Глава третья ПРОВЕРКА СОСТОЯНИЯ КОТЛА ДО НАЛАДКИ
3.1. ОБСЛЕДОВАНИЕ КОТЛА
Однотипные котлы в одной котельной могут существенно различаться по комплектации вспомогательным оборудованием, по схеме газовоздуховодов, по конструктивному оформлению топочных камер и амбразур горелок, по комплектации измерительными приборами и т. п. Эти особенности могут быть причиной весьма существенных различий в тепловой мощности, экономичности и режимных параметрах котлов, и поэтому испытания и подготовительные работы к ним следует обязательно проводить отдельно для каждого котла. Эти работы, как правило, проводят после обследования котельной (см. § 2.1) или одновременно с обследованием. По имеющейся проектной документации и паспортам вспомогательного оборудования выявляют типоразмеры и характеристики самого котла и его вспомогательного оборудования. Необходимо ознакомиться с паспортом (шнуровой книгой) котла. По паспорту устанавливают точное наименование котла, год начала эксплуатации, вид топки. Необходимо уточнить фамилию ответственного за котельную лица, выявить установленные для данного котла ограничения (обычно по давлению) и их причины, ознакомиться с результатами проведенных проверок и предписаниями инспектора котлонадзора. По имеющимся паспортам определяют типоразмеры горелок, форсунок, экономайзеров, дымососа, вентилятора, мощность и частоту вращения электропривода, схему включения экономайзера и т. п. Следует проверить по паспортам также условия установки оборудования (подвод охлаждающей воды, наличие дополнительных опор и т. п.) и соблюдение паспортных требований к эксплуатации. При отсутствии паспортов или при сомнении в правильности указанных в них данных необходимо уточнить типоразмеры оборудования путем измерения характерных элементов — числа и количества труб, размеров патрубков и т. п.— и сопоставления со справочными данными. Результаты заносят в таблицу типа табл. 3.1. Таблица должна содержать данные по котлу, горелочным устройствам, индивидуальному экономайзеру, тягодутьевым машинам и их электродвигателям, обдувочным устройствам и другому обо-
Таблица 3.1. Оборудование котла
рудованию данного котла, например индивидуальной дымовой трубе, надстроенному бойлеру, циркуляционному насосу котла с принудительной циркуляцией и т. п. Данные по общекотельному оборудованию, в том числе по групповым экономайзерам, приводят в таблице, аналогичной табл. 2.5 при обследовании котельной. При наличии каких-либо дефектов и особенностей, могущих повлиять на паспортные характеристики, их следует отмечать в графе «Состояние оборудования». По экономайзерам следует указать уменьшение их поверхности нагрева за счет демонтажа части труб, наличие обводных газоходов, состояние шиберов. По эксплуатационной технической документации (суточные ведомости, вахтенные журналы) уточняют условия загрузки котла, его работу на основном и резервном топливе, максимальные и минимальные нагрузки, режимные параметры. Эти данные должны использоваться при выборе режимов для балансовых испытаний котла в эксплуатационных условиях, поэтому следует тщательно выбирать предельные нагрузки и характерные режимы. Показатели характерных режимов заносят в таблицу типа табл. 3.2. Для каждой записи указывают дату, время, нагрузку, вид топлива. В качестве характерных показателей следует указывать число работающих горелок, давление топлива и воздуха у горелок, разрежение в топке, диаметр выходных сопл форсунок и т. п. Важно, чтобы выбранные режимы правильно отражали действительные условия эксплуатации данного котла, в том числе и явные нарушения и неисправности (работу с отключенными экономайзерами, открытыми воздушными шиберами на неработающих горелках и т. п.), особенно если котел работал с такими нарушениями длительное время. В таблицу следует внести также режим очистки поверхностей нагрева при работе на мазуте (обдувка, дробеочистка, обмывка) и их действительную периодичность. Эффективность очистки обычно может быть зафиксирована по температуре уходящих газов, сопротивлению газового тракта, а также по температуре подогрева воды в экономайзере.
