РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ "ЕЭС РОССИИ"
ДЕПАРТАМЕНТ СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ УЗЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
621.311
Разработано Открытым акционерным обществом "Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС"
Исполнитель Ю.Д. ДУДОРОВ
Утверждено Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО "ЕЭС России" 21.01.98 г.
Первый заместитель начальника А.П. БЕРСЕНЕВ
Настоящие Рекомендации разработаны по поручению Департамента стратегии развития и научно-технической политики РАО "ЕЭС России" и являются собственностью РАО "ЕЭС России".
1. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ УЗЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
1.1. Тракт сырого топлива между питателем и молотковой мельницей
Надежность тракта сырого топлива перед мельницей в большой степени предопределяет эксплуатационную надежность и взрывобезопасность пылеприготовительной установки в целом. Застревание топлива в течке перед мельницей, необходимость частых остановов системы пылеприготовления для восстановления изношенных насквозь топливом участков течки создают в тракте пылеприготовительной установки взрывоопасные условия, характерные для переходных режимов: в широких пределах меняется концентрация топлива в сушильно-вентилирующем агенте, достигая взрывоопасных значений; увеличивается расход сушильно-вентилирующего агента; резко повышается температура пылегазовоздушной смеси за мельницей (сепаратором); уменьшается готовность к работе систем пылеприготовления, что нарушает требования § 4.2.1 ПТЭ [1] о максимальном использовании в параллельной работе установленных на котле систем пылеприготовления с прямым вдуванием пыли в топку. Кроме того, неплотности, образующиеся вследствие абразивного износа тракта топливом, являются источником пыления и просыпи топлива наружу, что создает пожаровзрывоопасные условия в помещении котельной установки из-за образования склонных к самовозгоранию отложений топлива на наружных поверхностях оборудования, металлоконструкциях, перекрытиях помещения и площадках обслуживания. В пылеприготовительных установках, работающих под разрежением, неплотности тракта сырого топлива являются также источником присосов атмосферного воздуха в установку, что снижает сушильную производительность установки, а при сушке топлива дымовыми газами дополнительно повышает ее взрывоопасность из-за увеличения содержания кислорода в сушильно-вентилирующем агенте.
Межремонтная кампания и, следовательно, взрывобезопасность пылеприготовительной установки с молотковой мельницей дополнительно уменьшаются вследствие концентрированной подачи топлива на отдельные ряды бил, в связи с чем резко интенсифицируется их износ и для их замены на новые требуются более частые остановы установки.
Перечисленные выше недостатки проявляются в разной степени в зависимости от компоновки пылеприготовительного оборудования, конструктивного оформления течки сырого топлива перед мельницей, абразивных свойств топлива и его склонности к налипанию на стенках тракта.
Практически во всех системах пылеприготовления, за исключением систем с шаровыми барабанными мельницами, применяются скребковые питатели сырого топлива, зарекомендовавшие себя в эксплуатации неудовлетворительной надежностью — на долю скребковых питателей приходится более 50% всех отказов систем пылеприготовления, устранение последствий которых характеризуется трудоемкими (до 30% всех трудозатрат на восстановительный ремонт систем пылеприготовления) и материалоемкими (до 15% всех затрат на материалы) восстановительными ремонтами. Чем больше длина питателя, тем ниже его надежность и выше затраты на его ремонт и техническое обслуживание. Поэтому при проектировании систем пылеприготовления обычно отдается предпочтение выбору более коротких питателей. Однако недостатки тракта сырого топлива между питателем и мельницей, являющиеся следствием такого выбора, часто не только поглощают положительный эффект от сокращения длины питателя, но и приводят к дополнительному снижению надежности пылеприготовительной установки вследствие неоправданного усложнения трассы течки сырого топлива — увеличения количества и крутизны изгибов и поворотов течки сырого топлива, уменьшения угла наклона к горизонту отдельных участков течки. Все это способствует застреванию топлива в течке и интенсификации ее абразивного износа топливом. Исполнение течки сырого топлива из наклонных труб круглого сечения предопределяет усиленный износ течки в области, прилегающей к нижней образующей труб, и исключает равномерное распределение топлива по длине размольной камеры молотковой мельницы.
Конфигурация трассы течки сырого топлива еще более усложняется при установке в течке клапанного затвора (мигалки) — обязательное выделение для мигалки строго вертикального участка вынуждает при укороченном питателе выполнять остальную трассу течки более пологой. Поэтому в пылеприготовительных установках с молотковыми мельницами, оснащенными скребковыми питателями сырого топлива, мигалки в течках сырого топлива, как правило, не применяются, что при взрыве в установке чревато распространением взрывной волны в питатель и при наличии в бункере незаполненной топливом воронки — выбросом горячей пылегазовоздушной смеси в надбункерную галерею. Так как вероятность взрыва не исключена и в остановленной пылеприготовительной установке, отсутствие мигалки в течке сырого угля перед мельницей создает угрозу травматизма персоналу, занятому ремонтом питателя топлива.
