При эксплуатации котлов с дробевой очисткой наблюдались случаи появления свищей в двух первых (по ходу дроби) рядах труб нижних ступеней , расположенных под трубчатыми воздухоподогревателями. Отмечено также повреждение сварных швов в местах приварки труб воздухоподогревателей к верхним трубным доскам.
При осмотре поверхностей нагрева было установлено, что характер повреждений во всех зафиксированных случаях примерно одинаков. Трубы экономайзеров имели продольные трещины длиной до 100—150 мм, расположенные под углом около 45 градусов от лобовой точки. При этом края трещин были загнуты внутрь. В качестве примера на рисунке ниже показаны образцы труб верхнего ряда нижней ступени экономайзера, размещенной под,трубчатым воздухоподогревателем, одного из котлов НесветайГРЭС после длительной (3 года) эксплуатации его с дробевой очисткой. Появление свищей на третий год эксплуатации дробевых установок стало причиной частых вынужденных остановов котлов.
Повреждения сварных соединений в местах приварки труб к верхним трубным доскам увеличивали перетечки воздуха в газовый тракт котла.
Исследование металла поврежденных поверхностей нагрева показало, что трещины являются следствием наклепа, появившегося в результате ударов дроби о поверхность труб.
Для исследования этого явления на одном из котлов Воронежской ТЭЦ-1, воздухоподогреватель и экономайзер которого в течение года 2 раза в смену очищались чугунной дробью размером до 7—8 мм (за одну очистку пропускалось через конвективную шахту 5—6 т дроби), были вырезаны трубы из первых двух рядов нижней и верхней ступеней экономайзера.
Химический анализ этих труб показал, что обе ступени изготовлены из стали 15 по ГОСТ 1050-57. Механические свойства, определявшиеся на плоских разрывных образцах, взятых в различных местах по периметру труб, приведены в таблице:
Из таблицы видно, что прочностные характеристики металла отвечают требованиям, предъявляемым к стали 15, а значения относительных удлинения и сужения трубы, вырезанной из первого ряда нижней ступени экономайзера, сильно отличаются друг от друга. Это объясняется неравномерным по периметру наклепом поверхностного слоя трубы.
Металлографические исследования выявили, что структура металла труб нижней и верхней ступеней экономайзера состоит из феррита и перлита с величиной зерен, соответствующей 7 — 8 баллам по шкале зернистости. Зерна перлита равноосные, плотные.
В поверхностном слое трубы нижней ступени (особенно в лобовой ее части) зерна сильно деформированы. В трубе, вырезанной из верхней ступени экономайзера, деформация зерен отсутствует.
Изменение структуры металла в поверхностном слое трубы нижней ступени экономайзера подтверждает наличие наклепа, особенно на лобовых участках.
Наклеп в поверхностном слое труб исследовался также путем измерения твердости и определения оста-
точных напряжений. Твердость измерялась в различных точках по периметру трубы. Ее значение для участков трубы нижней ступени экономайзера изменялось в пределах от 90 до 120 единиц по Роквеллу, а для грубы верхней ступени — от 65 до 84 единиц. Повышенные значения величин твердости для трубы нижней ступени объясняются наличием наклепа. В трубе верхней ступени, судя по результатам измерений, возможен очень незначительный наклеп лишь с лобовой стороны в микроскопически тонком слое, где твердость 83—84 единицы.
Определение остаточных напряжений в трубах нижней и верхней ступеней производилось в участках с повышенной и низкой твердостью по величине прогиба в средней части брусков, вырезанных вдоль образующих трубы. Остаточные напряжения подсчитывались по формуле:
Результаты подсчета остаточных напряжений приведены в таблице:
Данные таблицы свидетельствуют о том, что труба нижней ступени экономайзера имеет большие остаточные напряжения вследствие наклепа. В трубе верхней ступени остаточные напряжения отсутствуют.
Изменение механических свойств металла труб, деформация зерен, повышенная твердость и наличие остаточных напряжений свидетельствуют о наклепе в поверхностном слое трубы нижней ступени экономайзера. В трубе верхней ступени механические свойства сохранялись, деформация зерен поверхностного слоя очень незначительна, остаточные напряжения практически отсутствуют и, следовательно, существенного наклепа нет.
Наличие наклепа и повреждение именно первых по ходу газа рядов нижних ступеней экономайзеров объясняется тем, что дробь падает на них после сильного разгона в трубах воздухоподогревателей. Повреждения в первую очередь появляются на участках, вблизи которых имеется значительное количество заглушенных или забитых золой труб, вследствие чего по границам таких участков образуются концентрированные потоки дроби. Это подтверждается опытом эксплуатации котельных агрегатов с дробевой очисткой на ряде электростанций. Так, например, котельный агрегат Воронежской ТЭЦ-1, в котором заглушенных и «забитых» труб в верхней ступени воздухоподогревателя было сравнительно мало, проработал с дробевой очисткой более трех лет и при этом ни одного случая разрыва экономайзерных труб не было. Другой котельный агрегат той же электростанции, в котором трубы верхней ступени воздухоподогревателя примерно на 50% были заглушены и забиты золой, через полтора месяца работы с дробевой очисткой 2 раза аварийно останавливался из-за разрыва труб верхних рядов нижней ступени экономайзера.
Исследованиями установлено, что верхний ряд труб нижних ступеней экономайзера имеет наклеп по всему периметру трубы, в том числе на боковых и тыльных сторонах. Последнее объясняется тем, что дробь после упругого удара о второй ряд труб шахматного пучка отскакивает и ударяется о тыльные и боковые участки труб предыдущего ряда, вызывая в них наклеп. Поэтому защита только лобовой части двух верхних рядов труб при шахматном расположении их накладками в виде полутруб и уголков может не достигнуть дели.