Таблица 3.2. Условия эксплуатации котла
Для водогрейных котлов необходимо также фиксировать гидравлическое сопротивление котла, определяющее внутреннее загрязнение трубок конвективной части. При сопротивлений, превышающем расчетное в 1,5 – 2 раза (при расчетном расходе воды), необходимо решать вопрос о химической промывке котла. В связи с этим необходимо проверять наличие и размер сетки в грязевике на входе в котельную. Проверка котла перед испытаниями и наладкой должна включать проверку наличия и состояния эксплуатационных приборов и автоматики. Результаты проверки заносятся в таблицу типа табл. 3.3. Полный перечень всех необходимых средств измерений и автоматизации для котлов приведен в [5], их безусловный минимум, определяемый требованиями безопасности,— в [1, 2]. Системы защиты всех котлов должны предусматривать устройства, автоматически прекращающие подачу топлива к горелкам при повышении или понижении давления газа перед горелками, понижении давления мазута (кроме котлов с ротационными форсунками), уменьшении разрежения в топке, понижении давления воздуха перед горелками, погасании факелов горелок. Для паровых котлов необходимо также отключение подачи топлива при повышении или понижении уровня воды в барабане, а для водогрейных котлов — при повышении температуры воды, повышении или понижении давления воды на выходе из котла, при уменьшении расхода воды через котел. Пределы отклонения параметров от номинальных значений, при которых должна срабатывать защита (уставки), должны быть определены по данным завода-изготовителя котла или по проекту. В дальнейшем они должны корректироваться по результатам испытаний. Для всех котлов должно быть предусмотрено автоматическое регулирование процессов горения, т. е. разрежения в топке, давления воздуха и топлива перед горелками, а для паровых котлов — автоматическое регулирование питания котлов водой. Все котлы должны быть оборудованы стационарными приборами для измерения температуры и давления пара, температуры питательной воды за экономайзером, температуры уходящих газов, давления пара у мазутных форсунок, давления питательной воды на входе в экономайзер после регулирующего органа, давления воздуха после вентилятора и перед горелками за регулирующими органами, давления газа и мазута перед горелками за регулирующими органами, разрежения в топке и перед дымососом, уровня воды в барабане. Для паровых котлов паропроизводительностью до 30 т/ч измерение расхода пара нормами [5] предусматривается только в общем паропроводе (самопишущий прибор). Для котлов паропроизводитель-
Таблица 3.3. Средства измерений и автоматизации
ностью более 30 т/ч предусматриваются дополнительно показывающие и регистрирующие приборы для измерения расходов пара от котла, жидкого топлива и газа, питательной воды. Для водогрейных котлов должны устанавливаться также приборы для измерения температуры и давления воды на входе и выходе, расхода воды через котел (показывающие и регистрирующие). Измерение расходов жидкого топлива и газа должно предусматриваться для водогрейных котлов производительностью 30 Гкал/ч и более. Стационарные приборы для измерения содержания кислорода в уходящих газах должны устанавливаться на водогрейных котлах производительностью более 20 Гкал/ч и паровых производительностью более 30 т/ч. Для остальных котлов содержание кислорода в уходящих газах должно измеряться переносным газоанализатором. В последнее время по требованию инспекции Госгазнадзора котельные должны оснащаться приборами для измерения расходов пара и газа на каждый котел. Таблица 3.3 должна включать полный перечень необходимых для данного котла средств измерений и автоматизации, в том числе отсутствующих. При сомнении в показаниях приборов целесообразно проверить их с помощью переносных. Следует также иметь в виду, что в действующих котельных расходомеры пара и воды могут не соответствовать последним нормативным требованиям [3], обычно по длине прямых участков до и после диафрагм. Заполненная таблица типа табл. 3.3 характеризует объем измерений параметров автоматизации и защиты данного котла и позволяет оценить уровень их эксплуатации и возможность использования при испытаниях.
3.2. РЕВИЗИЯ КОТЛА
В процессе подготовительных работ необходимо выполнить ревизию котла с наружным и внутренним осмотром барабанов, коллекторов, топки и газоходов. По результатам ревизии каждого котла составляется акт, в котором должны быть подробно отражены рассматриваемые ниже вопросы. При невозможности внутреннего осмотра котла в период подготовительных работ следует выполнить эту работу в другое время по согласованию с администрацией предприятия. Горелки. Для типовых горелочных устройств необходимо уточнить направление крутки первичного и вторичного воздуха (должно быть одинаково), проверить диаметры и состояние газовыходных отверстий, которые могут замазываться мазутом и закоксовываться. Направление вращения воздуха в двух соседних горелках ГМГ и ГМГм должно быть по часовой стрелке в правой и против часовой стрелки в левой, если смотреть на фронт котла. В некоторых конструкциях горелок, например типа ГА, может выгорать бетонная набивка изнутри топки. По непосредственным измерениям внутри топки следует начертить компоновку горелок с указанием действительных размеров амбразур, расстояния от оси горелок до пода и боковых стен топки. Следует также измерить и начертить действительный профиль амбразур горелок, который влияет на устойчивость факела и сопротивление горелок по воздуху. Необходимый профиль амбразур для горелок типа ГМГм приведен на рис. 3.1. На рис. 3.1, а приведена оптимальная форма амбразуры горелок. Допускается установка двух горелок под одним сводом (рис. 3.1, б). Для котлов типа ПТВМ необходимо проверить цилиндричность амбразур, для котлов типа ДЕ— точность изготовления амбразур и фурм. Для нетиповых дутьевых горелок, изготовленных на неспециализированных заводах, следует проверить число, диаметры, расположение газовыходных отверстий, состояние и соответствие проекту амбразур, лопаточных регистров, улиток и т. п. У инжекционных горелок проверяются состояние стабилизатора и возможность перемещения и фиксации воздушной шайбы, у подовых и вертикально-щелевых — диаметры, количество и расположение газовыходных отверстий, соосность коллектора и щели, формы щелей и перекрытий, крепление коллекторов, наличие воздухораспределительных решеток, если они необходимы. Для всех нетиповых горелок выполняют (обязательно с натуры) эскизы с указанием основных размеров. Для газомазутных горелок проверяют соосность мазутных форсунок и амбразур, глубины установки мазутных форсунок в амбразурах, диаметры выходных сопл. Эти данные также следует указать на эскизах горелок. На эскизах горелок следует указать также выгоревшие и закоксованные участки амбразуры и другие недостатки.
