Модернизация конвективных поверхностей: эффективность и прочность

Тем не менее конвективные поверхности нагрева водогрейных котлов являются достаточно уязвимым местом, поэтому постоянно создаются проекты ее усовершенствования. Самой эффективной разработкой стало решение увеличить диаметр труб и заменить стандартные гладкотрубные конструкции на оребренные, что позволило экономить расход топлива и втрое повысить ресурс работы и общий срок эксплуатации, а также надежность конвективной поверхности. Следует отметить, что специалистами в этом случае применялось мембранная и поперечно-спиральная технология оребрения.

Для уменьшения металлоемкости также разрабатывались довольно успешные проекты по замене мембранного оребрения в той части поверхности, которая взаимодействует с высокими температурами, на небольшие дистанционирующие вставки. В результате уменьшилось сопротивление, как гидравлическое, так и аэродинамическое, металлоемкость, а тепловосприятие осталось на прежнем уровне.

Компания «УралКотлоМашЗавод» осуществляет поставки модернизированных конвективных поверхностей нагрева, изготовленных с применением технологии оребрения труб, которая позволяет повышать эффективность и износоустойчивость столь уязвимых частей котельного оборудования. Предприятие имеет многолетний опыт производства и реализации высокотехнологичных поверхностей, которые хорошо зарекомендовали себя на промышленном рынке.

Лекция-4

Эксплуатация паровых котлов. Эксплуатационные режимы и показатели. Регулирование температуры перегрева пара. Шлакование топок и поверхностей нагрева. Загрязнение поверхностей нагрева и способы их очистки

Подготовка котла к растопке

Растопку котла производят после очередного останова или ремонта. Предварительно проверяют качество выполнения ремонтных работ, а также устранены ли дефекты и учтены ли замечания, записанные в журнал дефектов перед остановом котла. Для этого осматривают котел и его вспомогательное оборудование, проверяя состояние горелок, обмуровки, обшивки, коллекторов, паро- и водопроводов, их арматуры и подвесок (опор). После значительных внутренних ремонтов контролируют состояние топочных экранов, внутренних элементов, горелок, поверхностей нагрева, их подвесок, опор, защитных и дистанционных устройств, обращая внимание на отсутствие трещин, свищей и вздутий, следов коррозии и загрязнений труб, правильность их установки и обеспечение термических расширений.

Кроме того, осматривают: вспомогательные механизмы и их приводы, тягодутьевые машины (вентиляторы, дымососы, воздуходувки, электро- и турбоприводы, системы охлаждения и смазки); мельницы, питатели сырого топлива и пыли, бункера; элементы системы пылеприготовления, обдувки и дробеочистки; системы шлакозолоулавливания и удаления. Обязательным условием является проверка связи, освещения, противопожарной готовности блока. Затем проверяют запасы топлива в бункерах и воды в баках конденсата, положение арматуры и гарнитуры на пароводяном и газовоздушном трактах, подготовку мазутного и газового хозяйства, работу защитно-запальных устройств, бесперебойность подачи пара от постороннего источника, правильность установки грузов предохранительных клапанов.

После осмотра основного и вспомогательного оборудования, проверки выполнения работ и закрытия нарядов начальник смены цеха делает соответствующую запись в оперативном журнале с указанием времени начала пусковых операций, о чем оповещаются связанные с пуском начальники электрического, химического, топливного и транспортного цехов, а также цеха контрольно-измерительных приборов и автоматики.

После сборки электрических схем дистанционного управления, сигнализации, блокировок, защит и автоматики, их проверки в соответствии с местными условиями и включения контрольно-измерительных приборов собирают электрические схемы электропривода собственных нужд блока и начинают собирать и готовить к включению технологические схемы котла (газовоздушного тракта, растопочного, паромазутного хозяйства, пылеприготовления, шлакозолоулавливания и удаления, обдувки и очистки).

К подготовке газовоздушного тракта относятся: открытие запорных шиберов на воздуховодах и индивидуальных на горелках, закрытие всех направляющих аппаратов тягодутьевых машин; открытие шиберов на стороне всасывания дымососов и напорной стороне вентиляторов, закрытие регулирующих шиберов подачи горячего воздуха на мельницы и добавки (присадки) в них холодного воздуха; открытие линий рециркуляции воздуха.