Для обеспечения надежной защиты хвостовых поверхностей нагрева котельных агрегатов от наклепа предлагается конструкция защитных устройств, основанная на принципе замедления скорости падения дроби.
На рисунке ниже показана уголковая защита нижней ступени экономайзера котла ТП-170. Уголки устанавливаются с перекрышей под верхней ступенью воздухоподогревателя по всему сечению газохода в два ряда в шахматном порядке. Перекрыта обеспечивает замедление всего потока дроби перед очищаемой поверхностью. Сами уголки при работе установки заполняются дробью, которая смягчает силу удара и предохраняет их от износа. Защитное устройство подвешивается к нижней трубной доске воздухоподогревателя. Уголки свободно лежат на своих опорах и при проведении ремонтов, а также в других необходимых случаях могут быть удалены из конвективной шахты, так же как и алюминиевые листы продажа.
На рисунках ниже показана защита из угольников и полутруб, устанавливаемых непосредственно на двух первых рядах труб экономайзеров, расположенных под трубчатыми воздухоподогревателями. Принцип работы таких устройств аналогичен рассмотренной выше уголковой защите. В данном случае уголки и полутрубы
устанавливаются на трубах экономайзера с помощью шипов и косынок. Для обеспечения возможности температурных удлинений уголки и полутрубы выполнены длиной 1 м и установлены с зазором 3 мм, а шипы проходят через овальные отверстия в защитных устройствах. При такой системе Защиты наклеп боковых и тыльных участков первого ряда труб мало вероятен, так как защитное устройство второго ряда покрывается слоем дроби, исключающим возможность сильных рикошетных ударов о кормовую и боковую поверхности труб верхнего ряда.
Защита труб в зоне высоких температур газов может быть выполнена с помощью шипов. В этом случае шипы привариваются к стенке трубы так же, как и при ошиповке экранных труб топок с жидким шлакоудалением, что должно обеспечить хорошее их охлаждение.
Сварные соединения труб с верхней трубной доской можно защищать с помощью насадок из труб воздухоподогревателя. При этом нарезаются кольца высотой 20 мм, каждое из которых точечной сваркой в двух-трех местах крепится к входным концам труб воздухоподогревателя. При ,работе установки свободное пространство между насадками заполняется дробью, защищающей сварные соединения от наклепа и разрушения. При изготовлении воздухоподогревателей для котлов с дробевой очисткой в заводских условиях трубы следует выдвигать из верхних трубных досок на 15— 20 мм, что исключит необходимость приварки насадок к трубным доскам на электростанциях.
Необходимо подчеркнуть, что даже при наличии защитных устройств не следует пропускать через конвективную шахту котла чрезмерно большое количество дроби. Избыточная дробь будет «обрабатывать» уже чистые от золы металлические поверхности, производя наклеп.
Как выше указывалось, первоначально котельные агрегаты Воронежской электростанции очищались дробью размером до 7—8 мм 2 раза в смену по одному часу. При этом через конвективную шахту за одну очистку пропускалось дроби по 5—6 т и более. Затем было решено сократить время очистки до 15—30 мин. Расход дроби составлял при этом 2—3 т за одну очистку. При таком режиме дробевая очистка также была эффективной.
Исходя из изложенного, для борьбы с наклепом наряду с защитными устройствами необходимо:
1. Расход дроби через конвективную шахту ограничить минимально необходимым количеством, обеспечивающим эффективную очистку поверхностей. Режим очистки (интервалы между очистками и количество пропускаемой через шахту дроби за одну очистку) должен устанавливаться отдельно в каждом конкретном случае в зависимости от интенсивности образования отложений и их характера.
2. Перед пуском установки в работу обеспечить равномерное распределение дроби по сечению конвективной шахты, чтобы избежать концентрированных ее потоков. С этой же целью воздухоподогреватели должны быть тщательно очищены от золы.
3. Следует отказаться от применения дроби с размером фракций более 5 мм (в первое время дробевые установки на станциях работали, как указано выше, с дробью размером до 8 мм и даже более). Помимо уменьшения силы удара дроби о трубы, это позволит также значительно снизить потери напора в системе пневмотранспорта дробевых установок. Эффект очистки при таком размере практически не снижается, что подтверждается лабораторными исследованиями и опытом эксплуатации промышленных агрегатов.
Для обеспечения эффективности очистки при уменьшении количества дроби, пропускаемой за рабочую кампанию котла, нужно, как указывалось ранее, стремиться не к сокращению числа очисток, как это иногда делается, а к регулярным очисткам при сокращенном времени действия дробевого потока.
4. В ходе эксплуатации котлов с дробевой очисткой следует периодически контролировать состояние металла поверхностей путем визуальных осмотров и специальных лабораторных исследований вырезанных образцов.
Разработанные устройства для защиты экономайзеров и воздухоподогревателей от наклепа дробью в настоящее время применяются на многих электростанциях, используются проектными организациями и котлостроительными заводами. Опыт эксплуатации показал, что при их установке и выполнении перечисленных рекомендаций по режиму очистки удается избежать повреждения труб из-за наклепа поверхностного слоя металла. 0б этом, в частности, свидетельствует опыт Несветай ГРЭС, Воронежской ТЭЦ, и других электростанций, где после внедрения описанных выше предложений экономайзеры и трубчатые воздухоподогреватели, очищаемые дробью, в течение длительного времени работают вполне надежно.