Что предусматривается в содорегенерационных котлах для их безопасной эксплуатации

8. Дополнительные требования промышленной безопасности к эксплуатации содорегенерационных котлов

Количество и подача питательных устройств для СРК должны выбираться, как для котлов со слоевым способом сжигания. При этом подача резервных насосов (с паровым приводом или электрическим приводом от независимого источника) должна выбираться по условиям нормального охлаждения СРК при аварийном отключении насосов с электрическим приводом.

Разрешается компоновка СРК в одном общем блоке с энергетическими, водогрейными и утилизационными котлами, а также неотрывно связанными с СРК выпарными и окислительными установками щелоков.

Эксплуатация СРК на щелоках при содержании в черном щелоке перед форсунками менее 55% сухих веществ не допускается.

432. СРК должен быть переведен на сжигание вспомогательного топлива в случаях:

а) возникновения опасности поступления воды или разбавленного щелока в топку;

б) выхода из строя половины леток плава;

в) прекращения подачи воды на охлаждение леток;

г) выхода из строя всех перекачивающих насосов зеленого щелока;

д) выхода из строя всех перекачивающих насосов, или всех вентиляторов, или дымососов.

433. СРК должен быть немедленно остановлен и отключен действиями защит или персоналом при:

а) поступлении воды в топку;

б) исчезновении напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления, на всех контрольно-измерительных приборах;

в) течи плава помимо леток или через неплотности топки и невозможности ее устранения;

г) прекращении действия устройств дробления струи плава и остановке мешалок в растворителе плава;

д) выходе из строя всех перекачивающих насосов, или одного из дымососов, или одного из вентиляторов.

Также СРК должен быть немедленно остановлен и отключен действиями защит или персоналом в иных случаях, предусмотренных производственной инструкцией.

Источник

VIII. Дополнительные требования промышленной безопасности к эксплуатации содорегенерационных котлов

Количество и подача питательных устройств для СРК должны выбираться, как для котлов со слоевым способом сжигания. При этом подача резервных насосов (с паровым приводом или электрическим приводом от независимого источника) должна выбираться по условиям нормального охлаждения СРК при аварийном отключении насосов с электрическим приводом.

Разрешается компоновка СРК в одном общем блоке с энергетическими, водогрейными и утилизационными котлами, а также неотрывно связанными с СРК выпарными и окислительными установками щелоков.

Эксплуатация СРК на щелоках при содержании в черном щелоке перед форсунками менее 55% сухих веществ не допускается.

432. СРК должен быть переведен на сжигание вспомогательного топлива в случаях:

а) возникновения опасности поступления воды или разбавленного щелока в топку;

б) выхода из строя половины леток плава;

в) прекращения подачи воды на охлаждение леток;

г) выхода из строя всех перекачивающих насосов зеленого щелока;

д) выхода из строя всех перекачивающих насосов, или всех вентиляторов, или дымососов.

433. СРК должен быть немедленно остановлен и отключен действиями защит или персоналом при:

а) поступлении воды в топку;

б) исчезновении напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления, на всех контрольно-измерительных приборах;

в) течи плава помимо леток или через неплотности топки и невозможности ее устранения;

г) прекращении действия устройств дробления струи плава и остановке мешалок в растворителе плава;

д) выходе из строя всех перекачивающих насосов или одного из дымососов, или одного из вентиляторов.

Также СРК должен быть немедленно остановлен и отключен действиями защит или персоналом в иных случаях, предусмотренных производственной инструкцией.

IX. Дополнительные требования промышленной безопасности к эксплуатации газотрубных котлов

434. Газотрубные котлы должны быть оснащены автоматическими защитами, прекращающими их работу при превышении параметров, установленных производственными инструкциями. При достижении предельно допустимых параметров газотрубного котла автоматически должна включаться звуковая и световая сигнализации.

435. Паровой газотрубный котел должен быть остановлен при превышении параметров в случаях:

а) увеличения давления пара;

б) снижения уровня воды;

в) повышения уровня воды;

д) повышения или понижения давления газообразного топлива перед горелками;

е) понижения давления жидкого топлива перед горелками;

ж) понижения давления воздуха перед горелкой;

з) уменьшения разрежения в топке;

и) погасания факела горелки;

к) прекращения подачи электроэнергии в котельную.

436. Водогрейный газотрубный котел должен быть остановлен при превышении параметров в случаях:

а) увеличения или понижения давления воды на выходе из котла;

б) повышения температуры воды на выходе из котла;

в) уменьшения расхода воды через котел;

г) повышения или понижения давления газообразного топлива перед горелками;

д) погасания факела горелки;

е) понижения давления жидкого топлива перед горелками;

ж) уменьшения разрежения в топке;

з) понижения давления воздуха перед горелками;

и) прекращения подачи электроэнергии в котельную.

X. Дополнительные требования промышленной безопасности к эксплуатации электрических котлов

437. В качестве предохранительных устройств при эксплуатации электрических котлов допускается применять наряду с предохранительными клапанами прямого действия (рычажно-грузовые, пружинные) также предохранительные устройства с разрушающимися мембранами (мембранные предохранительные устройства).

438. Мембранные предохранительные устройства устанавливают:

а) вместо рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов, когда эти клапаны не могут быть применены, например, из-за их инерционности;

б) параллельно с предохранительными клапанами для увеличения пропускной способности системы сброса давления.

439. На котлах мощностью более 6 МВт обязательна установка регистрирующего манометра.

440. Каждый котел должен быть оснащен необходимой коммутирующей аппаратурой, а также приборами автоматического управления, контроля, защиты и сигнализации, конструктивно оформленными в виде выносного или встроенного пульта управления.

Ток каждого котла следует измерять в каждой из трех фаз. При наличии защиты от перекоса фаз допускают измерения тока в одной фазе.

441. Электрокотельные с электрическими котлами должны быть оснащены средствами определения удельного электросопротивления питательной (сетевой) воды.

В котельных с водогрейными котлами суммарной мощностью более 1 МВт прибор для измерения температуры среды должен быть регистрирующим.

442. На каждом паровом котле с электронагревательными элементами сопротивления должно быть предусмотрено автоматическое отключение электропитания при понижении уровня воды ниже предельно допустимого положения.

444. Электродные котлы напряжением выше 1 кВ с заземленным и изолированным от земли корпусом должны иметь защитные устройства, отключающие котел в случаях:

а) многофазных коротких замыканий в линии, питающей котел, на его вводах и внутри него (защитные устройства должны действовать без выдержки времени);

в) перегрузки по току выше номинального (защитные устройства должны действовать с выдержкой времени);

г) повышения давления в котле выше номинального расчетного (защитные устройства должны действовать без выдержки времени);

д) повышения температуры выходящей воды выше максимальной, указанной в паспорте котла (защитные устройства должны действовать с выдержкой времени);

е) понижения давления в водогрейном котле ниже минимального рабочего;

ж) достижения минимально допустимого расхода воды (при уменьшении или прекращении расхода воды через котел);

з) понижения уровня воды в паровом котле до минимально допустимого (защитные устройства должны действовать без выдержки времени);

и) недопустимого повышения уровня воды в паровом котле.

445. Котлы напряжением до 1 кВ должны иметь защитные устройства, обеспечивающие отключение котла в случаях:

а) многофазных коротких замыканий в линии, питающей котел, на вводах и внутри котла (защитные устройства должны действовать без выдержки времени);

б) однофазных замыканий на землю в линии, питающей котел, на вводах и внутри котла (защитные устройства для котлов с заземленным корпусом должны действовать без выдержки времени и защитные устройства для котлов с изолированным от земли корпусом должны действовать на сигнал);

в) перегрузки по току выше номинального (защитные устройства должны действовать с выдержкой времени). Защитные устройства не требуются для котлов с электронагревательными элементами сопротивления;

г) повышения температуры выходящей воды выше максимальной, указанной в паспорте котла (защитные устройства должны действовать с выдержкой времени);

д) недопустимого повышения уровня воды в паровом котле (защитные устройства должны отключать питание котла водой и электроэнергией);

е) несимметрии токов нагрузки выше 25% номинального тока котла (защитные устройства должны действовать с выдержкой времени). Защитные устройства не требуются для котлов с электронагревательными элементами сопротивления;

ж) остановки циркуляционных (сетевых) насосов (защитные устройства должны действовать с выдержкой времени);

з) недопустимого понижения уровня воды в паровом котле.

446. В котельных с электродными котлами напряжением выше 1 кВ с заземленным корпусом должна выполняться защита от однофазного замыкания на землю на секциях, питающих котлы, или в обмотке трансформатора, действующая с выдержкой времени на отключение секционного выключателя либо на отключение всех котлов, питающихся от данного трансформатора с соблюдением ступеней селективности по времени. Котлы напряжением до 1 кВ должны иметь устройства защитного отключения, предотвращающие поражение людей электрическим током.

447. В котельных с электродными котлами напряжением выше 1 кВ с изолированным корпусом должна выполняться защита:

а) от однофазных замыканий на землю на секциях, питающих котлы, или в обмотке трансформатора (защита должна действовать на сигнал). Если такая защита выполняется направленной, то должна предусматриваться и токовая защита нулевой последовательности с действием на отключение котла без выдержки времени. Эта защита предназначена для случаев замыкания на землю вне данного котла в условиях нарушения изоляции его корпуса. Установка защиты должна обеспечивать ее селективность при замыкании на землю вне данного котла и исправности изоляции его корпуса;

Если от одного электрически связанного участка сети питается несколько электрокотельных, то для каждой электрокотельной ток срабатывания защиты рассчитывают с учетом суммарного допустимого тока, протекающего через изолирующие вставки электродных котлов данной электрокотельной при однофазном замыкании на землю в сети.

,

где — фазное напряжение питающей сети;

— суммарный допустимый ток через изолирующие вставки при однофазном замыкании на землю;

— сопротивление всех изолирующих вставок электродных котлов данной электрокотельной.

Суммарный ток срабатывания защит отдельных электрокотельных должен составлять 20 А.

Допускается выполнение только одной защиты от замыкания на землю, действующей без выдержки времени на отключение всех электродных котлов данной установки при однофазном замыкании на землю в питающей их сети. В этом случае на каждом электродном котле защита от замыкания на землю не выполняется.

448. В котельных с электродными котлами напряжением до 1 кВ с изолированным корпусом должна предусматриваться защита, действующая на отключение всех котлов от реле утечки тока. Проводимость столбов воды, находящихся внутри изолирующих вставок на трубопроводах, не должна вызывать действия реле утечки тока.

449. Каждая защита должна иметь устройства, сигнализирующие о ее срабатывании.

450. После монтажа или капитального ремонта электродного котла необходимо проверить работу регулятора мощности на легкость и плавность хода, произвести регулировку путевых выключателей, проверить автоматические остановки регулятора мощности котла в крайних положениях при дистанционном управлении.

451. После монтажа, капитального ремонта, текущего ремонта либо при профилактических испытаниях, не связанных с выводом электрооборудования в ремонт, необходимо проводить электрические испытания электрооборудования электрических котлов согласно нормам, указанным в приложении N 5 к настоящим ФНП.

452. Периоды между чистками от накипи котла, а также заменами электродов или электронагревательных элементов из-за недопустимого отложения на них накипи должны совпадать с плановыми осмотрами котла.

453. Котел должен работать на воде, имеющей удельное электрическое сопротивление в пределах, указанных в паспорте.

454. Периодичность измерения удельного электрического сопротивления поступающей в котел воды должна соответствовать требованиям приложения N 5 к настоящим ФНП. При резком изменении мощности котлов (на 20% и более от нормальной) проводится внеочередное определение удельного сопротивления воды.

455. Необходимое значение величины удельного электрического сопротивления котловой воды при работе парового котла должно поддерживаться с помощью непрерывной и периодических продувок. Непрерывная продувка котлов должна быть автоматизирована.

456. В схеме водоподготовительной установки должна быть предусмотрена возможность добавки в поступающую в котел воду легкорастворимых солей, не повышающих накипеобразующую способность и коррозионную активность котловой воды, пара и конденсата, для снижения удельного электрического сопротивления воды до нормируемых значений.

Выбор соли и ее концентрации должен производиться на основании расчета и опытной проверки с учетом технических характеристик котла, теплопотребляющих систем и входящего в их состав оборудования.

Снижение удельного электрического сопротивления воды путем введения легкорастворимых солей в питательную и котловую воду применяют для:

а) водогрейных котлов напряжением до 1 кВ, работающих по замкнутой схеме теплоснабжения (без водозабора);

б) паровых котлов при их запуске для форсирования набора и поддержания мощности.

Дата добавления: 2019-02-12 ; просмотров: 299 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

СОДОРЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ КОТЛОАГРЕГАТЫ

1 С.Н. Смородин, А.Н. Иванов, В.Н. Белоусов СОДОРЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ КОТЛОАГРЕГАТЫ Учебное пособие Санкт-Петербург 2010

2 Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров» С.Н. Смородин, А.Н. Иванов, В.Н. Белоусов СОДОРЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ КОТЛОАГРЕГАТЫ Учебное пособие Санкт-Петербург 2010

4 Предисловие Учебное пособие «Содорегенерационные котлоагрегаты» предназначается для студентов всех форм обучения по специальностям «Промышленная теплоэнергетика» и «Энергетика теплотехнологий». Основную направленность содержания учебного пособия авторы видят в раскрытии и анализе рабочих процессов, протекающих в СРК, что соответствует характеру подготовки специалистов как инженеров эксплуатационно наладочного профиля. В учебном пособии рассматриваются следующие разделы: место СРК в общем процессе производства сульфатной целлюлозы, теплофизические свойства черного щелока, технологические схемы регенерационного цикла, конструктивные особенности СРК отечественного и зарубежного производства, вспомогательное оборудование, очистка газовых выбросов содорегенерационных котлоагрегатов. Приведены рекомендации по проектированию, эксплуатации и оптимизации процессов сжигания щелоков. Рассмотрены примеры расчетов материального и теплового балансов СРК. Значительная часть разделов пособия подготовлена на основе следующих изданий: Липовков И.З. «Содорегенерационные котлоагрегаты»; Глейзер И.Ш., Куклев Ю.И. «Повышение эффективности энерготехнологического оборудования целлюлознобумажного производства». Учебное пособие сопровождается большим числом иллюстраций и принципиальных схем для лучшего усвоения материала. 3

5 Общая характеристика процесса сульфатного производства Природная целлюлоза, или клетчатка, является основным веществом, из которого построены стенки растительных клеток. Поэтому растительное сырье разных видов служит единственным источником промышленного производства целлюлозы. Из древесных пород наибольшее применение имеют: хвойные ель, сосна, пихта и лиственные тополь, осина, береза, бук. Процесс производства сводится к химической обработке растительного сырья, целью которой является отделение целлюлозы от других содержащихся в растительной ткани веществ лигнина, гемицеллюлоз, смол, жиров, танинов и т.п. При промышленном производстве наибольшее распространение получили сульфитный и сульфатный способы получения целлюлозы. В сульфитном способе в качестве реагента используется, так называемая, сульфитная варочная кислота. Она представляет собой раствор сернистой кислоты H 2 SO 3, содержащий некоторое количество бисульфитов кальция, магния, натрия или аммония. Небеленая и беленая сульфитная целлюлоза являются одними из важнейших полуфабрикатов для получения искусственного волокна и выработки газетных, типографских, писчих и целого ряда других видов бумаги. При сульфатном способе реагентом является смесь едкого натра NaOH и сульфида натрия Na 2 S. В настоящее время этот способ самый распространенный из всех промышленных способов получения целлюлозы. Сульфатным способом можно перерабатывать любые древесные породы и растения. По всем показателям механической прочности сульфатная целлюлоза превосходит сульфитную, полученную из той же древесины. Жесткая сульфатная целлюлоза из хвойной древесины за свою чрезвычайно высокую механическую прочность получила название крафт-целлюлозы. Сульфатная целлюлоза труднее отбеливается и размалывается, но легче проклеивается и характеризуется более высокой термостойкостью и долговечностью, чем сульфитная. Однако выход сульфатной целлюлозы из древесины при варке оказывается на 3-4 % ниже, чем сульфитной, и это обстоятельство является существенным недостатком этого способа. Общая схема производства целлюлозы из древесины по сульфатному способу (рис. 1) на современных предприятиях складывается из следующих отдельных стадий: 4

6 Рис.1. Схема производства сульфатной целлюлозы 5

7 Подготовка древесины состоит из операций по выгрузке и хранению древесины, очистке ее от коры, распиловке и измельчению в щепу. Древесные отходы для утилизации направляются в корьевой котел. Варка щепы. Варка происходит в периодически или непрерывно действующих варочных котлах под давлением 0,8 1,2 МПа и при температуре С. В котел подаются щепа и варочный белый щелок, содержащий в качестве активного реагента смесь едкого натра и сульфида натрия (NaOH + Na 2 S). После варки полученная масса направляется на промывку (на рис.1 не показана), где происходит отделение от сваренной целлюлозы отработанного черного щелока. Целлюлозная масса затем проходит стадии очистки (от непровара и минеральных загрязнений), облагораживания, отбелки, обезвоживания и сушки. Отбелка целлюлозы проводится только в тех случаях, когда вырабатывается беленая целлюлоза, а облагораживание только при производстве специальных видов целлюлозы, предназначенных для химической переработки. Если целлюлозный завод входит в состав целлюлозно-бумажного комбината, то отпадает необходимость в обезвоживании и сушке целлюлозы, поскольку она в этом случае передается для переработки на бумажную или картонную фабрику в виде жидкой массы. Регенерация щелочи. Неотъемлемой составной частью сульфатного производства является регенерация щелочи из отработанных черных щелоков. Организация этого процесса является значительным шагом в развитии сульфатного производства целлюлозы, так как происходит утилизация сточных вод и контроль над ними, повышается экономичность производства за счет регенерации химикатов и использования теплоты органических компонентов черного щелока в содорегенерационном котлоагрегате (СРК). СРК это основной объект системы регенерации, поэтому решение вопросов, связанных с его надежной, экономичной и экологически чистой работой, является важнейшей задачей. Процесс регенерации щелочи состоит из трех операций: 1. Выпаривание черного щелока до концентрации % сухого вещества в многокорпусных выпарных аппаратах или до % при использовании концентраторов. 2. Сжигание сгущенного щелока в содорегенерационных котлах с получением регенерированного минерального продукта в виде плава. При сжигании щелока происходят реакции карбонизации 6

