Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов - Наружная очистка поверхностей нагрева котлов ЗиОМАР

Проектирование и схемы наружной очистки поверхностей нагрева котлов “ЗиОМАР”

Майданик Μ. Н., Щелоков В. И., Пухова Н. И.

Шлакование и загрязнение поверхностей нагрева топочных камер и конвективных газоходов являются одной из основных проблем при проектировании и освоении пылеугольных котлов, сжигающих низкосортные бурые, каменные угли и лигниты. Только одними конструктивными и режимными мероприятиями в большинстве случаев не удается обеспечить длительную бесшлаковочную кампанию таких котлов, поэтому наряду с ними на котлах ЗиО широко применяется установка различных средств наружной очистки поверхностей нагрева.
Средства очистки в отечественной и зарубежной практике, в основном применяемые в качестве эксплуатационных, приведены далее.

Область применения

Устройства звуковой очистки не получили большого распространения как из-за ограниченных возможностей по удалению золовых отложений, так и экологических проблем. То же относится и к вибрационной очистке, которая требует специальных конструктивных решений для очищаемых поверхностей нагрева и может снижать их ресурс. Такие устройства могут оказаться необходимыми при сжигании топлива с высокой коррозионной активностью минеральной части, как например, у эстонских сланцев.
В качестве альтернативного решения предпочтительней применение устройств газоимпульсной очистки. Они имеют сравнительно простую конструкцию, но при образовании прочных связанных отложений обладают существенно меньшей эффективностью, чем аппараты паровой обдувки. Как показал опыт эксплуатации котла П-67 на Березовской ГРЭС-1, при сжигании березовского угля устройства газоимпульсной очистки поверхностей нагрева конвективной шахты оказались неэффективными.
Импульсные устройства очистки хорошо зарекомендовали себя при удалении сыпучих и рыхлых слабосвязанных золовых отложений, при этом они больше пригодны для сравнительно небольших котлов и для локальной очистки полурадиационных, конвективных поверхностей нагрева, включая регенеративные воздухоподогреватели. Применение их возможно на электростанциях с постоянным источником газоснабжения.
Установки дробевой очистки наиболее приспособлены для очистки трубчатых воздухоподогревателей, а также гладкотрубных экономайзеров со сравнительно тесными пучками труб. Они могут успешно применяться при условии проведения регулярного и постоянного техобслуживания на электростанциях со сравнительно высокой культурой эксплуатации. В то же время конструкции их требуют доработки. Наиболее современные технические решения (отработанные в свое время на заводе “Котлоочистка”) не были внедрены в промышленное производство.
Водяная и паровая обдувка являются наиболее универсальными в большинстве случаев для своей области применения и самыми эффективными методами очистки поверхностей нагрева. На котлах ЗиО они применяются в качестве основных средств очистки топочных экранов, полурадиационных и конвективных поверхностей нагрева.

Водяная обдувка.

