) по радиусу обдувки в зоне действия различных аппаратов водяной обдувки.

Разработана методика расчета распределения локальных значений !! термического сопротивления отложений по поверхности топочных экранов с учетом реальных схем и режимов очистки.

Практическое зиачсшш

Результаты выполненных исследований использованы при оптимизации схем и режимов работы средств очистки топочных экранов котлов Е-500 Красноярской ТЭЦ-2, БКЗ-420 Барнаульской ТЭЦ-3, П-67 блока 800 МВт Березовской ГРЭС-1. Практическое внедрение результаты работы получили при разработке схем очистки топочных экранов, в расчетах локального и суммарного теплообмена котла П-67 второго энергоблока Березовской ГРЭС-1, экологически чистых котлов паропроизводитель-ностыо 500 т/ч Минусинской ТЭЦ и Красноярской ТЭЦ-1, а также «выносных» электростанций с блоками 300 и 500 МВт на Урале и в Европейской части России. Результаты испытаний использованы при разработке новых обдувочных аппаратов на заводе Красмаш.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены на IV краевом совещании «Проблемы сжигания канско-ачинских углей в котлах мощных энергоблоков» (Красноярск, 1985), научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в области совершенствования тепловых процессов и новые технологии промышленных установок и ТЭЦ» (Челябинск, 1987), на международном симпозиуме по сжиганию низкосортных топлнв (Хельсинки. 1990), на международном коллоквиуме XXI KRAFTWERKSTECNISCHES KOLLOQUIUM «Meßtechnik für thermische Energieanlagen» (Дрезден, 1989).

Публикации

По теме диссертации опубликовано б научных статей, получено авторское свидетельство.

Объём диссертации л её структура

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из ¡03 наименований и приложений.

Работа содержит 132 страницы, включая 15 таблиц и 75 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной работы, формулируется цель исследований и основные положения, выносимые на защиту.

Необходимость исследования теплофнзических и прочностных характеристик наружных отложений, им юнишиш и их роста й эффективности удаления возникает при анализе локального и суммарного теплообмена в топочных камерах существующих, реконструируемых и проектируемых котельных агрегатов с целью повышения их беецшаковочной мощности, длительности непрерывной кампании, надежности и экономичности.'.

В первой главе кратко описаны способы счистки поерхногген нагрева, технические характеристики ».области прпуепениг. нозых аппаратов водяной обдувки, результат;! исследований различными авторами эффективности очистки топочных экранов при сжигании КЛУ, данные по теплопроводности, термическому сопротивлению и прочности различных отложений, обоснованы задачи исследований.

Для очистки топочных камер при сжигании шлакующих углей в настоящее время рекомендуется использование аппаратов водяной обдувки. Эффективность очистки зависит от типа, размещения, параметров и ре:ки-г 1а работы аппаратов, конструктивных особенностей поверхностен нагрева, прочности, формы, толнншм, теплофнзнческих свойств отло;кении, скорости приложения импульсной нагрузки.

Анализ работ по исследованию прочностных характеристик отложений показал, что последние меняются в довольно широких пределах и зависят от большого числа факторов. Для связанных отложений наиболее распространен метод, основанный на разрушения образцоз цилиндрической формы путем сжатия.

Теплопроводность отао;:сеннн (X) зависит от температуры, пористости и минералогического состава. Опубликованные данные по теплопроводности отлоксешш была получены, з основном, для образцов высокой пористости с объемно;! долей пор более 0,4, в то время как при с:яигании ¡санско-ачкпских углей были обнаружены связанные отложения с пористостью 0,01-0,3.

В апшпгтческом обзоре от::ечгн недостаточный объем исследований эффективности водяной обдувки при сжигании ирша-бородинского угля и практическое отсутствие данных при сжигании березозского угля.

Показана перспективность применения зонального метода расчета локального и суммарного теплообмена в топочных камерах, для повышения точности которого целесообразно учитывать размещение средств очистки зкракоэ.

