CC BY
133
коэффициента нагрузки /? >-1 приводит к перегрузке Тр2.
Выводы. Проведенные исследования параллельной работы трансформаторов при несимметричных параметрах электроснабжения позволили опре-
делить, что для правильного выбора режимов работы Тр следует учитывать характеристики подводящих линий. При несоблюдении этих рекомендаций возникает неравномерная загрузка Тр, что приводит к недоиспользованию трансформаторной группы.
1. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1976. 368 с.
2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. М.: ИКЦ "МарТ", 2006. 272 с.
3. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Изд-во МЭИ, 2006. 651с.
4. Гультяев А.Б. Визуальное моделирование в среде MATLAB. СПб.: Питер, 2000. 423 с.
Библиографический список
5. Арсентьев О.В., Герасимов Д.О. Особенности имитационного моделирования силовых трансформаторов. Повышение эффективности производства в условиях Сибири: материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. С. 213-216.
6. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в МДИДВ, Б1тРо\«ег8у81ет8 и 81ти!1пк. М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. 288 с.
УДК 621.18
ОЦЕНКА АБРАЗИВНОГО ИЗНОСА КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
Н.П. Герасимова1, Н.Е. Буйнов2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Проанализированы причины абразивного износа конвективных поверхностей нагрева котлоагрегатов. Рассмотрены различные методы оценки золового износа теплообменных аппаратов. Проведён оценочный расчёт абразивного износа на примере водяных экономайзеров и воздухоподогревателей котла БКЗ-420-140-6С НовоИркутской ТЭЦ. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: зола; золовой (абразивный) износ; конвективные поверхности нагрева котельных агрегатов; экономайзер; воздухоподогреватель; способы оценки абразивного износа.
EVALUATION OF ABRASIVE WEAR OF BOILER UNIT CONVECTIVE HEATING SURFACES N.P. Gerasimova, N.E. Buinov
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The causes of abrasive wear of convective heating surfaces of boiler units are analyzed. Different assessment methods of ash wear of heat exchangers are considered. An estimated calculation of the abrasive wear on the example of water economizers and air heaters of the boiler BKZ-420-140-6C of New Irkutsk Heat station is carried out. 5 sources.
Key words: ash; ash (abrasive) wear; convective heating surfaces of boiler units; economizer; air heater; methods to evaluate abrasive wear.
В настоящее время разрабатываются методики и способы проведения ремонтов энергооборудования по состоянию. При оценке состояния котлов одним из факторов является абразивный износ поверхностей нагрева.
Причиной абразивного износа в основном является соударение и трение твердых частиц о поверхность стенок труб, вследствие чего поверхность труб при эксплуатации теплообменных аппаратов истирается и
толщина стенок становится меньше [1-4]. При сильном износе труб появляются свищи или разрывы. Поэтому наряду с естественным старением оборудования золовой износ является дополнительной причиной, увеличивающей опасность разрыва металла трубных поверхностей нагрева.
Абразивный износ определяется выходом золы и несгоревших частиц топлива, скоростью движения газового потока, истирающими свойствами уноса,
1 Герасимова Наталья Павловна, кандидат химических наук, доцент кафедры теплоэнергетики, тел.: (3952) 405124, e-mail: gerasimova@istu.edu
Gerasimova Natalia, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Heat-and-Power Engineering, tel.: (3952) 405124, e-mail: gerasimova@istu.edu
2Буйнов Николай Егорович, кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики, тел.: (3952) 405126, e-mail: v38@istu.edu
Buinov Nikolai, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Heat-and-Power Engineering, tel.: (3952) 405126, v38@istu.edu
формой и размерами золовых частиц, износоустойчивостью металла труб, конструктивными характеристиками поверхности нагрева, равномерностью распределения золы и скорости газового потока по сечению газоходов и др.
Наиболее интенсивному износу подвергаются трубы экономайзера. Этот фактор, как известно, является основной причиной ограничения скорости в газоходе. Поэтому в связи с тем что наибольшее влияние на износ оказывает скорость газового потока, при сжигании топлива с высокоабразивной золой скорость газов в поверхностях нагрева ограничивают величиной 6-8 м/с, в то время как для топлив с низкой абра-зивностью она составляет 10-12 м/с [1].
Увеличенный износ труб обычно наблюдается в области поворотов газового потока, так как при этом происходит перераспределение масс золы и газов по сечению газоходов, возрастает неравномерность их скоростей и концентраций, в зоне их повышенных значений резко возрастает износ труб. Поэтому целесообразно трубы в зоне поворотов потока защитить от износа [2]. Также повышенный износ наблюдается при увеличении нагрузки котла и при повышенных избытках воздуха и присосах его в газоходах (вследствие увеличения скорости газов) [3,4].