Рис. 3.1. Профиль амбразур горелок
типа ГМГ и ГМГм Ревизия обмуровки котла. Футеровка топки должна соответствовать проекту. Необходимо проверить закрытие труб экранов, наличие и плотность кирпичных и чугунных перегородок. Для котлов типа ДЕ проверяют сварку труб газоплотной перегородки, отделяющей конвективный пучок от топочной камеры, и уплотнение этой перегородки в месте примыкания к барабанам. Футеровка топки не должна допускать обогрева фронтовых опускных труб котлов ДКВр и задних опускных труб котлов типа ДЕ. Следует обращать внимание на наличие температурных швов в кладке, отсутствие неплотностей в местах примыкания горелок, заделку стыков между блоками. Для котлов типа ДКВр следует проверить наличие и состояние торкрета верхнего барабана изнутри топки, состояние легкоплавких пробок, плотность верхней натрубной обмуровки, особенно в задней части котла, где разрежение больше и в результате более вероятны присосы воздуха. Для котлов типа ДКВр-20 необходимо обращать внимание на уплотнение стыка обмуровки монтажных блоков. Чугунные корпуса гарнитуры всех котлов должны плотно заделываться в обмуровку. Лазы и люки топки должны быть заложены кирпичом без раствора. Люки должны легко открываться и плотно закрываться. Трещины и разломы в обмуровке также могут быть источниками присосов воздуха. Для котлов с металлической обшивкой повышение температуры обшивки указывает на разрушение обмуровки под обшивкой. Источником присосов могут быть также неисправные взрывные клапаны в топке и газоходах. Газовоздуховоды. Их проверяют прежде всего на соответствие технологическим схемам. Следует проверить наличие и состояние перегородок в газоходах котлов и работу шиберов — полноту открытия, плотность закрытия. Для старых котлов с обводными газоходами помимо экономайзеров следует обратить особое внимание на плотность шиберов в этих газоходах, поскольку переток газов через них часто является одной из причин низкой экономичности действующих котельных. На всех шиберах должны быть надежные фиксаторы положения и указатели «закрыто — открыто». Все шиберы следует по возможности осмотреть изнутри газоходов. При внутреннем осмотре газовоздуховодов следует убедиться в отсутствии в них завалов, мусора, воды, а также уточнить их действительные внутренние размеры. Неплотности напорных воздуховодов, проходящих под полом, могут иногда быть зафиксированы по пузырькам воздуха на мокром полу. При проверке плотности газовоздуховодов проверяют уплотнения мест примыкания металлических газовоздуховодов к бетонным или кирпичным каналам (боровам), уплотнение лазов, взрывных клапанов, установку измерительных приборов. Особо следует обращать внимание на целость асбестовых и металлических листов во взрывных клапанах. Для всех металлических газоходов должна быть обеспечена возможность температурных расширений, для чего предусматривается установка линзовых компенсаторов и подвижные соединения в местах примыкания к бетонным или кирпичным боровам. Плотность газовоздуховодов на неработающем котле можно проверить, поставив их под давление с помощью дутьевого вентилятора. При этом в неплотности будет выбиваться воздух. Для дополнительного контроля во всасывающий карман вентилятора можно бросить ведро мелко размолотого мела. В этом случае неплотности будут отмечены следами мела. Ревизия поверхностей нагрева. При осмотре поверхностей нагрева из топки и газоходов выявляются наружные отложения, следы коррозии и пережога. Отложения на трубах при сжигании газа обычно незначительны и образуются, главным образом, из пыли, вносимой дутьевым воздухом. При сжигании мазута на трубах вблизи амбразур горелок могут образовываться коксовые наросты. Это может быть вызвано неудовлетворительной формой амбразур и неправильной работой мазутной форсунки. При неудовлетворительной работе форсунок следы мазута на трубах могут сохраняться и при работе котла, поскольку температура поверхности труб даже в топке невысока, особенно для водогрейных котлов с низкой температурой воды на входе. При засорении или закоксовывании мазутных форсунок часто образуются стабильные струи мазута, бьющие в сторону. При попадании таких струй на трубы возникают чрезмерные тепловые потоки, которые даже при минимальных внутренних отложениях могут привести к пережогу труб. Значительные внутренние отложения в трубах топочных экранов приводят к перегреву металла труб и образованию на обращенной в топку поверхности характерных отдулин, в которых постепенно возникают свищи. При длительной работе котлов на мазуте, особенно водогрейных с низкой температурой воды на входе, на топочных экранах можно заметить потеки кислотной росы, которые могут постепенно привести к повреждению труб. При работе паровых котлов с очень низким давлением в барабане (0,1–0,3 МПа) такие потеки могут быть обнаружены и на экранных трубах. На конвективных поверхностях нагрева при работе на газе отложения обычно минимальны, однако при неудовлетворительном топочном режиме возможны отложения черной сажи. При работе на мазуте на конвективных поверхностях нагрева образуется сернокислотная роса, к которой прилипают частицы золы, в результате чего образуются плотные, постоянно растущие отложения. Известны случаи полного забивания чугунных экономайзеров такими отложениями. Для конвективных поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов необходимо выявить толщину и природу отложений (сажи, золы) и степень коррозионного износа труб. Для этого целесообразно выполнить выборочные измерения диаметров труб конвективных пакетов и сравнить с новыми. Значительную опасность может представлять наружная стояночная коррозия. После останова котла, работавшего на мазуте, осевшая на поверхностях нагрева кислотная роса продолжает разъедать поверхности нагрева, и при ревизии котла следует определить условия его работы и консервации. При наличии воздухоподогревателя в процессе ревизии котла следует определить его аэродинамическую плотность. В воздухоподогревателе воздух обычно проходит между трубами под избыточным давлением после вентилятора, а дымовые газы — по трубам под разрежением, создаваемым дымососом. По этой причине все неплотности, причинами которых могут быть дефекты монтажа, коррозионные и эрозионные повреждения, ведут