Васильев В. В., Гребеньков П. Ю., Майданик Μ. Н., Порозов С. В., Орлов В. Г., Никитин Н. В., Демб Э. П., Сокач Г. П., Веселов О. Н., Кукарцев С. В., Эйхман Е. В.
В период наладки и освоения котла П-67 блока 800 МВт Березовской ГРЭС-1 его работа в год (преимущественно в базовом режиме) превысила 6 тыс. ч, а среднегодовая электрическая мощность достигла 740 МВт. Позже нагрузка блока была снижена, с одной стороны, в связи с интенсивным шлакованием топки, ширм и образованием прочных отложений в горизонтальных пакетах конвективного пароперегревателя, а, с другой, в связи с избытком электроэнергии в регионе. Длительность работы котла в течение года определялась спросом на электроэнергию и надежностью работы оборудования.
В настоящее время при повышающемся спросе на электроэнергию, а также с учетом того факта, что при номинальной нагрузке температура газов в поворотной камере не превышает температуры начала шлакования, проводятся испытания котла ст. № 2 с целью оценки длительности непрерывной кампании блока при электрической мощности 750 МВт с максимально возможной долей рециркуляции газов в топочную камеру.
Схема размещения аппаратов водяной обдувки с расчетными зонами очистки нижней радиационной части (НРЧ) топочной камеры в 2000 г. показана на рис. 1. Позже было установлено дополнительно шесть ОВМ у скатов холодной воронки. В стадии монтажа находятся четыре ОВМ в зоне верхней радиационной части. Таким образом, для очистки топки будут использоваться 66 маловыдвижных аппаратов и восемь глубоковыдвижных аппаратов ОВГ.
Тем не менее, в связи с рядом недостатков по монтажу и эксплуатации аппаратов качество очистки экранов оставляет желать лучшего. Падение глыб шлака из неочищаемых зон снижает надежность работы холодной воронки и шнеков системы шлакоудаления.
Рис. 1. Схема обдувки топочных экранов НРЧ котла П-67 аппаратами ОВМ, ОГР-У и ОВГ с расчетными зонами очистки (вид изнутри топки)
Рис. 3. Изменения температуры среды в НРЧ-2 котла П-67 при водяной обдувке маловыдвижным (ОВМ) и глубоковыдвижным (ОВГ) аппаратами
В настоящее время разработаны и внедряются мероприятия по устранению неочищаемых зон, что позволит увеличить коэффициент тепловой эффективности топки с 0,2 до 0,3.
Принято решение об испытании современных дальнобойных аппаратов водяной обдувки с длиной эффективной струи не менее 30 м, которые позволят существенно упростить систему очистки топки и исключить неочищаемые зоны.
Картина повреждений труб НРЧ котла П-67 ст. № 1 за 12 лет эксплуатации показана на рис. 2. В первые годы были “выбраны” дефекты изготовления и монтажа, а повреждения усталостного характера стали проявляться более интенсивно после пяти лет эксплуатации в основном у разводок труб под аппараты водяной обдувки ОВГ и ОВМ в зонах наиболее эффективной очистки. Кроме того, в зоне верхнего аппарата ОВГ фронтового и тыльного экранов, а также в угловых трубах отмечались тепловые разрывы. В 1998 г. была произведена замена двух участков НРЧ.
Рис. 2. Места повреждений труб НРЧ котла П-67 ст. № 1
С целью установления причин тепловых разрывов, связанных с нарушением гидродинамики внутренней среды, были проведены исследования нестационарного температурного режима тыльного экрана НРЧ-2, в том числе на малых нагрузках при включении аппаратов водяной обдувки, а также в периоды пуска и останова котла. Для исследований изменения температуры внутренней среды было установлено 26 поверхностных термопар в изолированных бобышках на тыльной образующей труб НРЧ-2.
В результате были зафиксированы допустимые “выбеги” температур после обдувки чистых труб аппаратами ОВМ (без регуляторов давления в обдувочной трубе) при нагрузке котла 460 МВт и опасные “выбеги” температур при обдувке глубоковыдвижным аппаратом ОВГ с двумя соплами диаметром 10 мм и глубиной выдвижения 7 м (рис. 3) при нагрузке 660 МВт и менее. Это связано с высокой неравномерностью плотности орошения водой экрана по радиусу от оси обдувочной трубы и “захолаживанием” труб водой, стекающей по всей высоте экрана при низких нагрузках котла.
