2. Освоение сжигания подмосковного угля на цепных решетках на Каширской ГРЭС

"Мосэнерго за 40 лет" под редакцией М.Я. Уфаева, А.П. Немова, Я. М. Островского и Г. С. Сафразбекяна 1958 года выпуска.



Открытие угля в Подмосковном угольном бассейне относится к началу второй половины XVIII в. Началом фактической добычи угля надо считать 1858 г. В 1913 г. добыча подмосковного угля со­ставила 300,4 тыс. т и покрывала ничтожную часть потребления топлива Центрально-Про­мышленной области. Первые годы после Октябрьской револю­ции, когда Донбасс и Баку были отрезаны от центральных районов, характеризуются зна­чительным ростом добычи и потребления под­московного угля для нужд промышленности и транспорта. В то же время была поставлена задача освоения местных низко­сортных топлив на электростанциях.

В апреле 1918 г. в «Набросках плана науч­но-технических работ» В. И. Ленин указывал на необходимость использования непервокласс­ных сортов топлива (торф и уголь худших сортов) для получения электрической энергии с наименьшими затратами на добычу и пере­возку горючего. В марте 1919 г. на основании предвари­тельных работ комиссии ГОЭЛРО Советом Труда и Обороны было вынесено постановле­ние о сооружении Каширской электростанции на подмосковном угле.




2.1.jpg



Каширская ГРЭС была начата построй­кой в 1919 г. на мощность 12 тыс. квт. Планом ГОЭЛРО в дальнейшем было намечено дове­сти ее мощность до 60 тыс. квт. Площадка для сооружения электростанции была выбрана с учетом будущего ее расшире­ния на берегу р. Оки, в 5 км от железнодо­рожной станции Кашира и 120 км от Москвы.

Расположение электростанции обеспечива­ло достаточные ресурсы охлаждающей воды и удобный транспорт угля с существовавших в то время мелких шахт Подмосковного бассей­на. К этому времени опыта сжигания подмос­ковного угля на цепных решетках практически не было. Котельная Каширской ГРЭС была запро­ектирована двухрядная, фронтами котлов на­ружу, на 12 котлов с поверхностью нагрева от 300 до 510 м2, с цепными решетками на холод­ном дутье и естественной тяге. В машинном зале устанавливались два турбогенератора мощностью по 6 тыс. квт на давление пара 16 ата и температуру 325° С.

Оборудование для Каширской ГРЭС использовалось большей частью старое, эвакуированное с территории, оккупированной немцами в империалистиче­скую войну. Для сооружения электростанции и линии электропередачи в Москву на напряжение 110 кв был организован Каширстрой. Строи­тельство велось в очень трудных условиях. Острый недостаток самых необходимых мате­риалов, отсутствие каких-либо механизмов, тяжелое продовольственное и бытовое поло­жение рабочих ставили бесчисленные препят­ствия перед коллективом Каширстроя.

Каширская ГРЭС вошла в строй и впервые дала ток в Москву 4 мая 1922 г. С момента пуска выявились серьезные затруднения в ра­боте топок вследствие неприспособленности их к сжиганию низкосортного угля, недостаточ­ной площади решеток, отсутствия горячего дутья, недостатка тяги. Из-за громадной поте­ри в шлаках и с провалом, из-за больших из­бытков воздуха котлы имели КПД около 40%, давали низкую производительность и ограни­чивали нагрузку электростанции.

Условия труда персонала котельного це­ха были очень тяжелыми. Многозольное топ­ливо требовало постоянной шуровки (до 15 раз в час). Из-за нехватки тяги котлы газова­ли, вентиляция же в цехе отсутствовала. Осо­бенно тяжелые условия были в зольном по­мещении при вагонеточном удалении золы.

Коллектив электростанции с помощью Все­союзного теплотехнического института (ВТИ) проделал в течение 1923—1924 гг. значитель­ную работу по усовершенствованию топок.

Работа проводилась в двух направлениях — устройство предтопков с наклонной ре­шеткой с соответствующей переделкой топоч­ных сводов и устройство горячего дутья путем отсоса из топки горячих газов с температурой порядка 900° С и смешения их с холодным воздухом.