По второй гг.представлены экспериментальные данные по теплопроводности к тепяое.'жостп наружных отложении, пробы которых отбирались па котлах Красноярской ТЗЦ-1, Красноярской ТЭЦ-2, Березовской ГРЗС-1. Зависимость X от температуры представлена линейной аппроксимацией ?„ = где К - теплопроводность при нормальных условиях; Р - эмпирический коэффициент - 0,4* 10'" (за исключением отрицательных значений для первичных отложений); I - средняя температура слоя отложений. Все полученные данные по л0 обобщены на рис.1 в зависимости от пористости отложений <П). На основании этих результатов и данных минералогического анализа было выделено -ри группы отложений: знгидритные, первичные (железистые), и вторичные (шлаковые).

ó

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4

Пористость

Рис.1. Зависимость теплопроводности отложений от пористости

По данным измерений теплоемкое;-;: отложений пе удалось выявить какой-либо зависимости от шяюраяыюго состава и пористости. Для всех исследованных проб отложений значения объеыноп теплоёмкости отличаются не более чем на 10% и в среднем составляют- 3 МДж/м'К. ■

Расчеты нестационарных полез! температур и напряжений в слое отложений в момент водяной обдувы: проводились для двух типов отложений. Первый - наиболее распространишь«! во всех исслсдованных котло-афегатах с содержанием .Fe203 60-S0H и теплопроводностью 1,0-1,5 Вт/мК. Второй - отложения, образующие тонкий первичный слой, включающие в себя также окалину, с тегаопрсзодаосшо до 5 Вт/ыК.- '.

Характерные результаты выполненных расчетов .представвоны иа рис. 2. Основное падение температуры на посерхности отложений происходит за 0, i-0,2 с. Дальнейшее охлаждение приводит с перестройка температурного поля по толихпие слоя. Глубина р.аспростракг;шя,температурных возмущений при работе аппаратов как правило пе превышает 1 мм. Максимальные растягивающие напряжения, возникающие на поверхности отложений в момент водяной обдувки, могут достигать 600 МПа, при глубине распространения - 1,5-2 мм. , ■

Исследование прочностных характеристик, первичных железистых отложешш проводилось путем испытаний на прочность выточенных образной отложений диаметром 15 мм. Для определгншяпрочностных характеристик использовался метод диаметрального сжатия. Прочность осноа-

Напряжение. МГК

4CS .'09

:оз

10", О

-¡го

-:п ¡Л

,¿'"s4 /у,'/' У ■9, у Щ/yyJ

:â

' v v л/--.

^ v.yvv /Л-У

Cpi-.л

, с

i,0 ¡

\

Ч, 0,8 ¡л > ^ 4 ó N \ \ \

с

Toril':'.

1,5 :м

oivtovä;

P¡:c. 2, Поля температур ¡i нзпгг r.p^mei»! ок.глл;;

R слог "г.тожепнп в -■: :í ! при ас;;л;;ои оолупке

;jü:!C1ímocti¡ or

В третьей гласе описаны методика и результаты промышленных исследог-акий эффективности работы систем водяной очистки топочных экранов котлов БКЗ-420 Барнаульской ТЭЦ-3, БКЗ-500 Красноярской 'ГЭЦ-2 и П-67 Березовской ГРЭС-1.

Численный анализ оценки погрешности измерения термошоков, с поверхностях нагрева при водяной обдувке показал, что последняя обусловлена заглубление:»! эффективного места спад термолары относительно наружной поверхности, а таюке искажением локального температурного поля б узле заделки термопары из-за наличия полостей с высокими теплоизоляционным!! свойствами и отличий б теплофазнческих свойствах материалов термопары и металла поверхности нагрева. Анализ указанньсх погрешностей для характерных вариантов заделки термопары был выполнен по результатам расчетов нестационарных температурных полей с использованием программы численного решения двумерной нелинейной задачи нестационарной теплопроводности методом тепловых балансов с конечно-элементной дискретизацией модели.