Названные недостатки тракта сырого топлива перед молотковой мельницей могут быть существенно уменьшены рекомендуемой модернизацией тракта (рис. 1 — см. вклейку) в следующем объеме:
наращиванием длины питателя сырого топлива с соответствующим переносом его привода в сторону мельницы (см. рис. 1, вид А) и при необходимости изменением ориентации питателя в плане поворотом вокруг вертикальной оси его входного патрубка;
реконструкцией выходного патрубка питателя сырого топлива, заключающейся в увеличении продольного размера и выполнении профильным его сечения (вид Б), что обеспечивает равномерное распределение топлива по длине выходного патрубка;
исполнением течки сырого топлива с прямоугольным сечением, длинная сторона которого параллельна оси ротора мельницы и короче на 200x2 = 400 мм размера в свету размольной камеры мельницы (вид А), что обеспечивает:
— сокращение до минимальной подачи топлива на крайние ряды бил, подверженные интенсивному боковому износу, и равномерное распределение топлива по остальным рядам бил, что позволяет продлить период между остановами пылеприготовительной установки для замены изношенных бил на новые;
— повышение межремонтного ресурса течки как за счет значительного уменьшения интенсивности ее износа вследствие распределения топлива по большей поверхности, чем в течке с круглым сечением, так и за счет появляющейся возможности исполнения нижней части наклонного участка течки из металлического листа большей толщины и (или) внутренней его футеровки износостойким материалом, например плитами из марганцовистой стали Гатфильда или каменного литья;
исполнением в установках с тангенциальными мельницами наклонного участка течки сырого топлива смежным с примыкающим к нему газовоздухопроводом сушильно-вентилирующего агента (см. рис. 1; рис. 2 — см. вклейку), что способствует лучшей сходимости склонного к налипанию на стенки топлива за счет нагрева стенки течки горячим сушильным агентом и позволяет продолжать эксплуатировать пылеприготовительную установку при местном сквозном износе топливом общей стенки;
организацией вертикального участка течки сырого топлива, достаточного для установки мигалки, которую следует изготовить по месту в соответствии с конкретными размерами течки; рекомендуется плоская двухлепестковая мигалка (см. рис. 1) с вынесенными из потока топлива подшипниками осей клапанов и установкой упрощенных промежуточных опор на этих осях; рабочие поверхности клапанов мигалки целесообразно футеровать (наклепать) конвейерной лентой, что обеспечивает удовлетворительную плотность при закрытых клапанах и продляет ресурс клапанов, подверженных истиранию топливом.
Для высоковлажных, склонных к налипанию на стенки тракта топлив целесообразно дополнительно к описанным выше рекомендациям прямые углы течки топлива закрыть изнутри скругленными накладками.
1.2. Тракт сушильно-вентилирующего агента перед тангенциальной молотковой мельницей
Компоновка газовоздухопроводов сушильно-вентилирующего агента перед тангенциальными молотковыми мельницами во многом предопределяет взрывобезопасность, надежность и экономичность процесса размола в них топлива. К числу наиболее распространенных недостатков проектных компоновок относятся:
неудачные трасса и конфигурация газовоздухопроводов сушильно-вентилирующего агента перед мельницей, предопределяющие плохую аэродинамику размольной камеры мельницы, вследствие чего резко интенсифицируется локальный абразивный износ бил и билодержателей в отдельных круговых рядах ротора, соответственно сокращается межремонтная кампания мельницы, увеличивается количество характеризуемых повышенной взрывоопасностью пусков и остановов систем пылеприготовления, повышается расход металла мелющих органов и электроэнергии на пылеприготовление за счет увеличения кратности циркуляции топлива в контуре мельница-сепаратор, дезорганизуется процесс горения в топке котла за счет меньшего количества параллельно работающих систем пылеприготовления с прямым вдуванием (горелок);
размещение форсунок, впрыскивающих воду в сушильно-вентилирующий агент перед мельницей, недостаточно далеко от входа в размольную камеру, вследствие чего увеличивается инерционность технологической защиты, действующей при превышении допустимой температуры пылегазовоздушной среды за мельницей, за счет неудовлетворительного перемешивания распыленной воды с сушильным агентом и задержкой ее испарения;
выполнение присадки низкотемпературного сушильного агента в газовоздухопровод перед мельницей за расходомерным органом, что не позволяет осуществлять надежный контроль за общим расходом сушильно-вентилирующего агента на установку, который особо важно контролировать в режимах с повышенной взрывоопасностью (обрыв подачи топлива, останов и пуск систем пылеприготовления);
отсутствие в тракте присадки высоконапорного низкотемпературного сушильного агента двух плотных шиберов с атмосферным клапаном между ними, что может вызвать пропуск сушильно-вентилирующего агента в установку при ее простое в резерве или ремонте;
проектирование и исполнение трассы сушильно-вентилирующего агента перед мельницей без взаимной увязки с трассой течки сырого угля, что не позволяет использовать преимущества совместной их компоновки, обеспечивающей уменьшение вероятности застревания топлива в течке и устранение разуплотнения установки при сквозном абразивном износе общей между этими трактами стенки.