Температура подаваемого под ре­шетку воздуха при этом достигала 200° С.


Схема горячего дутья с отсосом из топки горячих газов


рис 2.2.jpg

 



На котле № 8, смонтированном к концу 1924 г., был уже установлен воздухоподогре­ватель. Применение предтопков и горячего дутья примерно вдвое повысило производительность котлов, паросъем достиг 20 кг/м2 /ч, а КПД котлов возрос до 60—70% за счет снижения потерь тепла с уходящими газами и от меха­нического недожога. Наладка работы котлов и станции в це­лом повысили экономичность работы. За пер­вые 3 года работы удельный расход условно­го топлива снизился с 1,62 до 1,12 кг на вы­работанный киловатт-час. Достигнутая в 1924—1925 гг. экономич­ность Каширской ГРЭС уже находилась на уровне экономичности таких электростанций, как ГРЭС-3 имени Классона, (1,132 кг/квт-ч —на торфе), ГЭС-1 (0,983 кг/квт-ч — на мазуте), ГЭС-2 (0,917 кг/квт-ч — на мазуте), «Красный Октябрь» (1,140 кг/квт-ч — на тор­фе).

Первая очередь Каширской ГРЭС в том виде, как она была построена, рассматрива­лась как производственная лаборатория для нахождения методов рационального сжигания подмосковного угля в крупном масштабе, в частности на намеченной тогда к сооружению второй очереди электростанции мощностью в 80 тыс. квт. Несмотря на достигнутые успехи в работе котлов, сжигание подмосковного уг­ля на цепных решетках не могло обеспечить эффективных результатов при переходе к бо­лее крупным котельным агрегатам.



Освоение пылевидного сжигания подмосковного угля на Каширской ГРЭС


В заграничной практике, в особенности в США, к 1925 г. получило распространение сжигание угля в пылевидном состоянии. В со­ветских научно-технических кругах высказывалось в тот период мнение, что сжигание в пылевидном состоянии углей типа подмосков­ного нерентабельно вследствие отсутствия конструкции мельниц для влажного угля и вы­соких расходов на его предварительную суш­ку. Для сжигания на электростанции под­московного угля в пылевидном состоянии выдвигалось требование предварительной суш­ки его на шахтах и поставки электростанции в виде сушонки.

Тем не менее, в 1925 г. на Каширской ГРЭС были произведены опыты по сжиганию подмосковного угля в виде пыли. В качестве пыли был использован просеянный сырой уголь с размером частиц до 1,5 мм. Топка ко­лодезного типа диаметром 1 м была сооруже­на на открытом воздухе. Процесс горения был организован с использованием враща­тельного и вихревого движения угля и газов в топочном пространстве. Сырой уголь хорошо горел совершенно бездымно белым пламенем. Положительные результаты этих опытов по­служили основанием к заказу за границей котла № 12, последнего котла котельной пер­вой очереди, с пылеугольной топкой и двумя быстроходными мельницами «Атрайтор» вмес­то цепных решеток. Вследствие быстрого изно­са деталей и частого застревания влажного угля мельницы «Атрайтор» были заменены в 1928 г. на мельницы «Резолютор».

Положительный опыт пылевидного сжига­ния на котле № 12 позволил быстро нара­стить мощность первой очереди электростан­ции для покрытия возросшей нагрузки систе­мы. Для этой цели в 1927—1930 гг. по проек­там проектно-конструкторского бюро МОГЭС и Технического отдела Каширской ГРЭС бы­ла произведена модернизация котельной с пе­реводом ее на пылевидное сжигание угля.

При модернизации наиболее старые, изно­шенные котлы № 1—6 были демонтированы и взамен них установлены четыре новых ко­тельных агрегата производительностью по 34 т/ч каждый, а оставшиеся котлы были обо­рудованы воздухоподогревателями и дымосо­сами. Производительность их была доведена до 18 т/ч. На всех котлах для размола угля было установлено по две мельницы типа «Ре­золютор». Для предварительной подсушки уг­ля установлены в отдельном помещении че­тыре паровые трубчатые сушилки. Произве­денная модернизация котельной и соответ­ственно топливоподачи позволила обеспечить паром дополнительно установленный турбоге­нератор мощностью 22 тыс. квт.