к перетоку воздуха в дымовые газы. Это приводит к перерасходу топлива котлом и перерасходу электроэнергии на тягу и дутье, а в ряде случаев — и к ограничению производительности котла. Для проверки плотности воздухоподогревателя на холодном котле следует включить дутьевой вентилятор при закрытых отключающих шиберах у горелок и поставить, таким образом, воздухоподогреватель под избыточное давление. Неплотные трубы при этом легко определить по выходящему из них воздуху. Дополнительно следует проверить соответствие проекту и плотность соединений по периметру верхней и нижней трубных досок. Ревизия дымососов и вентиляторов. При работе дымососов и вентиляторов следует проверить вибрацию и нагрев подшипников ходовой части и электродвигателей, наличие масла и охлаждение подшипников — для машин, где это требуется по паспорту. При осмотре холодных машин следует обратить внимание на направление вращения колес, уточнить типоразмеры машин. В практике бывали случаи, когда в кожухе дымососа правого вращения было смонтировано рабочее колесо дымососа левого вращения. Для таких проверок следует иметь в виду, что машины серии Д и ВД имеют лопатки, загнутые вперед, а машины серии ДН и ВДН — загнутые назад. Необходимо также проверять соответствие электродвигателей проекту или табл. 1.5 по мощности и частоте вращения. Необходимо также обращать внимание на полноту открытия и закрытия направляющего аппарата, все лопатки в закрытом положении должны находиться в одной плоскости, а при открытии — поворачиваться на полный угол. Направление крутки в направляющем аппарате должно соответствовать направлению крутки ротора. Типоразмер машины соответствует диаметру ротора в дециметрах, т. е. вентилятор, например, ВДН-10 имеет диаметр ротора 1000 мм. Диаметр всасывающего патрубка для машин серии Д и ВД составляет 0,7 диаметра ротора, а для машин серии ДН и ВДН — 0,55. В тягодутьевых машинах следует проверять угол разворота улиток и обращать особое внимание на компоновку тягодутьевых машин и газовоздуховодов. На выходе из вентилятора (или дымососа) должен быть выполнен диффузор (рис. 3.2, а). При компоновке по типу рис. 3.2, б при недостаточной длине диффузора возможны значительные потери давления; компоновка по схеме рис. 3.2, в может явиться причиной существенного ограничения производительности котла из-за недостатка воздуха или тяги. При поставке машины вращения, отличающегося от проектного, иногда возникают неудачные компоновки типа рис. 3.2, г. Но и в этом случае можно обеспечить достаточно рациональную схему включения — рис. 3.2, д. Важным фактором, определяющим подачу и давление вентилятора и дымососа, является размер зазора между всасывающим отверстием корпуса и рабочим колесом. Через этот зазор воздух повышенного давления перетекает снова на вход рабочего колеса, что ведет к снижению подачи и давления. Для машин серий ДН и ВДН радиальный зазор между входным отверстием рабочего колеса и кольцом входного конуса должен находиться в следующих пределах:
Рис. 3.2. Компоновка тягодутьевых машин
Регулировка зазора производится путем соответствующего смещения электродвигателя при отсоединенном направляющем аппарате. Для тягодутьевых машин старых типов (серий ВД и Д) осевой зазор между входным отверстием корпуса и рабочим колесом не должен превышать 5–6 мм для машин № 12 и ниже, а для машин № 13,5 и выше — 8–10 мм. При невозможности осевого смещения рабочего колеса для уменьшения зазора иногда приваривали к корпусу дополнительную обечайку из отдельных элементов, которые подгоняли и приваривали по месту. Внутренний осмотр поверхностей нагрева. Это мероприятие имеет целью проверку наличия и соответствия проекту внутрибарабанных устройств, определение степени внутренних загрязнений и коррозии поверхностей нагрева. Внутрибарабанные устройства предназначены для сепарации пара, в некоторых котлах (ГМ-50, ДЕ-16, ДЕ-25 и др.) в барабанах выделены солевые отсеки. При большом уносе котловой воды с паром, что можно определить по наличию солевых наростов на сальниках арматуры паропроводов и по высокой щелочности конденсата, следует проверить качество монтажа и соответствие проекту внутрибарабанных устройств, в частности убедиться в отсутствии щелей и неплотностей в их элементах. Все болтовые соединения должны иметь приспособления для предохранения от самопроизвольного откручивания под действием струй пара и воды. При внутреннем осмотре необходимо проверять наличие накипи и шлама в барабанах, коллекторах и трубах котла. Значительная накипь свидетельствует обычно о неудовлетворительной работе химводоочистки. Большое количество шлама связано скорее всего с неудовлетворительным режимом продувки нижних точек — продувают их либо недостаточно часто, либо недостаточно интенсивно. Иногда из-за шлама или неудовлетворительного состояния продувочных клапанов они не закрываются, и котел продувается постоянно, но это отнюдь не гарантирует от отложений шлама. Для контроля такой «самопродувки» следует потрогать трубопроводы продувки нижних точек на работающем котле; при плотном закрытии клапанов они должны быть холодными. Коррозия металла барабанов, коллекторов и труб может иметь самый разнообразный характер и причины, но наиболее распространенной является кислородная коррозия. При наличии в питательной воде кислорода поражаются, как правило, стальные экономайзеры (чаще входные участки), барабаны и опускные трубы. На внутренней стороне этих элементов образуются поражения в виде язвин, точек и пятен, обычно закрытых слоем продуктов коррозии. Наличие в воде углекислоты усиливает кислородную коррозию. Для защиты поверхностей нагрева от кислородной коррозии при недостаточно эффективной деаэрации целесообразно поддерживать повышенную щелочность котловой воды — до 30 – 35 мг-экв/кг, если это не вызывает колебаний уровня в барабане и заметного уноса котловой воды с паром. Подшламовая коррозия вызывается шламом, содержащим оксиды железа и меди. Этот шлам под действием высоких тепловых напряжений прикипает к внутренней поверхности экранных и конвективных труб. Под бугорками этого прилипшего шлама может идти коррозия металла. В акте ревизии следует отразить наличие и толщину накипи, количество шлама, размеры и глубину коррозионных повреждений.
