книги из ГПНТБ / Цирульников, Л. М. Защита газомазутных котлов от сернокислотной коррозии [монография]

Важно рассмотреть возможность и экономическую эффективность средств защиты от сернокислотной коррозии и определить область оптимального применения каждого из них. Следует учесть, что в за­ висимости от соотношения цен на оборудование, металлы и топлива выводы могут быть несколько уточнены. В расчетах приняты цены, действующие с 1967 г. и приведенные А. С. Горшковым (1969).

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НЕЙТРАЛИЗУЮЩИХ ПРИСАДОК НА МАГНИЕВОЙ ОСНОВЕ

Ввод присадок — наиболее сложное мероприятие из всех рассмот­ ренных, поэтому оно целесообразно лишь там, где одновременно с за­ щитой низкотемпературных поверхностей нагрева ввод присадки дает возможность решать и другие технологические задачи.

Поскольку ввод в мазут присадки хлористого магния позволяет из­ менить степень черноты отложений на поверхностях нагрева, появля­ ется возможность регулировать теплообмен в топке и в конвективной шахте. Одновременно эта присадка разрешает частично нейтрализовать агрессивные компоненты золы мазута на высокотемпературных поверх­ ностях нагрева и сероводород в топочных газах при локальных зна­ чениях коэффициента избытка воздуха менее 1.

Данные свойства присадки хлористого магния в наибольшей степе­ ни целесообразно использовать на тех котлоагрегатах, где температура экранных труб находится вблизи максимально допустимого значения. Появление на трубах отложений с относительно низкой степенью чер­ ноты позволяет снизить температуру и повысить надежность. Одновре­ менно надежность повышается за счет ослабления высокотемператур­ ной коррозии. Это актуально для газомазутных котлов сверхкритиче­ ского давления блоков 300 МВт (например, двухкорпусный котел ПК- 41-1 номинальной паропроизводительностью 264 кгісек), а также для котлов докритического давления с высоким тепловым напряжением сечения (например, БКЗ-320-140ГМ паропроизводительностью 89 кгісек). Ввод присадки хлористого магния позволяет резко повысить надежность работы котлов и в определенной степени — их экономич­ ность, уменьшить образование окислов азота.

В качестве примера рассмотрим эффективность ввода присадки хлористого магния на блоке 300 МВт, использующем в качестве един­ ственного топлива высокосернистый .мазут. Каждый из аналогичных котлов, работая на этом топливе, имеет ежегодно только из-за разры­ вов НРЧ не менее 9 вынужденных внеплановых остановов средней продолжительностью 2,5 суток. По данным LIKTH, ущерб от суточного простоя блока 300 МВт составляет 13400 руб. Общий ущерб по одному блоку только из-за простоев достигает 301500 руб.

Ежегодная замена набивки весом 140 т по цене 425 рубіт и сто­ имости ремонтных работ 15 рубіт, по данным «.Мосэнергоремонта», вы­ зывает расход 61600 руб. Суммарные расходы составляют 363 100 руб.

На данном же блоке за счет ввода в мазут присадки хлористого маг­ ния удалось полностью избежать перегрева труб НРЧ, существенно

і30

(более чем в 2 раза) ослабить их коррозию, а коррозию газоходов на участке от РВП до дымососов, как и набивки РВП, снизить в 2 раза, при этом экономичность котла сохранялась.

По эксплуатационным данным, единовременные капитальные вло­ жения составляют не более 10 тыс. руб., а ежегодные издержки про­ изводства без учета стоимости присадки — около 2 тыс. руб. Расходы на приобретение присадки определяются из условия, что на 1 т мазу­ та вводится 0,5 кг хлористого магния, содержащегося в бишофите в количестве 47%. При стоимости 1 л; бишофита 23,5 руб., максималь­ ной длительности использования 5000 час. стоимость присадки оцени­ вается в 8750 руб. Тогда годовые затраты составят 12250 руб. В настоя­ щее время по крайней мере 10 энергоблоков мощностью 3000 МВт сжи­ гают мазут с этой присадкой. Намечено распространить этот опыт на других газомазутных блоках СКД мощностью 300 МВт.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПАРОВОЙ ОБДУВКИ НАБИВКИ РВП

В отличие от водных промывок набивки РВП, которая выполняется сравнительно редко (один раз за 300—700 час ), паровая обдувка долж­ на проводиться не реже 1 раза в 8—24 час , поэтому несколько услож­ няется эксплуатация. Зато это позволяет как минимум в 2—3 раза ослабить коррозию низкотемпературных поверхностей котла, снизить внеплановые простои оборудования и поддерживать сопротивление газового тракта на более низком уровне, что способствует умень­ шению среднеэксплуатационного расхода электроэнергии на тягу и дутье не менее чем на 1,8 - сгкікг пара. Одновременно удается снизить температуру уходящих газов на 8—10° С.

