Одним из способов предотвращения усиленной коррозии элементов в , работающих особенно на сернистом мазуте, является установка в качестве последней по газам и первой по воздуху ступени воздухоподогревателя, изготовленного из некорродирующего материала, в частности из стеклянных труб. Работая полностью или частично в коррозионной зоне температур, эта ступень дает возможность разместить основную часть воздухоподогревателя в такой температурной зоне, где сочетание входящего подогретого воздуха и не полностью охлажденных газов исключает возможность наружной коррозии труб или набивки.
Компоновка может быть выполнена таким образом, чтобы основной воздухоподогреватель не лимитировал снижения температуры уходящих газов, в том числе и при неполных нагрузках котлоагрегата. Если основная ступень воздухоподогревателя (вторая по ходу воздуха) регенеративного типа, то набивка обычно может состоять из двух рядов по высоте, причем оба ряда могут быть выполнены из тонких листов, обычно применяемых только для «горячей» части набивки РВП.
Необходимо оговорить, что стеклянная ступень воздухоподогревателя при описанной выше компоновке снимает «запрет» с достаточно глубокого охлаждения газов в пределах собственно воздухоподогревателя, однако остается в силе опасность усиленной коррозии металлических газоходов и дымовых труб.
В 1966—1968 гг. на ГЭС-1 Мосэнерго были выполнены трубчатые воздухоподогреватели из стеклянных труб 0 44X4 мм. Было использовано малощелочное стекло марки 13в. Его состав: Si02 —80%, В203—13%, Аl203 —2,25%, Na20 — 3,5%, К2О — 1,15%,Fе203 — 0,05%. Это стекло практически устойчиво ко всем химическим веществам, кроме фтора, нёкоторых соединений фосфора и горячих щелочных растворов с pH свыше 10. Механическая прочность труб ограниченна, особенно под действием изгибающих, растягивающих и ударных усилий.
Трубы из стекла марки 1Зв оказались достаточно стойкими против коррозии в низкотемпературной части котлоагрегатов, работающих на сернистом мазуте. Однако из-за ряда конструктивных дефектов значительное число труб лопалось вблизи мест крепления их в трубных досках после 2—3 месяцев работы.
В дальнейшем ВТИ и трест Союзстекломонтаж разработали новую конструкцию крепления труб. Важнейшей частью конструкции являются места заделки труб, которые наряду с обеспечением высокой плотности должны оставлять свободу температурных удлинений труб и углового перемещения их в любом направлении.
В качестве уплотнительного элемента применено кольцо из фторкаучуковой резины. Кольцо с натягом (внутренний диаметр кольца 40 мм при диаметре трубы 44 мм) надевается на стеклянную трубу и зажимается между двумя трубными досками — основной и прижимной — с помощью болтов. Такой тип крепления оказался удовлетворительным. Выяснилось, что существенное значение имеют размеры досок и их обработка. Так, на одном из первых воздухоподогревателей с описанной конструкцией уплотнительного элемента (Уруссинская ГРЭС) толщины основной и прижимной досок составляют соответственно 12 и 6 мм; каждая прижимная доска охватывает 125 труб; качество изготовления досок было невысоким. При этих условиях наблюдались значительные перетоки воздуха в область газов, в начале — 15—16%; после года эксплуатации— около 25%.
В воздухоподогревателе из стеклянных труб, установленном на ГРЭС-1 Мосэнерго в 1970 г., толщина досок увеличена до 17 мм (основная) и 12 мм (прижимная). На каждую прижимную доску здесь приходится только 16 труб при четырех болтовых соединениях.
В стеклянных воздухоподогревателях, установленных на Кармановской ГРЭС, толщины досок составляют 20 и 16 мм и каждая прижимная доска охватывает 12 т.руб при тех же четырех болтовых соединениях.
Имеются сведения о том, что загрязнения стеклянных воздухоподогревателей в области температур труб ниже точки росы практически не отличаются от загрязнений обычных металлических трубчатых воздухоподогревателей, работающих в аналогичных условиях. С другой стороны, отмечается, что в коридорных пучках стеклянных труб с широким поперечным шагом на боковых образующих малы и потому газовое сопротивление стеклянных воздухоподогревателей в эксплуатации нарастает довольно медленно.
На котлоагрегате ПК-41 Кармановской ГРЭС были выполнены эксплуатационные наблюдения. В частности, выяснено, что трубы, устанавливаемые в конструкциях стеклянных воздухоподогревателей без специальных фиксаторов, не имели осевых перемещений. Трубы удерживаются на месте резиновыми уплотнительными кольцами. Загрязнения золой преимущественно образуются в промежутках между трубами по продольному шагу. В нижнем пакете, который загрязняется сильнее, эти промежутки оказались полностью перекрытыми. По направлению к верхнему «горячему» ряду загрязнения уменьшаются. По поперечному шагу загрязнения в верхнем ряду практически отсутствуют (указывается толщина слоя отложений 0,6 мм после 4440 ч работы); ниже загрязнения резко усиливаются, причем на боковых образующих толщина слоя все же не превосходит 2 мм. Благодаря этому сопротивление воздухоподогревателя с газовой стороны возрастает (на 15—17%) в первые 28—30 сут работы. Затем оно стабилизируется и при нагрузках, близких к номинальным, составляет 515 Па (53 кг/м2). Нужно иметь в виду, что рассматриваемый котлоагрегат работал с присадкой к мазуту ВТИ-4Ст.
За 8 мес эксплуатации перетоки воздуха доходили до 14% (в среднем 8%) по причине главным образом поломки труб (270 разрушенных труб за год работы).
