Воздухонагревательная установка котельная-калорифер ОАО шахты "Большевик". Холдинг "Сибуглемет", г. Новокузнецк

Ивушкин А.А., Пузырев Е.М., Ничик Г.И., Горай В.Т., Топильский А.Н., Афанасьев К.С., Кожевников В.В., Козочкин Н.Е., Тужиков Н.Л. (ЗАО НШСМУ-6, г. Новокузнецк, ЗАО НПП «Экоэнергомаш», г. Барнаул, ПНУ СШС г.Новокузнецк)  

      Главные вентиляционные установки проветривания шахт требуют боль-ших расходов тепла для подогрева подаваемого воздуха и строительства мощ-ных воздухонагревательных установок, которые являются сложными, дорого-стоящими объектами. Наиболее простой в реализации является схема подогре-ва воздуха паром или водой через калориферную установку от типовой ко-тельной. Существенным недостатком этой схемы является возможность размо-раживания котельной и калориферной установки вследствие аварии или любых других непредвиденных обстоятельств.

Применение угля для котельной экономически выгодно при условии организации его эффективного сжигания. Так как уголь относится к числу достаточно трудносжигаемых топлив, то на сегодня недожог угля в топках со слоевым сжиганием достигает 10 – 15 % и процесс горения практически не автоматизируется

С другой стороны, применение топок кипящего слоя, перевод угля в водоугольное топливо и другие новые схемы сжигания из-за сложности управления процессом горения пока не могут конкурировать со слоевым.

Как правило, на угледобывающих предприятиях для нагрева подаваемого в шахту воздуха применяются различные нагревательные установки и сжигается  уголь, добываемый на данном предприятии. Так, на шахте Большевик г. Новокузнецка добывается уголь марки ГЖО. Сжигание таких углей в традиционных топочных устройствах является неэффективным из–за их высокой спекаемости.

 С учетом вышеизложенного был разработан водогрейный котел типа КВа-5ШпВТ с механизированной вихревой топкой, сжигающей дробленый уголь (рис.1). Топка имеет независимое регулируемое дозирование угля, не содержит больших масс горящего топлива, поэтому она может легко автоматизироваться. При работе котел настраивается на требуемую производительность с помощью частотного привода питателя угля 4, топливо с заданным расходом подается из бункера угля 20 в вихревую топку 9. Вихрь в топке создается подачей дутья через тангенциальные сопла 10 и кольцевое сопло 11. Мелкий уголь и летучие удерживаются в вихревом потоке воздуха и выгорают в топке и в камере дожигания. Крупные частицы топлива горят в слое на колосниковой решетке, шурующая планка используется для периодического рыхления слоя и выгрузки шлака на поворотный колосник 13. Поворотный колосник переворачивается и выгружает шлак на конвейер автоматически, при накоплении определенной массы шлака. При увеличении слоя на колосниковой решетке увеличивается подача воздуха под решетку открытием клапана 19 и повышением интенсивности шуровки слоя.

 

Конструктивно вихревая топка разделена пережимом 29 с газовыпускным окном на два объема: верхний - отводящая камера (камера дожигания) 9 и нижний – собственно вихревая топка 2 с колосниковой решеткой снизу. Пережим имеет угловые сопла и размещенное в центре камеры сгорания газовыпускное окно в виде кольца. Сопла, расположенные в углах под кольцевым пережимом, и кольцевое сопло служат для предотвращения уноса несгоревших остатков и подачи дожигающего дутья.

Воздух, необходимый для горения угля, подогревается в калорифере 15 и подается в вихревую топку вентилятором 5. Клапан 16 устанавливает общую подачу дутья с оптимальным коэффициентом избытка воздуха 1.2-1.5 в соответствии с подачей топлива питателем 4 и с учетом обеспечения необходимой температуры в вихревой топке.

Применение в котлах метода вихревого сжигания дробленого угля и объединение слоевого и факельного сжигания обеспечивает взаимное поддержание горения и однородное заполнение топки факелом. При этом теплопередача на топочные экраны становится равномерной, что повышает долговечность конструкций и трубной системы котла.