В связи с этим паровую обдувку РВП целесообразно применять на всех без исключения котлоагрегатах, что позволит резко сократить количество водных промывок — с 10—23 до 1—4 в год (в зависимости главным образом от температуры стенки). Только по одному котлу ТГМ-151 паропроизводительностью 61,1 кгісек удается за счет систе­ матической паровой обдувки набивки РВП снизить стоимость ремонт­ ных работ, связанных с сернокислотной коррозией и восстановлением низкотемпературных поверхностей нагрева, на 16 тыс. руб/год.

Одновременно удается сократить годовой расход электроэнергии на тягодутьевые установки не менее чем на 770 тыс. квтч при себестои­ мости 1 квтч 0,83 коп. Стоимость сэкономленной электроэнергии — 6390 руб/год. Повышение к.п.д. брутто составляет 0,4% и оценивается в 9 тыс. руб. Приведенные годовые затраты на внедрение этого меро­ приятия составляют 2,2 тыс. руб./год.

Экономический эффект по котлу ТГМ-151, не считая эффекта от сокращения недоотпуска тепловой и электрической энергии, состав­ ляет 28610 руб. Общий же эффект по котлоагрегатам ТГМ-151 (них модификациям) превышает 3,3 млн. руб. (не считая экономии средств на строительство и эксплуатацию систе.мы сбора, гіеЛгрализации и уда­ ления промывочных вод.)

9»

ОПТИМАЛЬНАЯ ОБЛ АСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЖИМА СЖИГАНИЯ ВЫСОКОСЕРНИСТОГО МАЗУТА C МАЛЫМИ ИЗБЫТКАМИ ВОЗДУХА

Из материалов, рассмотренных в главе IV, следует, что сжигание мазута с малыми избытками воздуха требует более высокого качества топочно-горелочных устройств и соответствующей их компоновки на каждом типе котла. Присосы воздуха в топке и конвективной шахте должны быть сведены к минимуму.

Одновременно повышаются требования к обслуживающему персо­ налу. Однако даже наиболее квалифицированный персонал может обес­ печить нормальную эксплуатацию при режиме сжигания с малыми избытками воздуха лишь в двух случаях: если котел, оснащенный системой контроля и автоматики горения, работает в автоматизиро­ ванном режиме регулирования нагрузки и параметров или если котел, не имеющий автоматики, но оснащенный надежной системой контроля за протеканием процесса горения, работает в базисном режиме или в режиме редко меняющихся нагрузок.

К сожалению, работа автоматики при горении мазута с малыми из­ бытками воздуха еще не отвечает современным требованиям котельно­ топочной техники, поэтому применение малых избытков воздуха на котлах, работающих в регулирующем режиме без автоматики, дает весьма ограниченный эффект, так как при каждом изменении режима нарушается соотношение между топливом и воздухом, что при недос­ татках воздуха приводит к появлению существенных количеств сажи и газообразных продѵктов неполного горения. В связи с этим велика вероятность загрязнения сажей низкотемпературных поверхностей нагрева, что неоднократно вызывало их загорание; в периоды отклоне­ ний избытков воздуха в большую сторону и в последующие периоды повышается скорость коррозии.

Несмотря на это, котлы, работающие в регулирующем режиме без автоматики, все же целесообразно переводить на режим с малыми из­ бытками воздуха, оснащая их системой контрольно-измерительных при­ боров, поскольку удается уменьшить в 1,5—2,5 раза скорость корро­ зии и интенсивность загрязнения низкотемпературных поверхностей нагрева, за счет чего можно снизить температуру уходящих газов

Расчеты, выполненные для одного из котлов ТГМ-84/А, показали, что оптимальный коэффициент избытка воздуха составляет 1,031. Как правило, на котельных агрегатах, работающих в регулирующем ре­ жиме, повышение к.п.д. нетто за счет снижения температуры и объема дымовых газов колеблется около 1%. Однако и реконструкция котлов оказывается весьма дорогостоящей. Так, стоимость реконструкции котла ТМ-84 для сжигания мазута с малыми избытками воздуха с ус­ тановкой приборов контроля близка к 60 тыс.руб. C учетом амортиза­ ционных отчислений расходы на реализацию режима сжигания мазута с малыми избытками воздуха составляют примерно 15 тыс. руб. Эко­

132

номический же эффект от повышения к.п.д. и снижения коррозии при работе этого котла в регулирующем режиме без автоматики равен 25 тыс. руб.