Золовой износ в определенной степени зависит также от работы пылесистем и метода сжигания топлива. Например, при увеличении крупности частиц угольной пыли или ухудшении процесса горения, при котором возрастает недожог, увеличивается размер золовых частиц и как следствие износ. Для воздухоподогревателей наибольший абразивный износ наблюдается на входных участках труб, на расстоянии до 250 мм, и у трубных досок.
Обеспечение надёжности поверхностей нагрева котлов в первую очередь предполагает исключение отклонений от требований правил технической эксплуатации (ПТЭ) и другой нормативно-технической документации при их эксплуатации. При несоблюдении ПТЭ в период эксплуатации к поддержанию нормального избытка воздуха в топке и плотности газоходов скорость газов возрастает и износ усиливается. Возрастают также местные скорости при неравномерности поля скоростей в газоходе.
Следует также отметить, что снижение прочности труб, а следовательно, увеличение опасности возникновения аварийной ситуации происходит не из-за общего или среднего по всей поверхности утонения стенок труб, а из-за локального износа.
В эксплуатации используют ряд методов оценки текущего состояния металла труб и способов контроля золового износа металла, его остаточного ресурса с учётом условий и сроков эксплуатации тепло-обменных аппаратов.
Одним из традиционных способов, используемых для оценки толщины стен труб, является методика расчета золового износа по нормативному методу [5].
Золовой износ труб (диаметром с1 = 32 мм) в наиболее опасном ряду гладкотрубных и шахматных мембранных пучков водяного экономайзера (ВЭК) котла БКЗ-420-140-6С Ново-Иркутской ТЭЦ при ис-
пользовании Ирша-Бородинского угля за время т = 7000 ч рассчитан по известной методике с помощью зависимости [6]:
а-К -К - /-т-М
3 = 9,5-103
(5 + 273)°:
К
Ю
V Кв
Ю
О
О
-1V г Д90 й
0,5
(1)
1
и составляет для 1-ой ступени водяного экономайзера (ВЭК I) 0,15 мм, а для 11-ой ступени водяного экономайзера (ВЭК II) - 0,13 мм, где Р90 - остаток золы на сите 90 мкм, %.
При этом ориентировочное значение коэффициента абразивности золы а при Р90=20% определено в зависимости от содержания в золе (БЮ2 + А1203), которое для Ирша-Бородинского угля равно (47% БЮ2 + 13% АЬ0з):
а = 0,045(&02 + А1г0ъ - 44) -10-11 = 2
= 0,72-10-11 — .
н
Концентрация золы в газах / вычислена по уравнению
/ =
10- Аг ■аун 273
V"
3 + 273
(2)
У"
где А = 7,5 - содержание золы в топливе; а
=0,75 - доля уноса золы из топки; 3 = 431о С - температура газов на входе в ВЭК I; 3 = 606о С - температура газов на входе в ВЭК II; V" = 4,889 м3/кг - теоретический объем газов (из теплового расчёта котла).
Для ВЭК I концентрация золы составила 5,57 г/м3, для ВЭК II - 4,46 г/м3.
Скорость газов в пучке при номинальной нагрузке котла вычислена по уравнению
ю =
Бр^г (3 + 273)
(3)
Я -273
г
и составила для ВЭК I 8,3 м/с, а для ВЭК II 10,2 м/с. В выражении (1) М = 1 - коэффициент истираемости металла труб (для углеродистых сталей); К = 3,5 -
коэффициент, учитывающий влияние поперечного шага труб (шахматные гладкотрубные пучки при
О = 2,344); к , К - коэффициенты неравномерности соответственно полей скоростей газов и концентраций золы: при П-образной компоновке котла для поверхностей за поворотной камерой к =1,45 и
К =1,25; К0 - отношение расчетной скорости газов при номинальной нагрузке котла к скорости газов при среднеэксплуатационной нагрузке: для котлов О =35 кг/с; Кл =1,15; Я, = 40,6 м2 - площадь живого
сечения для прохода газов; - действительный объём газов: для ВЭК I - 5, 985 м3/кг, для ВЭК II -5,901 м3/кг.