Температура труб в верхнем ряду составляет от 125 до 145 °С, повышаясь по ходу воздуха; то же на выходе газов: от 92 до 110 °С. Температура основных трубных досок составляет 50 °С на холодном конце воздухоподогревателя (наименьшее значение) и 120 °С ка горячем конце. Рассчитать количество нужных труб для поверхностей нагрева можно в трубном калькуляторе онлайн.
На Кармановской ГРЭС стеклянные трубчатые воздухоподогреватели были смонтированы и на котлоагрегатах блоков № 1 и 5. На блоке № 1 воздухоподогреватель из стеклянных труб пущен в работу 10 октября 1972 г. До 1 апреля1973 г. котлоагрегат останавливался лишь в ноябре 1972 г.; при этом было заменено 26 труб из 21500. Перетоки воздуха в среднем составляли 7%. Температура воздуха повышалась с 20—22 до 63—65 °С, а уходящих газов снижалась на 35 °С.
На блоке № 5 воздухоподогреватель выполнен по проекту ЗиО и отличается, в частности, шахматным расположением труб. Котлоагрегат пущен в работу в декабре 1972 г. До апреля 1973 г. заменено около 20 труб. Зимой воздухоподогреватель работал с температурами воздуха на входе 3—5 °С и на выходе 35 °С при темяературе уходящих газов 108—115 °С.
Более подробно о установке стеклянных воздухоподогревателей у нас в стране вы можете в нашей статье: .
За рубежом (Франция, Англия, Германия и др.) имеется значительный опыт применения стеклянных воздухоподогревателей. Во Франции на котлоагрегатах производительностью 103 кг/с (370 т/ч) блоков мощностью 125 МВт установливали воздухоподогреватель с трубами из боросиликатного стекла типа «Пайрекс».
Благодаря огневой полировке поверхности аэродинамическое сопротивление стеклянных труб на 20% меньше, чем стальных труб. Вероятно, это снижает и коэффициент теплоотдачи, однако экспериментальные данные по этому вопросу отсутствуют. Коэффициент теплопередачи для стекла по сравнению со сталью (вследствие меньшей его теплопроводности) снижается лишь на 4—5% и в эксплуатации компенсируется меньшим загрязнением стекла.
На котлоагрегатах блоков мощностью 125 МВт электростанции Дюнкерк, сжигающих мазут с содержанием серы до 3,75% и доменный газ, были установлены воздухоподогреватели из чугунных труб в сочетании с низкого давления для подогрева доменного газа. В эксплуатации, особенно на мазуте, нижняя часть воздухоподогревателей забивалась и корродировала, вследствие чего через 3 года потребовалась замена. На котлоагрегате блока № 2 чугунные воздухоподогреватели средней и нижней ступени были заменены стеклянными. Было установлено 33 тыс. полированных стеклянных труб диаметром 32×2 мм и длиной 1975 мм. Трубы устанавливались на асбестовых муфтах, в чугунных трубных досках толщиной 20 мм, шаги 59 и 47,5 мм при коридорном расположении. Трубы расположены горизонтально в опускном газоходе. Газы проходят через межтрубное пространство, а воздух — внутри труб в два хода. Каждая труба имеет на одном конце утолщение, образуемое путем штамповки и входящее в выточку в трубной доске.
Непосредственно после пусков стеклянного воздухоподогревателя в чистом состоянии отмечалась сильная вибрация труб, которая прекращалась после некоторого их загрязнения примерно через 100 ч после пуска. Для полного устранения вибраций намечалась установка в воздухоподогревателе вертикальных листов—экранов. За год работы было обнаружено 96 разбитых труб, т. е. не более 0,3%.
Удаление золовых отложений производится обмывкой водой на остановленном котлоагрегате или через стационарные сопла во время работы котлоагрегата. В последнем случае используют нагретую воду или снижают температуру труб с таким расчетом, чтобы разность температур воды и труб была не более 110 °С. При этом приходится снижать нагрузку блока на 10 МВт, а при работе на доменном газе — несколько больше. Снижение можно уменьшить путем разделения воздухоподогревателя на четыре отключаемые части.
После года работы воздухоподогревателя из стеклянных труб котлоагрегата производительностью 103 кг/с (370 т/ч) результаты эксплуатации были признаны вполне удовлетворительными.
Интересен комплекс низкотемпературных поверхностей нагрева, примененный на котлоагрегате блока мощностью 600 МВт ТЭС Корделе и других котлоагрегатах меньшей мощности, сжигающих мазут. Установкой воздухоподогревателя типа Ротемюле с керамической выходной частью, а за ним стеклянного воздухоподогревателя с вертикальной компоновкой трубок достигается возможность снижения температуры уходящих газов до 109 °С. При этом в стеклянном воздухоподогревателе воздух нагревается с 20 до 70 °С, а газы охлаждаются с 155 до 109 °С. Температура стенки в металлической части воздухоподогревателя превышает 150 °С, что устраняет возможность сернистой коррозии.
В последнее время стеклянные воздухоподогреватели стали применять и в США. Наиболее существенные детали таких воздухоподогревателей — уплотнения между трубками и трубными досками — применяются различных конструкций: в Европе применяют двухконусные тефлоновые прокладки при тефлоновых листах, защищающих трубные доски; в США применяют прокладки из фибергласа с усилением из стальных колец.
Имеются сведения, что стеклянные воздухоподогреватели начали применять также в Канаде. Вместе с тем объединение «Электриситэ де Франс» больше не заказывает новых низкотемпературных воздухоподогревателей, поскольку снижение стоимости условного топлива во Франции изменило ситуацию в этом отношении — выгоднее снизить К.П.Д. котлоагрегата, чем усложнять его конструкцию.