лабораторию диагностики электротехнического оборудования;

химическую службу; специальное проектно-конструкторское бюро.

Цель создания центра – осуществление инженерной поддержки производства, а также предоставление широкого спектра инженерных услуг, обеспечивающих эффективность, надежность, безопасность и улучшение экологической ситуации при эксплуатации энергетических предприятий.

Центр является обособленным хозрасчетным подразделением в составе исполнительной дирекции ОАО Кузбассэнерго.

ИАЦ обладает уникальным комплексом техни- ческих средств и высококвалифицированным персоналом, что позволяет проводить весь комплекс инженерных услуг от проектирования до наладки и ввода в эксплуатацию энергетического оборудования.

Центр работает в следующих направлениях: испытание и наладка котло- и турбоагрегатов,

вспомогательного оборудования, золоулавливающих установок, систем вентиляции и кондиционирования воздуха;

экспертное обследование и техническое диагностирование с целью продления срока службы оборудования, подведомственного Госгортехнадзору России, аттестация сварщиков, осуществление всех видов контроля тепломеханического оборудования неразрушающими методами, расчет паропроводов на прочность, исследование металла на надежность;

метрологическое обеспечение производства; обследование состояния и наладка химводо-

подготовки и водно-химического режима ТЭС с применением новых технологий химической обработки воды, наладка схем консервации котлов и турбин, полный химический анализ воды, электролитов, энергетических масел, топлива и отложений с поверхностей нагрева, замеры вредных факторов при аттестации рабочих мест.

На все виды деятельности, осуществляемые ИАЦ, имеются соответствующие разрешительные документы.

В заключение хочется сказать, что на протяжении всего периода развития Кузбасской энергосистемы важнейшим направлением технической политики является широкое использование достижений, научно-технического прогресса, передовых технологий и высокоэффективных мероприятий по повышению экономичности, надежности, энергетической и экологической безопасности.

Используя период снижения энергопотребления промышленностью, энергосистема за последние 10 лет сумела заменить 42% генерирующих мощностей, реконструировать часть котлоагрегатов с целью сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу, заменить частично электрооборудование на современное. Однако износ основных фондов происходит быстрее, чем идет замена оборудования. В связи с этим в энергосистеме принимаются все меры, чтобы обеспечить устойчивое финансирование намечаемых ежегодных программ по техперевооружению и реконструкции оборудования.

Внедрение ступенчатого сжигания кузнецких углей в смеси с газами на котлах БКЗ-210-140 Западно-Сибирской ТЭЦ ОАО Кузбассэнерго

Дуплинский С. В., главный инженер Западно-Сибирской ТЭЦ

В настоящее время проблемы повышения экологической безопасности энергетического комплекса выдвинуты в число высших приоритетов Российской Федерации. Поэтому одной из важных задач является разработка и внедрение новых технологий сжигания твердого топлива не только для вновь проектируемых, но и для действующих электростанций с целью уменьшения негативного влияния на окружающую среду.

Котлы БКЗ-210-140, установленные на I очереди Западно-Сибирской ТЭЦ в период с 1963 по 1967 г., работают с высокими концентрациями вредных веществ в уходящих газах, значительно превышающими существующие нормы.

Существенным фактором, влияющим на экологичность и надежность работы указанных котлов, является сжигание кузнецких углей, имеющих высокое содержание связанного азота, что приводит к основному вкладу топливных оксидов азота в суммарный выброс загрязняющих веществ, а также совместное сжигание указанных углей с коксовым и доменным газами сопряжено с большими трудностями, так как возникают проблемы с устой- чивостью зажигания факела при резком изменении соотношения топлив при малых нагрузках.

Поэтому в ОАО Кузбассэнерго, в свете жестких требований природоохранных органов к экологическим параметрам действующего оборудова-

14

2003, ¹ 6

ния, была принята концепция по последовательной реконструкции котельных агрегатов с целью повышения их экологичности и эксплуатационной надежности.

Краткая характеристика внедренной технологии сжигания кузнецких углей. В период 1990 – 2002 гг. Западно-Сибирская ТЭЦ в содружестве с Московским энергетическим институтом внедрила новую экологически эффективную технологию ступенчатого сжигания кузнецких углей

âсмеси с газами на пяти котлах ÁÊÇ-210-140.