Для очистки топочных экранов в большинстве случаев используются аппараты водяной обдувки, которые являются наиболее эффективным средством удаления наружных отложений золы. Аппараты паровой обдувки устанавливаются в топочной камере в случае невозможности использования водяной обдувки по условиям надежности металла труб (в частности, для некоторых радиационных пароперегревателей, имеющих сравнительно высокую температуру металла труб). Паровая обдувка топочных экранов может также использоваться при сжигании углей с низкой склонностью к шлакованию.
В качестве устройств водяной обдувки экранов топочной камеры применяются два типа аппаратов:
дальнобойные аппараты, которые колебательным реверсивным движением сопла направляют струю через топку, осуществляя обдувку противоположной и боковых стен;
маловыдвижные аппараты, осуществляющие при выдвижении сопловой головки в топку обдувку “на себя”.
Аппараты могут применяться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом для повышения эффективности очистки и большей полноты охвата стен топки. Выбор типа и параметров аппаратов, схемы обдувки определяется конструкцией топочногорелочного устройства, размерами топки, интенсивностью и характером загрязнения. При проектировании схем очистки топочных камер используется специально разработанная компьютерная программа. Программа позволяет определять оптимальное расположение, число и тип аппаратов, конфигурацию и размеры зон обдувки отдельных аппаратов и общей очищаемой зоны топочной камеры, выбрать оптимальные параметры аппаратов и рабочего агента. При разработке программы обобщены результаты исследований очистки топочных экранов, проведенные в ВТИ, СибВТИ, ЗиО и других организациях, а также многолетний опыт эксплуатации аппаратов водяной и паровой обдувки на отечественных и зарубежных котлах.
Дальнобойные аппараты водяной обдувки обеспечивают эффект очистки преимущественно за счет термического воздействия на слой золовых отложений водяных струй. Они имеют большую площадь охвата стен топочной камеры, для очистки всей топки обычно необходима установка всего четырех - восьми аппаратов на котел. Эти аппараты удобно использовать для очистки холодных воронок и межгорелочных зон топки, они позволяют осуществлять очистку окон газозаборных шахт (со стороны топки) и амбразур горелок. Система водяной обдувки с аппаратами такого типа (конструкции завода “Котлоочистка”) была успешно применена ЗиО, в частности, на котлах П-64 энергоблоков 300 МВт ТЭС “Гацко” и “Углевик” (Югославия), сжигающих югославские лигниты.
В настоящее время такая же схема очистки топки спроектирована и поставляется ЗиО для котлов к энергоблокам 210 МВт ТЭС “Нейвели” (Индия), рассчитанных на сжигание низкосортных углей (лигниты). Котел имеет башенную компоновку с размерами топки в плане 13,3 х 13,3 м и высотой ее вертикальной части около 30 м. Для очистки топки предусмотрена установка восьми дальнобойных аппаратов, которые обеспечивает обдувку практически всей топочной камеры с достаточной эффективностью струи.
Для котлов с крупногабаритными топочными камерами эффективность очистки дальнобойными аппаратами снижается вследствие ограниченной дальнобойности водяных струй, в особенности в условиях работы топочных камер котлов. Кроме того, примененные отечественные дальнобойные аппараты обладают недостаточной надежностью, имеют ряд конструктивных недостатков, плохо приспособлены для локальной, выборочной очистки отдельных зон топочной камеры. В связи с этим в схемах очистки топочных камер котлов ЗиО начали широко применять маловыдвижные аппараты водяной обдувки. Эти аппараты обычно имеют радиус обдувки до 4 - 4,5 м и формируют струю с большим гидродинамическим воздействием на слой золовых отложений, чем у дальнобойных аппаратов.
Первые отечественные промышленные маловыдвижные аппараты были установлены на котлах П-67 Березовской ГРЭС-1. Испытания их показали, что аппараты такого типа могут обеспечить хорошую эффективность очистки для углей с очень высокой склонностью к шлакованию.
