Белый В.В., Порозов С.В., Петров В.Н., Пронин М.С., Васильев В.В., Гребеньков П.Ю. «Березовская ГРЭС», ОАО «СибВТИ» г. Красноярск

ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛА П-67 БЛОКА 800 МВТ

Теплофизика и аэромеханика, 2007, № 2, с 299-312, г. Красноярск

      В связи с ограничением бесшлаковочной мощности блоки 800 МВт Березовской ГРЭС-1 были перемаркированы в 2000 г. на 700 МВт с разработкой мероприятий по снятию ограничений в периоды ремонтов котлов. В 2002 г. БГРЭС-1 частично были выполнены рекомендованные мероприятия, а именно: реконструкция горелок, наладка маловыдвижных аппаратов водяной обдувки ОВМ, установка дальнобойных аппаратов типа ОВД для повышения эффективности и равномерности очистки топочной камеры котла П-67. На осно-вании результатов балансовых испытаний котлов весной 2003 г. была выполнена перемаркировка блоков на 720 МВт.
      Летом 2003 г. были внедрены дополнительные мероприятия, направленные на повышение бесшлаковочной мощности котлов. Впервые в период текущего ремонта была выполнена механическая система очистки топочных экранов котлов с использованием разработанной БГРЭС-1 специальной установки. Замена поврежденных рассекателей горелок с применением нержавеющей стали позволила улучшить топочный процесс. Особое внимание было уделено качественной механической очистке поверхностей нагрева конвективной шахты в период останова. Внедрение ленточных весов с измерительным комплексом «MACON-21» в настоящее время позволяет непрерывно контролировать качество поступающего угля.
      Летом 2003 г. на котле П-67 блока 800 МВт ст. № 1 Березовской ГРЭС-1 была смонтирована дополнительная система очистки поверхностей нагрева фирмы "Clyde-Bergemann GmbH" [1]:
     -  12 дальнобойных аппаратов водяной обдувки типа СВ100 для очистки водой экранов топки с системой диагностики шлакования и автоматического управления аппаратами "FACOS"
   - 12 аппаратов типа 12 аппаратов типа RK-SL для очистки паром ширмового пароперегревателя второй ступени (ШПП-2), расположенного на выходе из топки;
     -  76 аппаратов типа RK-SB для очистки конвективного пароперегревателя (КПП), конвективного вторичного пароперегревателя (КВП) и водяного экономайзера (ВЭ), расположенных в конвективной шахте.
      Параметры обдувочного пара были повышены за счет возврата от схемы отбора пара из линии промперегрева к проектной схеме от первого отбора турбины. Расчетная доля очищаемой поверхности пакетов конвективной шахты, определенная по методикам Bergemann и ВТИ, не превышала 25%. Расчеты интенсивности износа труб КПП и КВП показали, что минимально допустимое расстояние до очищаемой поверхности при давлении 30 кгс/см2 и сжигании березовского угля, характеризующегося низкоабразивной золой, составляет 340 мм. После года эксплуатации следы абразивного износа были обнаружены только на подвесных трубах, расположенных на расстоянии менее 300 мм от сопл аппаратов.
      На блоке № 2 (как и ранее на блоке № 1) была внедрена информационная система АСУ ЗАО "Интеравтоматика". Для повышения равномерности и эффективности очистки топочных экранов было установлено 8 дальнобойных аппаратов водяной обдувки типа ОВД «Красмаш», внедрена система пирометрического контроля факела «ПИК-5», разработанная РОО «ИНТОЭ», РПЦ «ПОТЕНЦИАЛ Э» (г. Иркутск). На выходе из топки перед ШПП-2 было установлено 12 глубоковыдвижных паровых обдувочных аппаратов типа ОГ-12 (в 2004 г. заменены на более надежные аппараты RK-SL), а в конвективной шахте 50 многосопловых паровых обдувочных аппарата ОКШ БГРЭС-1. и 24 сопла паровой «пушечной» обдувки. В настоящее время обеспечена высокая надежность всех обдувочных аппаратов вследствие повышения качества их обслуживания и ремонта. Постоянно контролируется картина шлакования топочных экранов; практически не допускается образование и падение крупных глыб, опасных для шлаковых комодов и шнеков системы шлакоудаления.
      Последние годы на котлах П-67 регулярно проводятся балансовые испытания с целью изучения изменения во времени тепловой эффективности поверхностей нагрева [2]. Экс-пресс испытания котлов на нагрузках блоков свыше 770 МВт проводились в период максимума нагрузок в 2003-2004 г.г. после длительной эксплуатации с целью обоснования дальнейшей перемаркировки блоков с повышением электрической мощности до 770 МВт.