Предлагаемая усовершенствованная компоновка тракта сушильно-вентилирующего агента перед тангенциальной молотковой мельницей (см. рис. 2) лишена названных выше недостатков и обеспечивает повышенные взрывобезопасность, надежность и экономичность пылеприготовительной установки в результате:
организации равномерного распределения вентилирующего агента по длине размольной камеры мельницы, что выравнивает интенсивность абразивного износа бил и билодержателей по длине ротора, увеличивая тем самым межремонтную кампанию пылеприготовительной установки и сокращая количество ее пусков и остановов;
исполнения нисходящего участка газовоздухопроводов сушильно-вентилирующего агента перед мельницей смежным с расположенной над ним течкой сырого топлива, что при сквозном износе общей стенки предотвращает разуплотнение установки с пылением и просыпью топлива наружу и, следовательно, также продляет межремонтный ресурс установки, повышая ее взрывобезопасность;
организации впрыска распыленной воды в начале нисходящего участка газовоздухопровода сушильно-вентилирующего агента, что в аварийных режимах обеспечивает эффективное понижение температуры сушильного агента в результате надежного перемешивания воды с сушильным агентом и испарения ее до попадания в размольную камеру мельницы;
организации при аварийных остановах и простоях в резерве и ремонте надежного отключения подачи в установку как высокотемпературного, так и низкотемпературного высоконапорного сушильного агента без увеличения количества арматуры в тракте;
организации надежного контроля за общим расходом сушильно-вентилирующего агента в установку.
Для подачи распыленной воды в газовоздухопровод сушильно-вентилирующего агента перед мельницей любого типа рекомендуется применять хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации водяные центробежные форсунки типа ФОМ ЮО ОРГРЭС, используемые также для орошения горловин труб Вентури в мокрых системах золоулавливания. Суммарная расчетная производительность всех установленных в системе пылеприготовления водяных форсунок должна соответствовать расходу испаренной влаги топлива при среднеэксплуатационном расходе топлива с максимальной рабочей влажностью:
,
где Сф — расчетная производительность всех установленных на пылеприготовительной установке водяных форсунок, кг/ч;
Вср — среднеэксплуатационная производительность пылеприготовительной установки, кг/ч;
— максимально возможная влажность
топлива, %;
Wпл — среднеэксплуатационная рабочая влажность готовой пыли, %.
Расчетная производительность каждой установленной водяной форсунки определяется отношением суммарной расчетной производительности форсунок к их количеству на пылеприготовительной установке:
,
где gф — производительность одной форсунки, кг/ч;
nф — количество установленных форсунок, шт.
1.3. Тракт сырого топлива между питателем и мельницей-вентилятором
Эксплуатационная надежность и взрывобезопасность систем пылеприготовления с мельницами-вентиляторами так же, как и всех систем пылеприготовления с сушкой топлива топочными дымовыми газами и другими типами мельниц, во многом определяются состоянием футеровки газозаборных шахт, подверженных агрессивному воздействию высокотемпературных дымовых газов и сырого топлива. Разрушение футеровки газозаборных шахт приводит к сквозному износу и прогоранию их стен, что повышает вероятность взрыва в пылеприготовительной установке вследствие повышения содержания кислорода в дымовых газах за счет присосов атмосферного воздуха через образующиеся в шахтах неплотности. Восстановление разрушенной футеровки газозаборных шахт возможно только на неработающем котле, так как запорная арматура, отключающая шахты от топки, в шахтах не устанавливается в связи с невозможностью обеспечить ее работоспособность в высокотемпературной рабочей среде. Следовательно, надежность футеровки газозаборных шахт предопределяет и надежность собственно котла (энергоблока).
К числу основных причин, приводящих к растрескиванию и разрушению футеровки газозаборных шахт, относятся ударное и истирающее воздействия на нее подсушиваемого в шахтах сырого топлива и термошок, вызываемый попаданием на высоконагретую дымовыми газами поверхность холодной воды, впрыскиваемой в газозаборные шахты для понижения температуры пылегазовоздушной смеси в аварийных режимах. Как показывает опыт проектирования, модернизации, наладки и эксплуатации систем пылеприготовления с мельницами-вентиляторами, отрицательное влияние названных факторов на состояние футеровки газозаборных шахт можно свести к минимуму усовершенствованием подачи в них сырого топлива и распыленной воды.