Кроме того, процесс горения с удержанием мелких частиц в вихревом факеле и дожиганием продуктов уноса в потоке острого дутья обеспечивает глубокое выжигание горючих, повышенную экономичность и высокие экологические показатели.

Вихревая топка была успешно опробована путем переоборудования котла ДКВр-20-13ГМ в г. Благовещенск Алтайского края. Мазут заменен дробленым углем. Перед подачей в топку рядовой уголь измельчается молотковой дробилкой - 50% мельче 13мм, 50% мельче 2,5мм. Выгрузка золы до 90%, в виде хорошо выгоревшего шлака (фото 1). Содержание горючих в шлаке 3-1,5%, что недостижимо при использовании типовых схем сжигания угля.

Находящийся в эксплуатации с октября 2005г. котел ДКВр-20-13ШпВТ быстро растапливается, легко управляется и обслуживание не требует затрат ручного труда. Износа поверхностей нагрева в вихревой топке не отмечается. По замерам Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 06 июня 2006г. определено: температура уходящих дымовых газов - 134°С; концентрации SO2 – 36мг/м3, NOx – 11мг/м3, СO – 472 мг/м3 и взвешенных частиц – 85,2 мг/м3. По всем выбросам вредных веществ экологические показатели котла гораздо лучше нормируемых значений. Топочный процесс защищен патентами.

 

На основании сравнительного анализа различных вариантов выполнения ВНУ для ш. Большевик были приняты следующие основные технические решения:

     -   применить классическую схему: котельная-калорифер;

-       для исключения возможности размораживания элементов гидравлической системы использовать в качестве теплоносителя антифриз;

-       использовать в котлах вихревой топочный процесс сжигания дробленого угля, который благодаря равномерному заполнению топки факелом характеризуется высокой равномерностью передачи тепла на топочные экраны, глубоким выгоранием горючих и низкой температурой дымовых газов;

-       использовать комплексную глубокую автоматизацию системы управления установки.

 

Фото 1

Фото 2

В качестве теплоносителя рекомендуется использовать антифриз «Hot Blood-65М», удовлетворяющий требованиям ГОСТ 28084-89 и требованиям стандарта ASTM D 1384-80 США. Благодаря этому исключается возможность разрушения системы при размораживании, элементы системы могут монтироваться снаружи здания, система может запускаться в любое время при отрицательных температурах. Продукт разрешен для использования в системах кондиционирования и системах отопления жилых помещений, имеет гигиенический сертификат. Водный раствор антифриза «Hot Blood» подвергает металлы коррозии значительно меньше, чем вода или раствор этиленгликоля в воде, может использоваться в течение многих лет.

Твердотопливная технологическая котельная с тремя котлами КВа-5ШпВТ работает совместно с калориферами и предназначена для нагрева и подачи горячего воздуха на всасывающее устройство главного вентилятора. В качестве топлива используется дробленый каменный уголь марки ГЖО Qpн-6300ккал/кг, Аp–20,3 %, Wp – 8 %. Котлы имеют механизированные системы подачи угля в топку и шлакозолоудаления, а также систему очистки дымовых газов. Установка оснащена системой автоматизации, включающей: автоматическое регулирование, технологические защиты и блокировки и технологический контроль.

Система автоматизации котельной установки разработана для выполнения управляющих и информационных функций. К управляющим функциям относятся:

  • автоматическое управление котлами в соответствии с режимными картами;
  • автоматическое управление механизмами контура циркуляции, калориферной установки, углеподачи и золоудаления;
  • автоматическое поддержание заданной температуры воздуха на выходе калориферной установки.

Кроме автоматического управления механизмами котельной предусмотрено управление в ручном режиме с постов местного управления и в дистанционном – с пульта оператора.

К информационным функциям системы относятся:

  • контроль текущих значений параметров теплоносителя и воздуха;
  • контроль состояния механизмов котлов и общекотельного оборудования.

Кроме того, система автоматизации осуществляет аварийную сигнализацию, автоматические блокировки и защитные отключения механизмов.