8 едкого натра (NaOH) и сульфида натрия ( Na 2 S) и восстановления сульфата натрия ( Na 2 SO 4 ), которые входят в состав минеральной части черного щелока. Поэтому плав состоит в основном из карбоната ( Na 2 CO 3 70 % ), и сульфида натрия ( Na 2 S %). Из СРК плав поступает в бак-растворитель, где растворяется слабым белым щелоком, образуя зеленый щелок. 3. Каустизация раствора плава (зеленого щелока) осуществляется известью (CaO) с целью перевода карбоната натрия в едкий натр. При этом протекают следующие химические реакции: CaO + Na 2 CO 3 + (OH) 2 H 2 O = Ca (OH) 2, Ca = 2NaOH + CaCO3. Полученный в каустизационных установках крепкий белый щелок откачивается в варочный цех, а образовавшийся шлам ( CaCO 3) направляется в известеобжигательную печь для регенерации извести. В процессе регенерации щелоков производится возмещение потерь щелочи за счет добавки в щелок перед его сжиганием сульфата натрия ( Na 2 SO 4 ). Теплофизические свойства черного щелока С энергетической точки зрения черный щелок следует рассматривать как низкокалорийное, влажное, высокозольное топливо. Особенно важными характеристиками для организации процессов его горения и восстановления являются: плотность, вязкость, теплота сгорания, теплоемкость. Состав щелока. Сульфатный щелок представляет собой раствор различных органических веществ и натриевых соединений. Органическая часть включает преимущественно щелочной лигнин, имеющий полидисперсный состав, и продукты разрушения углеводов. Минеральная часть сухого остатка включает свободный гидроксид натрия (едкий натр) NaOH и натриевые соли (сульфид Na 2 S, сульфат Na 2SO 4 и карбонат Na 2CO3), а также натриевую щелочь, преобладающую в минеральной части щелока и химически сведенную с органическими веществами. Состав сухого остатка черного щелока зависит от вида перерабатываемого сырья, выхода целлюлозы, расхода щелочи на варку и ее потерь в цикле. 7

10 сгорания (CO, CH 4, H 2, H 2 S, CH 3 SH), а также плав, состоящий в основном из карбоната ( Na 2CO3 ), сульфида ( Na 2 S), сульфата ( Na 2SO4 ) натрия и едкого натра ( NaOH ). Сульфат натрия и едкий натр образуются в плаве в результате неполного восстановления сульфида натрия и неполной карбонизации едкого натра. В процессе карбонизации едкого натра часть углекислого газа, образовавшегося при сгорании органического углерода, переходит в плав, и, наоборот, из минеральной части щелока в газовую среду выделяются водяные пары. В результате карбонизации сульфида натрия часть углекислого газа переходит в плав, при этом образуется сероводород, который, сгорая, образует воду и сернистый ангидрид в газовой фазе H 3 2 S+ O SO H O При регенерации серы часть сернистого ангидрида ( SO 2 ), образовавшегося при сгорании органической серы, переходит в плав, при этом выделяется углекислый газ. При восстановлении сульфата из минеральной части щелока в газовую фазу выделяется часть кислорода, принимающего участие в окислении органических веществ щелока. Все эти изменения, а также разница условий лабораторного и промышленного сжигания щелока должны быть учтены при определении элементарного состава органической массы щелока и теплоты его сгорания. Поэтому содержание в щелоке минеральной части (М) несколько отличается от зольности щелока (А), полученной при лабораторных исследованиях. Для определения содержания минеральных веществ пробу щелока высушивают, сжигают и прокаливают в муфельных печах. В условиях неограниченного доступа воздуха в минеральной части происходят химические преобразования. При определении зольности щелока почти вся органическая сера, содержащаяся в щелоке, и значительное количество углекислого газа, образовавшегося вследствие сгорания органического углерода, превращаются в сульфат и карбонат натрия. Поэтому масса образовавшейся золы больше массы минеральной части. Разница между зольностью A d сухой массы щелока и содержанием минеральной части M d может доходить до 10%. Теплота сгорания щелока. Теплота сгорания щелока, как и других органических топлив, определяется с помощью 9

13 Элементный состав сухой массы щелока Минеральная часть Органическая часть Характеристики сульфатного щелока Наименование Плотность при температуре 15 С Содержание сухих веществ Теплота сгорания сухой массы Зольность Минеральная часть Едкий натр, связанный с органической частью Едкий натр свободный Карбонат натрия Сульфид натрия Сульфат натрия Сера сульфидная Сера сульфатная Сера в золе Углерод Водород Сера органическая Кислород Азот Обозначение ρ 12 Размерность Сегежский ЦБК Предприятия Котласский ЦБК Марийский ЦБК Братский ЦБК кг/м r W t % 49 47,3 50,7 59,5 d кдж Q i кг А d % 46,2 49,8 47,11 44,1 d М % 38,1 42,1 37,6 38,0 d NaOH % 13,8 15,1 23,3 18,4 d NaOH % 1,97 1,58 2,95 1,3 d Na 2CO 3 % 14,2 15,9 5,2 10,9 d Na 2 S Na 2SO 4 d % 4,8 7,23 3,3 3,1 % 3,3 2,27 2,8 4,27 d S Na 2 S % 1,97 2,97 1,35 1,27 d S SO % 0,74 0,51 0,63 0,96 4 d А Таблица 1 S % 1,7 2,55 2,4 2,68 d С % 38,45 36,6 35,27 40,4 d H % 3,47 3,7 4,16 3,84 d S o % 0,47 0,03 0,82 1,18 d O % 19,72 17,45 21,85 19,06 d N % 0,29 0,12 0,3 0,12

14 При одном и том же содержании сухих веществ черный сульфатный щелок, образующийся при варке древесины хвойных пород, имеет более высокую вязкость, чем щелок, образующийся при варке лиственных пород. При высоких концентрациях и низких температурах черный щелок представляет собой чрезвычайно вязкую, слаботекучую жидкость, поэтому его следует подогревать. Положительные результаты при транспортировке и подаче щелока в топку достигаются при следующих соотношениях: концентрация температура 55 % С; 60 % С; 65 % С. Теплоемкость. Теплоемкость черного сульфатного щелока слабо зависит от температуры при значениях tщ 15 выносились из топки потоком дымовых газов. Вместе с тем, каплям щелока необходимо высохнуть за время пребывания в топочном объеме и иметь влажность 3-5 % при падении в «подушку» огарка. Распыл щелока оказывает существенное влияние на топочный процесс, а также в значительной мере определяет условия сушки и формирование горящего слоя огарка на поду. Ухудшение распыла и образование струй щелока приводит к ухудшению горения, снижению температуры в топке, росту «подушки» огарка, забиванию первичных воздушных сопел. Слишком тонкое диспергирование щелока ускоряет сушку и выгорание капель в объеме, увеличивает механический унос, затрудняет формирование «подушки» огарка. Колебания в самом составе щелока, связанные с изменяющимся во времени содержанием влаги, органики и сульфата, вызывают колебания топочного процесса. В этих условиях представляется возможным говорить об оптимальном диапазоне размеров капель щелока на выходе из форсунки, который составляет 2-5 мм. Столь грубый распыл щелока достигается применением механических форсунок, оснащенных соплами с отбойными щитками или с завихрителями, работающих при давлении щелока в диапазоне 0,1 0,3 МПа. Способ Томлинсона. На фронтовой стенке топочной камеры устанавливается одна форсунка, предназначенная для подачи щелока в топку. Форсунка приводится в движение через редуктор электродвигателем и качается в вертикальной плоскости с одновременным поворотом вокруг вертикальной оси на максимальный угол 120. В вертикальной плоскости угол качания составляет Производительность котла регулируется применением в форсунке сопел различных диаметров. При этом давление щелока поддерживается на уровне 0,28-0,3 МПа. Щелок набрызгивается веером крупных капель на заднюю и боковые стенки топочной камеры. Он высыхает, частично обугливается, превращаясь в сухую пористую массу, которая время от времени в виде крупных кусков отваливается от стенок и падает на под, формируя слой огарка, где и сгорает. Подсушка щелока происходит в основном на стенках топочной камеры, при этом щелок должен высохнуть до минимальной влажности за время, в течение которого форсунка совершает половину полного колебания в горизонтальной плоскости. Если щелок не успевает подсушиваться, что заметно по появлению темных пятен в слое огарка на поду, то следует расширить площадь сушки. Практически это достигается 14

16 увеличением углов качания форсунки, оказывающей ключевое влияние на режим сушки щелока на стенках топки. В этой связи необходимо иметь четкие представления о форме и границах подсыхающего щелока на стенках топки. Выявлено, что угол качания форсунки в вертикальной плоскости влияет на формирование слоя щелока на задней стенке топки, а угол поворота вокруг вертикальной оси определяет форму и размеры площади слоя на боковых стенках. На рис.2 изображена форма слоя подсыхающего щелока на стенках топки и подушки огарка на поду, которые необходимо поддерживать, при этом нижняя граница слоя должна проходить над соплами вторичного дутья. Рис.2. Формирование слоя щелока в топке Томлинсона: 1 фурмы третичного дутья; 2 слой щелока на боковых экранах; 3 фурмы вторичного дутья; 4 слой огарка на поду топки; 5 фурмы первичного дутья; 6 слой щелока на заднем экране; 7 щелоковая форсунка При повышении влажности щелока углы качания форсунки следует увеличить. Однако такой прием следует рассматривать как исключительный, потому что при этом возрастает вероятность уноса капель распыленного щелока. К недостаткам этого способа следует отнести: 1. Снижение коэффициента тепловой эффективности экранов, так как часть поверхности труб покрыта слоем щелока, что снижает коэффициент теплопередачи в топке и приводит к увеличению температуры газов на выходе из нее. 15

18 топки, где формируется окислительная зона, необходимая для дожигания летучих органических соединений, образующихся в процессе пиролиза. Исходя из стадийности и ступенчатости процесса сгорания и регенерации щелока во всех агрегатах, принята следующая схема организации топочного процесса. Воздух подводится ступенчато. Процесс горения протекает в основном в активной зоне топочного объема, расположенной в пределах от пода топки до уровня форсунок. При этом движение распыленного топлива и воздуха оказывается противоточным: капли щелока падают вниз навстречу восходящему потоку воздуха и продуктов сгорания. При испарении влаги из капель образуются хлопья сухого щелока. Наиболее мелкие частицы уносятся газовоздушным потоком в верхнюю часть топочной камеры и далее в газоходы котла. Более крупные частицы падают на под и сгорают в нижней части топки и в слое огарка. Теоретическая температура горения жидкого щелока и стабильность факела зависят в основном от температуры воздуха, влажности щелока и коэффициента избытка воздуха. В большинстве современных агрегатов коэффициент избытка воздуха в активной зоне топочного объема близок к единице, а температура воздуха, поступающего в топку, находится в пределах С. Рекомендуемая влажность щелока перед форсунками не более 40 %. Средняя расчетная температура газов на выходе из зоны активного горения (примерно на уровне щелоковых форсунок) равна 1040 С. В области распыления и подсушки жидкого щелока имеет место дополнительное локальное снижение температуры, обусловленное испарением влаги. При снижении температуры горения, вследствие увеличения влажности щелока и избытка воздуха, может произойти потухание факела, что является одной из причин топочных взрывов. Поддержание определенного температурного режима при сжигании щелоков низкой концентрации может осуществляться путем использования вспомогательного топлива (газ, мазут). Однако, как показывает опыт, такой прием не устраняет возможности нарушения стабильности факела и образования хлопков и взрывов. Наиболее надежным методом тепловой стабилизации процессов горения следует считать повышение температуры воздуха до С. 17

19 Нарушение устойчивости процесса горения может произойти как при колебаниях расхода, так и при полном временном прекращении подачи щелока или воздуха. Особенно опасной является эксплуатация агрегата при заносе поверхностей нагрева минеральными солями, вызывающем резкое нарушение аэродинамики топочного процесса. Отрицательной особенностью организации топочного процесса при сжигании сульфатного щелока в СРК является раздельная подача в топку влажного щелока и воздуха. Вследствие этого ухудшаются условия воспламенения распыленного щелока, и снижается интенсивность процесса горения. Периферийная подача воздуха с низкими скоростями посредством сопел малого сечения обуславливает слабое проникновение воздуха в центральную часть, где интенсивность процесса горения оказывается особенно низкой. Большинство отечественных и зарубежных авторов определяют следующие основные реакции, протекающие в топке СРК (рис.3). На поду в слое огарка (зона восстановления) происходит: горение коксового остатка в слое с образованием CO и CO 2 : 2C + O2 = 2CO, C + O 2 = CO 2. (Как показали исследования, количество сгоревшего полностью углерода должно составлять порядка 30 %). восстановление сульфата натрия: Na 2SO4 + 2C = Na2S+ 2CO2, Na2SO4 + 4 CO = Na2S+ 4CO2, карбонизация едкого натра: 2NaOH + CO2 = Na 2CO3 + H2O, разложение сульфатов и карбонатов с образованием Na 2 O: Na 2SO 4 + 2C + H 2O = Na 2O + H 2S + 2CO2, Na 2CO3 = Na2O + CO2. В топочном объеме (зона сушки) до уровня вторичного дутья происходит в основном горение летучих соединений, выделяющихся при пиролизе частиц щелока, а также реакции карбонизации сульфида натрия и оксида натрия: Na2 S+ CO2 + H2O = Na2CO 3+ H2S, Na 2O + CO2 = Na2CO3. Кроме этого, происходит восстановление оксида натрия, окисление паров натрия и образование едкого натра: 18

20 Na 2 O + C = 2Na + CO, 2Na + 1 O Na O 2 2 = 2, Na2 O + H2O = 2NaOH. Рис. 3. Химические реакции в топке СРК: 1 первичный воздух; 2 нижний ярус вторичного воздуха; 3 щелоковые форсунки; 4 верхний ярус вторичного воздуха В зоне окисления происходит догорание газообразных горючих веществ: 2 CO + O2 = 2CO 2, H 3 2 S+ O SO H O 2 2 = Здесь также происходит образование серного ангидрида и сульфата натрия: 19

21 SO 2+ 1 O2 = SO 2 3, Na 2CO 3+ SO3 = Na2SO4 + CO2, Na 2O + SO3 = Na2SO4. В процессе варки целлюлозы образуются летучие высокотоксичные метилсернистые соединения: метилмеркаптан CH 3 SH, диметилсульфид CH 3 SCH 3 и диметилдисульфид CH 3 SSCH 3. Эти соединения выделяются при сушке и пиролизе щелока и сгорают в зоне окисления по реакциям: CH3 SH + 3O2 = CO2 + SO2 + 2H2O, CH3SCH 3+ 9 O2 = 2CO2 + SO2 3H 2O 2 +, CH 11 3 SSCH3 + O 2CO 2SO 3H O 2 2 = Недостаток кислорода или ухудшенное смесеобразование приводит к неполному сгоранию соединений восстановленной серы и наличию в дымовых газах высокотоксичных дурнопахнущих соединений. Поступающий из СРК в бак-растворитель плав состоит в основном из карбоната натрия ( Na 2 CO 3) %, сульфида натрия ( Na 2 S) %, сульфата натрия ( Na 2 SO 4 ) %, едкого натра ( NaOH) 2-4 %. Кроме этого, в состав плава могут входить тиосульфат натрия ( Na 2S2O3), который образуется при увеличении температуры в присутствии соды, хлорид натрия ( NaCl ) и силикат натрия ( Na SiO 3 3 ), содержащийся в качестве примесей в природном и техническом сульфате, добавляемом в черный щелок для восполнения потерь натрия. Как показывает анализ химических реакций, протекающих при сжигании и регенерации щелока, сложная организация топочного процесса способствует образованию вредных серосодержащих газов (сероводорода, метилмеркаптана, диметилдисульфида) и образованию паров натриевых соединений. Увлекаемые потоком дымовых газов из топочного объема, они в значительной мере влияют на загрязнение поверхностей нагрева СРК и снижают эффективность его работы. 20

