РЕКОНСТРУКЦИЯ ПАРОГЕНЕРАТОРА БКЗ-220-110 ЖЕЗКАЗ-ГАНСКОЙ ТЭЦ ТОО «KAZAKHMYS ENERGY»

РЕКОНСТРУКЦИЯ ПАРОГЕНЕРАТОРА БКЗ-220-110 ЖЕЗКАЗ-ГАНСКОЙ ТЭЦ ТОО «KAZAKHMYS ENERGY»

Научная статья

Мешков А.С.¹, Жабалова Г.Г.², Онищенко О.Н.^3, *, Леликова О.Н.⁴, Камарова С.Н.⁵

¹ Отдел развития котлостроения ТОО «Корпорация КазЭнергоМаш», Темиртау, Казахстан;

^{2, 3, 4, 5} Карагандинский государственный индустриальный университет, Темиртау, Казахстан

* Корреспондирующий автор (teacherolg[at]mail.ru)

Аннотация

В статье рассматривается возможность реконструкции парогенератора БКЗ-220-110 Жезказганской ТЭЦ, на которой после демонтажа ширмового пароперегревателя, а также части первой ступени конвективного пароперегревателя возникли серьезные проблемы с обеспечением температурного режима третьей и четвертой ступеней пароперегревателя. Для решения возникших проблем предлагается реконструкция, которая позволит повысить паропроизводительность до 240 т/ч, используя в качестве топлива борлинский каменный уголь, увеличить надежность работы котлоагрегата и снизить выбросы NOx до величины менее 470 мг/нм³, при α=1,4.

Ключевые слова: тепловая электростанция, котлоагрегат, система сопел верхнего и нижнего дутья, пылеугольные и растопочные горелки. 

RECONSTRUCTION OF THE BKZ-220-110 STEAM GENERATOR OF ZHEZKAZ-GANSK CHPP OF “KAZAKHMYS ENERGY” LLP

Research article

Meshkov A.S.¹, Zhabalova G.G.², Onishchenko O.N.^3, *, Lelikova O.N.⁴, Kamarova S.N.⁵

¹ Boiler Development Department, KazEnergoMash Corporation LLP, Temirtau, Kazakhstan;

^{2, 3, 4, 5} Karaganda State Industrial University, Temirtau, Kazakhstan

* Corresponding author (teacherolg[at]mail.ru)

Abstract

The article discusses the possibility of reconstructing BKZ-220-110 steam generator of the Zhezkazgan CHPP, where serious problems arose in ensuring the temperature regime of the third and fourth stages of the superheater after dismantling the screen superheater, as well as part of the first stage of the convective superheater. To solve the problems, reconstruction is proposed aimed at increasing steam production up to 240 t/h with Borlin coal as fuel raising the reliability of the boiler and reducing NOx emissions to less than 470 mg/nm³ where α = 1.4.

Keywords: thermal power station, boiler, nozzle system of upper and lower blast, pulverized coal and kindling burners.

На сегодняшний день в Республике Казахстан действуют 40 ТЭЦ, построенных, в основном, в 60÷80-е годы прошлого столетия с установленной электрической мощностью ~7053 МВт, располагаемой электрической мощностью ~ 5873 МВт [1]. Системы централизованного теплоснабжения на базе ТЭЦ получили наибольшее развитие в Северной зоне Казахстана – 64% от суммарной располагаемой тепловой мощности ТЭЦ Республики Казахстан, в Южной зоне тепловая мощность составляет 19%, в Западной – 17%.  Основное топливо для казахстанских ТЭЦ - это: уголь ~ 80%; природный газ ~ 15%; мазут ~ 5% [2]. Ключевой проблемой для всех действующих ТЭЦ является моральный и физический износ основных фондов во всех звеньях системы. Падение спроса на тепловую энергию привело к уменьшению доли выработки электроэнергии на тепловом потреблении, к снижению эффекта комбинированной выработки тепла и электроэнергии и, соответственно, к ухудшению технико-экономических показателей и росту себестоимости производства тепла и электроэнергии. Возможность замены существующего оборудования новым с соблюдением требований по повышению эффективности ограничивается размерами ячеек установленного устаревшего оборудования, осложняется большой стесненностью площадок, поэтому одним из вариантов решения этой проблемы является модернизация существующего оборудования на действующих ТЭЦ [3].

Теплофикационное оборудование Жезказганской ТЭЦ обеспечивает тепловой энергией городские тепловые сети города Жезказган, Жезказганский медеплавильный завод ТОО «Казахмыс Смэлтинг» и Жезказганский горно-металлургический комбинат им. К. И. Сатпаева [4].