На рнс.3,4 представлены характерные температурные поля на епзщ-ней и внутренней границах спал диаметром 2,6 мм термопары ХА с термоэлектродами 1.0 мм. глубиной заделки нижней границы спая 1,25 мм в сплошной пластине из стали 20, при коэффициенте теплоотдачи от иду (с температурой 40 °С) к металлу а = 65 кВт/(м~"С), начальной температуре пластины 500 °С и длительности охлалсдеппя 0,8 с. Для сразкепил построены температурные полл б соответствующих сече:;;:;::: сплошной пластины. Из рисунков видно, насколько велики ;:е;;а;:;е;:,::; температурных полей при часто применяемой заделке термопар, особенно сел;: сразпи-вать температуры на ишкией границе спая термопары (крива: па рис.4), рассматриваемой в качестве «эффективного сечеплл»,температурой наружной поверхности сплошной пластины (ппямая на рие.З").

Рис. 3. Температурные поля на поверхностях спал термопары и пластины

Рис. 4. Температурные поля г» сечении 1,2 мм от поверхности

По условиям минимального искажения температурных полей при тепловом ударе целесообразно применение термопар с диаметром термоэлектронов 0,3-0,5 мм, глубиной заделки спая — 0,5 мм ¡1 диаметром спая -1,0-1.5 мм. При этом относительные отклонения измеряемых а реальных термсглокоз будут составлять 10-30% в зависимости от интенсивности и длительности термического воздействия, материалов термопары, основного металла н других факторов. Погрешность может быть снижена при введении поправок а результаты измерении после проведения расчетов с учетом реально?"! заделки термопар.

Эффективность очистки топочных экранов аппаратами водяной об-дуски оценивалась по пзмепекгао локальных коэффнцие'ггоп тепловой эффегсяшпости (у), определяемых гак отношение величины воспринятого теплового потока (о,) к величине падающего теплозого потока (ця) в тон ;т:е точке. Суммарная эффгстгюпость очистки оценивалась по изменению температуры ппоа з позэротиоП камере и балансовой температуре на выходе из топки до и после очистки.

В качестве датчикоз воспринятого теплозого потока использовались водсохлахгдаемые тепломеры И температурные вставки ¡ЗТИ. Измерения падающих тепловых потокоз из ессх котлах прозодились торцевым тср-мозендом специальной конструкции, разработанной при участии автора. Тарировка зонда прсводгаась по образцовому торцевому водоохлаздае-мому зонду ВТИ. Результаты измерений ш, г!з, о,п на котле П-67 ннтерпо-л::росалпсь в тшзежггл зпрапсв Кп£5$пз методом с целью получения полей падающих п воспринятых теплогых потокоз, а также локальных коэффициентов теплозой эффективности на поверхности КРЧ.

Ка котле БКЗ-420 Барнаульской ТЭЦ-3 в период проведения испытаний с::;игался назарозский бурый уголь. Очистка топочных экранов производилась дальнобойным водяным обдузочным аппаратом типа ОВД. Исследования эффективности работы средств очистки топочной камеры котла ШСЗ-500 Красноярской ТЭЦ-2 проводились при. работе котла на нр-

ша-бородааском и бер,к01#ком углях. Дня очистки юкочаш; экранов ис-иользож&нс» дздыгооой.шг подгашс обдувочпые аппараты типа ЛЕО.

На котле П-67 Березовской ГРЭС-1 и период испытании сжигался серезовский бурый угол:-. Опыты проводились при введенных в эксплуатацию босшп глубасоацяэижиых ьодяиых оЗлуаочных аппаратах типа ОВГ и двадцати м&повцдопзеиых водяных обдувочшлх аппаратах топа

овм

Характерные изменения локальных коэффициенте!» тепловой эффективности ьо времени и максимальные темпы шлакования для указанных котлов представлены нарис.5,6.