23 впрыскивающим его в топочную камеру 18. Избыточное количество щелока рециркулирует в бак-растворитель сульфата или в ванну каскадного испарителя 4, что обеспечивает поддержание постоянного давления щелока перед форсунками и позволяет избежать недопустимого увеличения вязкости щелока вследствие снижения его температуры в щелокопроводах при временном выключении одной из форсунок. Все емкости черного щелока имеют паровые рубашки, мешальные устройства и связаны с баком опорожнения 15. Рис. 4. Технологическая схема СРК с газоконтактным испарителем: 1 расходный бак; 2 транспортные насосы; 3 смесительный резервуар; 4 каскадный испаритель; 5 проточный ящик; 6 бункер-накопитель; 7 винтовой питатель; 8 автоматические весы; 9 бак-растворитель сульфата; 10 расходный бак; 11 щелоковые форсунки; 12 рециркуляционные насосы; 13 подогреватель щелока; 14,16 щелоковые насосы; 15 бак опорожнения; 17 бункер-зольник, 18 топочная камера На рис.5 изображена принципиальная технологическая схема щелокопроводов СРК без газоконтактного испарителя. Из выпарной станции черный щелок поступает в концентратор, где упаривается до % и направляется в расходный бак 1, оборудованный мешалкой и паровым змеевиковым подогревателем. Из расходного бака транспортным насосом 2 черный щелок подается в баксмеситель сульфата 6, который также оборудован подогревателем и мешалкой. Наряду с сульфатом в бак-смеситель системой транспортеров направляются зола, осажденная в бункерах-зольниках котла, и 22

24 унос, уловленный в электростатическом фильтре. Далее черный щелок, перемешанный с сульфатом и уносом, насосом 7 подается к двум параллельным подогревателям смешивающего типа 5, где он подогревается до температуры С. От подогревателей щелок поступает в распределительный коллектор, расположенный по всему периметру вокруг топки котла, из которого форсунками 4 впрыскивается в топочную камеру. Часть щелока по линии рециркуляции 3 сбрасывается в бак-смеситель сульфата 6. На прямой и обратной линиях установлены расходомеры. Температура щелока перед форсунками регулируется автоматически за счет изменения подачи пара в подогреватели. Щелоковые емкости снабжены регуляторами уровня. Рис.5. Технологическая схема щелокопроводов СРК: 1 расходный бак; 2 транспортный насос; 3 линия рециркуляции; 4 щелоковые форсунки; 5 подогреватели щелока смешивающего типа; 6 бак-смеситель сульфата; 7 щелоковые насосы Возможно использование комбинированной технологической схемы СРК (рис.6). Черный щелок из выпарного цеха с концентрацией % при температуре С поступает в бак 1, где смешивается с уносом, уловленным в электрофильтре. Для 23

25 обеспечения хорошего перемешивания и растворения уноса бак имеет мешалку и паровой подогрев. Одним из двух насосов 2 щелок, перемешанный с уносом из электрофильтра, подается в бакрастворитель золы 10, где он дополнительно перемешивается с золой, осажденной в бункерах котла. Зола из бункеров котла удаляется гидравлически потоком щелока. Для этого одним из двух установленных насосов 11 щелок из растворителя золы 10 направляется в бункера 12, а из них самотеком, увлекая осевшую золу, стекает обратно в растворитель. Рис. 6. Комбинированная технологическая схема СРК: 1 расходный бак; 2 транспортные насосы; 3 проточный ящик; 4 воздухоконтактный испаритель; 5 бак-смеситель сульфата ; 6 бункер сульфата; 7 щелоковые насосы; 8 подогреватели щелока; 9 щелоковые форсунки; 10 бак-растворитель золы; 11 рециркуляционные насосы; 12 бункерызольники Таким образом, устанавливается непрерывный контур циркуляции, обеспечивающий удаление золы из бункеров, перемешивание и растворение ее в щелоке. Для интенсификации перемешивания и растворения золы бак-растворитель оборудован мешалкой. Щелок из растворителя золы поступает в смеситель сульфата 5, куда винтовым конвейером из бункера 6 через систему взвешивания подается сульфат натрия. Уровень щелока в смесителе поддерживается автоматически. Смеситель сульфата оборудован мешалкой и паровой рубашкой. Из бака-смесителя сульфата черный щелок одним из двух установленных насосов 7 через подогреватели 8 подается к щелоковым форсункам 9. В том случае, если концентрация 24

27 каскадными испарителями, устанавливаемыми с правой и левой стороны котла за экономайзерами. Рис. 7. Каскадный испаритель (а) и проточный ящик (б): 1 ванна испарителя; 2 ротор испарителя; 3 трубки ротора; 4 шкив; 5 редуктор; 6 натяжной ролик; 7 желоб для прохода щелока в проточный ящик; 8 проточный ящик; 9 штуцер для вывода щелока; 10 сливной патрубок; 11 вращающийся перфорированный барабан; 12 вал барабана; 13 привод барабана; 14 секционная перегородка Каскадный испаритель состоит из корпуса, в нижней части которого расположена ванна 1, заполненная на 2/3 высоты щелоком, и вращающегося трубчатого ротора 2. Корпус, изготовленный из листовой стали толщиной 8 10 мм, состоит из двух частей (нижней и верхней), соединяемых при помощи болтов. Для обеспечения прочности конструкции обе части корпуса снабжены ребрами жесткости. Для входа и выхода, а также спуска щелока в корпусе каскадного испарителя устроены соответствующие патрубки. Для осмотра и внутренней очистки ванны предусмотрены два люка. 26

28 Нижняя часть корпуса служит одновременно опорой для подшипников вала ротора. Ротор каскадного испарителя состоит из двух дисков толщиной 12 мм, между которыми развальцованы трубы диаметром 76/70 мм. Трубы роторов выполнены из нержавеющей стали. Торцы труб ротора необходимо заглушить, так как в противном случае внутри труб образуется нагар, вызывающий дисбаланс ротора. Для прочности к дискам ротора приваривают ребра жесткости из профильной стали. Для удобства монтажа ротор состоит из двух частей, соединяемых болтами. Вал, проходящий по оси ротора, вращается в роликовых подшипниках с водяным охлаждением, установленных на нижней части корпуса. В местах прохода вала через корпус установлены сальниковые уплотнения. Во избежание потерь тепла корпус каскадного испарителя снаружи покрывают тепловой изоляцией. Ротор приводится во вращение со скоростью 4 5 об/мин электродвигателем через редуктор и цепную передачу. Испарение влаги и улавливание золы происходит следующим образом. При вращении ротора трубы периодически смачиваются щелоком в ванне и выносят его в газовую среду. Щелок, находящийся на поверхности труб, войдя в контакт с движущимся потоком дымовых газов, частично теряет влагу и уплотняется. Частицы золы прилипают к мокрой поверхности труб и таким образом улавливаются. При помощи вращающихся труб ротора щелок постоянно перемешивается, что препятствует образованию осадка золы в нижней части ванны. В каскадном испарителе концентрация щелока обычно повышается от до 65 % а.с.в. (абсолютно сухих веществ). Для поддержания постоянной плотности щелока каскадный испаритель иногда оборудуется двумя регуляторами: при низком содержании сухих веществ в щелоке первый регулятор открывает шибер для пропуска части газов мимо экономайзера, повышая при этом температуру газов до каскадного испарителя, а при переуплотнении щелока (во избежание перегрузки электродвигателя из-за повышения вязкости) второй регулятор открывает регулировочный вентиль, через который в испаритель поступает слабый черный щелок с содержанием сухих веществ %. Отдельные конструкции каскадных испарителей снабжены обводным газоходом и автоматическим шибером для регулирования количества газов, проходящих через каскадный испаритель, в зависимости от плотности щелока. 27

29 В каскадном испарителе из щелока вместе с парами улетучивается часть горючих газов (сероводород, метилмеркаптан и прочие соединения). Вследствие этого, а также увеличения зольности за счет уловленных частиц уноса, теплота сгорания сухой массы щелока за каскадным испарителем несколько снижается. Для вывода щелока из каскадных испарителей в смеситель сульфата устанавливают проточный ящик из листового железа (рис.7б). Внутри проточного ящика для фильтрации щелока находится перфорированный барабан диаметром 300 мм с отверстиями, выполненный из кислотоупорной стали. Перфорированный барабан вращается через редуктор от электродвигателя со скоростью 7 об/мин. Для очистки перфорированного вращающегося барабана устанавливается шабер, прижимаемый к барабану пружиной. Для продувки барабана через патрубок, приваренный к верхней части проточного ящика, и отверстия в шабере подводится пар. Для поддержания определенного минимального уровня щелока в каскадном испарителе, проточном ящике и смесителе сульфата, являющихся сообщающимися сосудами, в проточном ящике устанавливается съемная перегородка из стальных пластин. Поступление щелока в каскадный испаритель регулируется автоматически от импульса уровня. Смеситель сульфата. Оборудование для смешения щелока с сульфатом натрия состоит из бункера, питателя и резервуара. Бункер сульфата изготавливается из листовой стали толщиной 6 8 мм и снабжается ребрами жесткости. Для просеивания сульфата часто под бункером устанавливается вибрирующее (при помощи эксцентрика) сито с ячейками 3 3 мм, которое приводится в движение электродвигателем. Сульфат натрия подается из бункера в резервуар при помощи дискового или шнекового питателя. Наиболее распространенный питатель состоит из цилиндрического корпуса, вращающегося диска, ножа-отсекателя и телескопической трубы. Диск питателя получает вращение от электродвигателя мощностью 1 2 квт через конические шестеренки. Производительность дискового питателя регулируется измением положения ножа-отсекателя (тонкое регулирование) или телескопической трубы (грубое регулирование). Производительность шнекового питателя регулируется изменением числа оборотов электродвигателя. 28

30 Смесительный резервуар цилиндрической формы изготовляется из листовой стали толщиной 12 мм. Для улучшения смешения сульфата со щелоком смеситель оборудован вертикальной мешалкой, состоящей из вала с насаженными на него лопастями. Вал мешалки приводится в движение от электродвигателя с червячношестеренчатым редуктором, опорная конструкция которого расположена на верхней крышке резервуара. На покатой плоскости верхней части смесителя имеется течка, через которую сульфат из питателя поступает в смесительный резервуар. Щелок из проточного ящика поступает на перфорированное промежуточное днище, расположенное внутри смесителя, растворяет сульфат натрия и стекает через отверстие в нижнюю часть резервуара. Смеситель сульфата имеет соответствующие патрубки для приема щелока из проточного ящика, отвода в щелоковые насосы, опорожнения, перелива, а также для отвода образующихся газов и паров в атмосферу. Подогреватели и насосы для подачи щелока, форсунки. Для перекачки черного щелока используются центробежные насосы с крыльчатками, изготовленными из кислотоупорной стали. Подшипники и сальники щелоковых насосов охлаждаются водой. Напор насосов для подачи щелока составляет 4 6 бар, а производительность всегда превышает потребность содорегенерационного котла, благодаря чему обеспечивается рециркуляция излишнего щелока в смеситель во избежание повышения в щелокопроводе вязкости щелока из-за его охлаждения. Большинство фирм поставляет насосы с приспособлениями для изменения числа оборотов, что обеспечивает регулирование их производительности. В отдельных случаях регулирование давления и количества щелока, подаваемого в форсунки, достигается изменением положения вентиля на линии рециркуляции. Поскольку температура щелока определяет его вязкость, следует большое внимание уделять поддержанию нужной температуры щелока перед форсунками, что обеспечивает необходимую подготовку щелока к распыливанию и своевременному превращению его в огарок, а также устойчивость горения огарка на поду топки. Для подогрева щелока используются поверхностные подогреватели, представляющие собой цилиндрический корпус с двумя торцевыми крышками. Внутри корпуса установлены две трубные решетки с развальцованными в них трубами. Щелок 29

33 Однако для такого типа форсунок характерны случаи забивания каналов. Поэтому следует увеличивать температуру щелока и снижать его концентрацию, что отрицательно влияет на работу котла. Кроме того, как показали исследования, оптимальный размер капель щелока должен составлять 2 5 мм. Более мелкие частицы щелока сгорают в топочном объеме или уносятся потоком дымовых газов, что приводит к увеличению уноса минеральных солей и увеличению механического недожога. Более крупные капли не успевают подсохнуть в топочной камере, что приводит к снижению температуры в нижней части топки и росту слоя огарка. Более эффективное дробление обеспечивается в форсунках c пластинкой (рис.9б). Головка форсунки оборудована соплом, на конце которого установлен щиток под углом Нормальное дробление щелока происходит при давлении 1 2 бар за счет кинетической энергии струи, направленной на наклонный щиток. Такие форсунки организуют плоскую струю неоднородных капель щелока, характер дисперсности которых представлен на рис.10. Рис.10. Распределение размеров капель в зависимости от диаметра сопла: 1, 2, 3 диаметры сопел соответственно 16, 20, 24 мм; а капли, сгорающие во взвешенном состоянии; б капли, воспламеняющиеся при падении на под; в капли, требующие время на подсушку при падении на под; d ч диаметр частиц, мм; G массовая доля частиц, % На СРК старых конструкций форсунки оборудовались механизмами качания в вертикальной и горизонтальной плоскостях. 32

34 Как показала практика, использование механизмов качания приводит к повышенному уносу частиц щелока и периодическому увеличению выбросов соединений восстановленной серы. Поэтому в последнее время принята фиксированная установка форсунок на высоте 5-7 м от пода топки. Производительность СРК по щелоку регулируется диаметром сопел и количеством работающих форсунок. Баки черного щелока и растворители золы. Баки черного упаренного щелока представляют собой металлические резервуары емкостью м 3 со змеевиками для подогрева щелока и мешальными устройствами, представляющими собой валы с лопастями, закрепленными в подшипниках. Мешальное устройство приводится во вращение от электродвигателя через редуктор, который, как правило, монтируется на верхней крышке бака. Щелок в баке подогревается паром низкого давления. Образующийся конденсат отводится через конденсационный горшок. Типовой растворитель золы представляет собой цилиндрический бак с паровой рубашкой. Для интенсификации растворения золы в черном щелоке растворители, как и баки черного щелока, оборудованы вращающимися мешалками. Пары, образующиеся в растворителе, отводятся через трубу в атмосферу. Конструкции содорегенерационных котлов и вспомогательное оборудование Конструкция современного СРК обусловлена спецификой процесса регенерации химикатов и свойствами золы черного щелока, имеющей низкую температуру плавления и сильные адгезионные (от лат. adhaesio прилипание) характеристики. Значительный унос и низкая температура плавления золы, частично уносящейся с дымовыми газами и состоящей в основном из сульфата и карбоната натрия, являются причинами загрязнения поверхностей нагрева, большая часть которых работает в условиях жидкоплавкой и размягченной золы. Поэтому конструкции современных содорегенерационных котлоагрегатов по сравнению с котлами, работающими на обычных энергетических топливах, имеют ряд специфических особенностей, характерных для всех типов выпускаемых в настоящее время СРК. Основными из них являются: большая высота топок; низкие скорости газов на выходе из топки (до 3 м/с); 33

36 Двухбарабанная конструкция СРК с мощными конвективными пучками труб позволяет снизить температуру газов перед экономайзером до С, при которой зола не спекается. Подогрев воздуха производится в паровых или водяных калориферах, так как в случае установки воздухоподогревателя в газовом тракте его поверхность подвергается усиленному загрязнению и коррозии. Защита пароперегревателей фестоном от непосредственного радиационного тепловосприятия из топки снижает температуру и выравнивает скорость потока газов на входе в пароперегреватель, что облегчает условия его работы. Топочное устройство. Топка содорегенерационного котла обычно прямоугольного или квадратного сечения, внизу ограничена подом, вверху потолочными трубами, по сторонам боковыми, передними и задними трубами экранов. Трубы переднего или заднего экранов являются продолжением труб, экранирующих под топки. На рис. 11 изображены три характерных профиля топочной камеры СРК различных типов. а б в Рис. 11. Профиль топочных камер СРК: а типа БВ; б типа СЕ; в конструкций «Тампелла»; 1 топочная камера ; 2 защитный пучок ; 3 пароперегреватель Активный объем топки образован фронтовым, задним и боковыми экранами, в нижней части трубами пода, а в верхней части поверхностью, проходящей через первый ряд труб защитного пучка 2. В СРК «Тампелла» ширмы защитного пучка 2 перекрывают топку на всю ее глубину, что связано с размещением пароперегревателя 3 по всему сечению первого подъемного газохода. 35

37 Это обстоятельство отличает топку СРК «Тампелла» от топок СЕ и БВ, имеющих защитный фестон с длинным вертикальным участком, что в свою очередь связано с компоновкой пароперегревателя. Основными расчетными характеристиками топки СРК являются: массовая нагрузка пода (массовой расход сухого вещества щелока на 1 м 2 пода в час); тепловое напряжение топки по объему и сечению. Указанные расчетные характеристики современных агрегатов, безотносительно к их конструкции, находятся примерно на одном уровне. Так, массовая нагрузка пода составляет b F = кг/(м 2 ч), теплонапряжение топочной камеры по объему q V = квт/м 3, теплонапряжение топочной камеры по сечению q F = 1,7-2,0 МВт/м 2. Теплонапряжения СРК в 1,5-2 раза ниже допустимых значений, принимаемых для топок на угольном топливе, и в 3-4 раза ниже допустимых величин, принимаемых для газомазутных топок. По значению теплонапряжений топки СРК близки к топкам для сжигания горючих сланцев. В котельно-топочной технике теплонапряжение топки по объему рассматривается как допустимое по условиям горения. Такой подход правомерен для топок содорегенерационных котлоагрегатов лишь отчасти, так как есть возможность обеспечить горение щелока с минимальными тепловыми потерями и при малых значениях q V. Дополнительным фактором, влияющим на величины q V, является высота топки, которая обусловлена необходимостью охлаждения дымовых газов на выходе из топки до температуры С, а также значительным загрязнением экранов (коэффициент тепловой эффективности экранов ψ=0,3-0,4). Тепловое напряжение топки по сечению, рассматриваемое для энергетических котлов с целью предотвращения усиленного шлакования экранов (сжигание твердого топлива) и снижения тепловых нагрузок на них (сжигание мазута), применительно к содорегенерационным котлоагрегатам, наряду с удельной нагрузкой пода, характеризует условия формирования слоя огарка. В этом отношении топка СРК подобна слоевой. Рассматривая такой важный показатель работы топки, как доля золы, уносимой газами (а ун = 0,05), можно сделать вывод, что топка СРК по этому показателю на порядок превосходит камерные топки. Таким образом, топка содорегенерационного котлоагрегата занимает промежуточное положение между камерной и слоевой топками. Как и при камерном сжигании, в топке СРК обеспечиваются распыление топлива, минимальные избыток воздуха и потери тепла 36