Аварийная сигнализация производится в случае выхода технологических параметров за установленные пределы, а также в случае аварии на любом из механизмов котельной установки.

Система имеет распределенную структуру и состоит из шкафов контроллеров, постов управления, силовых панелей и датчиков.

По месту, в непосредственной близости от котлоагрегатов, установлены посты управления, предназначенные для управления механизмами котлов в дистанционном режиме. В постах установлены станции удаленного сбора сигналов, связанные с контроллерами котлов посредством цифровых интерфейсов, и дисплеи. На передней панели постов размещены клавиши управления механизмами котла и ключи выбора режимов работы (фото 2).

Рядом с дробилкой расположен пульт управления топливоподачей. На лицевой панели пульта находятся элементы индикации и управления трактом топливоподачи.

Для каждого котла предусмотрен шкаф контроллерного оборудования, установленный в помещении оператора. В шкафу размещено оборудование для контроля состояния и управления работой котлоагрегатов. Шкафы связаны с постами по интерфейсам. К шкафам управления подходят сигнальные кабели с датчиков температуры, давления, расхода, датчиков положения исполнительных механизмов, датчиков наличия потока через топку и наличия угля на питателе. От шкафов управления отходят кабели управления исполнительными механизмами заслонок на воздуховодах и газоходах.

Шкаф общего оборудования установлен также в помещении оператора. С его помощью осуществляется контроль за состоянием контура циркуляции, калориферной установки, конвейера золоудаления, а также управление комплексом механизмов.

Пульт оператора, расположенный в помещении оператора, оборудован кнопками управления механизмами контура циркуляции и калориферной установки в дистанционном и автоматическом режимах, а также кнопками запуска углеподачи и золоудаления в автоматическом режиме. В пульте размещен контроллер управления углеподачей, а на передней панели установлен дисплей для отображения текущего состояния котельной установки.

Силовое оборудование для включения механизмов высокой мощности размешено на панелях в помещении РП. Силовые панели связаны со шкафами управления с помощью станций удаленного сбора данных.

На рис.2 представлено функциональное разделение системы автоматизации на следующий набор подсистем:

  • верхний уровень системы автоматизации котельной (1);
  • подсистемы управления котлами (2, 3, 4);
  • подсистема управления контуром циркуляции (5);
  • подсистема управления углеподачей (6);
  • подсистема управления золоудалением (7);
  • подсистема управления калориферной установкой (8).

 

Рис. 2. Структура системы управления котельной

Подобное разделение позволяет производить профилактический осмотр и обслуживание подсистем без отключения системы автоматизации и остановки котельной в целом.

При интеграции системы автоматизированного управления котельной установкой в систему диспетчеризации шахты используются уже имеющиеся аппаратные и программные средства, примененные в системе автоматизации вентилятора главного проветривания. Так, в частности, используется волоконно-оптическая линия связи между зданием вентилятора и зданием диспетчера и сервер для архивирования параметров. Применение оптоволоконных технологий существенно улучшает помехозащищенность линий связи и повышает надежность системы.

Использование современных микропроцессорных средств позволило существенно снизить затраты на кабельную продукцию, за счет применения цифровых каналов передачи данных и управления, сократить время монтажа и наладки. Кроме того, реализация автоматического управления котлами и системы диспетчеризации сделала возможным уменьшение необходимого количества обслуживающего персонала до двух человек в дневную смену (оператор, слесарь) и одного в ночную (оператор).

Основные параметры воздухонагревательной установки- котельная-калорифер:

Объем подаваемого воздуха (производительность ВГП)……..240 м3/с

Минимальная температура подаваемого воздуха, °С…………+2-+5°С

Минимальная температура холодного воздуха, ……….………..-45°С

Полезная тепловая мощность до ……………..15Гкал/час (17,5МВт).

Потребление угля ВНУ максимально до 3т/час при работе трех котлов.

Выход шлака и золы до 600кг/час при работе трех котлов.