БКЗ-420 с-500 Ирша- Е-500 П-67

Назорсаский бородинский Еероззюкий Берагосадай угол:» уголь уголь уголь

Рис. 5. Максимальный темп шлакования тслзчпых экранов при сксиганин каис:со-ачш;с:а«к углей

Максимальный темп падения значений V;? получен па котле БКЗ-420 с;;;иг;:нии иазароаского угла. Водяная обдувка топочных экранов г.р::-годиг к сссстапослешио у до прежних значен;!;: независимо ог ксходисго уровня, что говорит о низкой прочности образующихся отложении и си-сокоГ. эффективности очистки. На котла Е-5С0 при сямгшши ираха-иог'одинского у гг. я наксичзлький темп шлакосап.к; на порядок ¡¡иксе, но г.'тов;п эффективное! ь экранов падает с связь с сбразоааилем прочных первичных отложений. 11р.1 охшачин березавского угла те:.;;; шлавопашк с\ гдсст ¡¡¿ш:о ыирас мет.

5 Г! Ё

II

ц о 1

II

■З-а

11 ■е-«

о.п г,:: 0.7 о.с

0.5 0.1 3.3 0.2

О

0.9 ■

о.а : о.т : 0.0 0.5 : 0.4

о

0.9 ■ V 0.3 ' 0.7 0.6

51 \

I

{Н

20 га Время, ч

-'3

Кот.- БКЗ~!20 ! 1;гг.рС!Ч':;иЛ ую.:ь 85 кВь'.'-Г

> - 'К>лл!)П!1 облулга

- саморасишаковка

Котел Е-500 Ирша-бородинскин уголь с;~=250 кР.т/м2

50 то 150 200 250 300

Время, ч

Котел П-67 Березовский уголь Ч„=350 кВт/м2

0.5

т I - ■ I ! I '

10 20 30 40 50 60 Время, ч

Рис.б. Изменение локальных коэффициентов тепловой эффективности чистых топочных экранов в зонах максимального шлакования

На рис. 7 представлено изменение во времени распределения удельных воспринятых тепловых потоков по площади топочных экранов котла П-67, из которого видно, что характер загрязнения меняется в течение длительного периода. В связи с этим кратковременные сжигания березовского угля, выполненные ранее, не позволили получить корректные результаты по тепловой эффективности топки и размещению средств очистки.

Рис. 7. Изменение удельных воспринятых тепловых потоков по площади фронтового экрана через год (а) 1! два года (б) после пуска котла П-67

Характер изменения воспринятых тепловых потоков п целом отражает картину распределения локальных коэффициентов тепловой эффективности и подтверждает необходимость устраигнт с первую очередь ;;е-очищаемых зон.

Картина установившегося загрязнения экранов представлена на

рис.8.

В четвертой главе представлены результаты исследования влияния различных схем размещения средств очистки на теплообмен б топочной камере котла П-67. Для проведения расчетов выбрано три схемы размещения обдувочных аппаратов, которые последовательно были реализованы на котле с момента его пуска.

Зональная модель топочной камеры котла П-67, использованная для проведения расчетов, представлена на рис.9.

О

частый экран, 7> о,б~о,8 полое загрязнениэ, у. о,ч-о,&

^ сальное ,

загрязнение, у. 0,2-0,ч \

омеио сипъное

загрязнение, у- 0,1-0,2

это

мпературнои зтаЬки

УЗепьиые паЗаюиаие теплобью потоки. хВт/м2

Теиперотуро газоб по Высоте топки, "С_

- ОС : \ ■ а о

Чсо \

атг \

о о \

а 0 1 1

а ь о

/ оо 3 о

О 10 20

О 10 20 Н 1100 1200 1300 1400 1П00'С

Рнс.8. Картина установившегося загрязнения экранов когла П-67

Рис.9. 'Зональная модель топочной камеры когла ! 1-67

Определение средних значений локальных коэффициентов тепловой эффективности топочных экранов в отдельных зонах производилось с использованием экспериментальных кривых распределения значений 4/ по радиусу от оси обдувочных аппаратов ОВМ и ОВГ (рис. 10).

1.0

0.8

0.6-1

0.4-

5 0.2

0.0

Зона ОЗМ после очистки

через 8 часов посла очистки

Зона ОВГ после очистки = 350 кВт/м® через 8 часов шаг слгдз струн 850.мм

= 350 кВт1н?

