Журавов А.А.- Генеральный директор МГП «Мостеплоэнерго»

В последние годы развитие теплоснабжения г. Москвы происходит, в основном, за счет строительства новых районных тепловых станций и реконструкции действующих РТС МГП «Мостеплоэнерго». При этом, в связи с ростом жилищного строительства и увеличения теплопотребления в городе, наиболее остро встала задача увеличения единичной тепловой мощности водогрейных котлов.

Принятая в середине 90-х годов ориентация на установку котлов КВГМ-100 не оправдала себя прежде всего из-за их низкой ремонтопригодности, большой энергоемкости и трудностей с достижением проектной мощности после их наладки.

В начале 1996 года МГП «Мостеплоэнерго» совместно с котельным заводом «Дорогобужкотломаш» разработали проект и выполнили реконструкцию водонагревательного котла ПТВМ-100 РТС «Коломенская», которая заключалась в изменении конфигурации топки, снижении на 1400 мм верхнего и нижнего яруса горелочных устройств, увеличении мощности индивидуальных вентиляторов, установке дымовой трубы высотой 69 метров, заключенной в трубный каркас. Новый котел целиком вписывался в существующую котельную ячейку котла ПТВМ-100, что позволило максимально использовать каркасные конструкции, а увеличение объема топки позволило сохранить прежние значения температурных напряжений при общем росте тепловой мощности котла на 20Гкал/час. В марте 1997 года новый котел ПТВМ-120 был принят междуведомственной комиссией для промышленного производства.

В следующем году была проведена реконструкция котлаПТВМ-50 РТС«Чертаново», которая заключалась в увеличении высоты дымовой трубы до70 метров, увеличении высоты топочной камеры, увеличении конвективной поверхности нагрева котла и монтаже новой конструкции в существующих старых котельных габаритах.

При пусконаладочных испытаниях котла ПТВМ-60 РТС «Чертаново» достигнута тепловая мощность - 63 Гкал/час (73,2 МВт/ч), т.е. прирост, как и у котла ПТВМ-120, составил -20%. Кроме отмеченного выше, внедрение новых котлов позволяет:

• существенно снизить приземные концентрации вредных выбросов в атмосферу (более высокая дымовая труба);
• снизить, в среднем, выбросыNOx на 20 мг/м 3 ;
• получить максимальный КПД при работе на газе - 93%;
• снизить, за счет реконструкции, теплонапряженность топки;
• продолжить модернизацию оборудования в условиях недостатка финансовых средств.

На 01.01.2001 года в МГП «Мостеплоэнерго» будет эксплуатироваться 32 единицы реконструированных котлов ПТВМ-120 и ПТВМ-60. Учитывая положительный опыт работы этих котлов МГП «Мостеплоэнерго» при поддержке Управления топливно-энергетического хозяйства г. Москвы, при строительстве новых РТС, ориентируется сегодня исключительно на их установку.

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ГЛАВНОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ

ТИПОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА ПТВМ-100
ПРИ СЖИГАНИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

ТХ 34-70-014-85

Москва

СОСТАВЛЕНО предприятием «Уралтехэнерго» Производственного объединения по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей «Союзтехэнерго»

ИСПОЛНИТЕЛИ Н.Ф. ОВСЯННИКОВ, В.Д. СОЛОМОНОВ

УТВЕРЖДЕНО Главным техническим управлением по эксплуатации энергосистем 17.07.85 г.

Заместитель начальника Д.Я. ШАМАРАКОВ

Типовая энергетическая характеристика котла ПТВМ-100 составлена на основании результатов испытаний и фактических показателей работы котлов, на которых не внедрялись реконструктивные мероприятия по повышению надежности и экономичности, и отражает технически достижимую экономичность котла.

Типовая энергетическая характеристика может служить основой для составления нормативных характеристик котлов ПТВМ-100 при сжигании природного газа.

Условия построения характеристики

2 . ТИПОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА ПТВМ-100

2.1 . При составлении характеристики использовались материалы испытаний, проведенных в разное время Уралтехэнерго, Южтехэнерго, МГП Союзтехэнерго, а также фактические показатели работы котлов ПТВМ-100 в 1983 - 1984 гг.

Характеристика соответствует руководящим документам и методическим указаниям по нормированию технико-экономических показателей котлов и отражает технически достижимую экономичность котла при нижеприведенных условиях, принятых за исходные.

2.2 . Исходные условия составления характеристики:

2.2.1 . Котел работает в основном режиме по четырехходовой схеме и в пиковом режиме по двухходовой схеме без предварительного подогрева воздуха.

2.2.2 . Котел работает на естественной тяге (без дымососа) на индивидуальную дымовую трубу.

2.2.3 . Топливо - природный газ. Низшая теплота сгорания МДж/м 3 (7950 ккал/м 3).

2.2.4 . Температура холодного воздуха (t х.в ) на входе в дутьевые вентиляторы 5 ° C .

2.2.5 . Температура сетевой воды (t вх ) на входе в котел:

В основном режиме 70 °C;

В пиковом режиме 104 °C.