Одновременно с модернизацией котельной первой очереди Мосэнерго вело проектирование второй очереди — к тому времени уже на мощность в 150 тыс. квт, также с пылевидным сжиганием угля. Так, в короткий срок нашел признание в Московской энергосистеме про­грессивный метод пылевидного сжигания уг­ля, который впоследствии стал универсаль­ным способом сжигания всех видов твердого топлива под котлами большой и средней мощ­ности.

Вторая очередь Каширской ГРЭС, введен­ная полностью в эксплуатацию в течение 1930—1932 гг., оборудована наиболее мощны­ми по тому времени котельными агрегатами производительностью 160 т/ч. на давление пара 34 ата и температуру 425° С. Котлы с камер­ными топками объемом 700 м3. Стенки топок экранированы и в нижней части покрыты плитками Бейли. Топка снабжена восемью ще­левыми горелками, расположенными встречно по четыре на двух противоположных фронто­вых стенках. Таких котлов установ­лено пять.


рис 2.3.jpg

Котел типа «сдвоенный Стерлинг» с камерой топкой второй очереди Каширской ГРЭС.

1—вафельные плитки

2—карборундовые плитки

3—вафельные плитки

4—гладкие плитки

5—шамотный пояс

6— дополни­тельный открытый экран


Мощные котлы требовали производитель­ного оборудования для приготовления пыли. Мельницы «Резолютор», как малопроизводи­тельные, не годились для этой цели. Была принята система пылеприготовления с цен­тральным пылезаводом. Сушка угля произво­дится в паровых трубчатых сушилках. Размол' сушонки осуществляется в барабанных невентилируемых шаровых мельницах. На пылезаводе установлены восемь сушилок и восемь мельниц. Подача пыли в котель­ную производится четырьмя пылевыми насоса­ми «Кинион».

Большая часть оборудования второй оче­реди Каширской ГРЭС поставлялась еще из-за границы — котлы из Англии, а остальное оборудование в основном из Германии. Обо­рудование углеподачи уже в значительной части было изготовлено в Советском Союзе.

Процесс наладки и освоения пылевидного сжигания подмосковного угля как на первой, так и в особенности на второй очереди Ка­ширской ГРЭС был связан с огромными труд­ностями и с упорной борьбой за преодоление этих трудностей, за техническое усовершен­ствование оборудования и улучшение его экс­плуатации. Источником наибольших трудно­стей явилось несоответствие котельного обору­дования действительным условиям работы.

Серьезные дефекты в работе котельных аг­регатов—-сильное шлакование топок, недоста­точная циркуляция в котлах, золовой износ кипятильных труб, частые прогары трубок па­роперегревателей, а также самовозгорание подмосковного угля при хранении, смерзание и потеря сыпучести его в зимнее время на тракте топливоотдачи — приводили к неустой­чивой работе электростанции, резко ограничи­вали ее рабочую мощность и значительно ухудшали экономичность.


Разрез по центральному пылезазоду Кашир­ской ГРЭС.


рис 2.4.jpg



В 1933 г. Каширская ГРЭС по своей ава­рийности являлась худшей станцией Мос­энерго. Постановление МК ВКП(б) от 14 ию­ля 1933 г. о положении на электростанциях Мосэнерго и о неудовлетворительной их рабо­те особенно относилось к Каширской ГРЭС. В результате подъема производственной активности коллектива показатели работы Ка­ширской ГРЭС стали непрерывно улучшаться. Большую роль в деле сплочения коллектива работников Каширской ГРЭС и мобилизации его на решение поставленных перед ним за­дач по улучшению работы электростанции сыграл В. В. Вахрушев, который был директором Ка­ширской ГРЭС в период 1931 —1936 гг. Для обеспечения возможности длительного хранения подмосковного угля без самовозго­рания и без ощутимого снижения теплотвор­ной способности разработан метод послойной укатки его в штабелях. Высота штабелей до­ведена до 11 м; длина штабеля — до 300— 350 м. Метод послойной укатки подмосковного угля был использован в дальнейшем на мно­гих электростанциях Советского Союза.