39 У ряда СРК, прошедших модернизацию, в верхних частях топок еще сохранены плавниковые трубы диаметром мм, расположенные с шагом мм. Практика эксплуатации СРК с цельносварными газоплотными панелями подтвердила их механическую прочность и надежность. Конструкция пода топки. Содорегенерационные котлы имеют различное устройство пода топки и его обмуровки (рис. 12). Динамика развития содорегенерационных котлоагрегатов различных фирм показывает, что по мере увеличения мощности котлов совершенствовалась и их конструкция. Наклонный под топки и изоляция труб экранов на значительную высоту с целью защиты их от наружной коррозии, вызываемой воздействием плава и огарка, сменились соответственно подом в форме горизонтальной чаши с приподнятой леткой и изоляцией труб экранов до летки. Изоляция вертикальной части пода топки быстро разрушается почти на всех СРК, имеющих низкое расположение летки и высокую изоляцию ошипованных труб экранов. На содорегенерационных котлоагрегатах, имеющих наклонный под и низкорасположенную летку, часто наблюдается образование трещин в изоляции пода и течь плава мимо летки. Опыт показывает, что изоляция пода не разрушается там, где горизонтальная и вертикальная части пода, имеющего сплошное экранирование из сваренных между собой труб, изолированы на небольшую высоту (до летки плава). Существуют три типа конструкции пода топки: наклонный, горизонтальный и слабонаклонный. Наклонный под применяется в агрегатах, работающих по принципу набрызгивания щелока на стенки топочной камеры. Трубы пода располагаются с уклоном до 5 в сторону летки плава, ошиповываются, и по шипам наносится слой пластичной огнеупорной хромистой массы. Опыт работы таких агрегатов показал, что на поверхности огнеупорной массы не образуется защитный слой застывшего плава, поэтому поверхностный слой огнеупорной массы находится в контакте с движущимся жидким плавом. В связи с этим даже при правильно подобранных массе и технологии укладки практически ежегодно требуется замена набивки пода. Горизонтальный и слабонаклонный поды используются в агрегатах, работающих по принципу впрыскивания щелока в топочную камеру. В горизонтальной конструкции летки плава приподняты над плоскостью огнеупорной массы примерно на мм. 38

40 Собственно огнеупорная масса наносится непосредственно на трубы, как правило, не имеющие ошиповки, с изоляцией вертикальных участков экранов до нижней кромки леток. Рис. 12. Схемы обмуровки пода содорегенерационных котлоагрегатов: а топка с горизонтальным подом и обмуровкой вертикальной части до сопел вторичного дутья; б то же, с обмуровкой вертикальной части пода до летки; в топка с наклонным подом и обмуровкой вертикальной части до сопел вторичного дутья; г то же, с обмуровкой вертикальной части пода до летки; 1 коллекторы; 2 экранные трубы; 3 воздуховоды первичного дутья; 4 окна для сопел первичного дутья; 5 лётки; 6 воздуховоды вторичного дутья; 7 окна для сопел вторичного дутья; 8 окна для щелоковых форсунок; 9 бетон перхромит; 10 масса перхромит; 11 минеральное волокно; 12 мазутные форсунки; 13 хроморганическая масса; 14 обшивка; 15 плитки Бейли 39

41 Горизонтальный под с приподнятой лёткой (декантирующий) образует неподвижный слой плава, который затвердевает и предохраняет огнеупорную массу от разрушения (рис.13). Агрегаты с декантирующим подом эксплуатируются в течение длительного времени без замены огнеупорной массы. В слабонаклонной конструкции пода трубы находятся под углом до 2, а уровень летки устанавливается таким образом, чтобы поверхность огнеупорной массы была горизонтальной и покрывалась слоем застывшего плава. Слабонаклонный под рассматривается как потенциально надежная конструкция, чтобы при возможном закипании воды в трубах пода исключить возможность образования паровых мешков. Рис.13. Схема работы горизонтального пода с приподнятой леткой: 1 застывший слой плава; 2 плав; 3 летка для плава Покрытие нижней части экранов на высоту примерно до уровня вторичного дутья с огневой стороны специальной набивной массой на основе хромита или хромомагнезита связано с наличием в нижней части топки восстановительной атмосферы. Назначение защитной массы предохранить трубы, находящиеся в зоне воздействия жидкого плава и газообразных соединений восстановленной серы, от коррозионного разрушения. Опыт эксплуатации показал, что набивная масса на вертикальных стенках разрушается в короткий срок. Восстановление защитного слоя является трудоемкой и нецелесообразной операцией. Однако регулярные осмотры СРК других конструкций («Альстрем», «Мицубиси»), не имеющих защиты нижней части топки, выявили, что скорость коррозии труб в этой зоне сравнительно низка. В то же время, коррозия экранных труб является серьезной проблемой, с которой пришлось столкнуться при повышении давления в СРК до 6,4 МПа и выше. Ввод в эксплуатацию СРК, работающих под давлением 6,4 8,4 МПа, сопровождался серьезными коррозионными повреждениями экранных труб, захваты- 40

42 вающими, в основном, восстановительную часть топки. Опыт работы СРК, эксплуатирующихся при давлении 6,4 МПа, показывает, что в случае применения труб из углеродистой стали с ошиповкой нижней части экрана замена труб необходима через 4 6 лет. Коррозия зависит от состава топочных газов, химического состава и физического состояния отложений на трубах. Из образующихся на поверхности труб продуктов коррозии наибольшую опасность представляет сульфид железа FeS, так как он не защищает металл от дальнейшего поражения. Усиление коррозии наблюдается при содержании в газовой фазе сероводорода и кислорода в соотношении 1:1. Любые условия, приводящие к образованию свободной серы, вызывают значительную коррозию. Наиболее вероятны следующие реакции, приводящие к образованию свободной серы: 2Na 2 S + 2O 2 = Na 2 S 2 O 3 + Na 2 O; Na 2 S 2 O 3 + Q = Na 2 SO 3 +S. Свободная сера непосредственно взаимодействует с железом по схеме Fe + S = FeS. Температура стенки труб в наибольшей мере определяет скорость коррозии. Для труб из углеродистой стали потери металла достигают недопустимо больших значений при температуре стенки трубы С и выше. На рис. 14 показана зависимость расчетной температуры стенки труб топочной камеры от давления пара в СРК. При давлении 4 МПа расчетная температура стенки трубы на несколько десятков градусов ниже температуры, при которой начинается усиленное разрушение углеродистой стали. Рис. 14. Зависимость расчетной температуры стенки трубы от давления пара 41

44 маловероятны, что объясняется достаточной степенью надежности высоких циркуляционных контуров СРК. Схема циркуляции двухбарабанного СРК. На рис. 15 показана традиционная схема циркуляции двухбарабанного СРК, по которой видно, что вода из верхнего барабана 8 поступает в нижний 9 по обогреваемым последним рядам труб котельного пучка 1. Из нижнего барабана по необогреваемым опускным трубам 3 (или по стоякам большего диаметра) она проходит в главный распределительный коллектор 10, из которого осуществляется питание фронтового, заднего и боковых экранов. Пароводяная смесь из фронтового и заднего экранов 5 непосредственно вводится в верхний барабан. Рис. 15. Схема циркуляции двухбарабанного СРК: 1 опускные трубы котельного пучка; 2 подъемные трубы котельного пучка; 3 необогреваемые опускные стояки экранов; 4 необогреваемые опускные стояки фестона; 5 экраны; 6 фестон; 7 пароотводящие трубы боковых экранов и фестона; 8 верхний барабан; 9 нижний барабан; 10 главный распределительный коллектор; 11 верхний коллектор Из боковых экранов пароводяная смесь направляется в верхние коллекторы 11, а из них по пароотводящим трубам 7 в верхний барабан. Трубы защитного пучка пароперегревателя (фестона) 6 питаются водой также из нижнего барабана по необогреваемым опускным трубам 4. Пароводяная смесь, образующаяся в трубах фестона, отводится в верхний барабан. Передние ряды труб котельного пучка являются подъемными, их питание осуществляется 43

45 из нижнего барабана. Циркуляционные контуры экранов, защитного фестона и котельного пучка имеют общий элемент обогреваемые опускные ряды котельного пучка. Таким образом, обеспечение надежного опускного движения воды в последних рядах котельного пучка является важным фактором, обуславливающим нормальное питание подъемных труб. Практически это достигается предотвращением кипения в обогреваемых опускных трубах. Котельные пучки размещаются в зонах относительно слабого обогрева, и их опускные ряды омываются газами c температурой С. Питательная вода, поступающая в барабан после экономайзера с температурой на С ниже температуры кипения, равномерно распределяется через перфорированную трубу со сливом в сторону опускных труб. В результате достигаются гарантированный недогрев до кипения циркулирующей воды на входе в опускные трубы и отсутствие кипения в них. Схема циркуляции однобарабанного СРК. В отечественных однобарабанных СРК применено двухступенчатое испарение. На рис.16 показана схема циркуляции СРК-700. Барабан котла разделен на чистый отсек с первой ступенью испарения и два солевых отсека, расположенных с торцов барабана, со второй ступенью испарения. Чистый отсек барабана (первая ступень испарения) включает фронтовой и задний экраны топки, 24 ширмы защитного фестона и все экраны конвективного поворотного газохода. Питание всех контуров чистого отсека осуществляется из барабана двумя стояками 1 наружным диаметром 630 мм. Фронтовой экран состоит из 4 блоков по 32 подъемные трубы диаметром 57 5 мм, образующих 4 циркуляционных контура. Питание экрана осуществляется из стояков трубами мм (по 2 трубы на каждый контур). Отвод пароводяной смеси в чистый отсек барабана осуществляется трубами 14 диаметром мм (по 2 трубы от каждого контура). Задний экран 5 также состоит из четырех контуров. Питание каждого контура идет по двум трубам диаметром мм, связывающим стояк 1 с нижним коллектором. Задний экран в верхней части топки образует пережим, в этом месте каждая труба экрана имеет развилку. Вертикальные трубы необогреваемы. На выходе из них в коллекторе установлены шайбы (8 мм) с таким расчетом, чтобы по необогреваемым трубам проходило не более 3 5 % пароводяной 44

46 смеси. Трубы, образующие пережим, входят в тот же промежуточный коллектор. Рис. 16. Схема циркуляции однобарабанного СРК: 1 питательные стояки 1-й ступени испарения; 2 опускные трубы солевого отсека; 3 коллектор питания фестона; 4 блоки фронтового экрана топки; 5 блоки заднего экрана топки; 6 блоки боковых экранов; 7 фестон; 8 коллектор питания экранов конвективного газохода: 9 блоки экранов конвективного газохода; 10 пароотводящие трубы экранов конвективного газохода; 11 пароотводящие трубы заднего экрана; 12 пароотводящие трубы ширм защитного фестона; 13 пароотводящие трубы боковых экранов; 14 пароотводящие трубы фронтового экрана Из промежуточного коллектора выходят 24 трубы диаметром мм, образующие однорядный фестон перед второй ступенью пароперегревателя. Трубы входят в верхние коллекторы фестона (по одному на каждый контур). От каждого верхнего коллектора 45

47 пароводяная смесь отводится в чистый отсек барабана тремя трубами 11. Защитный ширмовый фестон состоит из 24 ширм (по 15 труб диаметром 57 5 мм в каждой ширме). Питание ширм осуществляется из коллектора 3 наружным диаметром 465 мм, соединенного с двумя стояками 1. Пароводяная смесь из верхнего коллектора каждой ширмы отводится одной трубой 12 диаметром мм в чистый отсек барабана. Экраны конвективного поворотного газохода включают экранирование боковых и задней стен. Боковые экраны состоят из 8 блоков подъемных труб диаметром 57 5 мм: 6 блоков по 30 труб и 2 блока по 12 подъемных труб. Задний экран выполнен из 4 блоков по 30 подъемных труб в каждом. Питание контуров бокового и заднего экранов конвективного газохода 9 осуществляется трубами диаметром мм из кольцевого коллектора 8 наружным диаметром 273 мм, в который поступает котловая вода из стояков 2. Отвод пароводяной смеси от каждого контура осуществляется трубами 10 диаметром мм. Все отводящие трубы объединены в кольцо наружным диаметром 219 мм, соединенное с чистым отсеком барабана. Для повышения надежности циркуляции воды в испарительных контурах экранов конвективного газохода предусмотрены рециркуляционные трубы диаметром мм (по 2 трубы на каждый контур). Подвод котловой воды и отвод пароводяной смеси от однорядного фестона, состоящего из 24 труб диаметром 57 5 мм и расположенного перед опускным газоходом, осуществляется через нижний и верхний коллекторы, которые соединены непосредственно с нижним и верхним коллекторами контуров боковых экранов конвективного газохода, содержащих по 12 подъемных труб. В солевые отсеки барабана (вторую ступень испарения) включены боковые экраны 6. Каждый боковой экран состоит из трех блоков подъемных трубы диаметром 57 5 мм: 2 блока по 32 трубы и 1 блок с 16 подъемными трубами. Питание боковых экранов осуществляется из солевых отсеков барабана: в нижние коллекторы крайних контуров вводится по 2 трубы, в средний 1 труба. Для выравнивания солесодержания обоих солевых отсеков сделан переброс трубами, на которых установлен шламоотделитель. Эти трубы вводятся в крайний (передний) нижний коллектор бокового экрана. Отвод пароводяной смеси из верхних коллекторов осуществляется трубами 13. Все они включены в солевые отсеки верхнего барабана. 46

48 Пароперегреватели. Пароперегреватели содорегенерационных котлоагрегатов работают в напряженных условиях, вызванных тем обстоятельством, что адгезионные свойства пылевого уноса наиболее сильно проявляются в интервале температур от 600 до 850 С. В этой температурной зоне унос, состоящий преимущественно из сульфата и карбоната натрия, находится в размягченном состоянии и образует на трубах липкие отложения. Именно необходимость надежной очистки труб от наружных загрязнений вызвала применение на СРК ширмовых пароперегревателей. Металл поверхности нагрева пароперегревателя имеет наивысшую в котельном агрегате температуру. Это обусловлено высокой температурой пара и относительно большими удельными тепловыми нагрузками. Поэтому для выходной ступени пароперегревателя применяются легированные стали. Отложения на трубах при определенных условиях могут быть коррозионно-опасными, в результате чего даже незначительное повышение температуры пара в отдельных трубах выше среднего значения может привести к недопустимому, по условиям коррозии, повышению температуры стенки трубы, а с развитием и углублением коррозии к потере прочности трубы. В этой связи конструктивные мероприятия, направленные на уменьшение температурной развертки труб, приобретают исключительное значение. Основным мероприятием в этом плане является разделение всей поверхности пароперегревателя на последовательно включенные по пару части с перемешиванием его перед поступлением в каждую из них. Пароперегреватели большинства СРК разделены на две ступени, однако лучшей следует считать трехступенчатую компоновку. Пароперегреватели СРК, за исключением некоторых, выполнены в виде ширмовых поверхностей из труб диаметром мм (на отечественных СРК для ширм первой ступени используются трубы диаметром 38 мм) с толщиной стенки 4,5 6,3 мм. Ширмы расположены с шагом мм (S 1 /d = 7,5 8). Ширмовые пароперегреватели, хорошо компонующиеся с глубоковыдвижными обдувочными аппаратами, благодаря большому поперечному шагу менее подвержены заносу и при правильном подборе давления обдувки ( не менее 1,6 2 МПа) делают возможной длительную эксплуатацию СРК на номинальной нагрузке. В трехступенчатых пароперегревателях СРК «Тампелла» первая ступень выполнена в виде змеевиковой поверхности с коридорным расположением змеевиков. Относительный поперечный шаг труб S 1 /d = 4,5 5, продольный S 2 /d = 2,7 5. Змеевиковые поверхности 47