Наиболее эффективная защита футеровки газозаборной шахты от отрицательного воздействия на нее сырого топлива достигается организацией подачи сырого топлива по вертикальной оси газозаборной шахты (рис. 3 - см. вклейку). Для этого газозаборная шахта над ее вертикальным участком перед мельницей, в объеме которого осуществляется сушка топлива, выполняется наклонной, что позволяет совместить оси выходного патрубка питателя сырого топлива и вертикального участка газозаборной шахты и выполнить трассу течки сырого топлива вертикальной. Такая компоновка исключает прямой контакт топлива с футеровкой шахты, полностью устраняя ударное и максимально сокращая истирающее воздействие сырого топлива на футеровку, так как топливо при такой подаче транспортируется к мельнице в свободном объеме газозаборной шахты, практически не касаясь ее стен, и входит в прямой контакт с защищенным износостойкой броней заводским приемным патрубком мельницы, который расположен под отсекающим шибером и может ремонтироваться на работающем котле. Кроме того, в конце сушки топлива значительно уменьшается его абразивность вследствие уменьшения механической прочности топлива в процессе его сушки высокотемпературными дымовыми газами. Это предопределяет значительно меньшую интенсивность износа приемного патрубка мельницы, чем интенсивность износа футеровки газозаборной шахты при ее прямом контакте с сырым топливом в начале его сушки. Подобной высокой эффективности не удается достигнуть в компоновке с боковой подачей сырого топлива в газозаборную шахту.
Для подачи в газозаборные шахты распыленной воды в целях понижения в аварийных режимах систем пылеприготовления температуры пылегазовоздушной смеси до взрывобезопасного предела применяются водяные центробежные форсунки типа ФОМ ЮО ОРГРЭС, описанные выше в разд. 1.2. Надежная работа водяных форсунок, обеспечивающая полное испарение распыленной воды в свободном объеме газозаборной шахты и исключающая контакт воды с ее футеровкой, достигается:
тщательным отбором подготавливаемых к установке форсунок с их проверкой и отбраковкой на специальном водяном стенде, предназначенном также для проверки производительности и качества распыла мазутных форсунок [2];
выбором оптимального места для размещения форсунок;
точной установкой форсунок с выверкой направления их сопл и последующей визуальной проверкой качества их работы непосредственно на месте установки;
систематическим контролем за состоянием форсунок, качеством распыла воды, а также своевременной заменой закоксованных и подгоревших форсунок на новые.
Место установки форсунок во многом определяет надежность их работы и, следовательно, надежность футеровки газозаборных шахт. Показанное на рис. 3 размещение форсунок в верхней части вертикального участка газозаборной шахты перед мельницей (сечение А-А) применяется в проектах мощных котлов с мельницами-вентиляторами. Защита собственно форсунок от воздействия на них топлива и высоконагретых дымовых газов осуществляется заключением форсунок в заполненный диатомовой крошкой короб, выполненный из жаропрочной нержавеющей стали (см. рис. 3, вид Б-Б). В газозаборной шахте в сечении установки форсунок выполнен люк 6 для визуального контроля за состоянием форсунок и качеством распыла ими воды. Однако такое размещение форсунок в газозаборной шахте не исключает попадание воды на футеровку при ухудшении качества распыла воды вследствие забивания, закоксования или подгорания форсунки.
Этот недостаток устраняется при размещении форсунок в течке сырого топлива, вблизи ввода ее в газозаборную шахту. При таком размещении повышается надежность собственно форсунки, сопло которой не входит в прямой контакт с горячими дымовыми газами, а защита форсунки от повреждений сырым топливом легко осуществляется установкой над ней круто наклоненных износостойких козырьков. В случаях ухудшения но какой-либо причине распыла воды она попадает на стенки течки сырого топлива и, стекая по ним в газозаборную шахту, испаряется в ее свободном объеме, не касаясь футеровки стен шахты. Положительный опыт размещения водяных форсунок в течках сырого топлива систем пылеприготовления с мельницами-вентиляторами Приморской и Березовской ГРЭС позволяет рекомендовать его для широкого распространения.
Рекомендуемая установка течке сырого топлива мигалки 3 (см. рис. 3) сокращает присос атмосферного воздуха в пылеприготовительную установку через неплотности в питателе сырого топлива и повышает тем самым взрывобезопасность установки за счет уменьшения содержания кислорода в пылегазовоздушной смеси.
1.4. Узел подключения пылепроводов к коробу первичного воздуха в пылеприготовительных установках с бункером пыли
Увеличение в процессе эксплуатации питателей пыли зазоров в их проточной части приводит к неконтролируемым разновеликим просыпям пыли через питатели в отдельные пылепроводы, что предопределяет возрастание аэродинамического сопротивления последних и соответствующее перераспределение транспортирующего агента по пылепроводам, подключенным к общему коробу первичного воздуха. При этом в отдельных пылепроводах скорость пылевоздушной смеси может оказаться недостаточной для выноса из них всей пыли. А при мощных скачкообразных бросках подачи топлива возможна закупорка пылепровода — забивание его пылью с полным прекращением расхода через него транспортирующего агента. Образующиеся в пылепроводах отложения пыли могут распространяться и в короб первичного воздуха.