Застревание угля в бункерах вследствие потери сыпучести и намерзание его на тракте топливоподачи преодолены путем утепления и отопления тракта углеподачи. Эти мероприя­тия предусматривались в дальнейшем при про­ектировании и сооружении всех электростан­ций на влажных углях.В целях повышения производительности су­шилок одноступенчатое дробление угля вал­ковыми дробилками переделано на двухсту­пенчатое молотковыми дробилками. На пылезаводе циклон сушилок диамет­ром 3 600 мм с КПД 70% заменен на шесть циклонов диаметром 664 мм с КПД 92%. В результате унос неуловленной пыли в атмо­сферу снизился с 235 до 48 кг/ч на каждой сушилке. Четыре мельницы первой половины пыле-завода были реконструированы, гладкие бро­невые плиты заменены более короткими, с выступами. Камера мельницы разделена че­тырьмя решетками на четыре части.


рис 2.5.jpg

Шаровая барабанная невентилируемая мель­ница 200/600 с разделяющими барабан перегородками и фрикционным приводом

1 – загрузочные воронки

2 – бандаж фрикционного привода

3—разделяющие перегородки со щелями 25 мм

4—разделяю­щие


Впервые в Советском Союзе на Каширской ГРЭС были начаты работы по угрублению помола пыли. Остаток на сите 200 мк в первоначальный период эксплуатации со­ставлял 2% и постепенно доведен до 11—12%. В результате реконструкции и угрубления помола производительность мельниц первой половины пылезавода повышена с 26 до 36 т/ч и второй половины с 39 до 49 т/ч по сырому углю. Расход электроэнергии по пылезаводу в целом, включая транспорт пыли в котель­ную, снижен до 11,25 квт-ч на тонну угля.


рис 2.6.jpg


1— остаток на сите 200 мк

Динамика угрубления пыли, производитель­ности мельниц и удельного расхода электроэнергии на пылеприготовление по Каширской ГРЭС.

2—производительность мельниц

3—расход электроэнергии на пылеприготовление.



Увеличение производительности пылезаво­да позволило перевести кот­лы котельной первой очереди на снабжение пылью с пылезавода, ликвидировать мельни­цы «Резолютор» и сушилки первой очереди.

Борьба со шлакованием топок велась по нескольким направлениям. Вафельные и кар­борундовые плитки Бейли были заменены на гладкие чугунные, стены топок котлов первой и второй очередей дополнительно экранирова­ны. Были усовершенствованы горелки котлов первой очереди. Важнейшее значение в деле борьбы со шлакованием имели режимные ме­роприятия — организация равномерного рас­пределения пыли и воздуха по горелкам, уста­новление оптимального воздушного режима по первичному и вторичному воздуху.

В целях снижения золового износа изуче­ны зоны наибольшего износа кипятильных труб. В этих зонах производится защита труб накладками, направляющими ре­шетками и производится профилактическая замена изношенных участков труб. Изменена конструкция крепления газовых перегородок и обращается внимание на ликвидацию местного завихривания газового потока, вызывающего усиленный местный износ. Пережог труб пе­регревателей котлов первой очереди ликвиди­рован путем установки дроссельных шайб, улучшающих равномерность распределения пара по змеевикам, или изменения схемы под­вода и отвода пара. На котлах второй очереди надежность ра­боты перегревателей достигнута путем на­ладки режима котловой воды и ликвидации заноса змеевиков солями, упорядочения то­почного режима, увеличения скорости пара в змеевиках и частичной замены металла змее­виков третьего хода.

Котлы полностью автоматизированы, а по второй очереди все управление ими произво­дится с центрального теплового щита.

Удельный расход условного топлива непре­рывно снижался  и в 1956 г. составил 474 г/квт-ч, или на 22% ниже, чем в 1932 г. Удельный расход топлива по второй очереди электростанции за 1955г.составил 452 г/квт-ч, что является рекордно низкой величиной для 
конденсационных электростанций с парамет­рами пара 29 ата и 400° С.