На ТЭЦ установлены и находятся в эксплуатации 8 паровых энергетических котлов высокого давления, в том числе: ст. № 4÷7 типа ТП-10, ст. № 8 и 9 типа ТП-13Б Таганрогского котельного завода (ТКЗ), ст. № 10 и11 типа БКЗ-220-100 Барнаульского котельного завода (БКЗ). Номинальная паропроизводительность каждого парового котла – 220 т/ч, расчётные параметры перегретого пара 100 кгс/см²  и 540 ^оС, но фактически, номинальная температура перегретого пара за котлами снижена до 520 ^оС [5].

Котел БКЗ-220-100-9 ст.№11 Жезказганской ТЭЦ проектировался на сжигание Куу-Чекинского каменного угля со средними характеристиками: . После замены проектного топлива на каменный уголь Борлинского месторождения повысилась температура дымовых газов на выходе из топки и, соответственно, увеличилось тепловосприятие пароперегревателя, в результате чего, температура перегретого пара превысила предельно допустимую. Для устранения этой проблемы станцией было принято решение демонтировать ширмовый пароперегреватель, а также часть первой ступени конвективного пароперегревателя. После выполнения данных мероприятий возникли проблемы с обеспечением температурного режима третьей и четвертой ступеней пароперегревателя, а также произошло повышение температуры газов перед второй ступенью воздухоподогревателя, что привело к деформации верхней трубной доски. Для снижения температуры металла верхней трубной доски (снижения температуры горячего воздуха) были демонтированы нижние кубы первой ступени воздухоподогревателя. В связи с этим, на котле БКЗ-220-100-9 возникли следующие серьезные проблемы: постоянный занос конвективных поверхностей нагрева переходного газохода и постоянное обрушение золы в топку, что приводит к останову котла (срабатывает защита по погасанию факела); повышенный золовой износ водяных экономайзеров из-за высоких скоростей газов; высокие температуры по конвективной шахте (включая температуру уходящих газов); выбросы NO_X  в пределах 1100 мг/нм³.

Ошибочный демонтаж ширм привел к повышению температуры газов перед конвективным пароперегревателем, увеличению допустимой температуры в конвективных поверхностях нагрева и разрушению этих поверхностей. Для решения возникших проблем предлагается реконструкция парогенератора БКЗ-220-110, которая позволит повысить паропроизводительность до 240 т/ч, используя в качестве топлива борлинский каменный уголь, увеличить надежность работы котлоагрегата и снизить выбросы NOx до величины менее 470 мг/нм³, при α=1,4.

Для реализации данной реконструкции необходимо заново изготовить и смонтировать следующие элементы котельной установки: пылеугольные горелки; воздушные сопла верхнего и нижнего дутья; растопочные мазутные горелки; элементы крепления топочно-горелочных устройств; паромазутопровод в районе котла; разводки топочных экранов под установку пылеугольных горелок, сопел верхнего и нижнего дутья; трубы для восстановления мест демонтированных горелок; монтажные детали топки в объеме реконструкции; опускные трубы в объеме реконструкции; внутрибарабанные устройства;  гляделки (лючки) в объеме реконструкции.

Реконструкция заключается в следующем: в нижней части скатов холодной воронки по встречно-смещенной схеме устанавливаются 9 сопел нижнего дутья (НД) под углом 15° к горизонтали на отметке 4620 мм.  Расчетная доля горячего воздуха, подаваемого через сопла нижнего дутья, в диапазоне нагрузок 60-100 % от составляет 20 % от теоретически необходимого для горения. Таким образом, применение системы нижнего дутья также способствует: снижению температуры газов на выходе из топки за счет смещения факела вниз, растягивание зоны активного горения и увеличения тепловосприятия экранов холодной воронки; уменьшению потерь тепла с механической неполнотой сгорания топлива в провале; увеличению диапазона нагрузки котла без подсветки факела за счёт повышения температуры газов в холодной воронке; предотвращению шлакования поверхностей нагрева [6].