Завершив заполнение и прокачку котла водой, включают дымососы, дутьевые вентиляторы, регенеративные воздухоподогреватели, их вспомогательное оборудование и вентилируют газовоздушный тракт. При подготовке к растопке на газе заполняют и продувают газопроводы; используя мазут вставят под давление мазутные и паровые магистрали. При остановах более чем на трое суток параллельно с пуском котла производят водяную промывку тракта до ВЗ, пока содержание в воде соединений железа не достигнет нормы.

Отличия подготовки к растопке из холодного состояния котлов других конструкций, а также к растопкам из других состояний заключаются преимущественно в особенностях подготовки схемы пароводяного тракта. Так, при подготовке к растопке из горячего состояния отсутствуют операции, связанные с заполнением котла водой, и упрощаются операции подготовки пароводяного тракта. Подготовительные предпусковые работы, особенно касающиеся проверки и осмотра оборудования, значительно усложняются при подготовке пуска после капитальных ремонтов и еще более - после монтажа.

2. Пусковые операции

В настоящее время все широкое распространение получил пуск на скользящих параметрах, т. е. при постепенно повышающихся давлении и температуре пара перед турбиной. Это обеспечивает постепенный прогрев металла труб, паропроводов и турбин без возникновения значительных термических напряжений пуск прямоточных котлов может производиться на прямоточном. или сепараторном режиме. В. первом случае рабочая среда (с одинаковым расходом) проходит последовательно все поверхности нагрева. При этом ее параметры (давление и температура) и состояние меняются непрерывно. При сепараторном режиме перед В3 рабочая среда направляется в сепаратор 4, после которого требуемое количество пара поступает в перегревательные поверхности, а остальная часть - в растопочный расширитель. Применение встроенной задвижки позволяет поддерживать номинальное давление среды до нее и переменные, постепенно повышающиеся давление и температуру в перегревательных поверхностях, паропроводах и перед турбиной. Это обеспечивает надежную работу напряженных поверхностей до ВЗ при постепенном прогреве их и паропроводов за ней. Повышение параметров за ВЗ определяется начальным состоянием котла перед пуском и требуемой скоростью прогрева наиболее толстостенных деталей - коллекторов, арматуры, корпусов устройств парораспределения и турбин.

Пуск из холодного состояния. После длительного останова пуск блока начинается при низком уровне температуры и давления рабочей среды и обычно сопровождается горячей промывкой поверхностей нагрева до ВЗ, проводимой при включенных растопочных горелках. Тракты промперегрева начинают прогреваться после толчка турбины и поступления в них пара. При этом постоянно контролируют температуру пара, стенок элементов котла и паропроводов и регулируют ее, включая впрыски и охлаждение. После прогрева паропроводов подают пар в ЦСД и начинают постепенно повышать нагрузку. Завершив подготовительные операции, включают форсунки, после чего сразу открывается клапак 7 (Др-3) во избежание последующих тепловых ударов при внезапном вводе в перегреватели разогретого пара и его конденсации на еще холодных поверхностях. При проведении горячей промывки до ее окончания устанавливают расход топлива В= (0,06…0,07) Вном. Окончив горячую промывку, переводят воду из расширителя Р-20 в конденсатор 19 и настраивают регулятор уровня Р-20. Затем начинают повышать параметры и расход пара, увеличивая расход топлива до растопочного Вр= (0,14--0,15) Вном. При этом контролируют температуру среды перед ВЗ (tвоз=300…310 С) и газов в поворотной камере (ПК=420°C).

При температуре свежего пара более 180…200°С включают впрыск в ПСБУ и одновременно следят за тем, чтобы температура сбрасываемого в конденсатор пара превышала (на 15--20°С) температуру.насыщения. При дальнейшем повышении температуры перегретого пара (более 280°С) включают пусковой впрыск 43 и его регулятор, предварительно включив регулятор давления 33 (Др-5) в системе впрысков.

При температуре свежего пара 220…230°С открывают регулирующие клапаны ЦВД, при этом производится толчок ротора. Затем увеличивают частоту вращения ротора турбины да n=15 1/с (900 об/мин). Длительность работы при этом режиме определяется необходимостью прогрева ротора и увеличивается с уменьшением температуры стенок цилиндров турбин и их паровпуска. При температуре стенок «горячих» паропроводов промперегрева более 100°С открывают стопорные клапаны ЦСД.