Нужно отметить, что модернизация менее мощных котлов оказы­ вается сравнительно (на 1 т паропроизводительности) дороже, чем крупных. Расчеты показали, что капитальные затраты (включая стои­ мость системы контроля) мало зависят от номинальной паропроизво­ дительности. Эксплуатационные же затраты, отнесенные к 1 т уста­ новленной паропроизводительности, резко снижаются с ее ростом. Минимальное значение номинальной паропроизводительности котла, при котором целесообразна его реконструкция для сжигания мазута с малыми избытками воздуха при длительности использования макси­ мум 4000 час , составляет около 28 кгісек. По расчетам, стоимость ре­ конструкции такого котлоагрегата составляет примерно 30 тыс. руб., а годовые эксплуатационные дополнительные затраты с учетом модер­ низации — около 10 тыс. руб. Экономия топлива от повышения к.п.д. на 1% равна 11 тыс. руб., а от снижения коррозии — 5—6 тыс. руб.

водительностью до 20 кгісек и водогрейных котлов первоначальной стои­ мостью менее 100 тыс. руб. модернизация стоимостью более 10—15 тыс. руб. оказывается нерентабельной.

Значительно больший эффект получен при сжигании мазута с малы­ ми избытками воздуха на котлах, работающих в базисном режиме, когда скорость коррозии оказывается ниже в 3—4 раза, а увеличение к.п.д. нетто достигает 2—2,5% за счет снижения температуры уходя­ щих газов на 15—20° С, объема газов на 10—25% и расхода электро­ энергии на собственные нужды на 1,8—3,6 кет сек/кг пара. Стоимость реконструкции оказывается на том же уровне, что и для котлов, рабо­ тающих в регулирующем режиме. Вследствие этого экономический эффект j>∙a таких котлах резко возрастает. Только для одного из котлов типа ТГМ-84/А, реконструированного для работы в базисном режиме по схеме сжигания мазута с малыми избытками воздуха в топке с 4 мощ­ ными газомазутными однофронтовыми горелками и встречным дутьем воздуха, годовой экономический эффект достиг 70 тыс. руб. Для всей серии котлов ТГМ-84, ТГМ-84/А и ТМ-84 он превышает И млн. руб.

Еще большего можно достигнуть при модернизации работающих на мазуте морально устаревших пылеугольных котлов ТП-230, ПК-10 и им подобных, поскольку одновременно производятся большие работы по уплотнению топок котельных агрегатов, наращиванию их поверх­ ностей нагрева и увеличению номинальной паропроизводительности. Вследствие этого к.п.д. отдельных котлов повышается на 4—5%, а кор­ розия уменьшается в 4—5 раз. Лишь по одному из котлоагрегатов ТП-230 паропроизводительностью 69,4 кгісек годовой экономический эффект составил 117 тыс. руб. По уже реконструированным в СССР

котлам такого типа годовой экономической эффект составил около

100 млн. руб.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ТРУБЧАТЫХ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ И НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГАЗОХОДОВ ЛАКОВЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Несмотря на то, что современные энергетические котлоагрегаты поч­ ти не выпускаются с трубчатыми воздухоподогревателями, на элект­ ростанциях СССР эксплуатируется более 200 мазутных и газомазутных котлов единичной паропроизводительностью от 13,9 до 69,5 кгісек с таким типом воздухоподогревателей.

Стоимость «холодной» ступени воздухоподогревателя для котла ПК-10 номинальной паропроизводительностью 69,5 кг/сек составляет 18.2 тыс. руб., а ремонтных работ — 9,5 тыс. руб. Покрытие таких воздухоподогревателей составом на основе бакелитового лака позво­ ляет в среднем в 2,5 раза увеличить срок службы воздухоподогревате­ ля, снизить присосы воздуха на 0,1, расходэлектроэнергии на тягу и дутье — на 0,7 кет сек/кг пара, температуру уходящих газов — на 5° С. Стоимость работ по нанесению покрытия близка к 20 тыс. руб. Повышение к.п.д. брутто за счет снижения присосов воздуха на 0,1 и температуры уходящих газов на 5o C составляет 0,75%. При исполь­

X 10^^3 рубіквтч суммарная годовая экономия в приведенных затратах составит 25100 руб.