49 достаточно разрежены и размещены в зоне температур газов С. Применение змеевиков с разреженным расположением труб для первой ступени пароперегревателя СРК является компромиссом между снижением металлоемкости конструкции, с одной стороны, и необходимостью ограничения заносов поверхности с другой. Сжигание сульфатного щелока с высоким содержанием щелочных соединений приводит к их налипанию на поверхность и образованию легкоплавких эвтектик (расплавов). Поэтому более предпочтительным является применение ширмовых поверхностей нагрева, расположенных с большими поперечными шагами. В то же время, с теплотехнической точки зрения, использование ширмовой поверхности в зоне температур С менее эффективно по сравнению со змеевиковой, поскольку конвективный теплообмен превалирует над излучением. Практика показывает, что при работе СРК с нагрузками, близкими к номинальной, возникают затруднения в очистке разреженных змеевиковых пароперегревателей, так как с возрастанием уноса и температуры по газоходам начинает проявляться склонность разреженной змеевиковой поверхности к заносу, причем в большей степени для пучка с меньшим продольным шагом. Котельные пучки. Большая часть находящихся в эксплуатации СРК выполнена по двухбарабанной схеме и имеет развитые котельные пучки (рис.17). Наличие котельного пучка позволяет снизить температуру газов перед экономайзером до С, что имеет важное значение особенно для экономайзеров с горизонтальным расположением труб по условиям их очистки от наружных загрязнений. Безотносительно к типоразмеру конструкция котельного пучка сохраняется традиционной для каждого типа СРК. В СРК «Стейн», «Альстрем», «Мицубиси» и в отечественных двухбарабанных агрегатах котельный пучок выполнен относительно коротким и широким с поперечным омыванием газами (рис. 17а). В СРК «Бабкок» и «Бреда» котельный пучок имеет продольное омывание нисходящим и восходящим газовыми потоками с устройством специальной газовой перегородки (рис. 17б), а в агрегатах «Тампелла» он выполняется в виде длинного пучка труб с организацией продольного омывания основной поверхности восходящим потоком газов (рис. 17в). 48

51 золы не попадают, а мелкие частички, склонные к прилипанию, приносятся вихревыми токами. В трубном пучке омывание зависит от взаимного расположения труб. В СРК применяются котельные пучки только с коридорным расположением труб, имеющие преимущество по сравнению с шахматным в отношении заносов. В коридорных пучках при поперечном омывании зона прямого набегания и вихреобразования расположена в промежутках между трубами продольного ряда, а на изменение аэродинамического сопротивления коридорного пучка оказывает влияние главным образом нарастание отложений золы на боковых образующих труб, причем этот процесс протекает достаточно медленно. Поэтому можно считать, что относительный продольный шаг S 2 /d практически не влияет на величину отложений, а увеличение относительного поперечного шага S 1 /d следует рассматривать как положительный фактор. Последнее обстоятельство существенно тем более, что температура газов на входе в котельный пучок превышает 500 С, а при этой температуре адгезионные свойства уноса могут проявляться в большей степени. Практика показывает, что трубы котельных пучков с продольным омыванием в меньшей степени подвержены заносам, чем котельные пучки с поперечным омыванием. Однако слабым местом в продольноомываемых пучках является зона, расположенная над нижним барабаном, в которой газовый поток совершает поворот на 180, переходя от опускного к подъемному движению. В этой зоне происходит сепарация крупных фракций золы с перекрытием части живого сечения газохода. Эффективным методом борьбы с отложениями этого типа может быть рациональная компоновка обдувочных аппаратов с их размещением непосредственно в зоне вероятного осаждения золы. Занос поперечно омываемых пучков, особенно в начальной их части, может являться фактором, ограничивающим продолжительность непрерывной рабочей кампании СРК, и вызвать необходимость в проведении периодических ручных расшлаковок пучка. Экономайзеры. Содорегенерационные котлоагрегаты оборудованы водяными экономайзерами, являющимися хвостовыми (низкотемпературными) поверхностями. В экономайзере температура металла имеет наименьшее значение из всех поверхностей, находящихся под давлением. При низкой температуре поверхности стенки могут возникнуть условия для коррозионного повреждения металла вследствие конденсации влаги из дымовых газов. Водяной 50

52 экономайзер в большой степени подвержен отложениям летучей золы на трубах. Характерным для хвостовой поверхности является низкий температурный напор, особенно на входе в экономайзер. Технологическая схема СРК в значительной мере определяет размеры и металлоемкость экономайзера. В схемах СРК с газоконтактным испарителем по условиям доупаривания черного щелока температура газов за экономайзером может достигать 300 С. В схемах СРК без газоконтактного испарителя с концентрированием щелока до заданного значения на выпарной станции температура газов за экономайзером составляет С. В этом случае требуется существенное развитие поверхности экономайзера с соответствующим увеличением его габаритных размеров и металлоемкости. Для обеспечения циркуляции воды и ее надежного опускного движения в последних по ходу газа рядах труб котельного пучка необходимо исключить кипение воды в экономайзере и обеспечить гарантированный недогрев до кипения питательной воды, поступающей в барабан. В связи с этим в агрегатах без газоконтактного испарителя применяется метод промежуточного охлаждения питательной воды в воздушно-водяных теплообменниках, суть которого заключается в использовании части тепла воды для нагрева дутьевого воздуха. Существуют два принципиально отличных типа экономайзеров СРК: горизонтальный и вертикальный. В СРК старых конструкций, как правило, устанавливались горизонтальные экономайзеры скомпонованные с установками дробевой очистки. Для экономайзеров горизонтального типа, составленных из гладкотрубных змеевиков диаметром мм, расположенных в шахматном порядке, характерны следующие значения относительных шагов: в поперечном направлении S 1 /d = 2,8 3,15, в продольном S 2 /d = 1,4 1,57. Продольные и поперечные шаги имеют соотношение 2:1. В ряде агрегатов горизонтальные экономайзеры конструктивно выполняются из труб с продольным оребрением. При этом в верхних пакетах трубы располагаются коридорно с относительными шагами S 1 /d = 2 и S 2 /d = 2,15, а в нижних пакетах шахматно, с относительными шагами S 1 /d = 2,7 и S 2 /d = 1,3. Применение коридорного расположения труб в экономайзере следует рассматривать как конструктивную попытку уменьшить интенсивность золового заноса, так как коридорные пучки по сравнению с шахматными менее склонны к заносу. Однако коридорные пучки менее эффективны в 51

53 тепловом отношении, поэтому для увеличения тепловоспринимающей поверхности используется оребрение труб. Несмотря на то, что трубные пучки горизонтальных экономайзеров разрежены, их очистка от наружных загрязнений при помощи дроби является серьезной проблемой в эксплуатации. Обеспечение удовлетворительной очистки горизонтальных экономайзеров СРК требует высокой плотности дробевого потока (до 900 кг/(м 2 ч)) при практически постоянной работе дробеструйной установки. В этих условиях дробевому износу подвергаются не только трубы экономайзера, но и элементы самой дробеструйной установки, что вызывает необходимость проведения промывок экономайзера водой. Опыт эксплуатации показал, что из-за дробевого износа и коррозионного повреждения при частых промывках необходимость в частичной или даже полной замене труб возникала через 3-4 года эксплуатации. Водяные экономайзеры с вертикальным расположением труб и паровой обдувкой были сконструированы и применены на СРК как альтернатива экономайзерам горизонтального типа. Эксплуатационные преимущества вертикальных экономайзеров оказались столь значительными, что в современных СРК применяются только экономайзеры с вертикальным расположением труб, несмотря на увеличенные габаритные размеры и металлоемкость. Многолетний опыт эксплуатации СРК с экономайзерами вертикального типа подтвердил их надежность и высокую эффективность очистки от загрязнений при использовании паровой обдувки. В конструкциях вертикальных экономайзеров (рис.18) используются плавниковые трубы, расположенные в коридорном порядке с относительным шагом S 1 /d 2. По условиям очистки конструкция вертикального экономайзера с продольным омыванием (рис.18б) предпочтительней конструкции вертикального экономайзера с наклонными газовыми перегородками (рис.18а), за счет которых характер омывания становится ближе к поперечному. При модернизации экономайзеров СРК, работающих по схеме с газоконтактным испарителем, можно разместить вертикальный экономайзер в имеющейся ячейке. При этом появляется возможность осуществить некоторое повышение температуры газов за экономайзером, позволяющее улучшить доупаривание щелока в каскадном испарителе и снизить металлоемкость конструкции. 52

55 специально укрепленными на экранных трубах поясными балками. Экранные трубы СРК подвешены к балкам перекрытия каркаса и свободно удлиняются вниз. Поясные балки прикреплены к трубам и перемещаются совместно с ними. Линейное расширение балок, находящихся вне обогрева, существенно меньше расширения экранных стен. Для взаимного перемещения балок и труб балочные пояса разрезаются по углам топки, а крепления самих балок к трубам допускают продольные перемещения вдоль балок. Все они отвечают поставленным требованиям и являются достаточно простыми. В конструкции, показанной на рис.19, к экранным трубам в плоскости пояса приварена полоса 1, дистанционирующая трубы. Сверху и снизу полосы к трубам приварены фигурные пластины 2, расположенные с шагом 762 мм. Верхняя и нижняя пластины соединены между собой скобой 3, имеющей вырез по профилю полочки балки 4. Собственно поясная балка свободно опирается на скобы, что обеспечивает перемещение экранов относительно поясной балки. Балочные пояса разрезаны по углам, а крепления на концах балок выполнены таким образом, что их реакции передаются на перпендикулярные им стены. Наличие овальных вырезов на концах поясных балок обеспечивает заданное конечное перемещение балок. Рис.19. Крепление поясной балки к трубам: 1 полоса; 2 фигурная пластина; 3 скоба; 4 балка Расстояние между поясными балками по высоте топки зависит от прочности экранных труб и самих балок. Обычно расстояние между балками составляет около 3 м и зависит от размеров СРК. Наибольшее возможное по условиям прочности труб расстояние определяется суммой всех действующих усилий. Максимальные 54

56 нагрузки в содорегенерационных котлоагрегатах приходятся на боковые экраны. Опорная конструкция пода. На под топочной камеры СРК приходятся существенные весовые нагрузки, складывающиеся из веса подовых труб с водой, изоляции и обмуровки, веса плава и слоя огарка щелока. Указанные весовые нагрузки через подовые балки передаются на боковые экраны. Боковые экраны и трубы пода имеют тепловые перемещения относительно более холодных балок, поэтому конструкция опор предусматривает возможность таких перемещений. При перемещениях экранов относительно подовых балок возникают силы трения, вызывающие изгибающие моменты, которые в совокупности с моментами от весовых нагрузок приводят к дополнительному напряжению в трубах. Существует два типа опор под подовые балки: первый опора, размещенная непосредственно на трубах боковых экранов (рис.20); второй опора, размещенная на нижних коллекторах боковых экранов (рис.21). На рис. 20а изображена широко распространенная в агрегатах «Тампелла» опорная конструкция пода. а б Рис. 20. Опорная конструкция пода на трубах: 1 подовая балка; 2 стульчик; 3 упоры; 4 прижимная плита; 5 промежуточные балки; 6 катки 55

57 В зависимости от мощности СРК число подовых балок меняется от 5 до 10. Расстояние между балками составляет мм. Подовая балка двутаврового сечения 1 свободно опирается на стульчик 2. Опорный стульчик имеет развитую вертикальную стенку, через которую он стягивается с прижимной плитой 4 при помощи болтов, проходящих в зазоры между трубами. Своей нижней плоскостью стульчик 2 и прижимная плита 4 опираются на упоры 3. Упоры приварены к трубам и представляют собой стальной брус сечением мм. Подовые трубы передают нагрузку на подовые балки через промежуточные балочки 5. К балочкам 5 трубы не приварены и имеют возможность свободно перемещаться при тепловом удлинении. В свою очередь балочки приварены к основным балкам 1. При тепловом расширении котла боковые экраны перемещаются относительно более холодных подовых балок. В месте касания поверхности полки балки и стульчика развивается сила трения скольжения, которая вызывает изгибающий момент относительно места примыкания труб пода и бокового экрана. Конструктивно места примыкания выполняются в виде пластин, привариваемых к трубам пода и бокового экрана и создающих абсолютную плотность соединения. Практика работы СРК показала, что в ряде случаев наблюдаются трещины и даже разрывы по сварке в местах соединения боковых экранов и пода. Образование трещин и разрывов объясняется возникновением дополнительных напряжений от изгибающего момента рассмотренного типа, а также от изгибающего момента, вызванного смещением приложенной весовой нагрузки относительно оси. Поскольку подовая балка опирается на стульчик, то весовая нагрузка передается на трубы с плечом, равным расстоянию от центра приложения силы до образующей трубы. Показанная на рис. 20б опорная конструкция пода относится к типу опор, размещенных на трубах боковых экранов. Но в отличие от ранее рассмотренной, эта конструкция практически исключает изгибающие моменты и контактные напряжения в трубах. Подовая балка 1 через катки 6 опирается на опорные стульчики 2. Опорные стульчики размещены по обе стороны труб, поэтому нагрузка действует на трубы симметрично и не вызывает изгибающего момента. При относительных перемещениях подовой балки и опорного стульчика, вызванных тепловым перемещением бокового экрана, возникающая благодаря наличию катков сила трения качения 56

58 на порядок меньше силы трения скольжения. Поэтому изгибающий момент от силы трения качения незначителен, а симметричное приложение нагрузок исключает также и контактные напряжения в трубах. На рис. 21а показана опорная конструкция пода, широко применяемая в агрегатах типа СЕ, «Мицубиси». Подовая балка двутаврового сечения 1 свободно опирается на стульчик 2, приваренный к коллектору бокового экрана. Подовая балка перемещается относительно бокового экрана при помощи тяги 3. Необходимый зазор между балкой и боковым экраном для теплового перемещения устанавливается зажимной гайкой 4. Трубы пода непосредственно опираются на промежуточные балки 5 (трубы к балкам не привариваются). В рассматриваемой опорной конструкции так же, как и в конструкции, показанной на рис. 20а, возникают дополнительные изгибающие моменты от сил трения скольжения и от эксцентрически приложенной нагрузки, действующей на трубы бокового экрана. Однако контактных напряжений в трубах эта конструкция не вызывает. На рис 21б изображена опорная конструкция пода, в которой устранены причины появления дополнительных напряжений в трубах. Подовая балка 1 на катках 6 установлена на симметрично расположенных опорных стульчиках 2, приваренных к нижнему коллектору бокового экрана. а б Рис. 21. Опорная конструкция пода на коллекторах: 1 подовая балка; 2 стульчик; 3 тяга; 4 зажимная гайка; 5 промежуточная балка; 6 катки 57

59 Ограждения топочной камеры. Ограждения (обмуровка) СРК, являясь наружными стенками топочной камеры и газоходов, одновременно обеспечивают газоплотность и тепловую изоляцию. Конструкция ограждения определяется конструкцией самого СРК. Топочная камера СРК и его конвективный газоход в районе расположения пароперегревателя и котельного пучка имеют натрубную обмуровку, непосредственно прикрепленную к трубной системе и передвигающуюся с ней при температурных расширениях труб. Натрубные обмуровки конструктивно проще и легче накаркасных и хорошо сочетаются с вертикальными экранами. Ограждения экономайзеров, работающих при температуре газов ниже 450 С, выполняются из углеродистой листовой стали с наружной тепловой изоляцией. На рис.22 показана конструкция ограждения топочной камеры, экранированной гладкими трубами. Эта конструкция относится к типу газоплотных обмуровок с обшивкой стальным листом по экранным трубам, на которые устанавливаются стальные листы внутренней обшивки 1. Листы внутренней обшивки, имеющие отбортовку, крепятся на сварке к опорным швеллерам и гребням, приваренным к трубам. Зазоры между трубами и внутренней обшивкой заполняются огнеупорным бетоном с хромитовым наполнителем 2. Рис. 22. Ограждение топки, экранированной гладкими трубами: 1 лист внутренней обшивки ; 2 огнеупорный бетон с хромитовым наполнителем; 3 стальные крючья; 4 минеральная вата; 5 металлическая сетка; 6 металлический лист 58

60 К листам внутренней обшивки в коридорном порядке с шагом 300 мм приварены стальные крючья 3 диаметром 3 мм, служащие для закрепления теплоизоляционных матов и минеральной ваты 4. Маты устанавливаются в два слоя, каждый толщиной 60 мм. Поверх слоя теплоизоляционных матов помещается металлическая сетка 5. С наружной стороны ограждение обшивается металлическими листами. Листы наружной обшивки 6 крепятся к поясным балкам и служат для защиты изоляции от механических повреждений. Внутренняя обшивка, выполненная из стальных листов толщиной 2 3 мм, плотно примыкает к тыльной поверхности экранных труб. Предельная температура применения углеродистой стали по условиям окалинообразования не должна превышать 450 С, именно поэтому обшивка стальным листом по экранным трубам применена в условиях тесного экранирования топочных стен. Непосредственные измерения температуры стального листа, установленного на экранных трубах, показали, что она близка к температуре стенки экранных труб. При этом разность температур в соседних точках, лежащих на линии между трубами и напротив них, не превышает 10 С. Незначительная разность температур листа и экранных труб объясняется охлаждающим влиянием экранных труб при их контакте. Это охлаждение надежно обеспечивается при S/d 61 В отношении натрубной обмуровки с металлической обшивкой по трубам принято считать, что давление газов при возможных хлопках в топке непосредственно действует на обшивку, а затем передается на элементы, к которым она прикреплена. Поэтому внутренняя обшивка должна обладать достаточной прочностью. Собственно листы внутренней обшивки, имеющие большие линейные размеры и малую толщину, следует рассматривать как мембрану. Так как мембрана обладает большой гибкостью, она не воспринимает изгибающих и скручивающих моментов и рассчитывается только на растягивающие усилия, действующие по всему сечению. Напряжения в щитах невелики и составляют МПа при допускаемом напряжении на растяжение 120 МПа при температуре 250 С. Результаты длительной эксплуатации показали надежность применения тонкого стального листа в качестве газоплотной внутренней обшивки натрубной обмуровки при плотном экранировании топочной камеры содорегенерационного котлоагрегата. На рис. 23 приведена конструкция ограждения топочной камеры СРК, экранированной газоплотными цельносварными панелями. В газоплотных цельносварных экранах конфигурация изолируемой поверхности получается сложной и в общем случае нуждается в выравнивании. Выравнивающий слой предназначен для ликвидации длинных каналов вдоль труб, которые образуются при установке плитной изоляции. Эти каналы могут служить проходами для топочных газов при неплотности экранов в работе котла под наддувом. СРК работает с уравновешенной тягой, поэтому необходимость в выравнивающем слое мастичного типа отсутствует. Рис. 23. Ограждение топки, экранированной цельносварными панелями: 1 гофрированный лист с алюминиевым покрытием; 2 стальная сетка; 3 теплоизоляционная плита; 4 шпилька; 5 асбестовый шнур 60