3.3. ИСПЫТАНИЯ КОТЛА В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛВИЯХ
Задачей предварительных испытаний является определение действительной экономичности котла в эксплуатационных условиях— до наладки. Эти испытания должны быть выполнены по возможности как полные балансовые испытания котла. Объем дополнительных измерений определяется по условиям учета всех выявленных недостатков оборудования и эксплуатации, а также исходя из наличия и состояния эксплуатационных приборов. При организации дополнительных измерений следует максимально использовать заготовленные заранее трубки, гильзы и т. п. Необходимость дублирования основных эксплуатационный измерений (расхода, температуры) переносными приборами, а также необходимость измерения расхода воздуха определяется руководителем испытаний исходя из поставленных задач и производственных возможностей. По всем дополнительным измерениям разрабатываются эскизы, производится надзор за изготовлением и установкой измерительных устройств. В объем предварительных работ входит опробование и проверка регулирующих органов газовоздушного тракта (шиберов и направляющих аппаратов) и выявление ограничений по нагрузке, связанных с недостатком тяги и дутья. При таких опробованиях следует вести записи положений регулирующих и переключающих органов и измерения расхода пара или топлива, давлений и разрежений по газовому тракту. Опробованием всех шиберов определяют их работоспособность (изменение давления или разрежения), соответствие указателей «закрыто — открыто» действительному положению шибера, возможность надежной фиксации положения. При изменении нагрузок данного котла следует перераспределять нагрузку между всеми работающими котлами, а при работе одного котла приходится создавать искусственные нагрузки (сбрасывать пар в атмосферу, идти на снижение или повышение температуры в системе отопления предприятия). Такое опробование является весьма ответственной операцией и выполняется под непосредственным руководством бригадира наладчиков в присутствии ответственного лица от предприятия. В процессе опробования следует проверять и при необходимости подбирать опытным путем место установки штуцера для отбора давления воздуха перед горелками, поскольку возможно влияние на показания прибора аэродинамики потока воздуха в горелках, особенно при регулировании расхода воздуха шиберами у горелок. Для горелок типов ГМГ и ГМГм штуцера для отбора давления вторичного воздуха должны быть установлены на расстоянии 80—100 мм от фронтовой плиты. Следует отметить, что опробование газовоздушного тракта можно частично провести на холодном котле. До балансовых испытаний следует определить присосы по газовому тракту. Для этого нагрузка котла устанавливается близкой к максимальной эксплуатационной в соответствии с табл. 3.2. Режим работы устанавливается по возможности без химической неполноты сгорания, не обязательно в соответствии с табл. 3.2. При установившемся топочном режиме производится анализ газов за котлом и после топки, а также между пакетами конвективных поверхностей нагрева. При нестабильном топочном режиме анализ газов за топкой и котлом производят одновременно. Тарировку сечений, отбор и анализ проб газов и обработку результатов производят в соответствии с описанными методиками (гл. 4 и 5). Результаты измерений присосов заносятся в табл. 3.4. Присосы зависят от нагрузки котла и разрежения по газовому тракту. При постоянном разрежении в топке обычно принимают, что присосы обратно пропорциональны нагрузке. Если при нагрузке Q1 присосы составляли Da1, то при нагрузке Q2 присосы Da2 определятся из соотношения Da2 = Da1 Q1 / Q2. Для определения присосов в топку требуется сведение полного теплового и воздушного баланса, что требует измерения расхода дутьевого воздуха. При проверках в эксплуатационных условиях можно пользоваться упрощенными способами. Первый режим работы котла должен быть зафиксирован при нагрузке примерно 80% максимальной эксплуатационной и при нормальном принятом в эксплуатации разрежении вверху топки. Последующие режимы следует провести при разрежениях вверху топки 0; -30; -60; -90 Па (0, -3, -6, -9 кгс/м2). Длительность выдерживания каждого режима определяется продолжительностью двух-трех записей показаний приборов. Нагрузка и количество организованно подаваемого в топку воздуха не должны изменяться. С некоторым приближением контроль расхода можно вести по сопротивлению горелок, т. е. по разности между давлением воздуха перед горелками и разрежением в нижней части топки. Для получения точных данных необходимо измерять разрежение в топке на уровне горелок. Расход воздуха можно также контролировать по мультипликатору (микровентури), установленному в воздуховоде. При наличии воздухоподогревателя расход воздуха проще всего контролировать по перепаду давлений на нем. Результаты измерений избытка воздуха на выходе из топки или за котлом откладывают на график типа приведенного на рис. 3.3. Полученная кривая экстраполируется в область работы топки под давлением до значения, при котором в нижней части топки устанавливается разрежение, равное нулю. Для ориентировочных оценок можно принимать, что 1 м высоты топки при нагрузке, близкой к номинальной, создает самотягу примерно 10 Па (1 кгс/м2). Пример определения присосов приведен на рис. 3.3. Более точно присосы в топку по такой экстраполяции определяют по перепаду разрежения в контрольном газоходе [72]. Для относительно низких котлов, например типов ДКВр, ДЕ, КВ-ГМ горизонтальной компоновки, присосы в топке можно определить непосредственно. Для этого выполняют анализ газов за котлом (в ка-
Таблица 3.4. Определение присосов по газовому тракту
Нагрузки и режимы в балансовых опытах до наладки должны соответствовать эксплуатационным условиям (см. табл. 3.2). Часто практикуемый наладчиками выбор режимов «фотографий» по усмотрению эксплуатационного персонала не отражает в полной мере действительной экономичности.
