Enhancement of the efficiency of burning low-reaction coal in the swirl burners of boilers at their high-concentration dust supply under pressure

We describe the results of investigating the work of swirl burners of TPP-210A boiler of a 300 MW power unit at traditional and high-concentration systems of dust supply and the influence of these technologies on the efficiency of burning low-reaction coal. The effect of using transport air in high-...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2017
Автори та афіліації:
  • Kesova L.O.
  • Pobirovsky Yu.N.
  • Merenher P.P.
Ключові слова:keywords
Автори: Kesova L.O., Pobirovsky Yu.N., Merenher P.P.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2017
Теми:
Онлайн доступ:https://systemre.org/index.php/journal/article/view/644
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:System Research in Energy
Завантажити файл: Pdf

Репозитарії

System Research in Energy
_version_ 1871104161121042432
author Kesova L.O.
Pobirovsky Yu.N.
Merenher P.P.
author_facet Kesova L.O.
Pobirovsky Yu.N.
Merenher P.P.
author_institution_txt_mv [ { "author": "Kesova L.O.", "institution": null }, { "author": "Pobirovsky Yu.N.", "institution": null }, { "author": "Merenher P.P.", "institution": null } ]
author_sort Kesova L.O.
baseUrl_str https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection OJS
datestamp_date 2026-07-18T12:57:43Z
description We describe the results of investigating the work of swirl burners of TPP-210A boiler of a 300 MW power unit at traditional and high-concentration systems of dust supply and the influence of these technologies on the efficiency of burning low-reaction coal. The effect of using transport air in high-concentration dust supply on boiler operation is estimated. The results of our studies confirm the possibility of using designed burners of TPP-210A boiler in the case of its work with high-concentration dust supply under pressure. This technology enables one to enhance the efficiency of swirl burners, to reduce chemical and mechanical underburning, and to increase the gross boiler efficiency in the control range by 0.383 - 1.02%.
doi_str_mv 10.15407/pge2017.04.061
first_indexed 2026-03-24T02:02:28Z
format Article
fulltext 61 УДК 622.613.124 Л.О. КЄСОВА1,2, доктор техн. наук, професор, Ю.М. ПОБІРОВСЬКИЙ, канд. техн. наук, П.П. МЕРЕНГЕР, 1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», проспект Перемоги, 37, м. Київ, 03056, Україна, 2Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СПАЛЮВАННЯ НИЗЬКОРЕАКЦІЙНОГО ВУГІЛЛЯ У ВИХРОВИХ ПАЛЬНИКАХ КОТЛІВ ПРИ ПИЛОПОДАЧІ З ВИСОКОЮ КОНЦЕНТРАЦІЄЮ ПІД ТИСКОМ Наведено результати досліджень роботи вихрових пальників котла ТПП-210А енерго- блока 300 МВт при традиційній і висококонцентрованій пилоподачі з впливом цих тех- нологій на ефективність спалювання низькореакційного вугілля. Оцінено ефект викори- стання транспортуючого повітря при висококонцентрованій пилеподачі на роботу котла. Результати досліджень підтверджують можливість використання проектних пальників котла ТПП-210А при переводі котла на подачу пилу з високою концентрацією під тиском (ПВКт). Технологія ПВКт дозволяє підвищити ефективність роботи вихрових пальників, знизити хімічний і механічний недопал і підвищити ККД брутто котла в діапа- зоні регулювання на 0,383 – 1,02 %. К л ю ч о в і с л о в а: котел, вихровий пальник, пилоподача, висока концентрація. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ Спалювання низькореакційного вугілля марки АШ у вихрових пальниках котлів з рід- ким шлаковидаленням потребує високого рівня температур в топці та запалювання вугільного факела за короткий період часу. Процес спалювання пилу поділяється на дві характерні стадії: I – часом запалювання τзп від моменту надходження пилу в топку до його займання; II – часом вигоряння коксово- го залишку τвк. Більшу частину сумарного часу процесу становить τзп, а τвк практично не залежить від виду палива і становить при прийнятій тонкості помелу десяті частки секунди. Підвищення концентрації пилу на пальники помітно підвищує температуру в топці та знижує час запалення, однак це питання досліджено недостатньо [1,2]. В умовах традиційної системи пилоподачі – ТСП, концентрація пилу в первинному повітрі (μ = 0,5 – 0,6 кг/кг), коливання якості та витрати палива впливають на повітряний режим пальника і оптимальну швидкість аеросуміші (W1 = 16‒18 м/с) в тракті первин- ного повітря від пиложивильника до пальни- ка; іноді це не дозволяє забезпечувати необхідну зону рециркуляції гарячих газів в факелі пальника для запалювання пилу. Ефективна робота вихрового пальника потребує підтримання оптимального співвід- ношення швидкостей вторинного повітря (W2) до первинного (W1) в діапазоні W2/ W1 = = 1,3–1,5 [2–4]. В роботах ВТІ, ЦКТІ показано, що підви- щення ефективності спалювання вугільного пилу в вихрових пальниках можливо шляхом заміни традиційної системи пилоподачі© Л.О. КЄСОВА, Ю.М. ПОБІРОВСЬКИЙ, П.П. МЕРЕНГЕР, 2017 ISSN 1562-8965 (Online), ISSN 1562-8965 (Prіnt). The problems of general energy. 2017, 4(51):61-66 doi: https://doi.org/10.15407/pge2017.04.061 62 ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) Л.О. КЄСОВА, Ю.М. ПОБІРОВСЬКИЙ, П.П. МЕРЕНГЕР системою висококонцентрованої пилоподачі під тиском – ПВКт [2,4]. Порівняльні дослідження спалювання пилу вугілля марки АШ при двох технологіях пилоподачі на пальники було виконано НТУУ «КПІ» на корпусі ЗБ котла ТПП-210А Трипільскої ТЕС (Тп ТЕС), з використанням експериментального аераційного пиложи- вильника із двома тічками для роботи при ПВКт на пилопровід Dу = 80 мм і на пилопро- від Dу = 500 мм при ТСП. Це дозволило про- вести дослідження роботи існуючих пальни- ків і загальних характеристик топкового про- цесу при двох способах подачі вугільного пилу. В дослідженнях на Тп ТЕС місце вводу висококонцентрованого потоку в трубопровід первинного повітря вибрано на відстані 3,0– 4,0 м від пальника, де має місце температурна і гідравлічна стабілізація потоку. Впровадження ПВКт на котлах ТПП-210А (Тп ТЕС) показало, що така система має пере- ваги в організації процесу горіння. Так, завдя- ки малому діаметру транспортуючого пило- проводу ПВКт, можливо забезпечити подачу вугільного пилу в будь-яке місце пальника або трубопроводу первинного повітря (рис.1). Крім того, без змін режиму транспорту є мож- ливість впливати на початковий розподіл пилу в повітрі перед пальником і в самому пальнику при змінних режимі роботи котла. Знімаються обмеження по витраті пилу на пальник (без впливу на повітряний режим). При ПВКт досягнуто витрату палива на паль- ник до 12–16 т/год, що неможливо в умовах традиційної пилоподачі [5]. При дослідженнях на високореакційних паливах встановлена залежність щодо оцінки прискорення прогріву частинок пилу у висо- коконцентрованому потоці за рахунок проме- нистого тепла топки на ділянці факела за пальником. Показано, що збільшення кон- центрації пилу на виході з пальника призво- дить до значного росту коефіцієнта поглинан- ня