После создания в конденсаторе вакуума 0,088 МПа повышают частоту вращения ротора до 50 1/с (3000 об/мин) и одновременно увеличивают вакуум в конденсаторе до номинального значения (0,097 МПа). Температуру промежуточного пара перед ЦСД регулируют клапаном байпасного паропровода промежуточного пароперегревателя 13 или ППТО, который открывают при 250…270°С.

После повышения частоты вращения ротора до 50 1/с синхронизируют и включают генератор 17, набирая начальную нагрузку (20 МВт), полностью открывая регулирующие клапаны турбины и закрывая ПСБУ, ее впрыски и дренажи паропроводов (свежего пара и пара промежуточного перегрева).

По мере нагружения блока переходят на рабочее питание механизмов собственных нужд при нагрузке 0,1--0,12 Nном, с байпасирования - на пусковые впрыски при регулировании температуры промперегрева (при нагрузке 0,2…0,22 Nном) и на подачу пара в деаэратор из отборов турбины (при нагрузке 0,25…0,28 Nnom), так как из-за прикрытия клапанов 3 (Др-2) давление в растопочном расширителе снижается до 0,13--0,15 МПа. После достижения перед ВЗ температуры t'B3=410°C, превышающей температуру насыщения, переходят на прямоточный режим, полностью закрывая клапан Др-2 и задвижки на сбросе воды и пара из сепаратора 4. Дальнейшее нагружение турбины проводят на прямоточном режиме, увеличивая тепловыделение в котле (расход топлива) и переходя в это время на основное топливо.

При нагрузке N=0,6 Nnom, прикрывая регулирующие клапаны, переводят свежий пар на номинальное давление 24 МПа, включают регулятор давления блока, полностью открывают ВЗ и переводят систему впрысков на полное давление, закрывая задвижки 40 и регулирующий клапан 33 (Др-5) на линии рециркуляции впрыска. С переходом на номинальное давление нагружают блок на 100%-ную нагрузку, постепенно повышая температуру пара. До достижения номинальной температуры свежего пара и пара промперегрева регулирование ведут пусковыми впрысками, а затем переходят на штатные впрыски, отключая пусковые. Дальнейшая работа блока ведется в соответствии с диспетчерским графиком на основе режимной карты и инструкций по эксплуатации.

Пуски блока из холодного состояния и их графики-задания являются базовыми для проведения пусков из других состояний. По описанной технологии пуск блока производят в том случае, когда предварительное охлаждение котла полное (при температуре коллекторов пароперегревателя менее 80°С).

Пуски из неостывшего и горячего состояния, из горячего резерва. При неполном охлаждении котла (температура коллектора превышает 80°С) пуск производят как из неостывшего состояния. Различают несколько разновидностей пусков блоков из неостывшего состояния в зависимости от продолжительности предыдущего останова и степени охлаждения коллекторов, паропроводов и толстостенных деталей турбин. Условно выделяют пуски из неостывшего состояния после длительных остановов (70…90 и 50…60 ч), когда требуется прогрев паропроводов промперегрева, и после остановов меньшей продолжительности (32…45, 24…30 и 12…18ч), когда предварительный прогрев не требуется.

При растопке после останова на 50…90 ч устанавливают расход топлива В=(0,17…0,18) Вном, переводят сброс воды и пара из расширителя в конденсатор, прогревая трубопроводы, а деаэратор -- на питание паром из расширителя при температуре перед встроенной задвижкой 200…210°С. При температуре среды перед встроенной задвижкой 260…270°С медленно (по 5% от полного расхода до 30% и далее - 40, 50 и 100%) с выдержками 5…2 мин открывают клапан 7 (Др-3), сепаратора 4, направляя пар в перегревательный тракт за ВЗ. Постепенное открытие клапана 7 исключает заброс влаги в разогретую перегревательную часть.

Впрыск за ПСБУ открывают при тех же условиях, что при пуске из холодного состояния. Пусковые впрыски свежего пара включают для предупреждения превышения его температуры над температурой металла паровпуска ЦВД более 80…100°С. При получении перегретого пара открывают главную паровую задвижку и прогревают блок клапанов так, чтобы их температура не превышала температуру паровпускной части ЦВД более чем на 50°С. В это же время, готовясь к толчку турбины, начинают повышать расход топлива (до 21…22% номинального). После выравнивания температуры паропроводов и паровпускной части ЦВД производят толчок турбины открытием регулирующих клапанов при некотором закрытии клапана Др-3 и открытии ПСБУ.