В случаях, когда эксплуатация котла ведется с химической неполнотой сгорания, ее значение должно быть по возможности точно зафиксировано. При невозможности полного анализа проб продуктов сгорания на месте целесообразно отобрать и законсервировать пробы для последующего полного анализа. В крайнем случае можно определить количество оксида углерода по индикаторным трубкам. По результатам работ первого этапа по данному котлу составляется типовое заключение с указанием фактической производительности и экономичности котла, а также с указанием коэффициента избытка воздуха, присосов, температуры продуктов сгорания, тепловых потерь по газовому тракту. Все действительные показатели должны быть сопоставлены с расчетными. Необходимо проанализировать причины расхождений с учетом выявленных при опробовании и ревизии недостатков — загрязнение поверхностей нагрева, избыточные присосы, неплотности шиберов, коксование амбразур, неудовлетворительная компоновка тягодутьевых машин и т. п. Особенно важно отметить недостатки, снижающие надежность работы котла (отдулины и свищи на трубах, значительные пропуски арматуры нижних точек, работа с образованием сажи, низкое давление воды на выходе из водогрейных котлов при высокой температуре воды и др.). На основании анализа выявленных недостатков разрабатываются предложения по повышению надежности, экономичности и производительности. Окончательное заключение о работе котла в эксплуатационных условиях и предложения рассматриваются на техническом совещании с ответственными представителями предприятия, где принимается решение о выполнении предложенных мероприятий или составляется план-график совместных работ. Предложения следует разрабатывать с учетом реальных условий, сложившихся в данной котельной. Например, предлагать замену горелочных устройств на большие для достижения расчетной производительности в котельной, где нагрузки покрываются одним котлом с установленными горелками и роста нагрузок не ожидается, явно нецелесообразно. Вообще вопросы о мероприятиях, направленных на повышение производительности котлов или на повышение их экономичности при малых нагрузках, должны решаться с учетом предложений по оптимальному распределению нагрузок между котлами — см. гл. 9. Для старых котлов со значительной коррозией барабанов, с неудовлетворительным состоянием обмуровки, значительным количеством отглушенных труб, с общими газоходами, групповыми экономайзерами и т. п. вместо трудоемкого ремонта целесообразно ставить вопрос об их замене на современные экономичные водогрейные или паровые котлы. Это тем более целесообразно, что средства автоматизации и контроля этих котлов, как правило, не удовлетворяют современным требованиям. Общий нормативный срок службы котлов [10] составляет 20 лет. Во всех таких случаях следует учитывать возможности предприятия по полной и частичной реконструкции котельной своими силами и с привлечением специализированных монтажных организаций, реальные сроки выполнения работ, текущие и перспективные нагрузки. Иногда при наличии в котельной более современных котлов устаревшие неэкономичные агрегаты можно вывести в резерв и включать в работу на очень короткое время.