В последние годы маловыдвижные водяные аппараты устанавливаются в котлах ЗиО как для полной очистки топочных камер, так и для локальной очистки в зонах топки с наибольшей интенсивностью загрязнения. Схема очистки топки с использованием только маловыдвижных аппаратов реализована на котле П-78 энергоблока 500 МВт ТЭС “Иминь” (Китай), сжигающем бурый уголь. На этом котле установлено 82 маловыдвижных водяных аппарата, изготовленных на ЗиО. В настоящее время на системе водяной обдувки проводятся пусконаладочные работы. Аналогичная схема очистки топки запроектирована для реконструируемого котла П-50Р Каширской ГРЭС, где они должны заменить паровые обдувочные аппараты.
На котле ОР-210М ТЭС “Скавина” (Польша), сжигающем каменный уголь, реконструкцию которого осуществлял завод, было установлено шесть маловыдвижных водяных аппаратов типа SK-58-6E фирмы “Clyde- Bergemann” (Германия). Аппараты были применены для очистки зоны топки в районе верхнего яруса горелок и над горелками, где предполагалась наибольшая интенсивность загрязнения. В указанных зонах аппараты обеспечивали приемлемую эффективность очистки, но они не смогли справиться со шлакованием амбразур горелок, находящихся в зоне действия аппаратов. Последнее во многом объясняется тем, что водяная струя аппаратов, направляемая поперек горелок, сносится потоком пылегазовоздушной смеси. Это ограничивает возможности очистки маловыдвижными аппаратами горелочной зоны топок, в особенности для современных схем расположения горелочных устройств и стесненных компоновок пылегазовых воздухопроводов.
В рассматриваемом котле для очистки всей горелочной зоны топки предполагается установить дальнобойные аппараты водяной обдувки. Система водяной обдувки топки с установкой дальнобойных и маловыдвижных аппаратов водяной обдувки разработана для котла Еп-670-140 энергоблока 210 МВт ТЭС “Плевля” (Югославия), реконструкция которого (с переводом на сжигание широкой гаммы лигнитов и бурых углей) проводится на ЗиО. В системе на четырех ярусах по высоте топки предусмотрена установка восьми дальнобойных (на ярусах первом и четвертом) и 12 маловыдвижных аппаратов (на ярусах втором и третьем). На ярусах первом и четвертом на каждой стене топки установлен один дальнобойный аппарат, на втором ярусе - один маловыдвижной аппарат. На третьем ярусе на каждой стене топки установлено два маловыдвижных аппарата.
Применение дублирующих средств очистки диктуется необходимостью по условиям загрязнения топочных экранов интенсивной очистки локальных зон топки. В этом случае наиболее полно реализована практически вся технологическая схема системы водяной обдувки, комплектуемая общим щитом управления, с помощью которого осуществляется автоматическое и дистанционное управление работой всех обдувочных аппаратов и схемы подвода воды.
Требуемые параметры воды в системе обеспечиваются насосной установкой, оборудованной двумя насосами ЦНС-38-198. Во время обдувки снабжение аппаратов водой осуществляется от какого-либо одного насоса, другой находится в резерве.
На трубопроводе подвода воды к насосной установке установлены запорный клапан, фильтр для исключения попадания в насос и аппараты твердых частиц больших размеров, показывающий манометр для контроля давления воды в подводящем трубопроводе. На всасывающих и напорных трубопроводах насосной установки используются запорные клапаны и обратные клапаны для отключения насоса, находящегося в резерве, и предотвращения обратных токов воды.
На общем напорном трубопроводе насосной установки устанавливается регулирующий клапан, который используется для общего регулирования давления воды в системе (при наладке системы). Для автоматического управления и контроля работы системы далее по ходу воды устанавливаются запорный клапан с электроприводом, датчик давления воды и показывающий манометр.
Из напорного трубопровода насосной установки вода поступает в подъемный стояк и далее трубопроводами раздается по ярусам установки аппаратов. Трубопроводы подвода воды к аппаратам на отдельных ярусах закольцованы. От кольцевого трубопровода вода через трубопроводы подводится к каждому аппарату на ярусе (к запорному клапану аппарата).
На трубопроводах подвода воды к аппаратам (по ярусам) устанавливаются регулирующие клапаны и датчики давления. Регулирующие клапаны используются для регулирования давления перед аппаратами (при наладке системы), датчики давления - для контроля работы системы.
Подъемный стояк оборудуется линией дренажа, на котором устанавливается запорный клапан с электроприводом. Этот клапан используется для автоматического управления работой системы.