променистого потоку, перпендикулярного струменю аеросуміші, що прискорює швид- кість запалення пилу. При цьому, концентра- ція пилу впливає на процес запалення та горіння палива в топці сильніше, ніж інші режимні фактори [3]. У кожній серії дослідів фактори, що визначають топковий процес (теплове наван- таження котла, характеристики палива, роз- рідження й присоси в топці, умови підсвічу- вання факела мазутом, витрати первинного, вторинного повітря та ін.), підтримувалися незмінними. Температура під час дослідів вимірювалася трьома способами: платино- платинородієвою термопарою в водоохолод- жуємому зонді, оптичним пірометром і кремнієвим фотодіодом з реєстрацією від- Рис. 1. Схема підведення пилопроводів ПВКт до пальників котла ТПП-210А 63 Підвищення ефективності спалювання низькореакційного вугілля у вихрових пальниках котлів при пилоподачі з високою концентрацією під тиском носної світності факела. Оскільки характе- ристики топкового процесу визначаються організацією його в пальниках і в загальному об’ємі топки, була знайдена зона факела пальника, що слабко залежить від умов у топці, і характеристика, яка визначає процес у факелі. Дослідження показали, що, за інших рівних умов, важлива характеристика організації процесу в пальнику τзп однознач- но корелюється з координатою Х по осі факе- ла, де температура по осі факела tвф досягає температури запалювання tзп. Виміри пока- зали, що зміна температурного рівня в при- лягаючому до пальника об’ємі топки при різ- них схемах підсвічування не впливає на тем- пературу по осі факела та у зоні зворотних струмів (функція tвф = f(Х) практично не залежить від подальшого протікання проце- су в топці). Разом з тим, зміни умов роботи пальника впливають як на характер кривої tвф = f(Х), так і на параметри в об’ємі топки і його загальні показники [5]. Порівняльні дослідження роботи вихрових пальників і загальних характеристик топково- го процесу при двох способах подачі пилу показали, що представницькою характеристи- кою, яка дозволяє зіставити різні способи організації процесу в пальнику, є температур- ний профіль по осі його факела. При тради- ційному пневмотранспорті розподіл пилу в первинному повітрі перед пальником і за ним не регулюється, а при ПВКт початковий роз- поділ палива в повітрі перед пальником зале- жить від керованих і некерованих факторів у конкретних умовах експлуатації [6]. У процесі досліджень (рис.2) оцінювався вплив на характеристики горіння відстані L від введення ПВКт у повітропровід до паль- ника й глибини hстр проникнення струменя ПВКт у потік первинного повітря, яка зумов- лена залежністю [5]: де k = 2,0–2,2 – коефіцієнт пропорційності, що визначається геометричними параметрами системи; DПВК – діаметр пилопровода ПВКт; Wпп, WПВК – швидкість первинного повітря й струменя ПВКт; ρп, ρпп – щільності транспор- туючого повітря в ПВКт і первинного повітря, відповідно. Рис.2. Розрахункова схема введення високо- концентрованного потоку в трубопровід первин- ного повітря перед пальником Дослідженнями [5] встановлено, що витра- ту транспортуючого повітря (Gптр) можливо змінювати в досить широких межах без втра- ти надійності пилоподачі, сумарну витрату повітря в пилопроводі ПВКт можна регулюва- ти та впливати на динаміку виходу струменя аеросуміши з пилопроводу Dу = 80 мм, а також на профіль поля концентрації пилу в первинному повітрі перед равликом пальни- ка. Так, при подачі струменя ПВКт у центр перетину пилопровода первинного повітря, (hстр = hстр маx = 0,5D) при L = 2,7 