Рис. 4. Изменение температур металла чистой трубы во времени при обдувке аппаратом ОВГ на обратном ходе
Рис. 5. Изменение тангенциальных и осевых температурных напряжений в стенке чистой трубы при работе аппарата ОВГ
Рис. 6. Расчетное изменение температур и напряжений в металле трубы с отложениями толщиной 0,6 мм во времени при обдувке аппаратом ОВГ (для первых двух “термошоков”)
При образовании незначительных отложений нарушений гидродинамики при работе аппаратов не наблюдалось, поэтому аппараты ОВГ запретили включать при низких нагрузках котла в первые сутки после пуска.
Если оценивать число циклов водяной обдувки экранов котлов сверхкритического давления, то “лидерами” являются котлы П-49 блока 500 МВт Назаровской ГРЭС, П-59 блока 300 МВт Рязанской ГРЭС (водяная обдувка с 1975 г.) и многие другие, в том числе за рубежом (водяная обдувка с середины 60-х годов), где таких проблем не возникало.
Специальные исследования динамики развития термоусталостных трещин при водяной обдувке дальнобойными и маловыдвижными аппаратами в длительной эксплуатации показали “затухание” скорости роста трещин на глубине около 1 мм в связи с переходом ее вершины в область относительно малых растягивающих, а потом и сжимающих напряжений. Основное значение имело ослабление “термошока” отложениями, образующимися в период между очистками [1-3]. В результате были выпущены и переиздавались нормативные документы, регламентирующие применение аппаратов водяной обдувки топочных экранов [4].
Для выявления причин повреждений термоусталостного характера труб НРЧ котлов П-67 были выполнены расчетно-аналитические исследования термонапряженного состояния чистых и загрязненных труб диаметром 32 мм и толщиной стенки 6 мм в период водяной обдувки аппаратом ОВГ с глубиной выдвижения в топку 7 м (рис. 4-6). Длительность контакта струи с точкой поверхности трубы составляла 0,14 с, а число “термошоков” достигало 10, в то время как для маловыдвижных и дальнобойных аппаратов их получено не более четырех.
Влияние нагрузки котла на размах напряжений оказалось несущественным. Отложения небольшой толщины резко снижают “термошоки”, при которых циклические напряжения не выходят за пределы упругости (рис. 6).
В результате был сделан вывод о том, что одной из главных причин появления поперечных трещин глубиной свыше 1 мм является частое включение аппаратов (через 4 - 6 ч) при относительно низких нагрузках котла (и малой интенсивности шлакования) с максимальными “термошоками” на чистой поверхности. Причем, число их для аппарата ОВГ в 2,5 раза больше, чем для ОВМ, поэтому долговечность металла в зоне ОВГ существенно ниже.
Замена двух наиболее поврежденных участков НРЧ (рис. 2), увеличение межобдувочного периода до 12 ч в 1998 г. и монтаж новых аппаратов ОВМ с регуляторами давления, выравнивающими расход воды на единицу площади в зоне очистки, позволили существенно сократить число свищей в НРЧ (до трех в год в 2000 г).
На новых котлах не планируется устанавливать глубоковыдвижные аппараты ОВГ. Предпочтение будет отдано либо дальнобойным аппаратам в случае положительных результатов испытаний опытных образцов, либо маловыдвижным с механическим приводом клапана и регулятором давления.
Список литературы
- Майданик М. К, Васильев В. В., Воробьева Л. Ю. Анализ термонапряженного состояния топочных экранов при водяной обдувке. - Теплоэнергетика, 1989, № 5.
- Термоусталостные повреждения труб топочных экранов котлов при водяной обдувке / Майданик Μ. Н., Сандлер В. А., Васильев В. В., Хайкин И. Б. - Теплоэнергетика, 1988, №9.
- Исследование водяной очистки мембранных экранов / Отс А. А., Таллермо X. И., Сууркууск Т. Н., Тоуарт Р. В. и др. - Теплоэнергетика, 1985, № 1.
- РД 34.27.105-90. Методические указания по расчету и эксплуатации аппаратов водяной обдувки поверхностей нагрева паровых котлов. М., 1990.