Следовательно, как видно из приведенных в главе V данных, защита целесообразна для всех котлов с трубчатыми воздухоподогревателями. Принимая их среднюю паропроизводительность 41,7 кг/сек, можно подсчитать, что экономический эффект для данной серии котлов — более 3 млн. руб.

Рассмотрим эффективность применения этого покрытия для защиты от сернокислотной коррозии низкотемпературных газоходов. Подан­ ным ПРП Башкирэнерго, стоимость замены 1 M2 газохода составляет 15 руб., а стоимость покрытия 7 руб. Это значит, что данный метод окупится за счет снижения объема ремонтных работ уже при увеличе­ нии срока службы в 1,5 раза. На самом же деле срок службы повыша­ ется не менее чем в 2,5 раза. Одновременно уменьшаются присосы воздуха на 10—15%, что приводит к повышению к.п.д. брутто в сред­ нем на 1 % и снижению расхода электроэнергии на тягу и дутье пример­ но на 0,9 кет сек/кг пара. В качестве примера выполним расчет для котла ТГМ-84/А, имеющего низкотемпературные газоходы поверхно­ стью 500 м2. При длительности использования максимум 7000 час/год

Для конструктивных элементов РВП и дымососов расчет прямого эко­ номического эффекта весьма затруднен. Стоимость же этих работ срав­ нительно невелика и по одному котлу ТГМ-84 не превышает 2 тыс. руб. Поэтому выполнение покрытия этих элементов, входящее в комплекс

ЛИТЕРАТУРА

Абрамович Г. Н. Теория центробежной форсунки. В сб. «Промышленная аэродинамика», Μ., БИТ ЦАГИ, 1944.

в народном хозяйстве. Μ., Изд-во АН СССР, 1959.

сы подготовки мазутов к сжиганию с малыми избытками воздуха. В сб. «Тезисы докладов совещания по эффективным способам сжигания мазута

и газа в мощных котельных агрегатах». Уфа, 1965.

Бурда Н.В., Красноселов Г. K-, Цирульников Л. Μ. Неко­ торые вопросы подготовки мазута к сжиганию с малыми избытками возду­ ха. В сб. «Опыт сжигания мазута и газа на электростанциях», Μ., «Энер­

гия», 1968.

Бурда H. В., Ц и р у л ь н и к о в Л. Μ. Высокотемпературный подогрев мазута для сжигания с малыми избытками воздуха. В сб. «Научно-техни­ ческое совещание по опыту наладки и эксплуатации газомазутных котлов

с параметрами пара 140 ат 570° С», Уфа, 1967.

137

і a pa ви цк ий И. Б., Кроль Л. Б. О компоновке и расчете устройств для гйдогрева воздуха паром в котельных установках. «Известия ВТИ», 1952, №11.

В а р г и н В. В. Эмалирование металлических изделий. Μ., Машгиз, 1962. Введенский А. А. Термодинамические расчеты процессов топливной про­

мышленности. Μ., Гостоптехиздат, 1949.

Велижев Ф. К- Короткофакельное сжигание мазута. Μ., «Недра», 1966. Верховский Н. И., Красноселов Г. K-, Ma Шилов Е. В., Цирульников Л. Μ. Сжигание высокосернистых мазутов на элект­

ростанциях. Μ., «Энергия», 1970.

Виккерт К- Способ защиты топочных установок от кислотной коррозии и загрязнений в зоне низких температур. Патент ФРГ № 217313 от 19.111 1964.

Внуков А. К- Об эффективности сжигания мазута. «Электрические станции»,

1963, № 5.

Внуков A-K- Экономичность и надежность котлов для мазута и газа. Μ., «Энергия» 1966.

Волынский Μ. В. О дроблении капель жидкости в потоке воздуха. Труды МАП СССР, № 164, Μ., 1948.

Воробьева Г. Я. Коррозионная стойкость материалов. Μ.. «Химия», 1967.

Гаврилов А. Ф., Майданик Μ. Н. Конструкции и опыт эксплуата­ ции низкотемпературных поверхностей нагрева котельных агрегатов. Μ., «Информэнерго», 1973.

Гвоздецкий Л. А., Горбаненко А. Д., Красноселов Г. K-, Мартынов А. В., Ц и р у л ь н и к о в Л. Μ. Опыт сжигания стаби­ лизированной высокосернистой нефти в топках котлов электростанций. Μ., БТИ ОРГРЭС, 1964.

Гвоздецкий Л. А., Горбаненко А. Д., Карпов В. В., К р ас-

дачи научных исследований по повышению надежности и экономичнрсти энергоблоков сверхкритического давления». Μ., «ЭнергоНОТ ОРГРЭС»,

1969.