     АСУ ТП блоков при работе с данными оперативного архива, позволяет формировать произвольные запросы на вывод последовательности аналоговых сигналов с различным периодом опроса. Однако форма вывода жестко прошита в системе (постраничный вывод в текстовый файл либо на экран "клиента" с использованием свободно конфигурируемых графиков). При выполнении наладочных, исследовательских работ и обработке результатов испытаний требуется более наглядная форма представления данных в виде отчетов, схем и графиков с наличием возможности обрабатывать данные вне системы АСУ ТП.
      Для решения данной задачи была разработана программа "Simens_dek", позволяющая выполнять преобразование файла с результатами запроса сформированного в архивном модуле АСУ ТП в базу данных. База данных представляет собой текстовую таблицу в формате ASCII. Такая форма позволяет свободно импортировать данные в различные СУБД и электронные таблицы.
      В качестве среды разработки отчетов в комплексе с программой "Simens_dek" исполь-зуется табличный редактор Microsoft Exсel, позволяющий формировать отчеты и графики в удобном для представления виде с возможностью простой навигации по временному диапазону. Импорт данных из текстовой базы данных организован в обновляемые диапазоны Excel с использованием встроенных средств Exсel. При каждом занесении в базу данных новой информации автоматически обновляются отчеты и сводки.
      Использование программы "Simens_dek" для преобразования файлов вывода АСУ ТП Teleperm позволяет формировать отчеты с глубиной до 1 месяца при использовании оперативного архива и практически без ограничений с использованием данных долговременного архива. Применение Exсel позволяет производить в отчетах различные усреднения, вводить поправки к показаниям штатных датчиков, делать выборки, автоматически по результатам расчетов строить графики и диаграммы.
      Тепловая эффективность поверхностей нагрева (?) определялась путем вариантных теплогидравлических расчетов по программе "ТРАКТ". Расчеты адаптировались с возможной степенью приближения к результатам экспериментальных данных по основным опытам. Для температур газов вводились поправки на излучение и геометрию расположения штатных термопар.
       Основная масса угля (68,6%) разреза «Березовский» имеет зольность A^d<6%, а количество угля с содержанием серы до 0,3% составляет 81,5%, что подтверждается качеством товарного угля, поступающего на БГРЭС – 1 в данное время. С продвижением добычи в дальнейшем качество угля будет улучшаться. Уменьшится доля угля с повышенной золь-ностью и повышенным содержанием серы.
      В целом анализ показывает, что среднее качество угля разреза «Березовский» на ближайшую перспективу будет характеризоваться следующими показателями: Q^r_{i ср.}=3750 ккал/кг при W^r_{t ср.}= 34,8% и A^r_ср.=3,7% (A^d-5,7%), S^d_tср=0,28%, V^daf_ср=45,7%.
       С установкой измерительного комплекса «MACON-21» стал возможным оперативный контроль количества и качества поступающего угля. Экспресс-испытания показали, что расхождение массы угля по данным разреза и весового измерительного комплекса не превышает 1,5%. Сравнение характеристик качества отгружаемого (по данным разреза) и поступающего угля показывает, что уголь с разреза отгружается более влажный, чем поступает на БГРЭС-1, с более низкой зольностью, но с близкой низшей теплотой сгорания.
       Характеристики качества сожженного в опытах угля в основном соответствовали среднему качеству угля, поставляемого разрезом «Березовский» на БГРЭС-1 в последние годы. На участке от разреза до питателя системы топливоподачи котлов потеря влажности достигала 1%.
        В период испытаний котлы эксплуатировались при работе восьми пылесистем, двух дымососов рециркуляции газов (ДРГ), трех основных дымососов (ДС) и двух дутьевых вентиляторов (ДВ). Система избыточного воздуха работала без сброса в атмосферу с пропуском сетевой воды через воздуховодяной теплообменник (ВВТО) и работой всех четырех вентиляторов рециркуляции воздуха (ВРВ). Комбинированная система очистки поверхностей нагрева включалась в основном два раза в сутки. Доля уноса превышала 98,8%. Ниже представлены основные результаты испытаний.

