Редакция портала Энергетика.ТЭС и АЭС продолжает перевод иностранных публикаций о новинках в мире тепловой энергетики. К Вашему вниманию материал о новейшем методе очистки поверхностей нагрева котлов-утилизаторов, который набирает популярность в США.

Паропроизводительность котлов-утилизаторов довольно сильно зависит от чистоты греющего газа и соприкасающихся с ним поверхностями нагрева. Когда загрязнения начинают препятствовать передаче тепла, приходит время для очистки. Одним из самых современных и эффективных методов очистки поверхностей нагрева котла на сегодняшний день является очистка при помощи частичек льда CO2.

Каждый котел-утилизатор во время своей работы в конечном итоге испытывает обрастание труб загрязнениями, как с внешней, так и с внутренней стороны, вызванными накипью и коррозией, что приводит к сокращению производства пара, уменьшает его температуру и, таким образом, уменьшает КПД котла и совокупную эффективность цикла. Эти потери производительности наносят удар по экономической эффективности электростанции в виде повышенного потребления топлива и потерянного дохода от продажи электроэнергии, не говоря уже о других экономических потерях, которые возникают в результате продолжительного останова энергоблока для очистки котлов-утилизаторов.

Обрастание труб котлов-утилизаторов с внешней стороны часто является причиной содержания серы в топливе, впрыску аммиака для контроля NOx и конденсации дымовых газов из-за низких температур по газовому тракту. Повышенное загрязнение также часто встречается на электростанциях, работающих с частыми сменами режима для регулирования электрических нагрузок, но которые проектировались для работы в «базовом» режиме.

Годовая программа обслуживания каждой электростанции должна включать в себя очистку поверхностей нагрева котлов-утилизаторов с газовой стороны. Эффективное планирование технического обслуживания может быть улучшено путем внимательного наблюдения за конкретными рабочими параметрами, такими, как давление напора дымовых газов, паропроизводительность и температуры, сравнивая данные с проектными.

Загрязненные трубы. Типичные примеры загрязнений, которые часто встречаются на трубах котлов-утилизаторов.

После того, как необходимость в очистке была создана и определена дата отключения котла, следующим шагом является выбор наилучшей имеющейся технологии очистки. На сегодняшний день вариантами очистки для котлов-утилизаторов являются:

• очистка водой под высоким давлением;
• пескоструйная обработка;
• новый метод очистки при помощи диоксида углерода.

Руководство электростанции должно тщательно рассмотреть плюсы и минусы, связанные с каждым способом очистки, прежде чем сделать окончательный выбор.

Очистка водой под высоким давлением

Струйная обработка водой под высоким давлением может быть эффективной, но может иметь нежелательный побочный эффект. Взаимодействие с водой ускоряет коррозию труб. Кроме того, такая форма очистки ограничивается линией контакта воды с поверхностью труб и может быть невозможной в труднодоступных местах. Также струйная обработка водой под высоким давлением может нанести повреждения изоляции и обмуровки котла. Загрязненная вода также трудно очищается и может потребовать дорогостоящей утилизации, если будет признана в качестве опасного отхода.

Пескоструйная обработка поверхностей нагрева

Пескоструйная обработка поверхностей нагрева котлов-утилизаторов также ограничивается видимой линией очистки, может нанести повреждения тонким трубам, если выполняется не достаточно опытными специалистами. К сожалению, для руководства электростанции, истончение стенки труб не является очевидным во время чистки, но будут очевидны, когда свищи в будущем станут причиной частых аварийных остановов котлов. Как и при обработке водой под высоким давлением образуется большое количество отходов, некоторые из которых могут быть классифицированы как опасные, требующие особой и дорогой обработки и утилизации.

Углекислотная очистка поверхностей нагрева котла

Углекислотная очистка поверхностей нагрева котла, пожалуй, является на сегодняшний день единственным вариантом, который является неразрушающим и не производит вторичных отходов. Данный метод очистки позволяет избежать в будущем коррозии стенок труб и устраняет риск эрозии. Так же, что очень важно, при данном методе очистки происходит глубокая чистка между трубами. СО2 проникает и полностью очищает элементы, расположенные в труднодоступных местах котла-утилизатора, уменьшая трудозатраты и использование средств механической очистки.

Углекислотная очистка в подробностях

Метод очистки загрязненных поверхностей углекислым газом был изобретен более, чем 20 лет назад.

Очистка производится углекислотой, находящейся в состоянии льда.

Углекислотная очистка использует маленькие цилиндрические гранулы сухого льда для удаления нагара, ржавчины и окалины с труб. Процесс изготовления гранул включает в себя преобразование жидкого CO2 в твердые гранулы сухого льда. Цилиндрические гранулы сухого льда, используемые в очистке имеет длину примерно 0,5 см.

Общий процесс очистки довольно прост. Льдинки CO2 подаются в портативный ресивер, который соединен с компрессором высокого давления. Льдинки смешиваются с потоком воздуха и при помощи специальной форсунки выбрасываются в сторону очищаемой поверхности со скоростью примерно 300 метров в секунду. Гранулы выходя из сопла проникают в слой загрязнения на очищаемой поверхности.