Глебов В. П. Влияние интенсивности радиационного теплообмена, гидроди­ намики и водного режима на температурный режим и коррозию труб НРЧ котлов ПК-41 при сжигании мазута. В сб. «Материалы научно-техническо­ го совещания «Разработка и освоение рациональных методов сжигания высокосернистых мазутов на электростанциях», Уфа, 1970.

Г о й X м а н Л. А. [и др.] Исследование сернокислотной коррозии в регенера­ тивном воздухоподогревателе. «Электрические станции», 1970, № 7.

Гойхман Л. А., Мадоян Л. Г., Мигалин Ю. Я. Водная промывка регенеративных воздухоподогревателей котлов, работающих на сернистых мазутах. «Электрические станции», 1965, № 12.

Горбаненко А. Д. Опыт сжигания сернистого мазута с малым избытком воздуха. В сб. «Опыт сжигания мазута и газа на электростанциях», Μ.,

«Энергия», 1968.

Горбаненко А. Д. [и др.]. Сжигание жидкого топлива в топочных каме­ рах. «Теплоэнергетика», 1963, № 4.

Горбаненко А.Д. [и др.]. Завихритель воздуха для горелочных устройств

138

на жидком, газообразном и пылевидном топливе. Авторское свидетельст­ во № 200706. «Бюллетень изобретений», 1967 а, № 17.

Горбаненко А. Д. [и др.]. Результаты испытаний головного котла ТГМ84/А, оборудованного 4 мощными газомазутными горелками конструкции ХФЦКБ-ВТИ-ТКЗ. В сб. «Научно-техническое совещание по опыту налад­ ки и эксплуатации газомазутных котлов с параметрами пара 140 ат 570°С»,

Уфа, 19676.

Горбаненко А. Д. [и др.]. Результаты испытаний центробежных форсу­ нок производительностью 8 т/ч, изготовленных заводом «Ильмарине» по нормалям ЦКТИ-ВТИ. В сб. «Научно-техническое совещание по опыту на­ ладки и эксплуатации газомазутных котлов с параметрами пара 140 ат

570° С», Уфа, 1967 в.

Горбаненко А. Д. [и др.]. Перспективы внедрения режимов сжигания

сернистого мазута с малыми избытками воздуха. «Теплоэнергетика», 1971а, № 1.

Горбаненко А. Д. [и др.]. Способ сжигания жидкого и газообразного топлива. Авторское свидетельство № 314968. «Бюллетень изобретений». 19716, №28.

Г орбанен ко А. Д., Ц и р у л ьн иков Л. Μ., Красноселов Г. К-

Об эффективности сжигания мазута. «Электрические станции», 1964, № 1. Горбаненко А. Д., Цирульников Л. Μ., Чупров В. В. Повы­

шение производительности газомазутных горелок и некоторые результаты исследования их характеристик. В сб. «Опыт освоения газомазутных кот­ лов ТГМ-84 и ТГМ-94 на электростанциях СССР», Μ., «Энергия», 1965 а.

Горбаненко А. Д., Цирульников Л. Μ., Чупров В. В. Ре­ зультаты испытаний мощных газомазутных горелок при сжигании газооб­ разного топлива. В сб. «Опыт освоения газомазутных котлов ТГМ-84 и ТГМ-94 на электростанциях СССР», Μ., «Энергия», 19656.

Горелов А. Ф. Воздухоподогреватель из стеклянных труб. «Электрические станции», 1965, № 7.

Горшков А. С. Основные методические положения и исходные данные для проведения технико-экономических расчетов в теплоэнергетике. Μ., ВТИ,

1969.

Гоу Μ., Джексон П., Страт П. Коррозионное действие примесей,

содержащихся в топливе. Μ., БТИ ОРГРЭС, 1965.

Греймс, Хаффкат. Эмалированные хвостовые поверхности воздухо­

подогревателей для уходящих газов низкой температуры. Труды Амери­

канского общества инженеров-механиков. Серия «Энергетические машины и установки», Μ., «Мир», 1962, № 4.

Г у м ц. Комбинированное сжигание каменного угля и мазута в котле Бенсона 32 т'ч с удалением шлака в жидком виде. Μ., БТИ ОРГРЭС, 1963.

типа. «Теплоэнергетика», 1968, № 2.

E н я к и н Ю. П. [и др.]. Сжигание высокосернистого газа в топке парового котла. В сб. «Тезисы докладов Il Республиканской научно-технической конференции по технологии сжигания газа и резервных видов топлива», Ташкент, Изд-во «Фан» УзССР, 1971.

139