Известно, что отложения топливной пыли саморазогреваются в процессе слеживания, возгораются и являются потенциальным источником пожара, а при наличии в окружающей среде взрывоопасных концентраций пыли и кислорода предопределяют взрыв пылевоздушной смеси, исполняя роль запала. Процесс самовозгорания отложений пыли интенсифицируется с повышением температуры окружающей среды, поэтому наибольшую опасность представляют отложения пыли в коробах первичного воздуха систем пылеприготовления с подачей пыли к горелкам котла горячим воздухом. Правилами взрывобезопасности [3] регламентированы основные принципиальные требования к компоновке пылепроводов с коробом первичного горячего воздуха, направленные на предотвращение попадания пыли в короб. С учетом указаний этих Правил, а также опыта проектирования и эксплуатации систем пылеприготовления с промежуточным бункером и подачей пыли к горелкам котла горячим воздухом и разработана представленная на рис. 4 компоновка пылевоздухопроводов.
Рис. 4. Рекомендуемая компоновка пылевоздухопроводов системы пылеприготовления с промежуточным бункером и подачей пыли к горелкам котла горячим воздухом:
1 - бункер пыли, 2 - питатели пыли, 3 - фланцы для установки заглушки, 4 - течка пыли,
5 - смесители пыли, 6 - короб первичного воздуха, 7 - шибер, 8 - расходомерное устройство, 9 - стандартный поворот пылевоздухопровода на 90°, 10 - дроссельная вставка в короткие пылевоздухопроводы, 11 - плавный переход пылевоздухопровода на меньший диаметр,
12 - к горелкам котла
Повышенные взрывобезопасность и надежность работы пылевоздухопроводов при рекомендуемой их компоновке обеспечивают следующие технические решения:
исполнение короба первичного воздуха 6 (см. рис. 4) с круглым поперечным сечением вместо распространенного прямоугольного устраняет наличие горизонтальных и слабо наклоненных плоских поверхностей в коробе и угловых стыков между ними, способствующих образованию отложений пыли при ее попадании в короб, а также повышает прочность короба;
размещение короба первичного воздуха 6 выше питателей пыли 2 уменьшает вероятность перетока пыли по закону сообщающихся сосудов из бункера 1 в короб и позволяет компактно скомпоновать пылевоздухопроводы в районе бункера за счет увеличения вверх длины начального прямого участка пылевоздухопровода до размера, соответствующего метрологическим требованиям к совместной установке на этом участке шибера 7 и расходомерного устройства 8, импульс от которого используется в технологической защите, действующей при забивании пылевоздухопровода на отключение подключенного к нему питателя пыли [4];
исполнение начального участка пылевоздухопровода под коробом первичного воздуха круто наклоненным (80° к горизонту) в сторону от бункера пыли исключает возможность отложений в нем пыли, позволяет использовать в конце этого участка стандартный поворот пылевоздухопровода 9 на 90°, обеспечивая одновременно достаточный для стекания пыли уклон пылепровода под бункером (10° к горизонту) в сторону смесителя пыли от короба первичного воздуха, а также позволяет организовать перед смесителем пыли эксплуатируемый на незапыленном воздухе участок пылевоздухопровода достаточной длины для размещения на нем дроссельной вставки 10, повышающей аэродинамическое сопротивление коротких пылевоздухопроводов до уровня сопротивления самого длинного пылевоздухопровода. Вместо дроссельной вставки 10 можно использовать дросселирование (шайбирование) входного сечения коротких пылевоздухопроводов;
размещение шибера 7 в начале круто наклоненного участка пылевоздухопровода, непосредственно под коробом первичного воздуха 6 исключает по названным выше причинам возможность отложений пыли на клапане шибера;
исполнение участка пылевоздухопровода до смесителя пыли 5 с большим примерно в 1,5 раза сечением, чем сечение пылевоздухопровода от смесителя пыли до горелки, которое выбирается по условию обеспечения скорости пылевоздушной смеси в нем не ниже 25 м/с [3], восстанавливает нарушенное поворотом воздушного потока на 90° равномерное заполнение сечения пылевоздухопровода транспортирующим воздухом, что обеспечивает приготовление однородной пылевоздушной смеси в смесителе пыли, предотвращая ее сепарацию на нижнюю образующую пылевоздухопровода и образование в последнем отложений пыли.
В типовых компоновках систем пылеприготовления, с промежуточным бункером и подачей пыли к горелкам котла сушильным агентом короб первичного воздуха размещается непосредственно над диффузором мельничного вентилятора, являясь продолжением вертикального диффузора, что исключает возможность отложений пыли в коробе.