м і Gп тр = = 110 кг/год поле концентрацій пилу перед пальником, а також характеристики факела й топкового процесу і традиційному пневмо- транспорті, є практично ідентичними. Збільшення L підвода ПВКт не змінювало картини, але зменшення L і особливо величи- ни hстр у всіх дослідах приводили до поміт- них змін характеристик факела пальників і топкового процесу. Для оцінки впливу транспортуючого повіт- ря на температуру факела були проведені спе- ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) 64 ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) Л.О. КЄСОВА, Ю.М. ПОБІРОВСЬКИЙ, П.П. МЕРЕНГЕР ціальні випробування пальника котла при зміні Gп тр у діапазоні від 0 до 100 кг/год. Вимірювання температури проводилися в контрольній точці по осі пальника на відстані 1,0 м від амбразури (рис. 3). Зниження витрат повітря на транспорт при ПВКт дозволяє підвищити температуру газів у районі пальника та температуру у приосевій зоні рециркуляції, що сприяє більш ранньому запалюванню вугільного пилу. Ідентичний характер розподілу температури дозволяє при оцінці процесу горіння в різних умовах кори- стуватися вимірами в контрольній зоні по осі факела з координатою Х = 1,0 м від устя паль- ника. На рис. 3 наведено залежності темпера- тури в контрольній зоні від витрати транспор- туючого повітря при навантаженні блока Nе = = 300 МВт при різних αве. Аналогічні залеж- ності отримані й при інших навантаженнях. З рис. 3 видно, що при зниженні витрати транс- портуючого повітря температура tвф в конт- рольній точці зростає. Оскільки при ПВКт вентилятор гарячого дуття (ВГД) працює при зниженому напорі (цим забезпечується опти- мальна W1), зменшується витрата первинного повітря і росте концентрація пилу. Інтенсифікація хімічного реагування в цьому випадку досягається збільшенням швидкості прогріву пилу за рахунок росту температури газів рециркуляції у факелі пальника, а також підвищенням локальної концентрації летю- чих до значень, що перевищують нижню кон- центраційну межу запалення [5]. Результати досліджень зміни температури газів по осі факела залежно від технології пилоподачі наведено на рис. 4. Температурний профіль по осі факела пальника при ПВКт стає крутіше (рис. 4), має місце підвищення температури на 150–200 ºС, що свідчить про зменшення τзп, більш раннє запалювання пилу є передумовою для зни- ження механічного недопалу q4. Аналіз пульсації випромінювання факела (в діапазоні λ = 0,4–1,1 мкм) показав (рис. 5), що при зниженні Gп тр амплітуда пульсацій зменшується, тобто горіння стає рівномірним і стійким. Таким чином, при ПВКт пальник стає керо- ваним і перехід на висококонцентровану пилоподачу, навіть із пальниками існуючої конструкції, являє собою важливий резерв підвищення ефективності спалювання низь- кореакційних палив і легко реалізується при модернізації діючих котлів. Для ПВКт можли- Рис. 3. Залежність зміни температури в контрольній точці факела пальника №6 котла енергоблока №3 Тп ТЕС від Gп тр ПВКт, при витраті повітря на аерацію в аеропиложивильнику Gп апж = 35 кг/год, та при різних надлишках повітря за водяним економайзером: 1 – αве = 1,28, 2 – αве = 1,3 65ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) Підвищення ефективності спалювання низькореакційного вугілля у вихрових пальниках котлів при пилоподачі з високою концентрацією під тиском во використання існуючих пальників без роз- робки спеціалізованих. Застосування ПВКт відкриває нові можливості вдосконалювання топкового процесу й поліпшення його харак- теристик [4,5]. Витрата повітря на транспорт пилу високої концентрації (70–120 кг/кг) оці- нювалась по впливу її на стійкість процесу горіння в пальнику. На рис. 5 наведено пуль- сації світності факела в пальнику при Gп тр = = var; оптимальною принято Gп тр = 38 кг/год. Ефективність роботи вихрових пальників в умовах подачі пилу з високою концентрацією в порівнянні з традиційною системою підт- верджується результатами досліджень топко- Рис. 4. Розподіл температури газів по осі факела пальника при різних технологіях пилоподачі (Nе = 300 МВт); Gп апж = 35 кг/год, Gп тр = 40 кг/год: 1 – ПВКт, αве = 1,24; 2 – ТСП, αве = 1,24; 3 – ПВКт, αве = 1,3; 4 – ТСП, αве = 1,3 Рис. 5. Пульсації світності факела пальника котла ТПП-210А (корпус 3Б) при зміні витрати транспортуючого повітря 66 ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) Л.О. КЄСОВА, Ю.М. ПОБІРОВСЬКИЙ, П.П. МЕРЕНГЕР вого режиму котла ТПП-210А. Так, при ПВКт мало місце зниження q3 на 0,2%, q4 – на 0,4– 1,0%; зростання ККД брутто котла при Nе = 225 МВт становило 1,02%, при Nе = 300 МВт – 0,383% [5,7]. ВИСНОВКИ • При ПВКт висококонцетрований поток пилу може вводитися в будь-яке місце трубо- проводу первинного повітря або пальника без впливу на витрату первинного повітря, що дозволяє регулювати його в широкому діапа- зоні при забезпеченні оптимального співвід- ношення швидкостей W2/W1. • При переведенні котлів на технологію ПВКт реконструкція пальників не потрібна, а місце вводу пилу високої концентрації перед пальником в короб первинного повітря виби- рається достатнім для стабілізації темпера- турного режиму та розподілу пилу по перети- ну пилопровода на стабілізованій ділянці. • За рахунок зміни режиму роботи ПВКт (витратою транспортуючого повітря), впли- вом на поле концентрацій вугільного пилу в пальнику, можна задавати зони з високою концентрацією на початковій ділянці факела для сприяння більш раннього запалювання пилу. • Переведення всіх пальників котла на ПВКт в робочому діапазоні навантажень при- зводить до зниження втрат з хімічним та механічним недопалом, зростанню ККД на 0,383–1,02% і підвищенню температури в районі «поду» топки на 150–200 ºС, що сприяє покращенню процесу рідкого шлако- видалення. 1. Мадоян А.А., Балтян В.Н., Гречаный А.Н. Эффективное сжигание низкосортных углей в энергетических котлах: Производственное издание. М.: Энергоатомиздат, 1991. 200 с. 2. Шагалова С.Л., Шницер И.Н. Сжигание твердого топлива в топках парогенераторов. Л.: Энергия, 1976. 3. Шницер И.Н. Исследование влияния тем- пературы пылевоздушной смеси на воспламене- ние и выгорание антрацита ухудшенного каче- ства. Теплоэнергетика. 1991. № 12. С. 46—49. 4. Чернышев Е.В., Зуев О.Г., Титов Ю.Ф. Опыт внедрения системы концентрированной подачи угольной пыли и аэропитателей. Электрические станции. 2000. № 11. С. 10—13. 5. Кесова Л.А., Черезов Н.Н., Георгиев А.В. и др. Разработка, исследование, внедрение и опыт эксплуатации системы высококонцентри- рованной пылеподачи (под давлением) котлов ТПП-210А Трипольской ТЭС. К.: Знание Украины, 2001. 96 с. 6. Митор В.В., Бондарев А.М. Экспериментальная и аналитическая оценка роли лучистого тепла в воспламенении пыле- воздушной струи. Энергомашиностроение. 1977. № 6. С. 18—20. 7. Довготелес Г.А., Котельников Н.И., Хайрулин Ф.С., Салимон М.П., Кесова Л.А., Черезов Н.Н., Побировский Ю.Н. Освоение технологии подачи угольной пыли с высокой концентрацией для котлов, сжигающих АШ. Энергетика и электрификация. 1999. № 3. С.12—15. Надійшла до редколегії 10.11.2017.