Зона ОВГ после очистки = 310 кВт/?.? таг следа струн 300 мм

через 8 часов после очистки

10

Радиус очистки, м

Рис. ¡0. Изменение коэффициентов тепловой эффективности по радиусу очистки на котле П-67

Для проведения зональных расчетов необходимо перейти от средних значении у в зонах к средним значениям теплового сопротивления отложений ( К ).

Используя известные зависимости вида:

(1) (2)

где: а,- интегральная ног.'ннцательная способность отложений, с,- интегральная степень черном,! отложений, <ти- постоянная Стефана-Ьольцмана, 'Г,- температура нар)ЖШ)(о слоя ¡иловых отложений, И- тепловое сопротивление слоя оможенкн,'!,..- температура стенки экранной трубы.

Ча= ¡/КСТ,-^

О, = (1Д„ - С„ЕзТ,4 ,

Учитывая, что для инженерных расчетов с^ » с3, получаем следующее выражение для К:

П = (((С)Ч!,-Ч,КС1(7„)"4-ТСТ)/Ч, (3)

Используя эмпирическую зависимость вида:

Тсг = 385 + 0,24(], (4)

и зная, что 1|/ ~ я,/л,„ получаем следующую формулу для определения К: 11= ((я'„ (с, - мО^с-оУ" - (385 + 0,24^,,))/^,, ( 5 ) Средние значения удельных падающих тепловых потокоп п расчет-пых зонах определялись из графиков полей распределения по площади НРЧ при номинальной нагрузке котла. Средние значения степени черноты определялись по обобщенной зависимости, описываемой полиномом вида: £з = 1,273 - 1,048ТЭ + 0,666т,2 + 0,154Т,3 ( 6 )

Температура наружного слоя отложений (Т,) определяется из ( 2 ). Задавая произвольное исходное значение степени черноты золовых отложений, путем последовательных итераций определяем искомое значение с,. Подставляя полученное значение о ( 5 ), получаем среднее значение К для данной зоны.

Результаты зональных расчетов топочной камеры котла П-67 с различными вариантами размещения средств очистки представлены на рнс.11.

Факт 5.0 $.92

1С00

Оптимальное

размещение аппаратов ,

2

4

3

Номер варианта

Рис. 11. Изменение температуры газоз на выходе из топки в зависимости от системы очистки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ I! ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Определены коэффициенты теплопроводности для трех уело ных групп наружных отложений, образующихся на поверхностях нагре1 при сжигании канско-ачинских углей: ангидритных, основным компоне том которых является Са50.( (X = 0,6-1,2 Вт/мК); первичных, богатых г матнтом (X. = 1,1-4,8 Вт/мК); вторичных (шлаковых) с большим содерж нием стеклофазы (К = 0,5-0,8 Вт/мК). Результаты обобщены в виде зав симости от пористости и температуры отложений.

2. Оценка прочности наружных отложений показала, что для а гидритных отложений предел прочности на растяжение изменяется от : до 300 МПа, а для первичных отложений может превышать 500 МПа.

3. Из анализа нестационарных температурных полей и напряжен! в слое отложений при водяной обдувке следует, что основное паден, температуры на наружной поверхности отложений происходит за 0,1-0,2 Дальнейшее охлаждение приводит к перестройке температурного поля 1 толщине слоя. Глубина распространения температурных возмущений превышает 1 мм. Максимальные растягивающие напряжения, возника! щие на поверхности ангидритных отложений в момент водяной обдув* достигают 600 МПа. Для железистых отложений с высоким коэффицие том теплопроводности уровень растягивающих напряжений в 2-3 раза н же, чем объясняется низкая эффективность их удаления.

4. Проведенная оценка погрешности измерения термошоков п водяной обдувке показала, что обусловлена она заглублением эффестт ног о места спая термопары относительно наружной поверхности, а так: искажением локального температурного поля в узле заделки термопа] из-за наличия полостей с высокими теплоизоляционными свойствами. П этом относительные отклонения измеряемых и реальных термошоков ( ставляют 10-30%.