2.2.6 . Общая площадь конвективных поверхностей нагрева равна проектной. Отглушенные змеевики отсутствуют.

• на мазуте - 230 °С;
• на газе - 185 °С;
• КПД котла при 40% нагрузке 92,6% и 92,1% соответственно при работе на мазуте и газе.

Для реконструкции был взят водогрейный котел ПТВМ-100 (рис. 1), теплопроизводительность которого при работе на природном газе составляет 90-95, при работе на мазуте – 60-70 ГКал/ч. Среди основных недостатков котла можно выделить следующие:

• - относительно маленькая камера сгорания с высоким коэфициентом объемной тепловой нагрузки;
• - высокие адиабатные температуры в камере сгорания, обусловливающие повышенную концентрацию NOx в уходящих газах (при использовании природного газа – 500-600, мазута – 800-900 мг/м³);
• - неполное сгорание топлива при сжигании мазута;
• - высокая температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания, обуславливающая перегрев труб первого конвективного пакета;
• - недостаточная регулировка соотношения «воздух-топливо»;
• - низкие производительность и КПД;
• - низкая скорость воды на элементах высокого давления, ведущая к их перегреванию;
• - ненадежное конструкционное выполнение блокировки и защиты

Для анализа работы котла и разработки плана его реконструкции было применено математическое (компьютерное) моделирование с использованием вычислительной гидродинамики. Цель исследований – расчет гидродинамических параметров, давления, температуры в выбранной геометрии. Стоит отметить, что применение вычислительной гидродинамики значительно уменьшает потребность в пробных испытаниях и делает возможным оптимизацию и стимуляцию различных процессов. Следовательно, экономятся значительные средства и, что немаловажно, время.

Современная вычислительная гидродинамика занимается разработкой таких актуальных направлений, как расчет движений вязкой жидкости, численное исследование течений газа с физико-химическими превращениями, изучением распространения ударных волн в различных средах, решение газодинамических задач при наличии излучения. Наиболее важный объект в исследовании вычислительной гидродинамики – применение горелочной техники для сжигания жидкого и газообразного топлива. С большой точностью можно рассчитать внутренний реактивный турбулентный поток в большом котле, что делает возможным подробное сравнение различных вариантов установки горелок.

При создании горелок больших мощностей роль метода вычислительной гидродинамики значительно возрастает по причине невозможности проведения испытаний в реальном топочном объеме и с использованием дурнопахнущих газов. Проведение исследований в производственных помещениях заказчика также является трудной задачей. В этих случаях моделирование практически незаменимо.

На основании результатов математического моделирования разработано подробное конструктивное решение для каждой специфической проблемы. Так, например, проблему так называемой холодной воронки (непрогретой области Б нижней части котла) решили исключить за счет правильного распределения конвективных потоков при замене горелок.

В конструкцию котла добавлены дополнительные конвективные поверхности (пакеты). Кроме того, угол наклона горелок был изменен - принят как 10° вниз по горизонтали.

Результаты моделирования приведены на рис. 2 и 3.

При замене были использованы низкоэмисионные мазутно-газовые горелки Lenox GRT фирмы Oilon с современной автоматикой на базе микропроцессорных контроллеров. Принцип работы горелок (рис. 4) основан на фазовом сжигании топлива, которое подается в разные зоны факела. Воздух для горения распределяется в разных частях воздушного короба и направляется на факел фазировано, в несколько этапов. Таким образом, достигается регулируемое смешивание топлива и воздуха, низкая температура горения и минимальные выбросы вредных веществ в атмосферу. С помощью горелки Lenox реализована также циркуляция дымовых газов. При реконструкции котла применена автоматика BMS (Burner Management System), обеспечивающая безопасность, контроль и оптимизацию горения.

В результате применения новых устройств, а также внесения изменений в конструкцию котла (рис.5) количество горелок было сокращено с 16 до 6. Кроме того, увеличена скорость воды в поверхностях нагрева, что повысило эксплуатационную надежность установки. В целом, в результате реконструкции котла ПТВМ-100, удалось добиться следующих результатов:

• ♦ увеличения КПД котла на 9-10 % (экономия горючего – 5168 т мазута или 6,25 млн м³ газа за один сезон);
• ♦ уменьшения ремонтных часов приблизительно на 30 %;
• ♦ увеличения производительности (на мазуте – до 122, на природном газе – до 128ГКал/ч).

Кроме того, по итогам проведенной работы увеличен (до 99 %) уровень безопасности и снижены выбросы вредных веществ в атмосферу: при использовании газа эмиссия NOx составила менее 120, при использовании мазута – менее 340 мг/м³.

К другим достоинствам реконструкции котла ПТВМ
– 100 с использованием современных горелочных устройств можно отнести:

• ♦ низкие капиталовложения (приблизительно 30 % стоимости нового котла);
• ♦ короткое (1,5 года) время окупаемости вложенных средств за счет уменьшения эксплуатационных и ремонтных расходов, энергоэффективности;
• ♦ увеличение периода безремонтной эксплуатации трубной системы котла (трубы старой системы меняются каждые три года, новая же гарантирует срок эксплуатации от восьми до десяти лет).