Котельные установки работают по температурному графику 70/115°С. Воздухонагревательная установка котельная-калорифер соответствует требованиям «Руководства по проектированию вентиляции угольных шахт» и государственных стандартов на котлы, «Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов ПБ 10-574-03», санитарных норм СН-245, ГОСТ Р 50831-95 «Установки котельные. Теплотехническое оборудование общетехнические требования», а также требованиям комплекта технической документации на установку.

На фрагменте чертежа, рис.3, показана компоновка твердотопливной котельной котлом КВа-5ШпВТ Оборудование котельной размещается в строительной части и сгруппировано по следующим установкам или блокам:

-Три установки с котлами КВа-5ШпВТ мощностью до 15Гкал/час.

-Калориферная установка.

-Теплотрасса (контур циркуляции) с циркуляционными насосами.

            - Вспомогательные системы: топливоподготовки, топливоподачи и выгрузки золы, бак сбора теплоносителя и расширительный бак с насосами подпитки.

Рис. 3. Поперечный разрез котельной

       Здание 1 котельной располагается на территории шахты. К основному зданию котельной с тремя котельными ячейками примыкают: справа галерея топливоподачи и склад угля, слева пристройка эксплуатации с бытовыми помещениями, главный вход и сборный бункер золы с конвейером шлакозолоудаления 10. Основное оборудование (котел КВа-5ШпВТ-2 с вихревой топкой-3, система подачи топлива с конвейером -4, бункером-5, и питателем-6, дутьевой вентилятор-7, дымосос-8, золоуловитель- 9, циркуляционные насосы -11 и расширительный бак- 13) расположено в здании. Дополнительное оборудование систем топливоподачи, золоудаления, дымоходы и др. размещается на прилегающей к котельной территории. Сзади котельной расположен бак теплоносителя, дымоходы котлов и дымовая труба 12. От котельной прокладывается теплотрасса до калориферного отделения, примыкающего к зданию главных вентиляторов проветривания шахты.

    Помещение котельной 18´15м, высотой 10,8м. Сверху над ним расположена этажерка подачи топлива 6´6м с верхней отметкой 13,5м и справа, примыкающая к ней галерея топливоподачи. С торца размещается двухэтажная пристройка бытовых и вспомогательных помещений. Отметки обслуживания расположены на уровнях пола - нулевая отметка, на высоте 2,80м - отметка оператора котла, на высоте 10,8м - угольная этажерка и на высоте 5,10м – отметка обслуживания углеподачи и котлов. Строительная часть основного помещения котельной выполняется из легких металлоконструкций и стеновых ограждающих панелей типа «сендвич».

 

Вид котельной со стороны топливоподачи

Вид котельной со стороны конвейера шлакозолоудаления

      Сейчас на шахте внедряются ВНУ с подмешиванием подогретого до 400-200°С воздуха. Подогрев воздуха в воздухоподогревателях осуществляется топочными газами, получающимися в неохлаждаемых твердотопливных печах с механическими топками слоевого типа. Установки «Горячего воздуха» производятся в Китае или выполняются [1] Кемеровским заводом (ОАО КЕЗСБ).

Недостатки этой схемы:

-                    большая масса не защищенной от высокотемпературного воздействия топочной среды тяжелой обмуровки топки; соответственно громоздкость, высокая стоимость ВНУ и необходимость частых ремонтов;

-                    толстая тяжелая обмуровка топки в значительной мере разрушается и от термоциклических напряжений пуска и останова;

-       поддержание всех установок ВНУ в работе или горячем резерве, т.е. в режимах с малыми термоциклическими напряжениями, приводит к повышению затрат на топливо и эксплуатацию;

-                    высокая температура неохлаждаемых стен и свода печи повышает температуру горящего слоя угля и соответственно приводит к расплавлению шлака с проливом колосников расплавом и интенсивному зашлаковыванию слоя, а так же стен и свода печи возгонами золы;

-                    необходимость снижения температуры топочных газов для защиты трубной доски воздухоподогревателя разбавлением, повышает потери тепла с уходящими газами и соответственно снижает КПД ВНУ.

Опыт эксплуатации котельной на шахте «Большевик» в период с ноября 2006г. по март 2007г. показал, что при работе одного котла воздух, подаваемый в шахту имел температуру 18-22 градуса. Два других котла были в резерве, заполненные циркулирующим через них теплоносителем и готовые в течении часа, при необходимости, выдать полную мощность.