62 Длинные каналы между трубами забиваются асбестовым шнуром 5 диаметром 30 мм. Два слоя теплоизоляционных плит 3 толщиной по 60 мм крепятся с помощью шпилек 4, приваренных к проставкам между трубами с шагом 300 мм. Сверху теплоизоляционных плит устанавливается стальная сетка 2. В качестве наружного слоя газо-плотной изоляции применяется тонкий гофрированный лист 1 с алюминиевым покрытием. Гофрированным лист установлен с небольшим воздушным зазором, оказывающим влияние на теплопередачу через ограждение. При малых воздушных зазорах, когда конвекция воздуха в воздушной прослойке практически отсутствует, возникает дополнительное термическое сопротивление и температура на поверхности ограждения снижается. Ограждения газоплотных топок СРК, конструктивно выполненных из гладких труб со стальной обшивкой по трубам или из цельносварных панелей, имеют следующие преимущества: значительно снижаются весовые характеристики ограждения, сокращаются сроки и трудозатраты на монтажные и ремонтные обмуровочные работы. Устройства для очистки наружных поверхностей нагрева. По данным Центрального котлотурбинного института, проделавшего ряд анализов плавкости золы, отобранной в различных местах содорегенерационных котлоагрегатов после их останова, усредненная температура начала деформации золы составляет 820 С, плавления 860 С, а жидкоплавкого состояния 900 С. Температура плавления золы зависит от ее состава и при значительном содержании сульфида натрия может снижаться до 620 С. Отложения, образующиеся на трубах экранов топки, носят характер огарка, периодически отваливающегося с труб, или плава, стекающего по трубам на под топки. Поэтому отложения, образующиеся на экранах топки, не лимитируют длительность рабочей кампании содорегенерационных котлоагрегатов и не требуют устройства для их удаления. Ширмовые поверхности фестона, пароперегревателя и конвективного пучка содорегенерационных котлоагрегатов легко очищаются от наружных загрязнений при помощи паровых обдувочных аппаратов. Для очистки горизонтальных змеевиковых экономайзеров содорегенерационных котлоагрегатов получили широкое распространение дробеструйные установки с пневматическим и механическим подъемом дроби. 61

63 Обдувочные аппараты. Конструктивная схема обдувочного аппарата приведена на рис. 24. Обдувочный аппарат включает в себя: электродвигатель 1, укрепленный на каретке 4; редуктор 3, предназначенный для вращения обдувочной трубы 2; электродвигатель 5 и редуктор 6, укрепленные на монорельсе 7, предназначенные для поступательного перемещения обдувочной трубы 2; механизм поступательного перемещения обдувочной трубы, состоящий из каретки 4, которая перемещается по полкам монорельса 7, звездочек 8 и бесконечной цепи 9; запорный клапан 10, автоматически открывающий подачу пара в обдувочную трубу после ее выхода на позицию обдувки; механизм, управляющий запорным клапаном 10, состоящий из тяги с клином 11 и рычага 12. Обдувочная труба соединена при помощи сальника с неподвижным паропроводом 13, подводящим к ней пар от запорного клапана. Двутавровый монорельс 7 несет на себе все указанные механизмы, а сам крепится к каркасу котла. Рис. 24. Обдувочный аппарат: 1, 5 электродвигатель; 2 обдувочная труба; 3, 6 редуктор; 4 каретка; 7 монорельс; 8 звездочка; 9 бесконечная цепь; 10 запорный клапан; 11 тяга с клином; 12 рычаг; 13 неподвижный паропровод; 14 стержень При получении импульса от предыдущего обдувочного аппарата, закончившего свою работу, пускатель включает электродвигатели 1 и 5. При этом включается сигнальная лампа, расположенная на щитке программного управления обдувкой. 62

64 Каретка 4, перемещаясь по монорельсу, вводит обдувочную трубу 2 в газоход. Когда обдувочная труба выходит на позицию обдувки, стержень 14, воздействуя на рычаг, увлекает при помощи тяги клин 11, который через толкатель отжимает запорный паровой клапан, открывающий доступ пара в обдувочную трубу. Пар из обдувочной трубы выходит через сопла, обдувая поверхность нагрева. При поступательно-вращательном движении трубы 2 обдувка производится по винтовой линии. После полного ввода обдувочной трубы внутрь газохода штифт, установленный на приводной цепи 9, воздействуя на концевые выключатели электродвигателя 5, переключает прибор на обратный ход. При этом обдувка поверхности нагрева производится так же, как и при движении обдувочной трубы внутрь газохода. До того, как сопловая головка будет выведена из газохода, стержень 14, воздействуя через рычаг 12 на клин 11, выведет его в исходное положение, и запорный паровой клапан под действием пружины закроется, прекратив доступ пара в обдувочную трубу. С возвратом обдувочной трубы в исходное положение штифт, установленный на приводной цепи 9, воздействуя на концевые выключатели, отключает электродвигатели 1 и 5, поле чего следующий по схеме прибор получает импульс на включение. Схема охлаждения леток. Для охлаждения леток, как правило, используется неочищенная производственная вода, поэтому не исключены отложения шлама в проточной части леток и коррозия металла. Кроме того, на большинстве содорегенерационных котлоагрегатов отсутствует контроль температуры охлаждающей воды. Отсутствие контроля затрудняет регулирование количества охлаждающей воды. При недостатке охлаждающей воды перегорают летки, а при избытке струя плава переохлаждается и вследствие повышения вязкости теряет текучесть. Применение леток, у которых сторона, соприкасающаяся со струей плава, выполнена из нержавеющей стали, значительно увеличивает длительность их службы. Во избежание отложения шлама и коррозии металла следует также рекомендовать охлаждение леток химически очищенной деаэрированной водой или конденсатом. При этом охлаждение летки наиболее целесообразно осуществить в замкнутом контуре циркуляции с автоматическим поддержанием уровня воды в расходных баках и автоматической регулировкой количества подпиточной воды. 63

65 Рекомендуемая схема охлаждения леток приведена на рис. 25. Рис. 25. Схема охлаждения леток химически очищенной деаэрированной водой в замкнутом контуре циркуляции: 1 топка; 2 летка; 3 верхний напорный бак; 4 нижний бак; 5 насос; 6 теплообменник; 7 регулятор уровня; 8 подпиточная вода Как видно на этой схеме, деаэрированная химически очищенная вода поступает на охлаждение летки самотеком из верхнего бака, расположенного выше уровня леток на отметке примерно 14 м. Из кожуха летки вода поступает в нижний бак, расположенный на нулевой отметке, откуда насосом через теплообменник перекачивается обратно в верхний бак. Температура воды, поступающей на охлаждение летки, не должна быть ниже С, а на выходе из летки С. При низкой температуре охлаждающей воды в верхней части летки, которая с одной стороны омывается плавом, а с другой холодной водой, возникают большие напряжения, способствующие разрушению металла. Целесообразно при компоновке СРК с растворителем плава стремиться к установке леток минимальной длины. Дробление струи плава и использование его физического тепла. Во избежание хлопков и взрывов в растворителях плава необходимо дробление его струи, стекающей из летки, зеленым щелоком (рис.26а), подаваемым специальными насосами рециркуляции. На случай внезапной остановки насосов для дробления стекающего плава должен быть подведен пар низкого давления. На ряде комбинатов паропровод подводится под струю плава (как и трубопровод зеленого щелока), что не дает должного эффекта 64

66 (рис. 26б). Наиболее правильно для дробления струи плава подводить пар так, как это показано на рис. 26в. Рис. 26. Схемы дробления струи плава: а струей рециркулирующего зеленого щелока; б струей рециркулирующего зеленого щелока и паром, подведенным под струю плава на выходе из летки; в струей рециркулирующего щелока и паром, подаваемым на струю плава сверху; 1 топка; 2 экранные трубы; 3 фурмы первичного дутья; 4 под топки; 5 летка; 6 коллектор; 7 водоподводящие трубы; 8 рециркуляционный насос; 9 электродвигатель; 10 трубопровод подачи зеленого щелока для дробления струи плава; 11 трубопровод подвода пара для дробления струи плава; 12 бак-растворитель плава; 13 привод горизонтальной мешалки растворителя плава Дробление струи плава паром позволяет не использовать в ряде случаев рециркуляционные насосы зеленого щелока. Однако такое мероприятие может быть рекомендовано там, где имеются мешалки в 65

67 растворителях, обеспечивающие хорошее перемешивание зеленого щелока. В этих случаях появляется возможность экономии электроэнергии и снижения затрат на ремонт насосов и рециркуляционных трубопроводов. На некоторых предприятиях для дробления струи плава используется слабый белый щелок, непрерывно подаваемый в растворитель плава, что позволяет экономить электроэнергию, затрачиваемую на привод рециркуляционного насоса зеленого щелока. Однако, вследствие возможных перебоев в подаче слабого белого щелока при неравномерном режиме работы СРК, такое мероприятие не является достаточно надежным. В баках зеленого щелока за счет физического тепла плава происходит интенсивное испарение воды и увлечение химикатов паром в атмосферу. Таким образом может теряться физическое тепло плава, которое составляет 4 5 % в тепловом балансе СРК. Поэтому на ряде предприятий тепло паров, испаряющихся из баков зеленого щелока, используется для нагрева воды в поверхностных теплообменниках. На других предприятиях в атмосферной трубе бака зеленого щелока устанавливаются уголки, которые орошаются слабым белым щелоком, направляемым противотоком к парам испарения. Пары самоиспарения, контактируя с поверхностью уголков, охлажденных слабым белым щелоком, конденсируются и стекают в бак, нагревая стекающий туда же слабый белый щелок. Со стекающим конденсатом и белым щелоком возвращаются в растворитель плава химикаты, увлеченные парами самоиспарения. Подача и регулирование воздуха Воздух, подаваемый на горение, вводится в топку СРК в два или три яруса. Первичный воздух (а в СРК с трехъярусной воздушной схемой и низким расположением сопел вторичного дутья также и вторичный воздух) формирует подушку огарка на поду топки. Верхний воздух (вторичный и третичный) обеспечивает турбулизацию и дожигание продуктов пиролиза. Техника сжигания щелока требует регулирования расхода воздуха по дутьевым ярусам. В соответствии с этим, общий воздушный поток разделяется на части по числу ярусов. 66

68 Существуют три типа воздушных схем: общая, последовательная и параллельная. В воздушной схеме первого типа поток воздуха общим вентилятором распределяется по дутьевым ярусам. Такая схема усложняет регулирование расходов воздуха по ярусам. Эта схема не является экономичной, так как общий вентилятор работает на параллельные тракты с различными характеристиками, что вызывает необходимость неэкономичного дроссельного регулирования. В воздушной схеме второго типа часть воздуха после общего вентилятора направляется в первичный ярус, а другая часть забирается последовательно установленным вентилятором и направляется во вторичный и третичный ярусы. Последовательная схема экономичней рассмотренной выше общей схемы, однако, с позиции регулирования, эта схема не может считаться оптимальной из-за наличия общего всасывающего воздуховода для всех ярусов. Оптимальной можно считать воздушную схему третьего типа параллельную, в которой первичный воздух имеет индивидуальный тракт с собственным вентилятором, а подача воздуха во вторичный и третичный ярусы осуществляется также по отдельному тракту. Расход воздуха на горение регулируется в соответствии с расходом щелока. В отношении формирования подушки огарка на поду топки большое значение имеет скорость истечения воздушных струй и возможность поддержания оптимальной скорости в рабочем интервале изменения нагрузки СРК. Конструкция сопел оказывает существенное влияние на возможности эксплуатационного регулирования воздушным режимом, так как определяет условия формирования и развития струй, истекающих из сопел. Одной из важных характеристик струи является глубина ее проникновения в поток топочных газов. Глубина проникновения струи пропорциональна скорости истечения из сопла и его эквивалентному диаметру. Этим объясняется принципиальный характер отличий работы воздушных сопел с различным регулированием расхода воздуха. Существует дроссельный способ регулирования первичного воздуха, при котором напор дросселируется на регулирующем органе (рис. 27а). При таком регулировании сечение сопла остается постоянным, поэтому изменение расхода воздуха всегда связано с изменением скорости. 67

69 При сопловом регулировании (рис. 27б, в), позволяющем менять сечение сопла, практически удается поддерживать заданную скорость в широком диапазоне изменения расхода воздуха. Такие конструкции сопел первичного воздуха применены в агрегатах «Тампелла». Сопла с регулируемым сечением, обеспечивая большую глубину проникновения воздушной струи и более интенсивную турбулизацию потока, создают, как показывает опыт работы СРК, благоприятные условия для тонкого регулирования воздушного режима восстановительной зоны топки. а б в Рис. 27. Регулирование расхода воздуха первичного дутья: а дроссельное; б, в сопловое При двухъярусной схеме ввода воздуха в топку верхнее дутье может выполняться тангенциальным. Крутка потока существенно интенсифицирует процесс горения в окислительной зоне топки. В случае изменения нагрузки котла и, следовательно, изменения расхода воздуха заданная скорость воздуха в соплах поддерживается за счет изменения суммарного сечения сопла путем перекрытия части его секций. При эксплуатации СРК воздушные сопла, преимущественно сопла первичного дутья, требуют прочистки от огарка щелока. Поскольку такая прочистка производится периодически, то в случае продолжительных промежутков между ними забивание сопел огарком щелока со стороны топки может существенно перекрывать сечение для прохода воздуха, что приводит к изменению его расхода. Чистка сопел с промежутками более одного часа вызывает увеличение эмиссии соединений восстановленной серы. Поэтому требуется более частая прочистка. Однако для мощных СРК, в которых число 68

70 воздушных сопел достигает нескольких сотен, операции по прочистке требуют большего объема ручного труда. Подогрев воздуха происходит в паровых или водяных калориферах. В паровых калориферах воздух подогревается насыщенным паром давлением 1,2 1,6 МПа до температуры С. При работе СРК по схеме без каскадного испарителя воздух подогревается в водовоздушных теплообменных аппаратах (ВВТО). Подогрев воздуха происходит за счет использования теплоты воды, проходящей через экономайзер, тем самым осуществляется промежуточное регулирование температуры воды, что позволяет предотвратить кипение воды в экономайзере, снизить его металлоемкость, обеспечив при этом подогрев воздуха до стандартной температуры 150 С. Водовоздушные теплообменники включаются в рассечку между первой и второй ступенью экономайзера. Возможна комбинированная схема подогрева воздуха, где первой ступенью является ВВТО, в котором воздух подогревается до температуры С, а дальнейший подогрев воздуха происходит в паровом калорифере. Очистка газовых выбросов содорегенерационных котлоагрегатов Производство сульфатной целлюлозы связано с образованием значительных количеств газовых выбросов, содержащих токсичные и дурнопахнущие соединения. Один из основных источников выброса СРК, хотя концентрации дурнопахнущих соединений в дымовых газах обычно невелики. Дурнопахнущие серосодержащие газы сероводород H 2 S, метилмеркаптан CH 3 SH, диметилсульфид (CH 3 ) 2 S, диметилдисульфид (CH 3 ) 2 S 2 образуются главным образом во время сушки и пиролиза черного щелока в топке СРК. Оптимальный топочный режим позволяет свести к минимуму выделение дурнопахнущих соединений из топки. Однако использование в технологической схеме газоконтактного испарителя приводит к многократному увеличению выбросов сероводорода и метилмеркаптана. Очистка дымовых газов в электрофильтрах. Практически все СРК оборудованы электростатическими фильтрами, являющимися весьма надежными и эффективными устройствами для очистки дымовых газов от содержащейся в них высокодисперсной пыли. 69

73 дымовых газах. Так, при сжигании в СРК сульфатного щелока концентрация диоксида серы в дымовых газах находится на среднем уровне ppm, при сжигании смеси сульфатных и сульфитных щелоков концентрация диоксида серы возрастает в 2 4 раза в зависимости от соотношения щелоков в смеси. Для сравнения отметим, что концентрация диоксида серы в продуктах сгорания высокосернистого мазута составляет ppm. Скруббер (рис.28) представляет собой башню из нержавеющей стали, в нижнюю часть которой тангенциально подводятся дымовые газы. В верхней части скруббера расположена батарея сопел, через которые подается орошающая жидкость. Для утилизации тепла дымовых газов устанавливается пластинчатый теплообменник, в котором подогревается технологическая вода. Рис. 28. Полый скруббер: 1 газораспределительная решетка; 2 спрысковое устройство; 3 жалюзийный каплеотбойник; 4 теплообменник; 5 циркуляционный насос; 6 трубопровод вывода жидкости Эксплуатация полого скруббера в качестве второй ступени очистки от пылевого уноса. Начальная запыленность газов, поступающих в скруббер после электрофильтра, составляет 0,25 0,4 г/м 3, что соответствует КПД электрофильтра %. Степень улавливания золы в скруббере доходит до 66 %. Поскольку избыток орошающей жидкости отводится в бак-растворитель плава, уловленный в скруббере пылевой унос, содержащий до % сульфата натрия, приводит к снижению показателя степени восстановления сульфата в зеленом щелоке. Этот недостаток схемы 72