2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ИМПУЛЬСОВ В ЦЕПЯХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАЩИТ И СИГНАЛИЗАЦИИ СИСТЕМ ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ
2.1. Измерение температуры пылегазовоздушной смеси
Необходимость оперативного контроля в эксплуатации системы пылеприготовления за температурой пылегазовоздушной смеси в ее тракте объясняется тем, что этот параметр является единственным из определяемых прямым измерением в системах с воздушной сушкой топлива и одним из двух в системах с сушкой топлива дымовыми газами (наряду с содержанием кислорода), косвенно характеризующим взрывоопасность процесса пылеприготовления, поэтому Правилами взрывобезопасности [3] жестко регламентированы максимально допустимые по условию обеспечения взрывобезопасности значения этого параметра. В соответствии с требованиями [3] пылеприготовительные установки в обязательном порядке оснащаются технологическими сигнализацией и двухпредельной защитой, действующими при превышении установленного значения температуры пылегазовоздушной смеси за мельницей (сепаратором). Для оперативного прохождения информации о возникновении взрывоопасной ситуации и своевременного принятия мер к ее ликвидации решающее значение приобретают надежность измерения температуры пылегазовоздушной смеси и инерционная способность (постоянная времени) измерительного комплекса, которая в соответствии с требованием [3] не должна превышать 20 с. Вместе с тем необходимость защиты первичных датчиков (термоэлектрических преобразователей, термопреобразователей сопротивления) от агрессивного воздействия высокоскоростного абразивного потока пылегазовоздушной смеси многократно увеличивает их тепловую инерцию вплоть до неприемлемых значений.
Так, установка термоэлектрических преобразователей в закрытых чехлах с одновременной защитой последних отбойными щитками приводит в наиболее взрывоопасных переходных и аварийных режимах пылеприготовительных установок (пуск, останов, обрыв подачи топлива) к запаздыванию прохождения импульса до 5 мин.
Проводимый на тепловых электростанциях активный поиск компромиссного технического решения, обеспечивающего удовлетворительную эксплуатационную надежность при приемлемой инерционной способности и точности комплекса измерений, показал, что этим требованиям удовлетворяет первичный датчик, представляющий собой термоэлектрический преобразователь из термоэлектродного провода хромель и копель с полуоткрытым горячим спаем, заключенный в открытый с рабочего конца чехол из нержавеющей стали (рис. 5). Многолетний положительный опыт эксплуатации на многих тепловых электростанциях таких термоэлектрических преобразователей позволяет рекомендовать их использование в качестве первичного датчика в комплектах измерения температуры пылегазовоздушной смеси.
Для изготовления такого термоэлектрического преобразователя используется термоэлектродная проволока одного и того же класса диаметром 1,2 мм типа ДКРХМ 1,2 БТ НХ9,5-МНМц43-0,5 I (ГОСТ 1790-77). Для обеспечения постоянства характеристик термоэлектрического преобразователя термоэлектродную проволоку необходимо подвергнуть "старению" — нагреть электрическим током до верхнего температурного предела градуировки и выдержать при этой температуре не менее 1 ч. Горячий спай термоэлектрического преобразователя изготавливается сваркой электрической дугой под слоем флюса (буры) с присыпкой кварцевым песком. Для обеспечения механической прочности термоэлектрического преобразователя концы термоэлектродов перед сваркой следует скрутить (см. рис. 5), причем в скрутке не должно быть более 3 витков при общей длине скрутки не более 12 мм. Для изоляции термоэлектродов применяются одно- или двухканальные фарфоровые или шамотные бусы, как это показано на рис. 5, или кремнеземистая лента КЛ-11, или стеклоткань, что предпочтительнее в целях обеспечения большей стойкости ленточной изоляции к возможной вибрации термоэлектрического преобразователя.
Рис. 5. Термоэлектрический преобразователь ХК для измерения температуры потока пылегазовоздушной смеси:
1 - термоэлектродный провод; 2 - горячий спай термоэлектрического преобразователя;
3 - изолятор термоэлектродного провода; 4 - труба 15¸20x2,5 - 12Х18Н10Т ГОСТ 9941-88;
5 - уплотнение из асбестового шнура; 6 - панель зажимов (клеммник)
Изготовленный описанным способом термоэлектрический преобразователь помещается в отрезок трубы из нержавеющей стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 9941-88) с внутренним диаметром 10-15 мм и толщиной стенки 2,5 мм таким образом, чтобы горячий спай отстоял от торца трубы на расстоянии 2-3 мм. Участки термоэлектрического преобразователя на длине скрутки и со стороны панели зажимов (клеммника) уплотняются асбестовым шнуром или пушонкой (см. рис. 5). Асбестовое уплотнение рекомендуется выполнить с пропиткой жидким стеклом в целях предотвращения намокания асбеста вследствие конденсации водяных паров в отдельных режимах и последующего испарения влаги с омыванием горячего спая ее парами и, следовательно, искажения фактического значения температуры пылегазовоздушного потока.
Термоэлектрический преобразователь в собранном виде должен соответствовать требованиям ГОСТ 6616-94. Термоэлектрический преобразователь помещается в пылегазовоздухопровод перпендикулярно направлению потока пылегазовоздушной смеси.