Âоснову новой технологии были заложены

следующие принципы:

использование режима работы топки с твердым шлакоудалением при обеспечении температуры факела менее 1500°С для подавления образования в ней термических оксидов азота;

принятие ряда мер, направленных на подавление генерации топливных NOõ за счет раннего прогрева и зажигания потока аэросмеси, прежде всего, в результате организации в топке ступенча- того сжигания при значительной нехватке кислорода в первой ступени горения;

обеспечение удлиненных траекторий угольных частиц в топке посредством использования прямоточных факелов U-образной формы;

организация движения струй горящей пылевоздушной смеси, вторичного и третичного воздуха по близким траекториям с интенсификацией перемещения реагентов в хвостовых частях факела.

Внедрение разработанной технологии ступен- чатого сжигания на котлах осуществлено посредством изменения компоновки и конструкции пылеугольных горелок и установки сопл третичного дутья – шесть комбинированных пылегазомазутных горелок улиточного типа, расположенных на боковых стенах топки котла, заменены на восемь прямоточных горелок, установленных на фронтальной стене топки на отм. 16,35 м. На задней стене топки были установлены восемь прямоугольных сопл третичного воздуха с подачей горячего воздуха от кубов ВЗП на отм. 14,35 м, при этом громоздкие горелки доменного газа, находящиеся по фронту котла, были оставлены без изменения.

В топке котла (см. ðèñ. 1) наблюдается U-об- разное движение факела. Первичный воздух с угольной пылью в смеси с коксовым газом поступает в топку при 0,2, где происходят воспламенение коксового газа, прогрев угольной пыли и загорание летучих. Горящая струя движется с большим наклоном вниз к месту слияния с потоком вторич- ного воздуха, вытекающего горизонтально из горелок доменного газа при 0,5.

До слияния с вторичным воздухом реализуется I ступень факельного процесса, характеризующаяся разложением связанного азота топлива при острой нехватке кислорода.

1

3

I III

2II

3' " 4 5/ & % 0! /

! 1 ! ! %" # ! !2

1 – первичный воздух с угольной пылью и коксовым газом; 2 – вторичный воздух; 3 – третичный воздух

В месте слияния первичного и вторичного воздуха – II ступень, где происходит дожигание пыли. Далее поднимающийся вверх факел взаимодействует с третичным воздухом, вытекающим из сопл третичного дутья при 0,3, где происходит окончательное дожигание пыли.

Ключевой момент технологии – существенное подавление образования топливных NOx, которые при сжигании кузнецкого угля на котлах с твердым шлакоудалением составляют до 85% суммарного выхода NOx. Глубина подавления обусловлена острой нехваткой воздуха в корне факелов горелок в условиях их интенсивного прогрева рециркулирующей в вихре горящей средой.

Рассредоточение ядра факела по траектории вихря с большой степенью внутренней рециркуляции среды выравнивает температуру газов в топке (tmax = 1450°C), что практически исключает образование термических NOx.

Выводы по результатам проведенной реконструкции можно охарактеризовать следующими моментами:

выброс оксидов азота снижен до уровня концентраций 270 – 325 мг/м3 в пересчете на = 1,4; значительно повышена устойчивость зажига-

ния факела при малых нагрузках; практика эксплуатации котлов после реконст-

рукции подтверждает значительное повышение надежности его работы по обеспечению температуры металла пароперегревателя в допустимых пределах;

выдерживание номинальных значений температуры перегретого пара не вызывает затруднений;

температура уходящих газов снижена на 5 – 10°С за счет повышения эффективности работы топочных экранов;

2003, ¹ 6

15

КПД (брутто) котлов увеличился на 0,5 – 1%. Схема котлоагрегата БКЗ-210-140 изображена

íà ðèñ. 2.