75 Конструктивные и расчетные характеристики полого скруббера Диаметр башни, м 7,35 Высота (полная), м 9 Сечение активной части скруббера, м 2 42 Температура газов, С: на входе в скруббер на выходе из скруббера Температура скрубберного раствора, С: до теплообменников после теплообменников Температура воды, С: на входе в теплообменник 4 5 на выходе из теплообменника Расход, м 3 /ч: дымовых газов циркулирующей жидкости 945 технической воды 420 На рис. 29 показан скруббер, который представляет собой колонну диаметром 5,136 м и высотой цилиндрической части 14 м. Он оборудован четырехъярусной системой орошения, расположенной в центре по его оси. Дополнительно скруббер имеет 7 спрысков, расположенных на входе дымовых газов. В качестве орошающей жидкости используется раствор соды в количестве 0,5 0,6 т/ч для нейтрализации кислых компонентов. Испытания скруббера показали, что при степени улавливания пыли % общая эффективность пылеулавливания в двух ступенях очистки доходит до 98,8 %. Сернистый ангидрид поглощается в скруббере с эффективностью свыше 70 %, при этом максимальная степень очистки за время испытаний составила 88 %. Орошение скруббера содовым раствором обеспечивает улавливание до 58 % сероводорода. Наибольшая эффективность улавливания по сероводороду до 88 % отмечается при ph раствора 9,5 9,8. При испытаниях скруббера отмечено значительное снижение концентрации сероводорода и метилмеркаптана в периоды работы окислительных установок. 74

76 Рис. 29. Скруббер колонного типа: 1 завихритель; 2 основное орошение; 3 дополнительное орошение; 4 центробежный уловитель; 5 теплообменник; 6 приемный бак; 7 циркуляционный насос Скруббер Варкаус представляет собой разновидность струйного газопромывателя. Принцип его действия основан на воздействии капель жидкости на газы. Жидкость подается под давлением 0,6 1,2 МПа через специальный распылитель по направлению движения газов. При этом возникает процесс эжекции газов и одновременно с интенсивным смешиванием капель жидкости с газами протекают процессы сорбции, пылеулавливания и газоочистки. Скруббер имеет две ступени, включенные последовательно по ходу газов. Каждая ступень представляет собой струйный аппарат, состоящий из трубы-смесителя и каплеотделителя. Проведенные испытания показывают, что при работе СРК на номинальной нагрузке в скруббере полезно используется 36 МВт тепла в виде тепла воды, нагреваемой в теплообменниках до 50 С. 75

77 Практически на 1 т целлюлозы утилизируется примерно 3,1 ГДж тепла. Если в качестве орошающей жидкости в скруббере используется раствор каустика, то для обеспечения ph скрубберной жидкости, равного 10, необходимо введение в систему 1,4 1,5 м 3 /ч раствора каустика концентрацией 600 г/л. В этих условиях концентрация серосодержащих газов составляет: до скруббера: H 2 S 0 5 мг/м 3 SO мг/м 3 после скруббера: H 2 S 0 1 мг/м 3 SO мг/м 3 Таким образом, КПД скруббера по улавливанию H 2 S не ниже 80 %, а по улавливанию SO 2 не ниже 90 %. Технические характеристики скруббера Варкаус Расход дымовых газов, поступающих в скруббер, м 3 /ч Температура дымовых газов, С: на входе 150 на выходе 50 Сопротивление скруббера, Па 100 Расход скрубберного раствора, поступающего в теплообменник, м 3 /ч 990 Температура скрубберного раствора, С: до теплообменника 62 после теплообменника 27 Значение ph скрубберного раствора 10 Количество уловленного уноса (при запыленности до скруббера 0,35 г/м 3 ), кг/ч 122,5 Количество уловленной серы (при количестве серы в газах до скруббера 156 кг/ч), кг/ч 140 Количество скрубберного раствора, откачиваемого в растворитель СРК, м 3 /ч 40 Температура подогретой воды за теплообменником, С 52,5 Количество уловленного тепла, ГДж/т целлюлозы 3,79 Во всех описанных ранее скрубберах подогрев воды осуществляется в поверхностных теплообменниках. Это является существенным недостатком скрубберных устройств, так как поддержание в чистоте поверхностей нагрева теплообменников 76

78 сопряжено со значительными затруднениями и вызывает необходимость их промывки. Кроме того, стоимость теплообменников составляет значительную часть общих капитальных затрат на скрубберную установку. Скруббер контактного типа (рис. 30) не требует теплообменников, так как промывка дымовых газов осуществляется в специальной секции до поступления газов в секцию регенерации тепла. Скруббер представляет собой башню из нержавеющей стали, разделенную на секции промывки (для поглощения химикатов) и регенерации тепла. Дымовые газы после электрофильтра поступают в нижнюю часть башни и, поднимаясь через промывочную и регенерационную секции, уходят в атмосферу. Непосредственно у входа в скруббер дымовые газы насыщаются водой, которая подается в виде плоской распыленной струи, образованной соплами специальной конструкции. В верхней части промывочной секции установлена батарея форсунок, служащая для распыления скрубберного раствора. Для компенсации испарения скрубберного раствора добавляют холодную воду, что снижает температуру раствора и тем самым интенсифицирует поглощение серосодержащих газов в верхней части промывочной секции. Для поддержания ph равного 8-9 в скрубберный раствор добавляют едкий натр NaOH. С помощью регулятора уровня избыточную часть раствора отводят в растворитель плава или на каустизацию для промывок известкового шлама. Во избежание капельного уноса скрубберного раствора в верхней части промывочной секции установлен каплеуловитель. Секция регенерации тепла разделена на ступени, каждая из которых состоит из одной батареи распыливающих форсунок и промежуточных поддонов. Вода после нагревания направляется в бак подогретой воды и расходуется на технологи-ческие нужды. Эффективность скруббера по улавливанию пыли доходит до 95 %, а по сернистому ангидриду до 90 % (при орошении содовым раствором). 77

79 Рис. 30. Скруббер контактного типа: 1 водоотделительные перегородки; 2 спрыски скрубберной секции; 3 сборные лотки; 4 спрыски охладительных секций; 5 сепаратор Утилизация парогазовых выбросов из растворителя плава. Потери тепла с выпаром, удаляемым в атмосферу из бака-растворителя плава, достигают 4 5 % от потенциального тепла щелока. Для СРК паропроизводительностью 100 т/ч величина потерь тепла с выпаром составляет примерно 3,5 4,1 МВт, или 0,59 0,67 ГДж/т вырабатываемой целлюлозы. Потери химикатов с выпаром для СРК указанной производительности составляет кг/ч. Утилизация парогазовых выбросов позволяет полезно использовать существенную долю тепла парогазов и резко сократить потери химикатов. Существуют различные системы утилизации. Достаточно распространены устройства, позволяющие одновременно утилизировать тепло и химикаты парогазовых выбросов. Принципиальная схема таких устройств включает: теплообменник, омываемый парогазами с температурой С; отвод конденсата в бак-растворитель плава с целью возврата химикатов; вентилятор для усиления тяги (в некоторых установках используется только естественная тяга вытяжной трубы бака-растворителя). В таких установках достигается сокращение потерь тепла с парогазами, при 78

80 этом обеспечивается подогрев воды в теплообменниках до С. В отношении улавливания химикатов установки также достаточно эффективны (60 70 %). В ряде СРК применено специальное газоочистное устройство, представляющее собой полый скруббер, в верхней части которого имеется форсунка, разбрызгивающая орошающую жидкость. Скруббер высотой 5 м и диаметром 1,9 м устанавливается непосредственно в вытяжной трубе бака-растворителя плава. Параметры работы полого скруббера Расход парогазовой смеси, м 3 /ч Температура смеси, С: на входе на выходе Температура орошающей жидкости, С: на входе 60 на выходе Концентрация пыли, мг/м 3 : на входе на выходе Степень очистки в скруббере, % Альтернативным решением в части утилизации парогазовых выбросов бака плава является использование скруббера, установленного после электрофильтра. По схеме (рис. 31) парогазовые выбросы из бака-растворителя плава 6 по отдельному газопроводу направляются через каплеуловитель 9 на всас дымососа 2, где смешиваются с отходящими газами СРК. После дымососа газы поступают в скруббер 10, где нагревают орошающую жидкость, охлаждаясь при этом до 60 С. Тепло орошающей жидкости используется для нагрева технологической воды до 50 С в теплообменнике 1. Преимуществом схемы является ее простота. Опасаться недостаточной производительности или коррозии существующих дымососов не приходится, поскольку объем парогазовых выбросов по данным замеров находится на уровне 5 10 % от объема отходящих газов СРК, а дымососы рассчитаны с большим запасом. Температура, парциальные давления и состав дымовых газов перед дымососом в результате смешения с парогазовыми выбросами также почти не изменяются, что подтверждают расчеты и опытные данные. 79

82 по а.с.в. щелока, а также отечественные агрегаты первого поколения выполнены по двухбарабанной схеме. Отечественные агрегаты второго поколения СРК-350, СРК-700, СРК-1400 и новые агрегаты СРК-350К, СРК-700К выполнены по однобарабанной схеме. За рубежом также применяются СРК однобарабанной конструкции, причем не только для давлений 8,5-10 МПа, когда теоретически возможно обойтись без кипятильной поверхности, но и для более низких давлений. Распространению СРК однобарабанной конструкции способствует ряд известных преимуществ, связанных с большей надежностью конструкции. Рассмотрим некоторые типичные агрегаты, применяемые в ЦБП. СРК «Тампелла». Агрегаты «Тампелла» являются котлами независимой конструкции. В отношении топочной камеры СРК «Тампелла» ближе к агрегатам СЕ, так как щелок в топках этих СРК сжигается по способу Комбашн. Из всех импортных агрегатов они наиболее распространены в нашей промышленности. Традиционными для СРК «Тампелла» всех поколений являются: 2х-барабанная схема агрегата в П-образной компоновке; 3х-ярусная схема ввода дутьевого воздуха в топочную камеру через аксиально расположенные сопла; размещение щелоковых форсунок на боковых стенах топки; продольно омываемый длинный котельный пучок. СРК «Тампелла» производительностью от 328 до 725 т а.с.в. щелока в сутки, поставленные до 1964 г., отличаются экранированием прямоугольной топочной камеры плавниковыми трубами диаметром 83 мм с шагом 130 мм. По площади пода и на высоту до сопел первичного дутья трубы экранов ошипованы. Щелоковые форсунки размещены симметрично на боковых стенках топки, а летки для стока плава на фронтовой стенке. Топочная камера в верхней части ограничена ширмовым фестоном, при этом ширмы расположены шахматно в два яруса. Над фестоном имеется двухступенчатый ширмовый пароперегреватель. Ширмы второй ступени пароперегревателя выполнены из хромомолибденовой стали. Регулирование температуры перегретого пара осуществляется в поверхностном пароохладителе. В поворотном газоходе за пароперегревателем размещена конвективная часть ширм защитного фестона, за которым находится котельный пучок из труб диаметром 63 2,9 мм. Трубы котельного пучка, развальцованные между верхним и нижним барабанами, расположены коридорно. 81

83 Перед нижним барабаном и за ним, а также перед поворотом газов в последний опускной газоход размещены три бункера сбора золы. Стальной змеевиковый экономайзер горизонтального типа скомпонован в двух параллельных вертикальных шахтах. В СРК «Тампелла» производительностью 725 т/сут по а.с.в. щелока за экономайзером уменьшенной поверхности находится рекуперативный воздухоподогреватель с горизонтальным расположением труб. Использование тепла дымовых газов для подогрева дутьевого воздуха является особенностью указанного котлоагрегата и ни в одном другом агрегате, как фирмы «Тампелла», так и других фирм, не применяется. Для очистки пароперегревателя и котельного пучка применены глубоковыдвижные обдувочные аппараты. СРК рассчитан на работу с газоконтактным испарителем. Для регулирования температуры газов помимо экономайзера имеется обводной газоход. СРК «Тампелла» производительностью 1400 т/сут по а.с.в. щелока (рис. 32) имеет улучшенную конструкцию отдельных узлов. Топочная камера квадратного сечения 9,946 9,946 м экранирована гладкими трубами диаметром 60 5 мм с шагом 62 мм. Под топки слабонаклонный, с размещением леток на фронтовой стенке. На высоте примерно 20 м от пода 2/3 труб заднего экрана образуют аэродинамический пережим, для чего они в этом месте снабжены плавниками. Защитный 2х-рядный фестон выполнен в виде ширм из труб диаметром 51 4,5 мм. Ширмовый пароперегреватель состоит из двух ступеней, при этом первую ступень пароперегревателя образуют два элемента труб. Ширмы второй ступени и выходного элемента первой ступени пароперегревателя конструктивно идентичны, выполнены из труб диаметром 51 мм (хромомолибденовая сталь) и расположены с шагом 434 мм; ширмы входного элемента первой ступени пароперегревателя из труб диаметром 48 мм, размещены с шагом 217 мм. (Компоновка ширм пароперегревателя с переменным шагом, адекватным температуре зон расположения ширм, применена и в последующих конструкциях фирмы «Тампелла», а также широко используется в агрегатах БВ). Температура перегретого пара регулируется в пароохладителе впрыскивающего типа. 82

84 Рис.32. Содорегенерационный котлоагрегат «Тампелла» производительностью 1400 т/сут по а.с.в. щелока Продольно омываемый котельный пучок изготовлен из труб диаметром 60 4,5 мм, развальцованных в верхнем и нижнем барабанах. Расположение труб пучка коридорное с шагом 124 мм. Продольно омываемый двухступенчатый водяной экономайзер выполнен из плавниковых труб диаметром 42,4 4,5 мм. Очистка всех поверхностей нагрева котла осуществляется 50 обдувочными аппаратами. СРК-1400, в отличие от ранее описанных котлов «Тампелла», оборудован тремя нагрузочными мазутными горелками с организованным подводом воздуха, размещенным на высоте 12,2 м от пода. Воздух к горелкам подается индивидуальным вентилятором, не зависимым от общей дутьевой схемы агрегата. СРК-1400 рассчитан на работу в технологической схеме с газоконтактным испарителем. СРК «Тампелла» производительностью 520 т/сут по а.с.в. щелока характеризуют современный уровень энерготехнологических установок (рис. 33). Топка СРК квадратного сечения 6,096 6,096 м экранирована цельносварными газоплотными панелями из труб диаметром 63,5 5 мм с шагом 77 мм. СРК рассчитан на сжигание смеси сульфатного и сульфитного щелоков, поэтому экраны в нижней 83

85 части выполнены из биметаллических (компаундных) труб, а в верхней из труб с кислотоупорной металлизацией. Горизонтальный под декантирующего типа образован трубами переднего и заднего экранов. Рис. 33. Содорегенерационный котлоагрегат «Тампелла» производительностью 520 т/сут по а.с.в. щелока Щелоковые форсунки размещены симметрично на боковых стенах на высоте примерно 4 м от пода. Воздух в топку вводится традиционно через три яруса сопел с регулируемым сечением. Аэродинамический пережим в верху топки образован частью труб заднего экрана. Однорядный защитный фестон состоит из 15 ширм с шагом 381 мм. Трубы фестона в конвективной части топки располагаются между пароперегревателем и котельным пучком и крепятся в верхнем барабане на вальцовке. Ширмовый пароперегреватель включает в себя три ступени, что связано с наличием двух ступеней пароохладителя впрыскивающего типа. Первая ступень пароперегревателя (углеродистая сталь) состоит из 30 ширм с шагом 190,5 мм, вторая и третья ступень 84

86 (хромомолибденовая сталь) из 15 ширм с шагом 381 мм каждая. Длинный котельный пучок с продольным омыванием газов выполнен из труб диаметром 63,5 4 мм, развальцованных в верхнем и нижнем барабанах. На котле установлен горизонтальный водяной экономайзер, выполненный из гладких стальных труб диаметром 50,8 мм с шахматным расположением труб. Компоновка СРК с горизонтальным экономайзером является нетипичной для современных конструкций «Тампелла». (Фирма «Тампелла» и другие фирмы компонуют агрегаты с вертикальными экономайзерами даже в случае работы СРК в схеме без газоконтактного испарителя, когда требуется существенное развитие хвостовой поверхности). Очистка пароперегревателя, фестона и котельного пучка труб производится 20 сажеобдувочными аппаратами глубоковыдвижного типа. СРК-520, помимо традиционных мазутных форсунок, которыми оборудуются все агрегаты, оснащен двумя дополнительными нагрузочными мазутными форсунками с независимой подачей воздуха от индивидуального вентилятора. Агрегат рассчитан на работу в технологической схеме без газоконтактного испарителя. Конструктивные и расчетные данные по СРК фирмы «Тампелла» приведены в табл. 2. Отечественные СРК. Проектирование отечественных содорегенерационных котлоагрегатов было начато в начале 60-х г.г. В 1967 г. была изготовлена в металле первая партия отечественных агрегатов СРК-625 и СРК-320 (рис. 34). Головной образец был смонтирован на Сегежском ЦБК и введен в эксплуатацию в 1972 г. Котлы СРК-320 и СРК-625 выполнены по П-образной компоновке с применением двухбарабанной схемы. Топочная камера экранирована гладкими трубами наружным диаметром 60 мм и толщиной стенки 7 мм с шагом 64 мм. Под топочной камеры образован экранными трубами и до сопел первичного дутья герметизирован проваркой между трубами прутков. Топочная камера высотой 15 м ограничена в верхней части ширмами защитных труб пароперегревателя II ступени. 85