2.2 Отбор давления потока пылегазовоздушной смеси
Давление потока пылегазовоздушной смеси в тракте пылеприготовительной установки в соответствии с требованиями [3] используется для контроля за режимом работы установки и в качестве импульса для технологической защиты, отключающей оборудованные взрывными предохранительными клапанами пылеприготовительные установки при взрыве в их тракте. Вместе с тем измерение давления потока пылегазовоздушной смеси характеризуется неудовлетворительной надежностью вследствие забивания топливной пылью импульсных линий систем измерения давления.
Проведенный анализ эксплуатационной надежности систем измерения давления пылегазовоздушной смеси показал, что причинами проникновения топливной пыли в импульсные линии являются:
наличие неплотностей в импульсных линиях, что само по себе недопустимо в связи с искажением результата измерения и предопределяет расход пылегазовоздушной смеси через импульсные линии и отложения пыли на их стенках, чему способствует конденсация на стенках водяных паров, содержащихся в пылегазовоздушной смеси;
неправильные установка штуцера на пылегазовоздухопроводе и компоновка штуцера с импульсной линией, что способствует стеканию попавшей в штуцер пыли в импульсную линию вместо возврата ее в пылегазовоздухопровод при правильной установке штуцера;
наличие пульсаций потока пылегазовоздушной смеси в тракте пылеприготовительной установки, что присуще в разной степени (разное значение амплитуды пульсаций) всем системам пылеприготовления и объясняется колебаниями в подаче топлива и сушильно-вентилирующего агента в установку, цикличным характером работы мигалок в течках топлива и возврата из сепаратора и другими возмущениями процесса пылеприготовления.
Первая из названных причин при грамотной эксплуатации средств КИПиА не имеет права на существование, так как в объем выполняемого по графику, утвержденному главным инженером предприятия, профилактического технического освидетельствования систем измерения входит и проверка плотности импульсных линий.
Показанные в правой части рис. 6 (см. вклейку) установка штуцера на пылегазовоздухопроводе и подключение к нему импульсной линии значительно повышают надежность измерения давления, практически исключая попадание пыли в импульсную линию при относительно небольшой амплитуде пульсаций пылегазовоздушного потока в тракте пылеприготовительной установки.
Надежную защиту от попадания пыли в импульсную линию обеспечивает установка на ее начальном участке максимально близко к штуцеру демпфера-осадителя, который одновременно сглаживает пульсации измеряемого давления. Простота его конструкции (см. левую часть рис. 6) позволяет без проблем изготовить его в механических мастерских ТЭС.
Комплексное использование описанных устройств полностью исключает попадание пыли в импульсные линии систем измерения давления потока пылегазовоздушной смеси. При этом необходимость очистки демпфера-осадителя от накопившейся в нем пыли возникает, как правило, значительно реже необходимости проведения профилактического технического освидетельствования систем измерения.
Таким образом, комплексное использование описанных выше устройств обеспечивает высокую надежность отбора и измерения давления потока пылегазовоздушной смеси и рекомендуется к широкому внедрению на системах пылеприготовления.
2.3. Организация надежного импульса, характеризующего забивание пылью течки пыли под циклоном в системах пылеприготовления с бункером пыли
Заполнение пылью циклона в системах пылеприготовления с промежуточным бункером, происходящее вследствие засорения сетки в течке пыли под циклоном или при переполнении бункера пыли, вызывает серьезные возмущения в работе всей котельной установки за счет резкого увеличения нерегулируемой подачи пыли в топку котла с отработавшим сушильным агентом мельничным вентилятором помимо питателей пыли через основные горелки в схемах с подачей пыли сушильным агентом и через сбросные горелки в схемах с подачей пыли горячим воздухом. Поэтому в эксплуатации является актуальным своевременное получение оперативным персоналом информации о засорении течки пыли под циклоном и автоматическое выполнение технологической защитой необходимых переключений при заполнении циклона пылью. Однако в настоящее время предупредительная технологическая сигнализация в эксплуатации вообще не применяется из-за отсутствия надежного импульса, а рекомендуемая [4] технологическая защита аварийно останавливает систему пылеприготовления несколько преждевременно, так как используемый в ее цепях рабочий импульс — перепад разрежений на коротком (~300 мм) участке течки пыли, расположенном на 0,6-0,8 м выше мигалки [4] — не учитывает объем верхней части течки и конусной части корпуса циклона, продолжительность практически безопасного заполнения которого пылью при частичном перекрытии проходного сечения сетки может оказаться достаточной для очистки сетки от накопившегося на ней мусора и предотвращения тем самым серьезных нарушений в работе как системы пылеприготовления, так и всей котельной установки.
В целях устранения названных недостатков предлагается (рис. 7):
в качестве импульса для предупредительной сигнализации использовать применяемый в защите, рекомендованной [4], один нижний импульс разрежения 7, отобранный в течке пыли над верхней мигалкой;
в качестве импульса для технологической защиты, действующей на останов системы пылеприготовления в соответствии с заданным [4] алгоритмом, использовать разрежение в нижней части цилиндрического корпуса циклона.