Основные технические характеристики

(среднеэксплуатационные) котла БКЗ-210-140 до и после реконструкции при сжигании кузнецких углей в смеси с доменным газом (äîì.ãàç = 30 40%)

ñхарактеристиками: Qðí = 3985 5453 êêàë/êã,

	Àð = 27,3 13,4%, V ã = 31,1 40,5%,		W ð = 8,8
	15,5%, приведены далее.
		Äî	После
	Паропроизводительность, т/ч	210	210
	Параметры перегретого пара:
	давление, кгс/см2	140	140
	температура, °С	560	560
	Температура уходящих газов, °С	183	169
	Содержание горючих в уносе, %	11,6	15,3
	Потеря тепла:
	с уходящими газами, %	10,1	8,7
	с механическим недожогом, %	1,8	3,2
	КПД (брутто), %	86,9	87,76
	Удельные выбросы NOx, êã/ò	5,9	4,3
	условного топлива
	Содержание NОõ çà ÂÇÏ, ìã/ì3	700 – 850	270 – 325
	ïðè ïï = 1,4

Несмотря на то, что содержание горючих в уносе после реконструкции возросло, КПД (брутто) котла на 0,86% выше, чем до реконструкции. Это объясняется тем, что повышение механиче- ского недожога компенсируется снижением потерь тепла с уходящими газами за счет снижения Vóõ.ã è

óõ.ã.

Величина предотвращенного экологического ущерба в расчете на один котел (в текущих ценах) составляет 583 тыс. руб год.

							Ïûëå-
							угольные
Ì							горелки
							Третичный
						Ì	воздух
ÃÂ							Горелки
ÑÏÂ
							доменного
XÂ
							ãàçà

Ì

Ì

ÄÂ

. " ! $6/ / ) ! /

7

Âцелом экономический эффект с учетом снижения затрат на ремонтно-восстановительные работы и увеличения числа часов использования установленной мощности составляет на один ко-

òåë 1560 òûñ. ðóá ãîä.

Затраты на реконструкцию одного котла (без учета типовых и регламентных работ) составляют 6,0 – 6,5 млн. руб. Длительность реконструкции

3ìåñ.

Âнастоящее время творческим коллективом ЗС ТЭЦ и МЭИ продолжаются активные научноисследовательские и наладочные работы по повышению экономичности и экологической эффективности реконструированных котлов, разработаны конкретные технические предложения по повышению степени выгорания угольной пыли в случаях совместного сжигания с доменным газом.

Â2003 г. ЗС ТЭЦ проводит реконструкцию шестого котла БКЗ-210-140, по окончанию которой I очередь котельного цеха будет полностью оснащена эффективными топочно-горелочными устройствами.

16

2003, ¹ 6

Опыт ремонта барабана из специальной молибденовой стали котлоагрегата ПК-10

Смирнов А. Н., êàíä. òåõí. íàóê, Князьков В. Л., Макаров Н. М., Удалов В. Ф., Ящинин В. Б., Урусов В. А., инженеры

ОАО Кузбассэнерго

Âпроцессе длительной эксплуатации в металле теплоэнергетического оборудования (работающего при высоких температурах и давлениях) происходят сложные физико-химические процессы, приводящие к распаду структурных составляющих, образованию и накоплению микроповрежденности, развитию и слиянию микротрещин в магистральную трещину и ее дальнейшему распространению.

Задачи оценки степени накопления микроповрежденности в длительно работающем металле, восстановления структуры и свойств, ликвидации повреждений имеют большое не только научнотехническое, но и экономическое значение.

Âотечественной энергетике котлоагрегаты ПК-10 являются одними из первых котлов высокого давления, отработавших максимальный срок.

Âнастоящее время в России эксплуатируется 48 котлов ПК-10. Часть из них имеет барабаны, изготовленные из специальной молибденовой стали, склонной к механическому старению. В этих барабанах были выявлены повреждения, развивающиеся в процессе эксплуатации, вызванные конструктивными, технологическими и эксплуатационными причинами.

Â2002 ã. íà Южно-Кузбасской ГРЭС был выполнен восстановительный ремонт барабана котлоагрегата ПК-10 станц. ¹ 2. Барабан котла ПК-10 (заводской ¹ 5) изготовлен в 1950 г. из специальной молибденовой стали по ТУ 198 УЗТМ. Число часов эксплуатации – 316 тыс.; число пусков –

665; параметры среды: расчетное давление 10,78 МПа (110 кгс/см2), температура насыщения 316°С.