Важно отметить следующие преимущества котельной с незамерзающим теплоносителем:

1. Более высокий КПД;

2. Возможность сжигания любых марок углей, в том числе с высокой зольностью (>25%)

3. Отсутствие системы подготовки воды;

4. Низкие эксплутационные затраты в отопительный и межотопительный периоды;

5. Имеется возможность получения горячей воды для собственных нужд шахты путем установки дополнительных теплообменников;

6. Высокая надежность в эксплуатации за счет применения теплоносителя «Hoot Bloot-65M»;

7. Возможность дальнейшего улучшения технических характеристик.

Результаты

режимно – наладочных испытаний котла КВа – 5 ШпВТ

№№ п/п

Наименование величин

Обоз-начение

Размер-ность

Производительность, Гкал/час

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Потери тепла

1

Потери тепла с уходящими газами

g2

18,67

17,84

13,4

11,86

10,01

2

Потери тепла от химического недожога

g3

0

0

0

0

0

3

Потери тепла от механического недожога со шлаком

g4шл

1,85

1,85

1,9

1,92

2,41

4

Потери тепла от механического недожога с уносом

g4ун

5,96

2,95

2,64

2,52

2,52

5

Потери тепла в окружающую среду

g5

3,0

2,95

2,64

2,52

2,52

6

КПД котла

%

70,5

75

80

82

83,5

Удельный расход топлива на 1Гкал тепла

кг

218

205

192

188

184

  

Сравнительный анализ эксплуатационных

и технических характеристик установок ВГП шахт.

 

Наименование показателей

Ед. изм.

Котельная с теплоносителем "Hot Blооt-65M", ОАО ш.Большевик

ВНУ ЗАО "КЭЗСБ", ш.Тагарышская

ОАО УК Южкузбассуголь

1

Себестоимость строительства

на 1Гкал тепловой мощности

млн. руб.

4,72

6,85

2

Удельный расход условного топлива

на 1Гкал тепловой мощности

кг

184

188,0

3

Установленная электрическая мощность на 1Гкал тепловой мощности

кВт

56,4

91,5

4

Удельный расход электроэнергии

на 1Гкал тепловой мощности

кВт

39,5

68,1

5

Зольность угля

%

25

19

6

КПД

%

84

60

7

Затраты на ремонт в межотопительный период

тыс. руб.

135

2200

 

Высокий КПД и хорошие экологические показатели позволяют предложить котлы с вихревыми топками в качестве оборудования районных котельных, для отопления и горячего водоснабжения городов и поселков области, при введении в схему котельной системы водоподготовки. Котел КВа-5ШпВТ позволяет эффективно сжигать любые марки углей и утилизировать, совместно с углем, отходы деревообрабатывающей промышленности – опилки, щепу, кору. Полезная тепловая мощность одного котла может варьироваться от одной до десяти Гкал. Переоборудование существующих котлов, при реконструкции, на котлы с вихревой топкой позволит значительно улучшить экологическую обстановку в области за счет снижения выбросов в атмосферу в 5-6 раз и уменьшения количества шлака, попадающего в отходы. Необходимо отметить также и экономические аспекты:

- высокий КПД ведет к экономии топлива;

- глубокая автоматизация и механизация котельной, увеличение надежности и долговечности котлоагрегата ведет к снижению затрат в ремонтный период и сокращению численности обслуживающего персонала;

- снижение выхода шлака уменьшает транспортные расходы на его вывоз.

Все это благотворно повлияет на экономические показатели производства тепловой энергии.

 


Warning: filesize(): stat failed for images/stories/files/.pdf in /home/users/p/pemenergo/domains/pem-energo.ru/modules/mod_nauch_down/mod_nauch_down.php on line 19

Warning: filesize(): stat failed for images/stories/files/.doc in /home/users/p/pemenergo/domains/pem-energo.ru/modules/mod_nauch_down/mod_nauch_down.php on line 20


Ссылки для скачивания