3.2.1. Экономичность вир- технологии

Низкоэмиссионная вихревая технология не только не снижает экономичности работы котлоагрегата, как это имеет место в случае применения низкоэмиссионных горелок и т.п., а, наоборот, приводит к повышению К. П. Д. котла брутто на 1–3 %. Объясняется это следующим:

1. Характер температурного поля в топке, особенно в ее поперечном сечении, сильно влияет на условия теплообмена между факелом и экранными поверхностями нагрева. В зоне активного горения (зона максимального тепловыделения) интенсивность выделения тепла превышает интенсивность теплоотдачи от факела. В результате температура топочных газов повышается до некоторого максимального значения.

Указанное максимальное значение температуры топочных газов при прочих равных условиях определяется размерами зоны активного горения и коэффициентом эффективности экранных поверхностей нагрева в данной зоне. Кроме того, как показано А.Г. Блохом, при высокой степени неизотермичности факела (что имеет место при традиционных методах пылеугольного сжигания, особенно в топках котлов большой мощности) более холодные пристенные слои топочных газов, имеющие повышенную поглощательную способность, экранируют излучение центральных, более горячих зон факела, снижая плотность потока излучения, падающего на экраны. Интенсивное внутритопочное перемешивание газовых потоков при вихревой аэродинамике приводит к выравниванию температурного поля топки, что исключает указанный выше эффект.

2. Наличие значительной массы горящих коксовых частиц, циркулирующих в топке и имеющих сплошной спектр излучения, значительно превосходящий полосчатый спектр излучения трехатомных газов, приводит к повышению излучательной способности факела. К тому же в работу включается практически вся поверхность топочной воронки.

Поэтому, несмотря на снижение средней температуры факела, лучистое тепловосприятие топочных поверхностей нагрева возрастает. Кроме того, повышенные скорости газов вблизи стен топки увеличивают конвективную составляющую теплообмена. В результате максимальные температуры в топке снижаются на 100–200 ^oС, а на выходе из нее – на 80–150 ^oС. Тепловая эффективность топочной камеры котла П-59 после перевода его на ВИР-технологию за период опытного сжигания оставалась практически стабильной (_т= 0,3 – 0,38), близкой к нормативному значению и существенно выше, чем до модернизации (_т= 0 – 0,22). Повышение тепловой эффективности экранов _ср при переходе на ВИР-технологию составило в среднем _ср= 0,14.

Рис. 3.2. Траектории движения частиц угля до (1) и после (2) модернизации

(диаметр частиц в микронах)

Это же подтверждается результатами математического моделирования топочного процесса, выполненного для котла ВВ-1150 к блоку 360 МВт (электростанция «Белхатув», Польша) с использованием программного комплекса FLUENT. На рис.3.2 представлены соответственно расчетные траектории движения топливных частиц двух фракций в обычной топке с тангенциальным расположением горелок (1) и в реконструированной на низкоэмиссионное сжигание (2). Из них видно, что в первом случае все частицы циркулируют только в зоне горелок. При низкоэмиссионном процессе все крупные и большинство мелких частиц вовлекаются в вихревое движение и заполняют объем топки от горелок до нижнего дутья.

В первом случае основное горение происходит в районе горелок. Во втором варианте за счет наличия зоны рециркуляции топочных газов и вследствие взаимодействия наклоненных вниз под разными углами потоков аэросмеси и нижнего дутья зона горения распространяется практически на всю нижнюю часть топки. Соответственно, поверхность теплоотвода из зоны горения (с учетом излучения в зону охлаждения) увеличивается более чем в два раза при одинаковом тепловыделении. Согласно позонному расчету это приводит к снижению средней температуры в зоне горения на 12–15 %, что согласуется с натурными замерами на реконструированных котлах.

Снижение температуры газов на выходе из топки влечет за собой соответствующее снижение температуры уходящих газов. А хорошее перемешивание топлива и окислителя при вихревой схеме организации топочного процесса позволят эксплуатировать котел с пониженными (по сравнению с прямоточно-факельным процессом) избытками воздуха на выходе из топки (_т = 1,12 – 1,15) без увеличения содержания горючих в золе уноса и без увеличения концентрации СО.

Таким образом, снижение температуры и избытка воздуха в уходящих газах за счет повышения эффективности работы топки позволяет увеличить коэффициент полезного действия «брутто» котлоагрегата на 1–3 % даже на котлах, проработавих до модернизации 30–40 лет.