3.4. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОТЛОВ
Мероприятия по повышению эффективности должны включать в первую очередь устранение выявленных при осмотре и ревизии недостатков, снижающих надежность, производительность и экономичность котлов. К первоочередным мероприятиям следует относить устранение нарушений требований безопасности [1, 2], а также устранение других недостатков, связанных с надежностью котлов. Например, неудовлетворительная работа горелок на мазуте может создавать повышенные локальные тепловые нагрузки экранов, а наличие накипи в трубах в этих случаях может привести к пережогу труб. Мероприятия по повышению производительности, как указывалось в § 3.3, разрабатываются при необходимости работы котлов с повышенной нагрузкой и могут включать замену горелок и форсунок, замену тягодутьевых машин, реконструкцию поверхностей нагрева, обмуровки, газовоздуховодов. Крупная реконструкция котлов с изменением поверхностей нагрева должна выполняться по проектам. Замену тягодутьевых машин следует рекомендовать на основании расчетов, выполненных по [19]. Наладочные организации обычно рекомендуют некоторые относительно простые мероприятия, повышающие эффективность котлов. Некоторые из них будут рассмотрены ниже. Отметим, что необходимо оценивать их реальную эффективность для данного конкретного котла. Указываемые в литературе значения эффективности отдельных мероприятий определяются расчетным путем для средних условий, которые могут и не соответствовать данному конкретному случаю. Оптимизация аэродинамики газовоздуховодов обычно рекомендуется при недостатке тяги или дутья. Целесообразно в таких случаях выполнять в соответствии с [19] расчеты, позволяющие оценить эффективность рекомендуемых мероприятий, например, по сглаживанию кромок поворотов. Следует иметь в виду, что скругление одной внешней кромки при острой внутренней приводит не к снижению, а увеличению сопротивления поворота. Не следует при этом забывать также о необходимости уплотнения газового тракта. Сопротивление Dр поворота, Па, определяется по формуле
где z - коэффициент сопротивления; w — скорость газов или воздуха, м/с; r — плотность газов или воздуха, кг/м3. Для поворотов с закругленными и срезанными кромками z = 0,2¸0,8 без закругления кромок z = 1,4. Вместо скругления внутренней кромки ее можно в крайнем случае симметрично срезать.
Рис. 3.4. Вписанный поворот Рис. 3.5. Установка направляющих лопаток
Сопротивление такого поворота будет меньше, чем поворота с острыми кромками, но больше, чем со скругленной внутренней кромкой. Если скругление или срезка кромки невозможны, то целесообразно применение вписанных поворотов. Оптимальные размеры его приведены на рис. 3.4 в зависимости от размера канала в плоскости поворота. При таких размерах коэффициент сопротивления вписанного поворота равен 0,34. Для уменьшения сопротивления колен с острыми или незначительно скругленными кромками в воздуховодах и газоходах при сжигании газа могут устанавливаться направляющие лопатки (рис. 3.5). Лопатки выполняются из листовой стали в виде части цилиндра с центральным углом 95°. При выравненном перед поворотом потоке рекомендуется расстановка лопаток с переменным шагом, изменяющимся по арифметической прогрессии, причем отношение первого от наружной кромки шага к первому от внутренней равно двум. Лопатки должны ставиться по линии, соединяющей середины внутренней и наружной кромок — под 45°. Оптимальное количество лопаток определяется из равенства nопт = 1,4 b/rвн, где b — размер канала в плоскости поворота. Расстояние от внутренней кромки до первой лопатки S1 = 0,94 b/(п+1). Последующие лопатки устанавливаются с шагами S2, S3, ..., Sn, которые образуют арифметическую прогрессию, разность которой равна ST/n, т.е. S2 – S1 = S3 – S2 = ... = Sn – Sn-1 = ST/n. Скругления обеих кромок выполняются с равными радиусами. Минимальное число лопаток, которое может заметно уменьшить сопротивление поворота, определяется из равенства nmin = 0,9b/rвн. В этом случае отношение первого от наружной кромки шага к первому от внутренней равно трем. Соответственно S1 = 0,7b / (n+1) и S2 – Sl = ... = 2Sl /n. При значительной неравномерности потока перед поворотом расстановка лопаток должна определяться экспериментально.
Другим важным фактором снижения сопротивления газовоздушного тракта может явиться оптимизация примыкания к газовоздушному тракту тягодутьевых машин как со стороны напора (рис. 3.1), так и со стороны всасывания. Всасывающие карманы (коробки) применяются в зависимости от доступного расстояния трех типов, показанных на рис. 3.6. Коэффициенты сопротивления для карманов по рис. 3.6, а и б z = 0,2, а для карманов по рис. 3.6, в z = 0,1. Коэффициент отнесен к скорости входа в направляющий аппарат. Повышение плотности обмуровки топки и газоходов. Задачей этих работ является обычно снижение присосов. Следует иметь в виду, что в действующих котельных в соответствии с системой планово-предупредительного ремонта должны быть установлены сроки проведения различных видов ремонта, в том числе ремонта обмуровки. Предложения по уплотнению обмуровки и газоходов котла следует разрабатывать с учетом устранения выявленных при ревизии котла недостатков — трещин в обмуровке, неплотностей гарнитуры, плохо заделанных монтажных разъемов между блоками, общего плохого состояния обмуровки, недостаточно уплотненных швов между квадратными фланцами труб экономайзера и т. п. Следует также учитывать плановые сроки капитального и текущих ремонтов. При особенно плохом состоянии котла следует ставить вопрос о внеплановом ремонте, в том числе обмуровки. При общем удовлетворительном состоянии обмуровки следует устранить отдельные неплотности. Места присосов — трещины, уплотнения гарнитуры, места прохода труб — тщательно очищают и конопатят асбестом, после чего