Оба отбора разрежения осуществляются по схеме, представленной на рис. 7 (узел А). Установка штуцера 9, изготовленного из отрезка водогазопроводной трубы с муфтой М 25x2,8 (ГОСТ 3262-75), под наклоном к горизонту более 60° устраняет возможность отложений в штуцере пыли. Сквозное отверстие диаметром 3 мм в импульсной линии 10, соединяющее объем импульсной линии с атмосферой, обеспечивает полную разгерметизацию импульсной линии при перекрытии устья штуцера столбом пыли, а при беспрепятственном спуске пыли из циклона в бункер сохраняет значение разрежения в импульсной линии на более чем достаточном уровне (~0,5 фактического значения разрежения в тракте) для использования его в качестве надежного импульса для сигнализации и защиты.
Таким образом, внедрение описанных предложений значительно повышает эксплуатационную надежность систем пылеприготовления с бункером пыли и оснащенных ими котельных установок за счет своевременного предупреждения возмущений в процессах приготовления и сжигания пыли.
Рис. 7. Отбор импульсов, характеризующих забивание циклона:
1 - циклон; 2 - течка пыли; 3 - мигалка; 4 - сетка-щепоуловитель; 5 - лючок для отбора проб пыли; 6 - бункер пыли; 7 - импульс на сигнализацию; 8 - импульс на технологическую защиту;
9 - штуцер, изготовленный из водогазопроводной трубы с муфтой М 25x2,8 (ГОСТ 3262-75); 10 - труба 10x2,0 (ГОСТ 3262-75); 11 - пруток диаметром 8-12 мм, длиной 95 мм
Рис. 1. Модернизация тракта сырого топлива перед молотковой мельницей
Рис. 2. Модернизация тракта сушильно-вентилирующего агента перед тангенциальной молотковой мельницей:
1 - подача высокотемпературного сушильного агента; 2 - подача низкотемпературного сушильного агента; 3 - запорный шибер; 4 - атмосферный клапан; 5 - выхлоп в атмосферу; 6 и 7 - запорно-регулирующие шиберы; 8 - расходомерное устройство; 9 - распределительные перегородки; 10 - подача сырого топлива; 11 - течка сырого топлива; 12 - выход готовой пылегазовоздушной смеси; 13 - распыливающая водяная форсунка; 14 - коллектор технической воды; 15 – манометр
Рис. 3. Тракт топлива перед мельницей-вентилятором:
1 - питатель сырого топлива; 2 - течка сырого топлива; 3 - мигалка; 4 - газозаборная шахта; 5 - форсунка; 6 – люк
Рис. 6. Измерение давления потока пылегазовоздушной смеси:
1 - труба с муфтой М 100x4,0; 2 - труба 40x3,0; 3 - труба с муфтой М 20x2,5; 4 - труба 10x2,0; 5 - труба с муфтой М 25x2,8; 6 - пруток диаметром 8-12 мм; 7 – стенка пылегазовоздухопровода
Примечание. Трубы водогазопроводные по ГОСТ 3262-75.
Список использованной литературы
1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации: РД 34.20.501-95. - 15-е изд., перераб. и доп. — М.: СПО ОРГРЭС, 1996.
2. Сборник распорядительных документов по эксплуатации энергосистем. Теплотехническая часть. — М.: ЗАО "Энергосервис", 1998.
3. Правила взрывобезопасности топливоподач и установок для приготовления и сжигания пылевидного топлива. — М.: Ротапринт ВТИ, 1990.
4. Объем и технические условия на выполнение технологических защит систем пылеприготовления котельных установок: РД 34.35.119-94. — М.: СПО ОРГРЭС, 1996.
5. ГОСТ 1790-77. Проволока из сплавов хромель Т, копель и константан для термоэлектродов термоэлектрических преобразователей. Технические условия.
6. ГОСТ 6616-94. Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия.
7. ГОСТ 9941-81. Трубы бесшовные холодно- и теплодеформированные из коррозионно-стойкой стали. Технические условия.
8. ГОСТ 3262-75. Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Рекомендации по повышению надежности узлов и элементов систем пылеприготовления котельных установок
1.1. Тракт сырого топлива между питателем и молотковой мельницей
1.2. Тракт сушильно вентилирующего агента перед тангенциальной молотковой мельницей
1.3. Тракт сырого топлива между питателем и мельницей вентилятором
1.4. Узел подключения пылепроводов к коробу первичного воздуха в пылеприготовительных установках с бункером пыли
2. Рекомендации по повышению надежности измерений параметров, используемых в качестве импульсов в цепях технологических защит и сигнализации систем пылеприготовления
2.1. Измерение температуры пылегазовоздушной смеси
2.2. Отбор давления потока пылегазовоздушной смеси
2.3. Организация надежного импульса, характеризующего забивание пылью течки пыли под циклоном в системах пылеприготовления с бункером пыли
3. Список использованной литературы