90 Первая ступень пароперегревателя расположена над пережимом, который образован частью труб заднего экрана. За пароперегревателем установлен котельный пучок высотой 6,5 м. В нижней части горизонтального газохода до и после котельного пучка размещены бункеры сбора золы. Экономайзер с шахматным расположением труб установлен в двух изолированных друг от друга вертикальных шахтах. Экономайзер оборудован дробеочисткой с пневмотранспортом дроби и паровым эжектором. Для очистки пароперегревателя и котельного пучка установлены 24 глубоковыдвижных паровых обдувочных аппарата. Рис. 34. Отечественный двухбарабанный СРК (СРК-320 т/сут, СРК-625 т/сут по а.с.в. щелока) Основные конструктивные и расчетные характеристики СРК-320 и СРК-625 приведены в табл. 3. Оба котла рассчитаны на 89

91 работу с газоконтактным испарителем. Расчетная температура газов за экономайзером составляет 265 С. Унифицированные СРК производительностью 350 и 700 т/сут по а.с.в. щелока были введены в эксплуатацию на ряде предприятий в начале 80-х г.г. Содорегенерационные котлоагрегаты СРК-350 и СРК-700 однобарабанные, с П-образной компоновкой, секционированы на ряд крупных транспортабельных блоков и узлов (рис. 35). Рис.35. Отечественный однобарабанный СРК (СРК-350 т/сут, СРК-700 т/сут по а.с.в. щелока) Топочная камера, образованная радиационными поверхностями нагрева, и поворотный газоход выполнены из газоплотных цельносварных панелей, состоящих из труб диаметром 57х5 мм с шагом 75 мм. Горизонтальный под топочной камеры образован трубами фронтового и заднего экрана. По высоте топка охвачена восемью поясами жесткости с шагами 1800, 2400 и 3600 мм. Потолок топочной камеры и поворотного газохода экранирован радиационным пароперегревателем. 90

94 На боковых стенах топки на высоте 4,6 м от пода установлены щелоковые форсунки. Для подачи воздуха организовано три яруса дутьевых сопел. Первичный воздух поступает в топку аксиально через сопла, расположенные на отметке 6,6 м. Для второго и третьего ярусов дутья выполнены разводки под тангенциально расположенные сопла на фронтовой и задней стенках на отметках 8,7 м и 13,2 м. Топка оборудована двумя ярусами паромеханических мазутных форсунок. Первый ярус форсунок находится в области первичного дутья (по 2 форсунки на каждом из боковых экранов), второй ярус (4 форсунки) в соплах третичного дутья. На фронтовой стенке СРК-700 имеются разводки для установки трех леток плава, на СРК-350 двух леток. Задний экран в верхней части оснащен пережимом, перекрывающим 40 % сечения топки, выше которого трубами диаметром 108 мм образован однорядный фестон. Ширмы защитного фестона, выполненные из труб диаметром 57 5 мм, расположены с шагом, соответствующим шагу пароперегревателя. Ширмовый пароперегреватель состоит из двух ступеней. Вторая по ходу пара ступень пароперегревателя изготовлена из труб диаметром 42 4,5 мм (сталь 15ХМ) и находится над топкой за защитным фестоном. Первая ступень пароперегревателя выполнена из труб диаметром 38 5 мм (сталь 20) и состоит из двух частей, расположенных в поворотном экранированном газоходе. В двух параллельных опускных газоходах котла размещены блоки горизонтального змеевикового экономайзера, представляющего собой пучок труб диаметром 32 4 мм (сталь 20), расположенных в шахматном порядке. Вся экранная система котла, защитный ширмовый фестон, обе ступени ширмового пароперегревателя и потолочный пароперегреватель с помощью необогреваемых подвесок крепятся к каркасу котла. Точки подвесок выбраны на одном уровне. Компенсация тепловых расширений элементов котла осуществляется с помощью песочного компенсатора, установленного в соединительном газоходе котла. Барабан котла наружным диаметром 1680 мм выполнен из стали 09Г2С. В нем размещены сепарационные устройства первой и второй ступени испарения. Опускная система первой ступени испарения выполняется из стояков большого диаметра (630 мм СРК-700, 465 мм СРК-350); опускные трубы второй ступени из труб диаметром 133 мм. Опускные и пароотводящие трубы крепятся к барабану котла и коллекторам с помощью сварки на штуцерах. 93

95 В поворотном газоходе котла установлены «горячие» бункеры, предназначенные для сбора и удаления уносов. Очистка поверхностей ширмового пароперегревателя и ширм защитного фестона производится паром с помощью глубоковыдвижных обдувочных аппаратов. Очистка наружной поверхности труб водяного экономайзера осуществляется дробью. Предусмотрено также устройство для обмывки водяного экономайзера. Основные конструктивные и расчетные характеристики СРК-350 и СРК-700 приведены в табл. 3. СРК-350 и СРК-700 рассчитаны на работу с газоконтактным испарителем. Расчетная температура газов за экономайзером составляет 280 С. Экономайзер котла в первоначальном варианте заводской поставки является горизонтальным с шахматным расположением труб. При модернизации СРК в практику внедрены две конструкции: вертикальный экономайзер из плавниковых труб и горизонтальный с коридорным расположением труб. В обеих конструкциях используются паровые обдувочные аппараты. В СРК-700К Белгородского завода, спроектированном для работы в технологической схеме без газоконтактного испарителя, предусмотрена дополнительная кипятильная поверхность в виде испарительных ширм. Испарительные ширмы размещены между пароперегревателем и экономайзером, для уменьшения поверхности которого применяется промежуточное охлаждение воды, проходящей через экономайзер, в водовоздушном теплообменнике. Оптимизация параметров сжигания щелока Оптимальный топочный режим СРК характеризуется полнотой сгорания щелока, максимальной степенью восстановления сульфата, минимальным уровнем пылегазовых выбросов, поддержанием температуры газов на выходе из топки, исключающей интенсивное шлакование последующих поверхностей нагрева. Продукты горения щелока находятся в топочной камере в различных агрегатных состояниях (газообразном, жидком, твердом), что накладывает дополнительные специфические условия на организацию топочного процесса. Факельно-слоевое сжигание щелока в современном СРК позволяет организовать устойчивый процесс горения при нагрузке % от номинальной при подогреве воздуха до С и теплоте сгорания щелока кдж/кг, что достигается его 94

96 концентрированием до 60 % и более. Степень восстановления сульфата в плаве находится в пределах %, а в ряде случаев достигает 96 %. При нормальном топочном режиме создаются условия для осаждения в топке до 90 % золы. Поддержание избытка воздуха за котлом на уровне 1,2 1,23 обеспечивает минимальные потери тепла от химической неполноты сгорания. Процессы, происходящие в топке при сжигании черного щелока, условно делятся на три стадии. Первая стадия включает подсушку щелока под действием горячих топочных газов и происходит после впрыскивания щелока в топку. Одновременно с подсушкой щелока протекают химические реакции, сводящиеся к взаимодействию щелока с кислыми компонентами дымовых газов. В реакциях участвуют остаточный едкий натр, сульфид натрия, соли различных органических кислот: 2NaOH + CO 2 Na 2 CO 3 + H 2 O; 2NaOH + SO 2 Na 2 SO 3 + H 2 O; 2NaOH + SO 3 Na 2 SO 4 + H 2 O; Na 2 S + CO 2 + H 2 O Na 2 CO 3 + H 2 S ; 2NaSH + CO 2 + H 2 O Na 2 CO 3 + 2H 2 S ; 2RCOONa + SO 3 + H 2 O Na 2 SO 4 + 2RCOOH; Na 2 S + SO 3 + H 2 O Na 2 SO 4 + H 2 S. В результате этих реакций весь свободный едкий натр NaOH и значительная часть сернистого натрия Na 2 S переходят в карбонат, сульфит и сульфат натрия. Это приводит к выделению на этом этапе сероводорода. Вторая стадия состоит в пиролизе и коксовании органической части щелока и начинается при влажности менее 15 %. При пиролизе выделяется значительное количество летучих органических веществ, в том числе, содержащих серу (сероводород, метилмеркаптан, диметилсульфид и др.). С удалением остатков влаги скорость пиролиза органической части щелока увеличивается, и к началу третьей стадии в виде кокса присутствует примерно половина начального количества углерода. Во время третьей стадии происходит выжигание кокса, расплавление всех оставшихся минеральных солей. Основной реакцией, протекающей во время третьей стадии, является реакция 95

97 восстановления сульфата натрия, в том числе, и добавляемого в щелок для возмещения производственных потерь химикатов. Сульфат, сплавленный с минеральным остатком щелока, за счет остаточного органического кокса восстанавливается в сульфид натрия: Na 2 SO 4 + 2C Na 2 S + 2CO 2 Q. Эта реакция требует соответствующей восстановительной атмосферы и определенных температурных условий, так как реакция восстановления эндотермическая (на восстановление 1 кг сульфата затрачивается порядка 7100 кдж). Восстановление сульфата начинается при температуре С и значительно ускоряется при повышении температуры. Кроме того, на степень восстановления сульфата натрия влияют избыток углерода, исчисляемый по отношению к сульфату, и условия контактирования. Восстановительная атмосфера организуется путем подачи в нижнюю часть топочной камеры только части воздуха. Остальной воздух вводится в среднюю часть топки, где формируется окислительная зона, необходимая для дожигания летучих органических соединений пиролитического происхождения. Таким образом, топочная камера разделяется на четко выраженные технологические зоны: восстановительную и окислительную. На режим работы топки оказывает влияние большое число факторов, к которым прежде всего следует отнести: избыток воздуха в топке; температуру в топке; распределение воздуха по дутьевым зонам; расход сульфата; давление щелока перед форсунками; сжигание вспомогательного топлива; теплофизические характеристики щелока. Избыток воздуха в топке влияет на полноту сгорания щелока, то есть на экономичность СРК. Концентрация продуктов химического недожога (H 2, CO, CH 4 ) в топочных газах начинает резко возрастать при уменьшении коэффициента избытка воздуха ниже определенной (критической) величины, а при превышении ее меняется незначительно. Можно считать, что эта величина коэффициента избытка воздуха является оптимальной, поскольку сумма тепловых потерь от химического недожога и с уходящими газами будет при этом минимальна. 96

98 На рис. 36 приводится усредненная зависимость потерь тепла с химическим недожогом от коэффициента избытка воздуха, полученная по результатам испытаний различных СРК. Уже при коэффициенте избытка воздуха за котельным пучком, равном 1,17 1,2 (что соответствует коэффициенту избытка воздуха на выходе из топки 1,12 1,15) потери от химического недожога практически равны нулю. С учетом фактора уменьшения серосодержащих выбросов из топочной камеры предпочтительными являются режимы с избытками воздуха за котельным пучком 1,2 1,25. Это связано с тем, что в топке создаются более благоприятные условия для окисления газообразных соединений восстановленной серы, причем максимальный эффект достигается при интенсивном перемешивании газов и воздуха в зоне высоких температур, что практически обеспечивается высокими скоростями верхнего дутья. Рис. 36. Усредненная зависимость потерь тепла с химическим недожогом от коэффициента избытка воздуха за котельным пучком На рис. 37 приведена зависимость концентрации дурнопахнущих соединений от содержания кислорода в топочных газах. Снижение избытка воздуха приводит к резкому повышению выброса сероводорода, выброс метилмеркаптана также увеличивается, но медленнее. Увеличение избытка воздуха приводит к падению выброса сероводорода практически до нуля. Однако метилмеркаптан может присутствовать в газах и при повышенной концентрации кислорода. Согласно результатам 97

99 исследований, полное отсутствие сероводорода и минимальный выброс метилмеркаптана (менее 10 мг/м 3 ) достигаются при концентрации кислорода 3,5 % и более, то есть при коэффициенте избытка воздуха за котельным пучком не ниже 1,2. Чрезмерное его повышение, сверх 1,28 (концентрация кислорода более 4,5 %), нежелательно, поскольку, не оказывая существенного влияния на снижение выброса дурнопахнущих соединений, оно увеличивает потери тепла с уходящими газами и, кроме того, приводит к образованию липких отложений на поверхностях нагрева. Рис. 37. Концентрация H 2 S и CH 3 SH в зависимости от содержания кислорода в топочных газах: 1 сероводород H 2 S; 2 метилмеркаптан CH 3 SH Температура, развиваемая при горении щелока в топочной камере, является основным фактором, влияющим на кинетику реакции восстановления сульфата натрия и величину пылегазовых выбросов. На рис. 38 представлены расчетные профили температур по высоте топочной камеры. Температуры в топке по высоте распределены неравномерно. Определяющей является температура в восстановительной зоне над поверхностью огарка. При этом важным условием является поддержание равномерного температурного поля в этой области топки. Регулировать топочный процесс изменением температуры невозможно, так как сама температура определяется совместным эффектом действия распределения воздуха, нагрузки котла, 98

100 концентрации щелока, расхода сульфата и должна поддерживаться на определенном уровне. Определенный температурный уровень в топке при стабилизации прочих факторов достигается регулировкой распределения подачи воздуха. На первом графике (рис. 38а) показано распределение температур при нормальных условиях, соответствующих номинальной нагрузке котла, 60 %-ой концентрации щелока и распределению воздуха на первичный, вторичный и третичный в соотношении 50, 35 и 15 %. Следует отметить, что расчетный температурный профиль согласуется с практическими измерениями. а б в Рис. 38. Расчетные профили температур по высоте топки: а номинальный режим; б влияние концентрации щелока: 1 58 %; 2 60 %; 3 62 %; в влияние распределения воздуха (соотношение долей первичного, вторичного и третичного воздуха): 4 45, 35, 20 %; 5 50, 35, 15 %; 6 60, 25, 15 %; 7 60, 30, 10 % На втором графике (рис. 38б) показано влияние на распределение температур концентрации черного щелока. Третий график (рис. 38в) иллюстрирует влияние распределения воздуха. По графикам видно, что перераспределение воздуха с одного уровня на другой на 5 10 % приводит к изменению температуры в нижней части топки до 200 C. 99

101 Известны равновесные фазовые диаграммы реакций горения щелока, в основе которых лежит термодинамический анализ процесса, позволяющий вычислить выбросы из топки щелочи (натрия) и серы в зависимости от температуры в зоне восстановления. Примером такой расчетной зависимости являются графики, приведенные на рис. 39. Рис. 39. Эмиссия натрия и серы в зависимости от температуры При снижении температуры в нижней части топки существенно возрастает эмиссия серы, в том числе и восстановленной, эмиссия натрия при этом невелика. При повышении температуры эмиссия серы резко сокращается, а эмиссия натрия начинает существенно возрастать. Последнее связано с тем, что в результате термической диссоциации карбоната натрия происходит возгонка элементарного натрия, образование над слоем огарка окиси натрия, ее конденсация и взаимодействие с кислыми компонентами дымовых газов, приводящее к образованию летучей золы. В основе этих взаимодействий лежат следующие реакции: 2Na 2 CO 3 4Na + 2CO 2 + O 2 ; 4Na + O 2 2Na 2 O; Na 2 O + CO 2 Na 2 CO 3 ; Na 2 CO 3 + SO 3 Na 2 SO 4 + CO 2 ; Na 2 O + SO 3 Na 2 SO 4. Преимущественно возгонный характер пылевых выбросов из топки подтверждается как мелкой дисперсностью пылевых частиц (1 2 мкм), так и превалирующим содержанием сульфата натрия в 100

102 уносе (до %). На рис. 40 приведены результаты измерений концентрации пылевого уноса в газах в зависимости от температуры, полученные на СРК производительностью 1400 т/сут а.с.в. щелока. Рис. 40. Концентрация пылевого уноса в газах в зависимости от температуры Рассмотренные выше зависимости выбросов от температуры указывают на необходимость оптимизации температурного поля в топочной камере. Практически это должно достигаться наладкой режима СРК с учетом его конструктивных особенностей. Температура в топке может явиться параметром контроля и регулирования подачи воздуха. Распределение воздуха по дутьевым зонам при прочих постоянных факторах влияет на температуру в зонах слоя огарка и пиролиза (см. рис. 38в). Первичное дутье, кроме того, влияет на стабильность формы и величину подушки огарка, степень восстановления сульфата, величину пылевого уноса. Оптимальную долю первичного воздуха следует рассматривать в увязке с конструктивным оформлением аэродинамической схемы топочной камеры СРК, т.е. с числом ярусов дутья, их расположением по высоте, конструкцией и геометрией воздушных сопел, способом регулирования расхода воздуха в них. В конечном итоге именно скорость воздуха в соплах определяет глубину проникновения воздушных струй в топку и интенсивность их воздействия на слой огарка. При недостаточной скорости первичного воздуха увеличивается высота подушки огарка, темнеет ее 101

Источник