покрывают уплотнительной обмазкой. Обмазка [82] представляет собой хорошо перемешанную смесь, состоящую из 40% речного высушенного песка, 20% сухого молотого асбеста, 20% тонкомолотого кварцевого песка, 15% каменноугольного пека, 5% кремнефторида натрия. В качестве растворителя применяется жидкое стекло в соотношении 35 см3 на 100 г сухой смеси. Обмазка наносится на поверхность слоем толщиной 8 —10 мм вручную и выравнивается мастерком. Работа с обмазкой выполняется в резиновых перчатках во избежание раздражения кожи рук. Заготавливается обмазка малыми порциями, так как она быстро сохнет и в засыхающем состоянии плохо наносится на поверхность обмуровки. На энергетических котлах [86] с успехом было применено уплотнение полимерным покрытием из эпоксидной шпатлевки ЭП-00-10, отвердителя ПЭПА и растворителя Р-60 в соотношении 100:10:35 мас. частей. Перед нанесением покрытия поверхность обмуровки очищалась, все зазоры и трещины заделывались асбоцементным раствором, обмуровка котла просушивалась в течение 24 ч в естественных условиях. Затем поверхность загрунтовывалась в один слой приготовленной смесью и выдерживалась в течение 4 ч. На загрунтованную поверхность наносился второй слой смеси, на него наклеивались предварительно раскроенные куски стеклоткани и тщательно разглаживались валиками до плотного прилегания. Приклеенная стеклоткань дополнительно пропитывалась этой же эпоксидной смесью. Для придания газоплотному покрытию еще большей надежности и хорошего внешнего вида оно покрывалось с помощью краскораспылителя эмалью ХСЭ-6 и лаком ХСЛ. Натурные и лабораторные испытания таких полимерных покрытий показали, что они обеспечивают полную газоплотность топок котлов. Для устранения трещин в потолочном перекрытии котлов типа ДКВр по способу [25] наращивают кладку боковых стен котла на пять рядов кирпича в высоту. Температурный шов при этом поднимается на 350 мм, натрубная обмуровка не висит и трещин в ней не образуется. Утилизация теплоты уходящих газов. Устанавливаемые по типовым проектам в газомазутных котельных экономайзеры (см. гл. 1) обеспечивают значительную дополнительную утилизацию теплоты уходящих газов — до 5 – 6% теплоты сгорания топлива. При снижении температуры питательной воды со 100 до 70 °С за счет использования вакуумных деаэраторов вместо атмосферных или за счет установки дополнительных теплообменников между атмосферными деаэраторами и питательными насосами полезное использование теплоты в экономайзерах значительно возрастает. При отключенных деаэраторах температура питательной воды также может быть значительно ниже расчетной, особенно при малом возврате конденсата, однако в таких случаях дополнительная экономия топлива не оправдывает потерь конденсата и дополнительных затрат на устранение последствий коррозии трубопроводов и оборудования котельной. Следует также иметь в виду, что при значительном снижении температуры уходящих газов возможно выпадение в дымовой трубе конденсата, что может привести к сокращению срока ее службы (см. §2.1). При температуре питательной воды ниже 55–57 °С следует считаться с возможностью конденсации влаги из продуктов сгорания газа непосредственно на поверхностях нагрева экономайзера. Этот конденсат из-за содержания в продуктах сгорания оксидов углерода, серы и азота имеет кислую реакцию (рН = 3,5¸4) и может вызывать коррозию поверхностей нагрева. Если в результате испытаний установлена недостаточно эффективная работа экономайзера по сравнению с данными, приведенными в табл. 1.1, следует принять меры по устранению выявленных при ревизии недостатков — провести чистку или обмывку экономайзеров или конвективных поверхностей нагрева водогрейных котлов, уплотнить стыки квадратных фланцев, заглушить обводные газоходы. Иногда при недостаточно эффективной работе экономайзера при температуре питательной воды 100 °С целесообразно вместо наращивания его поверхности нагрева установить дополнительный теплообменник деаэрированной воды и снизить ее температуру до 70 – 80 °С. Эта мера может быть, однако, эффективна при относительно небольшом возврате конденсата, когда температура смеси конденсата и химочищенной воды не превышает 60 – 70 °С. Это же относится и к установке вакуумных деаэраторов. Повышение надежности работы башенных котлов типа ПТВМ. Эти проблемы более характерны для ТЭЦ, так как в промышленных котельных башенные котлы типа ПТВМ обычно работают с минимальными нагрузками. Из опыта ТЭЦ можно отметить некоторые технические решения. Для надежной работы котлов недогрев воды до кипения при всех условиях не должен быть ниже 35–40 °С, расход воды через котел не должен быть ниже расчетного [35]. При работе башенных котлов на мазуте их тепловая мощность обычно не превышает 70% номинальной, а срок надежной работы конвективной части в среднем не превышает 5000 ч. Для повышения надежности работы котлов на мазуте выполняют следующие мероприятия [51]: подогрев мазута до 150 °С с установкой тупиковых подогревателей непосредственно у котлов, подогрев воздуха на всасывающей стороне дутьевых вентиляторов с установкой калориферов; установка над конвективной частью защитного влагосборного конуса со смывными соплами, установка стационарного обмывочного устройства с соплами по периметру конвективной части. В дымовой трубе котлов устанавливают осевой дымосос конструкции Союзтехэнерго. Водная обмывка котлов, которая выполняется для удаления отложений, является причиной интенсивной коррозии конвективной части. В связи с этим башенные котлы типа ПТВМ иногда оборудуют дробеочисткой. По [42] это позволило увеличить срок надежной работы конвективных частей до 14 тыс. ч. Для защиты пода котлов от коррозии, вызванной стекающей обмывочной водой, устанавливают специальные поддоны. Начато опытно-промышленное освоение газоимпульсной очистки вместо водной обмывки [34].
|
|