Паровая обдувка.

В настоящее время для очистки полурадиационных и конвективных поверхностей в основном применяются аппараты паровой обдувки. В труднодоступных местах могут также дополнительно устанавливаться устройства паровой “пушечной” обдувки.

Обдувка трубных пучков осуществляется преимущественно глубоковыдвижными аппаратами с винтовым движением сопловой трубы. Для котлов мощных блоков требуемая глубина выдвижения обдувочной трубы достигает 10-12 м. В отдельных случаях (в основном по условиям компоновки и конструкции поверхностей нагрева) могут использоваться глубоковыдвижные аппараты маятникового типа, осуществляющие секторную обдувку, многосопловые винтовые - только с вращательным движением обдувочной трубы, которая постоянно находится в газоходе (при сравнительно невысокой температуре газов), и др.
При проектировании систем паровой обдувки для выбора параметров рабочего агента, типоразмеров и схем расположения аппаратов используются газодинамические расчеты сопл и динамических напоров струй, эффективных радиусов действия аппаратов. Программы расчета базируются на результатах экспериментальных исследований паровой обдувки, проведенных ВТИ и СибВТИ, в том числе по заказу завода.
В последние годы котлы ЗиО комплектуются аппаратами паровой обдувки фирмы “Clyde-Bergemann”. Глубоковыдвижные аппараты этой фирмы были, в частности, успешно применены на уже упомянутых котлах П-78 ТЭС “Иминь” и ОР-210М ТЭС “Скавина”.
Характерная технологическая схема паровой обдувки с различными типами паровых обдувочных аппаратов спроектирована для реконструируемого котла Еп-670-140 ТЭС “Плевля”. В системе паровой обдувки используются три типа аппаратов: для очистки пакетов пароперегревателей, расположенных в поворотном газоходе, 14 глубоковыдвижных аппаратов типа PS-SL, для очистки скатов поворотного газохода - шесть глубоковыдвижных маятниковых аппаратов типа RK-PL с ограниченным сектором обдувки и для очистки пакетов пароперегревателя, расположенных в конвективной шахте, семь винтовых аппаратов типа PS-SB, обдувочная труба которых постоянно находится в газоходе. В поворотном газоходе аппараты симметрично установлены на правой и левой боковых стенах (на разных отметках по высоте), в конвективной шахте - на одной стене шахты котла.
В качестве рабочего агента используется перегретый пар, подаваемый к аппаратам после редукционной установки с давлением 3-4 МПа. Следует отметить, что при подводе пара в систему из тракта промежуточного перегрева пара в технологическую схему дополнительно включается регулятор давления пара (для поддержания постоянного давления перед аппаратами при изменении нагрузки котла). Все аппараты оборудованы встроенным запорным дроссельным клапаном, настраиваемым так, чтобы при обдувке давление пара в обдувочной трубе аппаратов составляло 1,2 - 1,6 МПа. Требуемый динамический напор струи устанавливается при этом за счет выбора соответствующего диаметра сопл.
Подвод пара в систему (после редукционной установки) осуществляется по общему трубопроводу диаметром 133/113 мм с установленными на нем ручным запорным вентилем, запорным вентилем с электроприводом, который используется для автоматического управления системой, и манометром для контроля давления пара на входе в систему. Общий трубопровод оборудуется линией дренажа.
Из общего трубопровода пар раздается по двум трубопроводам диаметром 89/81 мм, подводящим пар сначала к аппаратам PS-SB, установленным в конвективной шахте, а затем к аппаратам PS-SL и RK-PL, расположенным на левой и правой боковых стенах. В конце подводящих трубопроводов устанавливаются контактные манометры и термометры, а также дренажные линии, которые используются для продувки и прогрева трубопроводов системы перед включением аппаратов. На дренажных линиях устанавливаются запорные вентили с электроприводом, байпасы с дроссельными шайбами и запорные вентили.
Манометры, термометры и дренажные вентили с электроприводом используются для автоматического управления работой системы. Байпасы (с дроссельной шайбой) трубопроводов дренажей необходимы для обеспечения при обдувке постоянного протока пара по трубопроводам подвода пара к аппаратам, чтобы исключить конденсацию пара в них. Запорный вентиль на общем трубопроводе и запорные вентили на дренажных трубопроводах используются при проведении ремонтных работ и в аварийных ситуациях.
Система паровой обдувки комплектуется общим щитом управления, с помощью которого осуществляется автоматическое и дистанционное управление работой всех обдувочных аппаратов и арматуры, прогревом и дренажом системы.
В настоящее время котлы ЗиО, предназначенные для сжигания шлакующего топлива, комплектуются комплексными системами очистки, включающими в себя в основном аппараты водяной и паровой обдувки, системы автоматического управления, системы подвода рабочего агента с запорно-регулирующей арматурой. В отдельных случаях они могут быть дополнены устройствами паровой “пушечной” обдувки, а также и другими средствами очистки.