Систему промперегрева прогревают также при частоте вращения ротора турбины n=15 1/с, пока температура паропроводов перед ЦСД не достигнет 100С. Окончив прогрев паропроводов промперегрева, открывают доступ пара в ЦСД, закрывают сбросной паропровод в конденсатор и, повышая частоту вращения до 50 1/с, синхронизируют и включают генератор. Далее операции выполняют как при пуске из холодного состояния.

Пуск из неостывшего состояния после останова небольшой длительности отличается от описанного более высокими расходами топлива и меньшей продолжительностью операций.

Пуск из горячего состояния производится после останова блока на 2…8 ч и характеризуется более быстрым его включением, исключением сброса воды из расширителя в циркуляционный водовод, уменьшением или отсутствием пропуска пара на предварительный прогрев паропроводов, так как они могут быть более горячими, чем подаваемый пар, повышением частоты вращения после толчка турбины сразу до n=50 1/с без выдержек на промежуточной частоте. Время пуска из горячего состояния до полной нагрузки составляет до 2,5 ч, что в 1,8--2,5 раза меньше времени пуска из неостывшего и холодного состояния.

Пуск из горячего резерва (после простоя менее 30 мин) непродолжителен и может выполняться по прямоточному режиму.

Существующая тенденция развития энергетики и энергопотребления предполагает частый вывод блоков в горячий резерв или на останов, поэтому пуски их из неостывшего и горячего состояния становятся наиболее распространенными.

3. Обслуживание работающего котла

Надежность и экономичность работы энергоблока и его оборудования связана с четкой организацией службы эксплуатации. В понятие организации технической эксплуатации входит широкий круг мероприятий:

постоянный контроль исправности работы оборудования, арматуры, контрольно-измерительных приборов, схем автоматики и уход за ними, обеспечение их работы в соответствии с нормативными.характеристиками;

обеспечение требуемых параметров рабочего тела, режима горения, соотношений расходов вода-пар-топливо-воздух, тяга-дутье и водного режима;

поддержание в эксплуатационной чистоте поверхностей нагрева и их очистка;

повышение производительности труда и квалификации персонала;

экономия топлива, теплоты, воды, вспомогательных материалов;

организация учета работы оборудования и планирование улучшения показателей работы блока и станции;

контроль соблюдения сроков и объемов планово-предупредительных и капитальных ремонтов.

Работа котла может проходить при постоянной (базовой) и переменной нагрузках. Изменение условий работы изменяет параметры теплоносителя и рабочего тела, о чем судят по показаниям контрольно-измерительных приборов и работе системы защит. При любых условиях требуется обеспечение в каждой ступени пароперегревателей и промпароперегревателей допустимой температуры. Уменьшение температуры снижает экономичность работы турбины (блока) и ведет к росту расходов пара, а повышение - опасность перегрева и пережога труб. В диапазоне 70…100%-ных нагрузок на выходе из котла должны быть номинальные давление и температура пара. Для котлов СКД возможно снижение параметров острого пара при промежуточных нагрузках, т. е. работа на скользящих параметрах, которая однако допустима лишь после проведения испытаний и получения соответствующих рекомендаций. Выработка пара зависит от потребностей турбины, которые определяются графиком тепловой и электрической нагрузок электоостанции и энергоблока. Если потребление пара турбиной больше его производства в котле, давление свежего пара снижается. Повысить давление пара можно соответствующим увеличением тепловыделения в топке вводом дополнительного количества топлива, воздействуя на привод питателей топлива. Одновременно увеличивают подачу воды в котел. Давление свежего пара является важнейшим показателем регулировки нагрузки котла и настройки схемы ее автоматического регулирования. Давление пара не должно превышать предельно допустимых значений, так как при этом возможен разрыв паропроводов и труб поверхностей нагрева. Для предупреждения чрезмерного повышения давления на выходе из котла устанавливают контрольные и рабочие импульсные предохранительные клапаны, соответственно срабатывающие при давлении на 3…5% выше номинального (при p6 МПа); на 5 и 8% (6 МПа<р14 МПа); на 8% (14 МПа<р<22,5 МПа); на 10% (р>22,5 МПа).