Топка оснащается 8 прямоточными горелками, которые устанавливаются на фронтовой и задней стенах топки вертикально в два яруса, по две в общей амбразуре, на отметках 9400 мм и 11200 мм. Оси горелок направлены по касательной к воображаемой окружности диаметром 800 мм. Кроме того топка оборудуется четырьмя растопочными вихревыми мазутными горелками с индивидуальным подводом воздуха, предназначенными для растопки котла. Растопочные горелки - однопоточные, состоящие из воздушного короба с аксиальным завихрителем, выполненным из 8 лопаток [7], устанавливаются на боковых стенах топки в один ярус на отметке +9400 мм. Выше основных горелок, на отметке 14250 мм, на фронтовой и задней стенах топки тангенциально размещаются четыре сопла верхнего дутья (ВД). Оси сопел верхнего дутья направлены по касательной к воображаемой окружности диаметром 2000 мм. Направление крутки третичного (верхнего) дутья противоположно направлению крутки основных горелок. Расчетная доля горячего воздуха, подаваемого через воздушные сопла верхнего дутья, в диапазоне нагрузок 60-100% составляет 15% от теоретически необходимого для горения. Система сопел верхнего дутья позволяет снизить уровень NOx за счет снижения количества «топливных» оксидов азота, которые образуются, в основном, на начальном участке факела в зоне воспламенения и выгорания летучих [8]. Перераспределение вторичного воздуха между горелками и соплами верхнего и нижнего дутья позволяет регулировать скоростной режим горелок, способствует снижению температуры газов на выходе из топки за счет снижения уровня «ядра» факела, что растягивает зону горения и увеличивает тепловосприятие холодной воронки. Схемы установки сопел нижнего и верхнего дутья показаны на рисунке 1.

Рис. 1 –Установка сопел нижнего и верхнего дутья

 

Для розжига растопочных мазутных горелок предусматривается установка безгазовых высокоэнергетических искровых запальников HESI – 4 шт (на каждую растопочную горелку) [9]. Для контроля за факелом растопочных горелок предусматривается установка фотодатчиков типа ФДСА-03М-01 [10]. Каждая растопочная горелка должна быть оборудована пароаккустической (ультразвуковой) форсункой «Факел» типа ФУЗ-2000, установленной в трубе по оси горелки [11]. Суммарная производительность всех мазутных форсунок обеспечивает 30 % нагрузки котла. Две растопочные горелки будут задействованы в системе автоматического подхвата факела (защита от потускнения пылеугольного факела). Для обеспечения нормативных выбросов оксидов азота (NOx менее 470 мг/нм³ при α=1,4) на котле кроме установки по тангенциальной схеме прямоточных горелок должно быть организовано ступенчатое сжигание топлива за счет подачи части воздуха, необходимого для выгорания топлива, через воздушные сопла нижнего и верхнего дутья. Пылеугольные и растопочные горелки и воздушные сопла нижнего и верхнего дутья должны крепиться на коробках, приваренных к экранным трубам, и при тепловых расширениях экранов перемещаться вместе с ними.

Таким образом, перспективная схема установки топочно-горелочных устройств с системой сопел верхнего и нижнего дутья позволит добиться устойчивого горения топлива в топке котлоагрегата, повысить срок службы ширмового пароперегревателя и воздухоподогревателя второй ступени за счет снижения температуры уходящих газов на выходе из топки, а также реконструкция позволит улучшить экологическую обстановку в регионе за счет снижения концентрации NOx с 800 мг/м³ до 470 мг/м³.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Электроэнергетика Казахстана: ключевые факты [Электронный ресурс] //Сайт Казахстанской компании по управлению электрическими сетями KEGOC. – URL: www.kegoc.kz/ru/elektroenergetika/elektroenergetika-kazahstana-klyuchevye-fakty (дата обращения: 25.06.2019).
2. Состояние и перспективы развития централизованного теплоснабжения в Казахстане. [Электронный ресурс] //АО «Институт «КазНИПИЭнергопром», – URL: http://www.eep.kz/upload/files/prezentacia_gucaliuk.pdf (дата обращения: 25.06.2019).
3. Беликов С.Е. Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы / Беликов С.Е.. – М.: Аква-Терм, 2016г. – 212 c.
4. Жезказганская ТЭЦ ТОО «Kazakhmys Energy» (Казахмыс Энерджи). [Электронный ресурс] //Сайт ТОО «Kazakhmys Energy», – URL: http://kazakhmys-energy.kz/ru/about-us (дата обращения: 25.06.2019).
5. Паспорт котельного цеха Жезказганской ТЭЦ. – Жезказган: 2006. – 132 с.
6. Глейзер И.Ш. Котлы энерготехнологических и тепловых электростанций / Глейзер И.Ш. – М.: Энергосервис, 2015. – 248 c.
7. Винтовкин А.А. Горелочные устройства промышленных печей и топок / Винтовкин А.А., Ладыгичев М.Г. Конструкции и технические характеристики. – М.: Интермет Инжиниринг,1999. – 560 с.
8. Котлер В.Р. Ступенчатое сжигание – основной метод подавления оксидов азота на пылеугольных котлах / Котлер В.Р.//Научный журнал «Теплоэнергетика» – 1 989 – № 8 – с. 18-21.
9. HESI Высокоэнергетичный электрический запальник. [Электронный ре-сурс]//Сайт компании «Си Ай С-Контролс» (CIS-Controls), – URL: http://www.cis-controls.ru/flame-control-and-ignition/fireye/igniters/hesi.html (дата обращения: 25.06.2019).
10. ФДСА-03М-01-IP65, устройство селективного контроля пламени. [Электронный ресурс]//Сайт компании НПП «ПРОМА», – URL: http://www.promav.ru/production/fotodatchiki-i-signalizatory-goreniya/ustroystvo-selektivnogo-kontrolya-plameni-fdsa-03m-01-ip65/ (дата обращения: 25.06.2019).
11. ФАКЕЛ, форсунки. [Электронный ресурс]//Сайт компании НПП «ПРО-МА», – URL: http://www.promav.ru/production/forsunki-mazutnye/forsunki-fakel/ (дата обращения: 25.06.2019).