5. Наиболее эффективна водяная обдувка на котлах, сжигают хабаровский уголь - каждый цикл очистки приводит практически к пол) му удалению отложений независимо от исходного уровня загрязнения, котлах, сжигающих нрша-бородинский и березовский угли, один цикл с дувки приводит к возрастанию локальных коэффициентов тепловой 2 фекгивиости топочных экранов в среднем на 0,1. Для всех котлов неоо; днмо обеспечивать юпочиый режим, исключающий образование прочн железистых отложений , не удаляемых водяной обдувкой.

<>. На основе роэ\'лыат» исследования эффективности систе! очистки топочной камеры мила 11-07 получены распределения локальн шачсиий по ради>су обдувки и нше действия аппаратов водяной обд; кн. ['афлоокша меюдика рлсчоа распределения локальных значений >;

термического сопротивления отложении по поверхности топочных экранов с учетом реальных схем и режимов очистки.

7. Зональные расчеты топочной камеры котла П-67 для различных схем очистки показали, что увеличение доли очищаемых площадей НРЧ на 25-30% приводит к сшпкешпо температуры газов на выходе из тонки на 40-50 "С. Максимальные значения удельных падающих тепловых потоков снижаются при этом па 50-60 кВт/м2.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕГЛЕ ДИССЕРТАЦИИ

ККопапевич И.А., Майдэник ММ, Васильев В.В., Еськин И.В., Чернов В.В. Температурит! рехаш охранных труб хохла Е-500 // Тезисы до:сла-доз IV краевого совещания. - Красноярск, 1985 г. «Проблемы сжигания кадехо-ачшгагах углей в котлах мощных энергоблоков», c.i 14.

2. Васильев В.З., Есьппп И.В., Ковалгшгч И.А., Чернов В.В. Исследование • оффегстивпссти средств очистки топочных экранов котла Е-500 при

ехп.'ганин прхва-бородняскего угля // Тезисы докладов научно-техшшеекеп конференция. - Челябинск, 19S7 г. «Научно-тсхпаческий прогресс з области ссс«?шскотвэзаикя тспяовых процессов и иовые технолог::.*! промьхдленпых установок и ТЭЦ», с.53.

3. ~¡?.ÚT\Z'¡ V., Kovr-'evitrch I. Ein system zur kontrolle der vsrr-chlackung von feL'CTb?.:nn:e;Tchinr.:cn und rceinir^unaf.r.pparntesftuerHng И XXI Kraft-'.vcrkrtecr.rjiirchîo koHoqulm. - Dresden, 19S9. «Meßtechnik ílir thermische Епггл:гс-п!зг-сд>->, p,S5.

4. A.c. СССР I4027Í0. МКИ3 F 22 3 37/33. Комбинированный зонд для ::с:ггрслл за плгкезажем окрапез топки котла // Ефпмекко А.Н., Алех-;:свлч А.Н., Срывхоз C.B., Брыков В.Л., Ковллевич И,А. БН, 19SS, №22.

5. V.V.Vœiliev, I.A. Kovalevitch, M.N. Maidanik Tha effect of water jet lancing en fiimace wall tubes of high slanged deposit fuel-fired boilers / / VIT SYMPOSIUM 10S. - Helsinki,!990.'Low-grade fuels, Volume 2, p.129-137.

6. Козалеспч H.A., Васильев B.B., МаЯгапик M.H. Эффективность очистки топочных о'.сраноа котла П-67 при сжипэтпи бгрезосского угля / / Теплоэнергетика, J'а4,1992 г. с.53-62.

7. Белов С.Ю., Васильеа В.В., Ковзлсвкч И.А., Тетерина Т.М. Коэффициент тсплопроводпости золопых отлогсгикй па трубах котлов при сжигании капскс-ачннских углей / /Теплоэнергетика, íí> О, ¡993 г. с.33-35.

Подписано к печати 21.07.97 Тираж ICD экз. Заказ !(чÏW

Отпечатано в Красноярском государственном техническом университете г. Красноярск, ул. Корейского 26.