Рисунок 1 – Изменение температур газов по высоте топочной камеры, (пирометрия)

Рисунок 2- Балансовые температуры газов, котел П-67 ст. № 1,
опыт 30.12.2003, 774 МВт; КПДбр=89,7%; Вр=462,7 т/ч

Основные результаты оценки тепловой эффективности поверхностей нагрева с учетом последних испытаний представлены на            рисунках 3-5.

     Коэффициент тепловой эффективности топки после механической очистки увеличился с 0,261 до 0,34 (см. рисунок 3) и удовлетворительно поддерживался в период зимнего мак­симума нагрузок. Дальнобойные аппараты водяной обдувки при дополнительном включе­нии ОВМ и ОВГ обеспечили стабилизацию тепловосприятия экранов и снизили вероят­ность образования глыб шлака. До января 2003 г. не было повреждений шлаковых комо­дов и шнеков системы шлакоудаления. Следует отметить, что некоторому снижению тем­пературы на выходе из топки котла ст. № 1 (~ 10°С) способствовала загрузка топливом нижних ярусов горелок.
       Коэффициент тепловой эффективности ширм на выходе из топки (Ш-2) после летнего останова на ремонт механической очисткой топочных экранов и КШ увеличил­ся с 0,30 до 0,45, а в Тух =168 г. С зимнего максимума нагрузок при эффективной работе глубоковыдвижных аппаратов паровой обдувки возрос до 0,46-0,53. Стабилизация шлакования на удовлетворительном уровне для Ш-2 достигнута без паровой пушечной обдувки. Даль­нейшее повышение тепловой эффективности возможно при увеличении давления пара и снижении температуры газов на выходе из топки.
       Коэффициент тепловой эффективности ширм третьей ступени (Ш-3), очищаемых аппа­ратами ОГ-12 завода «Ильмарине», после летнего останова на ремонт (механически не очищались) увеличился с 0,62 до 0,71, но в период зимнего максимума зафиксировано существенное снижение коэффициентов их тепловой эффективности до 0,5-0,66, причины которого следует уточнить при последующих испытаниях.
       Коэффициент тепловой эффективности ширм первой ступени (Ш-1), очищаемых аппа­ратами ОГ-12 завода «Ильмарине», после летнего останова на ремонт (механически неочищались) увеличился с 0,64 до 0,81 и в период зимнего максимума ширмы оставались практически чистыми.
     Коэффициенты тепловой эффективности ширм вторичного пара (ШВП, см. рисунок 4), очищаемые аппаратами ОГ-12 завода «Ильмарине», после летнего останова на ремонт (2003 г.) по неясной причине остались загрязненными (перед остановом в мае 2003 г. были высокие нагрузки блока) - ψШВП=0,4, но после повышения параметров обдувочного пара и более частого включения аппаратов (1 раз в сутки против 1 раза в трое суток) зафиксировано повышение коэффициента тепловой эффективности с 0,4 до 0,65 на котле № 1. На котле № 2 этот коэффициент был еще выше – 0,725.
       Коэффициент тепловой эффективности поверхностей нагрева конвективного паропере-гревателя (КПП) после механической очистки на котле № 1 увеличился с 0,31 до 0,47, но в период зимнего максимума нагрузок при частичном выходе из строя обдувочных труб аппаратов RK-SВ снизился до 0,45. На котле № 2 также оказался существенно загрязнен -ψКПП=0,43. Стабилизация уровня загрязнения не достигнута. Дальнейшее увеличение тепловой эффективности КПП возможно при вводе в строй всех аппаратов и повышении качества механической очистки в период останова. Долю очищаемой поверхности можно повысить с использованием дополнительных обдувочных аппаратов.
       Коэффициент тепловой эффективности конвективного вторичного пароперегревателя (КВП) после механической очистки увеличился с 0,46 до 0,53, а в период зимнего максимума нагрузок обеспечена стабилизация загрязнения на уровне 0,54-0,55. Дальнейшее увеличение тепловой эффективности КВП возможно при повышении качества механической очистки в период останова и увеличении числа обдувочных аппаратов.
       Коэффициент тепловой эффективности водяного экономайзера (ВЭ, см. рисунок 5) после очистки составил 0,68, но в период испытаний для котла № 1 снизился до 0,6 с паровой обдувкой верхних рядов труб, а для котла № 2 – до 0,45 без паровой обдувки.
       Коэффициент использования воздухоподогревателя повысился с 0,66 до 0,77-0,81, возможно, в связи с более высокими скоростями газов при увеличении базовой нагрузки котла. Эффективность механической очистки топки и конвективной шахты летом 2004 г. демонстрирует последний опыт на котле №2, проведенный 16.09.04. Локальные механические зачистки КПП и КВП "до металла труб" в зоне действия обдувочных струй показали отсутствие прочных сульфатизированных отложений в течение нескольких месяцев.

Рисунок 3 - Изменение коэффициентов тепловой эффективности топочных экранов и ширм первичного пара

Рисунок 4 - Изменение коэффициентов тепловой эффективности ШВП, КПП и КВП

Рисунок 5 - Изменение коэффициента тепловой эффективности водяного экономайзера b=и коэффициента использования ТВП

      Таким образом, испытания показали отсутствие существенных ограничений для увеличения базовой электрической нагрузки блоков с 720 до 770 МВт после внедрения в 2003 г. комплекса мероприятий, направленных на повышение бесшлаковочной мощ-ности. Снижение температуры газов на выходе из топки за счет эффективной механической очистки и водяной обдувки топочных экранов, повышение эффективности паровой обдувки ширм и поверхностей нагрева конвективной шахты при ежегодной механической очистке КПП, КВП и ВЭ и ТВП позволяет при нагрузке блока 770 МВт, обеспечить уменьшение температур газов по тракту котла по отношению к тем температурам, которые были получены в начале 2003 г. при нагрузке ~700 МВт до внедрения комплекса мероприятий.

Литература
     1. Бернхард Рогалла, Андрес Юрвес, Белый В.В., Порозов С.В. Системы очистки поверхностей нагрева фирмы Клайд Бергеманн ГмбХ. В сб. международной конференции «Эксплуатация и модернизация энергоблоков мощностью 800 МВт», 20-22 ноября 2002 г. Шарыпово, с. 92-106. 2.
     2. Васильев В.В., Белый В.В., Порозов С.В. и др. Результаты испытаний котла П-67 при нагрузках свыше 700 МВт. Электрические станции. 2003, № 7, с. 8-12.7