Список литературы на английском языке / References in English

1. Jelektrojenergetika Kazahstana: kljuchevye fakty [Power industry of Ka-zakhstan: key facts][ [Electronic resource] // Sajt Kazahstanskoj kompanii po upravleniju jelektricheskimi setjami KEGOC. – URL: www.kegoc.kz/ru/elektroenergetika/elektroenergetika-kazahstana-klyuchevye-fakty (accessed: 25.06.2019). [in Russian]
2. Sostojanie i perspektivy razvitija centralizovannogo teplosnabzhenija v Kazahstane. [State and the prospects of development of the centralized heat supply in Kazakhstan.] [Electronic resource]// AO «Institut «KazNIPIJenergoprom», – URL: http://www.eep.kz/upload/files/prezentacia_gucaliuk.pdf (accessed: 25.06.2019). [in Russian]
3. Belikov S.E. Kotly teplovyh jelektrostancij i zashhita atmosfery. [Coppers of thermal power plants and protection of the atmosphere] / Belikov S.E. – М.: Akva-Term, 2016. – 212 р.
4. Zhezkazganskaja TJeC TOO «Kazakhmys Energy». [Zhezkazgan combined heat and power plant «Kazakhmys Energy»] // Sajt TOO «Kazakhmys Energy», – URL: http://kazakhmys-energy.kz/ru/about-us (accessed: 25.06.2019). [in Russian]
5. Pasport kotel'nogo ceha Zhezkazganskoj TJeC. [Passport of the boiler shop of the Zhezkazgan combined heat and power plant.] – Zhezkazgan: 2006. – 132 p.
6. Glejzer I. Sh. Kotly jenergotehnologicheskih i teplovyh jelektrostancij [ Glazer I. Sh. Coppers of power technological and thermal power plants] / Glejzer I. – М.: Jenergoservis, 2015. – 248 p.
7. Vintovkin A.A. Gorelochnye ustrojstva promyshlennyh pechej i topok. Konstrukcii i tehnicheskie harakteristiki. [Devices for burning of industrial furnaces and fire chambers. Designs and technical characteristics] / Vintovkin A.A., Ladygichev M.G. – М.: Intermet Inzhiniring,1999. – 560 p.
8. Kotler V.R. Stupenchatoe szhiganie – osnovnoj metod podavlenija oksidov azota na pyleugol'nyh kotlah [Step burning – the main method of suppression of nitrogen oxides on coal-dust coppers] / Kotler V.R. // Nauchnyj zhurnal «Teplojenergetika» [Scientific magazine « Power system»] – 1989 – № 8 – р. 18-21
9. HESI Vysokojenergetichnyj jelektricheskij zapal'nik. [HESI High energy electric igniter] // [Electronic resource] Sajt kompanii CIS-Controls, – URL: http://www.cis-controls.ru/flame-control-and-ignition/fireye/igniters/hesi.html (accessed: 25.06.2019). [in Russian]
10. 1ФДСА-03М-01-IP65, ustrojstvo selektivnogo kontrolja plameni [ФДСА-03М-01-IP65, selective flame control device] [Electronic resource]// Sajt kompanii NPP «PROMA», – URL: http://www.promav.ru/production/fotodatchiki-i-signalizatory-goreniya/ustroystvo-selektivnogo-kontrolya-plameni-fdsa-03m-01-ip65/ (accessed: 25.06.2019). [in Russian]
11. FAKEL, forsunki [TORCH, nozzles.] [Electronic resource]// Sajt kompanii NPP «PROMA», – URL: http://www.promav.ru/production/forsunki-mazutnye/forsunki-fakel/ (accessed: 25.06.2019). [in Russian]