Температуру пара поддерживают на требуемом уровне (с отклонениями ±5°С) регуляторами перегрева и расходом воды в соответствии с тепловыделением в топке. В барабанных котлах соотношение между подачей воды и расходом пара контролируют по положению уровня воды в барабане, а в прямоточных котлах - по температуре пара за одной из поверхностей нагрева (например, за переходной зоной). Колебания уровня воды в барабане не должны выходить за пределы, регламентируемые заводами-изготовителями. Отсутствие колебаний является признаком засорения водомерных стекол, импульсных трубок или арматуры.

Чрезмерная подача воздуха снижает температуру газов в топке, понижает устойчивость горения, увеличивает потери с уходящими газами и затраты на привод дымососов и дутьевых вентиляторов. Поэтому при ведении топочного процесса необходимо: постоянно наблюдать за состоянием горелочных устройств, пылепроводов, обмуровки; осматривать топку, ширмы, фестон, пароперегреватель (для предупреждения шлакования); следить за устойчивостью воспламенения, достаточностью подачи воздуха, равномерностью поступления топлива и воздуха в горелки и распределения смеси по их сечению, качеством распыления жидкого топлива и появлением его протечек на топочные экраны, обмуровку и т. д. Чтобы обеспечить надежную работу поверхностей нагрева кроме визуального наблюдения контролируют температуру дымовых газов, рабочего тела, металла наиболее напряженных участков установки (в соответствии с «Инструкцией, по наблюдению и контролю за металлом трубопроводов и котлов»). При визуальном наблюдении и замере сопротивлений отдельных поверхностей нагрева определяют степень их загрязнения и забивания. Уменьшают последствия загрязнений своевременной обдувкой и очисткой поверхностей нагрева и топочных экранов. Периодичность обдувки определяется испытаниями и зависит от предельного сопротивления поверхностей нагрева

При эксплуатации энергоблока необходимо постоянно повышать его экономичность, снижать тепловые потери (q2, q3, q4) и затраты энергии на собственные нужды. Потери с химическим (q3) и.механическим (q4) недожогом определяются совершенством ведения топочного процесса, в первую очередь соотношением топливо - воздух, равномерностью их поступления, перемешивания и использования при горении. Потери с химическим недожогом косвенно оценивают по показаниям щитовых газоанализаторов (О2 или СО2). Потери с механическим недожогом при сжигании твердых топлив определяют по анализу проб уноса, обычно отбираемых не реже чем 1 раз в сутки, а для АШ и тощих углей - не реже 1 раза в смену. При повышенных потерях проверяют работу газоанализаторов, изменяют топочный режим, например увеличивая расход воздуха или перераспределяя его по горелкам, уплотняют топку. Снижение потерь с уходящими газами связано с интенсификацией топочных процессов, уменьшением загрязнения поверхностей нагрева и присосов в них. Присосы воздуха в конвективной шахте жестко регламентируются и не должны превышать 10 и 25% соответственно в современных котлах с трубчатыми и регенеративными воздухоподогревателями. Присосы контролируют внешним осмотром газового тракта и проведением анализов (не реже 1 раза в месяц).

Количество солей, выносимых из барабана котла в пароперегреватель, зависит от их содержания в питательной воде, солевом и чистом отсеках барабана, расхода продувочной воды и контролируется по показаниям приборов. О степени заноса в пароперегреватель солей можно косвенно судить по температуре металла обогреваемых труб. Для снижения солесодержания в паре улучшают работу химводоочистки, увеличивают расход воды непрерывной продувки, снижают уровень воды в барабане, включают периодическую продувку. Перед периодической продувкой следует убедиться, в исправности уровнемеров и линии продувки.

