К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ
ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕРОДИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
П.В. Третьяков, А.С. Парфенюк .
Донецкий национальный технический университет
Поиск возможностей повышения техногенной безопасности тепловых агрегатов и установок для переработки различных углеродистых материалов и отходов, в частности, коксовых и пекококсовых батарей, пиролизных и мусоросжигательных печей, установок сухого тушения кокса и др. в последнее время становится все более актуальным по многим причинам.
Во-первых, это связано с разработкой технологии переработки различных твердых углеродистых отходов промышленного и бытового происхождения в наклонных термолизных печах [1].
Во-вторых, происходит быстрое старение основных фондов, низки темпы их восстановления, поскольку капитальные вложения в производство за последние годы снизились в несколько раз, повышаются затраты на ремонты.
В третьих, нарастают частота и тяжесть возможных последствий от аварий и экологического ущерба окружающей среде.
Техногенная безопасность коксовых, пекококсовых, наклонных термолизных печей обусловлена повышением их надежности и, в первую очередь, надежностью огнеупорной кладки, как наиболее ответственного элемента тепловых агрегатов, а конкретно это обеспечение герметичности стыковочных узлов и кладки, их долговечность, безотказность, ремонтопригодность. Эти качества закладываются при проектировании, а затем реализуются при изготовлении, монтаже и поддерживаются при эксплуатации.
По нашему мнению, перспективным направлением повышения техногенной безопасности тепловых агрегатов является применение крупноблочной и монолитной кладки из огнеупорного бетона. Опыт эксплуатации агрегатов с применением такой кладки уже имеется [4]. Такие агрегаты имеют ряд преимуществ по сравнению с конструкциями из традиционных огнеупоров. Основные из них: экономическая эффективность, индустриализация монтажа и ремонта кладки, увеличение статической прочности и герметичности, снижение протяженности материальных швов в 25-30 раз, высокий ресурс, повышение экологичности, что важно при сооружении наклонных блочных агрегатов для переработки твердых углеродистых промышленных и бытовых отходов.
Основной причиной выхода из строя огнеупорной кладки тепловых агрегатов является увеличение количества и размеров дефектов, появляющихся в результате ее работы в условиях циклических температурных воздействий. Представляют интерес статистические исследования процесса разрушения крупноблочной бетонной кладки, выполненные ДонНТУ на Стахановском КХЗ. Появление дефектов кладки проявляется уже на стадии разогрева печи. После ввода в эксплуатацию идет увеличение размеров этих дефектов и появление новых, частичное выкрашивание материальных швов. Наибольшую концентрацию дефектов, как правило, имеет головочная часть простенков (зона 1-2 отопительных каналов). Эта часть кладки работает в самых неблагоприятных условиях из-за механических, термических и химических воздействий. Причем на начальной этапе эксплуатации (до 200 первых печевыдач) интенсивность трещинообразования достигает наибольшего значения, превышающего этот показатель при установившемся режиме эксплуатации более чем втрое.
В дальнейшем процесс разрушения прогрессирует и дефекты распространяются вглубь камеры, но уже с более низкой интенсивностью (к 1500 печевыдач интенсивность снижается в 3-4 раза).
Наиболее распространенными дефектами огнеупорной кладки являются вертикальные трещины, парные трещины - "столбики", эрозия кладки, сколы, раковины (фото). Анализ отказов кладки по видам дефектов показал, что наибольшее значение имеют вертикальные трещины (33,4%), выгнутость простенка (27,3%) и "столбики" (10,2%), причем на коксовой стороне дефектов на 20-30% больше, чем на машинной. Для большегрузных печей (с объемом камер больше 30 м3, высотой больше 5м) с тремя загрузочными люками характерно выдвижение отдельных кирпичей из общего массива кладки под средним загрузочным люком [2] и как следствие образование "подрезов" у пода камеры.
Предотвращение быстрого износа кладки связано с правильной эксплуатацией тепловых агрегатов (обеспечение постоянства температурного режима, периода коксования, состава шихты), постоянным контролем за состоянием огнеупорной кладки, своевременными текущими горячими ремонтами (мокрое, полусухое, факельное торкретирование, керамическая сварка).
Быстрое развитие и широкое применение получил с начала 90-х годов такой метод ремонта как высокотемпературная керамическая сварка (наплавка) [3]. С помощью этой технологии устраняются практически все виды дефектов включая сквозные. Возможен ремонт кладки до 5-6 метров в глубину камеры. Срок службы полученного покрытия составляет от одного года до пяти лет. Этот метод при определенных условиях является альтернативным таким методам как мокрое, полусухое, факельное торкретирование и перекладка простенков на глубину четырех отопительных вертикалов. Выбор определенного вида ремонта ставится в зависимость от общих затрат на ремонт и полученной стойкости после ремонта.
Для снижения трещинообразования в головочных блоках тепловых агрегатов предложено выполнение компенсаторов трещинообразования [5]. При значительных разрушениях возможна оперативная замена блока головочной части простенка, что улучшает его ремонтопригодность.
Обобщение закономерностей старения огнеупорной кладки тепловых агрегатов, различных методов её восстановления, способов контроля за состоянием кладки позволит рассмотреть возможности их применения к наклонным блочным агрегатам. Прогнозировать поведение огнеупорных материалов в условиях переработки промышленных и бытовых отходов.
Библиографический список