Сопла направляют непосредственно на места загрязнения. Когда льдинки CO2 ударяются о поверхность они резко изменяют своё состояние на газовое, при этом увеличиваясь при этом в объеме примерно в 750 раз.

Когда льдинки ударяются о поверхность они изменяют своё агрегатное состояние и превращаются в газ.

Во время сублимации при атмосферных условиях, гранулы CO2 переходят от твердого состояния непосредственно в газ, минуя жидкую фазу. Когда СО2 сублимирует из твердого состояния в газ, она очень быстро расширяется в 750 раз в объеме, создавая взрывной эффект, что поднимает и удаляет отложения с металлических поверхностей.

Производство гранул льдинок СО2 является краеугольным камнем в процессе очистки. Гранулы необходимо производить на месте, чтобы гарантировать их качество и плотность для максимальной эффективности очистки.

Установку по производству гранул льдинок CO2 можно построить достаточно легко на территории электростанции. Для работы установки потребуется компрессор высокого давления, осушитель воздуха/доохладитель, жидкий резервуар СО2 и блок преобразования осадка.

Готовые гранулы сухого льда могут храниться, как правило, от 24 до 48 часов, прежде чем они должны будут использованы до потери своей плотности.

Истинная эффективность очистки углекислотой становится очевидной при сравнении производительности котла до и после очистки. В первом исследованном случае, значительный уровень производительности был восстановлен после очистки. Во втором случае, стоимость очистки углекислотой позволила владельцу электростанции отменить запланированное долгосрочное отключение и не производить замену экономайзера.

Пример 1: Восстановление производительности

PurEnergy является управляющим активами и оператором ТЭС Maxim Power, расположенной в Питтсфилде, штат Массачусетс. Электростанция имеет общую электрическую мощность 170 МВт. В качестве газовых турбин установлены три турбины GE мощностью по 42 МВт каждая, котлы-утилизаторы американской компании Deltak, которые производят пар для одной паровой турбины мощностью 55 МВт, также GE. Электростанцию ввели в коммерческую эксплуатацию в 1990 году.

Увеличение перепада давлений котлов-утилизаторов по газовому тракту было вызвано накоплением загрязнений, пыли и окалины на поверхностях трубок. На очистку было запланировано около 168 часов (две 12-часовые смены в течение семи дней).

В результате проведенной очистки поверхностей нагрева котлов-утилизаторов на ТЭС Maxim Power удалось достичь проектных значений перепадов давлений по газовому тракту, что не удавалось сделать на протяжении нескольких лет.

По данным представителей PurEnergy, общий КПД каждого энергоблока после восстановления поверхностей нагрева котлов-утилизаторов вырос как минимум на 0,66%.

Также после проведения данной очистки на порядок снизилось количество остановов для последующих очисток котлов.

Общая прибыль от повышения экономичности и снижения количества остановов блоков, также по данным PurEnergy, составила порядка $ 105,000 в год.

Пример 2: Как избежать дорогостоящего ремонта

В качестве следующего примера приведем ТЭС, работающую по комбинированному циклу в Великобритании и производящей электроэнергию и пар для двух картонных фабрик. На электростанции установлена газовая турбина GE LM6000 и паровая турбина Siemens.

На данной ТЭС потребовалась замена водяного экономайзера, так как его поверхность не удавалось очистить традиционными средствами в течении долгого времени. Продукты сгорания конденсировались на трубках экономайзера в виде смолы из-за остывания уходящих газов в этом месте ниже точки росы. Совокупный эффект был в виде потери теплопередачи в экономайзере и повышения перепада давлений по газовому тракту, что серьезно сказалось на производстве пара.

Первоначально владельцем ТЭС рассматривался вариант полной замены всего экономайзера на новый, который оснащен системой рециркуляции. Система рециркуляции экономайзера должна была подводить часть горячей воды с выхода экономайзера и возвращать её на вход, чтобы обеспечить температуру металла труб экономайзера выше температуры точки росы, тем самым избегая конденсации продуктов сгорания. На замену дорого экономайзера собирались потратить по крайней мере 40 дней, что серьезно бы ударило по экономическим показателям ТЭС.

Поверхность нагрева экономайзера до очистки CO2 на ТЭС в Великобритании

Поверхность нагрева экономайзера после очистки при помощи CO2

В качестве альтернативного подхода, владелец изучал варианты криогенной очистки экономайзера, хотя в то время не было ни одного крупного опыта очистки котла по данной технологии в Великобритании, а был опыт только очистки мелкого оборудования, такого как двигатели или обмотки генераторов. Владелец ТЭС направил своих представителей в США, чтобы наблюдать за процессом очистки в действии, и было принято решение провести данный процесс процесс в Великобритании впервые. Оборудование для углекислотной очистки было доставлено из США.

Процесс очистки был очень успешным, и после её завершения электростанция вновь заработала на полную мощность.

Качественный ремонт станков профессиональными мастерами. Ремонт токарных, фрезерных, станков с ЧПУ и других типов на территории заказчика в короткое время.