id systemreorg-article-644
institution System Research in Energy
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-07-19T01:19:41Z
publishDate 2017
publisher General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv systemreorg/69/c9ab82c400ead246004c8d3e03a01369.pdf
spelling systemreorg-article-6442026-07-18T12:57:43Z Enhancement of the efficiency of burning low-reaction coal in the swirl burners of boilers at their high-concentration dust supply under pressure Підвищення ефективності спалювання низькореакційного вугілля у вихрових пальниках котлів при пилоподачі з високою концентрацією під тиском Kesova L.O. Pobirovsky Yu.N. Merenher P.P. boiler, swirl burner, dust supply, high concentration. котел, вихровий пальник, пилоподача, висока концентрація We describe the results of investigating the work of swirl burners of TPP-210A boiler of a 300 MW power unit at traditional and high-concentration systems of dust supply and the influence of these technologies on the efficiency of burning low-reaction coal. The effect of using transport air in high-concentration dust supply on boiler operation is estimated. The results of our studies confirm the possibility of using designed burners of TPP-210A boiler in the case of its work with high-concentration dust supply under pressure. This technology enables one to enhance the efficiency of swirl burners, to reduce chemical and mechanical underburning, and to increase the gross boiler efficiency in the control range by 0.383 - 1.02%. Наведено результати досліджень роботи вихрових пальників котла ТПП-210А енергоблоку 300 МВт при традиційній і висококонцентрованій пилоподачі з впливом цих технологій на ефективність спалювання низькореакційного вугілля. Оцінено ефект використання транспортуючого повітря при висококонцентрованій пилоподачі на роботу котла.Результати досліджень підтверджують можливість використання проектних пальників котла ТПП-210А при переводі його на подачу пилу з високою концентрацією під тиском (ПВКт). Технологія ПВКт дозволяє підвищити ефективність роботи вихрових пальників, знизити хімічний і механічний недопал і збільшити ККД брутто котла в діапазоні регулювання на 0,383–1,02%. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2017-12-21 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/644 10.15407/pge2017.04.061 System Research in Energy; No. 4 (51) (2017): The Problems of General Energy; 61-66 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (51) (2017): Проблеми загальної енергетики; 61-66 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/644/560 Copyright (c) 2017 Kesova L.O., Pobirovsky Yu.N., Merenher P.P. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle boiler
swirl burner
dust supply
high concentration.
Kesova L.O.
Pobirovsky Yu.N.
Merenher P.P.
Enhancement of the efficiency of burning low-reaction coal in the swirl burners of boilers at their high-concentration dust supply under pressure
title Enhancement of the efficiency of burning low-reaction coal in the swirl burners of boilers at their high-concentration dust supply under pressure
title_alt Підвищення ефективності спалювання низькореакційного вугілля у вихрових пальниках котлів при пилоподачі з високою концентрацією під тиском
title_full Enhancement of the efficiency of burning low-reaction coal in the swirl burners of boilers at their high-concentration dust supply under pressure
title_fullStr Enhancement of the efficiency of burning low-reaction coal in the swirl burners of boilers at their high-concentration dust supply under pressure
title_full_unstemmed Enhancement of the efficiency of burning low-reaction coal in the swirl burners of boilers at their high-concentration dust supply under pressure
title_short Enhancement of the efficiency of burning low-reaction coal in the swirl burners of boilers at their high-concentration dust supply under pressure
title_sort enhancement of the efficiency of burning low-reaction coal in the swirl burners of boilers at their high-concentration dust supply under pressure
topic boiler
swirl burner
dust supply
high concentration.
topic_facet boiler
swirl burner
dust supply
high concentration.
котел
вихровий пальник
пилоподача
висока концентрація
url https://systemre.org/index.php/journal/article/view/644
work_keys_str_mv AT kesovalo enhancementoftheefficiencyofburninglowreactioncoalintheswirlburnersofboilersattheirhighconcentrationdustsupplyunderpressure
AT pobirovskyyun enhancementoftheefficiencyofburninglowreactioncoalintheswirlburnersofboilersattheirhighconcentrationdustsupplyunderpressure
AT merenherpp enhancementoftheefficiencyofburninglowreactioncoalintheswirlburnersofboilersattheirhighconcentrationdustsupplyunderpressure
AT kesovalo pídviŝennâefektivnostíspalûvannânizʹkoreakcíjnogovugíllâuvihrovihpalʹnikahkotlívpripilopodačízvisokoûkoncentracíêûpídtiskom
AT pobirovskyyun pídviŝennâefektivnostíspalûvannânizʹkoreakcíjnogovugíllâuvihrovihpalʹnikahkotlívpripilopodačízvisokoûkoncentracíêûpídtiskom
AT merenherpp pídviŝennâefektivnostíspalûvannânizʹkoreakcíjnogovugíllâuvihrovihpalʹnikahkotlívpripilopodačízvisokoûkoncentracíêûpídtiskom