При значительном заносе пароперегревателя солями проводят промывки (водяные или химические), а если необходимо, - механическую чистку внутренних поверхностей труб. Водяные промывки барабанных котлов производятся конденсатом или обессоленной водой в соответствии с местными инструкциями. На мощных прямоточных котлах СКД водяные промывки тракта до встроенной задвижки производят деаэрированной питательной водой после каждого длительного останова и после длительной непрерывной работы (например, 1500 ч для моноблоков мощностью 300 МВт). При химической промывке используют растворы минеральных (соляная, фосфорная) и органических (лимонная, фталевая) кислот и комплексообразующие реагенты (трилон Б). Чтобы предупредить разъедающее действие растворов кислот, в них добавляют замедлители реакции - ингибиторы (уротропин, хромпик, каптакс) и проводят последующую нейтрализацию (например, щелочение с использованием аммиака).

В режимную карту входят:

давление и температура острого и промежуточного пара, питательной воды;

температура уходящих газов;

количество и сочетание работающих мельниц, горелочных устройств, дутьевых вентиляторов и дымососов;

состав продуктов сгорания (О2 или СО2);

показатели надежности и экономичности работы поверхностей или элементов котла;

расход воздуха на мельницы и их загрузка;

температура среды и металла некоторых наиболее опасных с точки зрения перегрева поверхностей нагрева;

другие показатели, например характеризующие шлакование, загрязнение.

Кроме того, в режимной карте отражены:

периодичность включения средств очистки поверхностей нагрева и особые условия работы оборудования котла (например, степень открытия регулирующих воздушных и газовых шиберов, открытие шиберов первичного и вторичного воздуха горелок);

периодичность удаления шлака;

условия работы линий рециркуляции газов и рабочей среды.

При сжигании мазута в режимные карты дополнительно вносят температуру предварительного подогрева, при которой обеспечивается его надежное транспортирование по-трубопроводам и распыление в форсунках.

По параметрам, входящим в режимную карту, настраивают защиты и системы автоматического регулирования. Паровые котлы вводимые после монтажа, подлежат первичной наладке, на основе которой составляются временные режимные указания, действующие до завершения режимно-наладочных испытаний и появления режимной карты.

Испытания котлов разнообразны. Среди них можно выделить пусконаладочные, режимно-наладочные и исследовательские. Па необходимости проведения различают регулярные, плановые и экстренные работы, а по сложности - работы I, II и III категорий, отличающиеся объемом и точностью проведения.

Пусконаладочные испытания, включающие комплексное опробование котла и проверку гарантийных расчетных показателей его надежности и экономичности работы, проводят после окончания монтажных работ. В объем испытаний головных блоков входят также поэлементная проверка оборудования, его испытания и приемка.

Режимно-наладочные испытания проводят для выявления оптимальных условий работы котла, его основного и вспомогательного оборудования и проверки надежности работы поверхностей нагрева при различных режимах.

Проводя эти испытания на определенных нагрузках, проверяют и фиксируют параметры при разных условиях топочного режима (воздушный режим горения, число и сочетание работающих горелок, мельниц, распределение первичного и вторичного воздуха) и работы системы пылеприготовления (степень сушки, тонина помола, вентиляция мельниц и др.), а также при сжигании различных видов топлива. Во время испытаний обращают внимание на надежность работы отдельных элементов котла (топки, горелочных устройств, поверхностей нагрева), явления, снижающие ее (шлакование, занос, высоко- и низкотемпературная коррозия, перегрев и пережог труб и т. д.), экономичность работы отдельных видов оборудования (удельные затраты электроэнергии, сопротивление тракта), маневренность, диапазон регулирования и другие специфические особенности (например, выход шлака в топках с жидким шлакоудалением).

Испытания проводят по заранее составленной программе, в которой отражают их цель, основные задачи, условия, объем, методику проведения и обработки результатов, потребность в рабочей силе, а также приводят перечень подготовительных мероприятий и указывают ответственных исполнителей. Программа утверждается руководством электростанции и доводится до сведения сменного вахтенного персонала, дежурного инженера и диспетчерской службы.

Перед испытаниями проверяют основные и вспомогательные щитовые приборы, устанавливают дополнительные приборы и специально изготовленные приспособления (газозаборные трубки штуцеры, зонды, линии отсоса газов и охлаждения приборов, пылезаборные трубки, топливоотборники и др.). С целью повышения качества проведения испытаний и исключения серьезных ошибок выделенный персонал проходит предварительную учебу. Все это входит в комплекс подготовительных мероприятий и отражается в программе. Испытания проводят работники цеха наладки совместно с эксплуатационным персоналом станции или специализированной наладочной организацией.