рис 2.7.jpg

Зоны золового износа котла второй очереди Каширской ГРЭС

I, II, III и IV—зоны местного износа кипятильных труб на поворотах газового потока

V—зона золового износа петель змеевиков пароперегревателя

VI—зона местного износа кипя­тильных труб у крючков шамотных газовых перегородок.



Собственный расход электроэнергии также постепенно снижался и составил в 1956 г. 6%, что вдвое меньше, чем в 1932 г. Коэффи­циент полезного действия котлов непрерывно повышался. Отдельные котлы име­ют КПД 93%, что является наивысшей вели­чиной, где-либо достигнутой при сжигании низкосортного угля. Высокий КПД котлов обусловлен налаженным топочным режимом с коэффициентом избытка воздуха 1,10—1,15, низкой температурой уходящих газов, равной 140° С, налаженностью автоматического регу­лирования процесса горения.

Коэффициент использования мощности кот­лов в отдельные годы составлял 91%. Рабочая кампания котлов доведена в среднем до 5,5 и максимальная до 8—9 месяцев. Высокие показатели работы котлов и Ка­ширской электростанции в целом обусловле­ны не только выполненной на второй очереди системой пылеприготовления — разомкнутым циклом сушки угля отработавшим паром и центральным пылезаводом с невентилируемы-ми мельницами, но и организованной работой коллектива, систематическим воспитанием его в духе ответственности за показатели элек­тростанции и постоянного стремления к их дальнейшему улучшению.

Суточный график нагрузки Каширской электростанции во II полугодии 1957 г. стал резко пиковым с низкой нагрузкой в течение ночного периода — 30 тыс. квт. Кроме покры­тия графика, агрегаты, находящиеся в работе, должны обеспечивать мобильный горячий ре­зерв на случай отключения линии передачи КуГЭС—Москва. Такой режим работы вызы­вает ухудшение технико-экономических пока­зателей электростанции. Поэтому персонал ГРЭС привлечен к решению задачи обеспече­ния максимальной экономичности электростан­ции в этих новых условиях. На Каширской электростанции продолжается работа по изы­сканию дальнейших путей лучшего и более полного использования подмосковного угля как энергетического топлива. Наиболее инте­ресной и крупной работой в этом направлении является начатое использование тепловых от­ходов сушки — тепла, содержащегося в угле после сушки, и тепла выпара сушилок, уда­ляемого в атмосферу. Количество тепла, содержащегося в выпаре каждой работающей сушилки, составляет 4,4 Мккал/ч. Проведенные опыты показали, что можно полезно использовать до 40% это­го тепла для предварительной сушки угля, для нагрева конденсата турбин и, наконец для теплоснабжения крупного теплично-пар­никового хозяйства.

Появление резерва мощности в системе по­зволило начать в 1956 г. демонтаж морально и физически изношенного оборудования. На Каширской ГРЭС произведен демонтаж тур­богенераторов № 1 и 2 и котлов № 7, 8 и 9.

Котел № 10, оборудованный в эксперимен­тальных целях циклонной топкой ВТИ с ма­ксимальным шлакоулавливанием, временно оставлен — до окончания опытов, имеющих важное значение для решения вопроса о воз­можности промышленного применения циклонных топок при сжигании подмосковного угля, зола которого, как известно, большей частью тугоплавка.


рис 2.8.jpg

Динамика удельного расхода условного топлива на 1 выработанный квт.ч и расхода электроэнергии на собственные нужды Каширской ГРЭС.

1-удельный расход условного топлива;

2-расход электроэнергии на собственные нужды.


рис 2.9.jpg

Коэффициет полезного действия котла второй очереди Каширской ГРЭС.



После неоднократных переделок топки и схемы пылеприготовления удалось за счет уве­личения теплового напряжения предтопка до 2 млн. ккал/м3 • ч, дополнительной подсушки пыли до влажности 4% и повышения темпе­ратуры подогрева воздуха до 300—350° С до­вести температуру в предтопке до 1 600— 1 620° С, при которой вытекает жидкий шлак.




Назад к списку очерков