Золовой износ (мм) входных участков теплооб-менных труб воздухоподогревателя (ВЗП) котла БКЗ-420-140-6С определён по уравнению [5]:
(
J = 37-a-K,-т
Л3
V KD
- m
(4)
- K exp (0,041-^),
где а = 0,72-10~п м2/Н - коэффициент абразивно-сти золы; т = 7000 ч/год - время эксплуатации труб; К„ =1,6 - коэффициент неравномерности распре-
И
деления концентрации золы по сечению для встроенного в конвективную шахту воздухоподогревателя;
=1,45 - коэффициент неравномерности распределения скорости по сечению для встроенного в конвективную шахту воздухоподогревателя; Ка - отно-
шение расчетной скорости D >35 кг/с; KD =1,15; К3 =0,5 - коэффициент защиты для вставок; / - угол (градусы) между вектором скорости набегающего на трубную доску потока продуктов сгорания и продольными осями теплообменных труб. При прямом подводе (встроенный в конвективную шахту воздухоподогреватель) / =0°. Формула справедлива для диапазона 0°< / < 60°.
Скорость газов в пучке при номинальной нагрузке котла для воздухоподогревателей вычислена по уравнению
Bp - Vr {& + 273)
p (5)
m =
Fr - 273
и оставляет для ВЗП I 12, 5 м/с, для ВЗП II 12,0 м/с, где = 6,0906 м3/кг; Рг для ВЗП I 18,1 м2, а для ВЗП II 24,4 м2.
Таким образом, золовой износ за год ВЗП I составляет 0,08 мм, а ВЗП II - 0,06 мм.
Следовательно, по проведённым расчетам величина золового износа конвективных поверхностей нагрева для данного режима эксплуатации котла БКЗ-420-140-6С меньше установленного предела
= 0,2мм [5] за год эксплуатации ВЭК и ВЗП. Это означает, что для золы ирша-бородинского угля
вероятность возникновения прорыва труб экономайзеров и воздухоподогревателей меньше среднестатистических данных по остановам котлов из-за прорыва труб конвективных поверхностей нагрева на ТЭС.
Наряду с аналитическим способом оценки абразивного износа поверхностей нагрева котлов применяют рентгеновские и ультразвуковые методы для контроля качества стыков сварных соединений и определения толщины стен труб.
Современным направлением повышения надёжности функционирования котлотурбинного оборудования ТЭЦ и АЭС является внедрение оперативных диагностических систем, позволяющих производить экспресс-оценку текущего состояния металла, определять его остаточный ресурс с учётом условий и сроков эксплуатации. Наиболее высокопроизводительным методом оценки износа поверхностей нагрева в настоящее время является контроль, основанный на регистрации низкочастотных электромагнитных полей.
Особенностью такой системы диагностики является возможность сканирования трубных систем по внешней образующей каждой трубы без тщательной подготовки поверхности. Например, программный комплекс «Статистический контроль надёжности поверхностей нагрева котлов» или кратко «Состояние ПН» представляет собой базу данных, связанную с трёхмерными моделями Autodesk AutoCAD и документами Microsoft Office. В базе данных сохраняется информация о повреждаемости труб поверхностей нагрева и проведённых заменах. Здесь же хранится и информация об обследовании металла повреждённых труб, контрольных вырезок и т.д. Трёхмерные модели поверхностей нагрева, используемые в комплексе, создаются по реальным проектным чертежам, что позволяет их использовать при изготовлении и ремонте поверхностей. Информация из базы данных может быть импортирована в любой из компонентов Microsoft Office для создания отчётов или дополнительной обработки. Подобные системы позволяют проводить неразрушающий контроль поверхностей повышенной производительности, выполнять не только локальную оценку состояния металла труб, но и сплошную.
Таким образом, для эффективного повышения уровня эксплуатации наряду с традиционными методами оценки абразивного износа перспективным является введение в практику систем профилактического технического обслуживания, позволяющих проводить экспресс оценку и неразрушающий контроль поверхностей нагрева котлов при организации ремонта оборудования по состоянию.
Библиографический список:
1. Белов С.Ю., Васильев А.А. К методике абразивного износа котельных поверхностей нагрева нагрева // Теплоэнергетика. 1990. № 4. С. 55-57.
2. Попов А.Г. Износостойкость труб поверхностей нагрева котлов // Теплоэнергетика. 1988. № 11. C. 61-63.
3. Попов А.Г. Золовое изнашивание трубчатых воздухоподо-
гревателей // Теплоэнергетика. 1978. № 12. С. 17-19.
4. Кузнецова Г.Н., Попов А.Г. Ресурс труб воздухоподогревателя по условиям золового износа // Электрические станции. 1982. № 7. С. 28-31.
5. Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод). СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. 256 с.