Внутренний диаметр барабана – 1300 мм, толщина стенки – 95 мм. Обечайки откованы, прото- чены и прошли термическую обработку на УЗТМ, днища выполнены на Ижорском заводе. Дальнейшее изготовление барабана проведено на Подольском машиностроительном заводе.

Основные швы при изготовлении заварены ручной дуговой сваркой электродами ЦЛ-6 (С не

более 0,15,	Mn 0,41 – 0,44,	Si	0,27 – 0,3,	S
0,019 – 0,024,	P 0,019 – 0,027,	Cr	0,05 – 0,14,	Ni

0,3 – 0,33, Mo 0,42) с предварительным и сопутствующим подогревом (200 – 300°С). После сварки до толщины 40 мм каждый шов подвергался про-

межуточному отжигу в кольцевой печи: нагрев до температуры 710°С, выдержка 2 ч, охлаждение с выключенной печью до 300°С, далее – на воздухе. После заварки всей толщины шва выполнен окон- чательный отжиг при температуре 710°С, время выдержки – 2 ч.

При операционном контроле на заводе-изгото- вителе после сварки на толщину 40 мм и на всю толщину стенки в шве между левым днищем и обечайкой ¹ 1 были обнаружены дефекты, которые вырубались и подваривались.

Конструктивные элементы сварного соединения основных швов барабана показаны на ðèñ. 1.

Анализ результатов неразрушающего контроля основных сварных швов на ЮК ГРЭС показал, что дефекты, образовавшиеся (по всей видимости) при изготовлении, получили значительное развитие в процессе эксплуатации. Дефекты развивались в наплавленном металле, не выходя на поверхность швов, по всей их длине вдоль оси (ðèñ. 2). Расположение трещины в продольном сечении шва показано на ðèñ. 3. Форма выборки и расположение трещины в поперечном сечении шва пред-

	7°	+1
31,4		2,50

				12
					79
			8	R5
		R5
			5+1	4	16
+0	–0,5			+0,5	–0
1332				1332
		22°	20,9	28°

$ 0 '! " 0

0. 8 & &

2003, ¹ 6

17

! # " 8

ставлены на ðèñ. 4. Условная глубина дефектов составляла до 60% толщины стенки барабана.

В результате исследования пробы металла, вырезанной из сварного соединения на глубину 35 мм от внутренней поверхности барабана, было установлено, что дефект имеет характер трещины. В наплавленном металле обнаружены многочисленные поры, что свидетельствует о низком каче- стве сварки основных швов барабана ðèñ. 5.

При металлографическом исследовании в металле барабана обнаружены крупные вытянутые неметаллические включения как единичные, так и в виде скоплений (ðèñ. 6). Микроструктура метал-

* ! , # 0 ! " 4 ! 7 8 & &

Трещина

R50+5

75 max

60 min

R 25 3 18

80+5

15 2°

) ! , # 0 1 " 0&

ла обечайки барабана состоит из феррита и перлита, величина зерна 4 – 6 баллов шкалы по ГОСТ 5639. Наблюдается значительная разнозернистость в сечении шва. Перлит имеет лучистое строение, незначительно дифференцирован. По границам зерен имеются мелкие единичные карбиды (ðèñ. 7).

На глубине 35 мм от внутренней поверхности шов состоит из ферритно-бейнитной смеси без выделения избыточного феррита. Подобная структура характерна для швов, выполненных при пониженной погонной энергии и заниженной температуре подогрева.

В шве, прилегающем к внутренней поверхности, содержится значительное количество струк- турно-свободного феррита по границам кристаллов. Такая структура характерна для швов, выполненных при повышенной погонной энергии (ðèñ. 8).

Трещина в сечении шва развивается по наплавленному металлу внутри зерен через несколько валиков сварного соединения. На отдельных участках трещина проходит через дефекты типа пор неправильной формы (ðèñ. 9). Уступы могли образоваться при гидравлическом испытании давлением, превышающим рабочее – 1,25 Ððàá (ðèñ. 10). Конец трещины острый.

Дефекты сварного соединения получили развитие в процессе эксплуатации, что способствовало появлению магистральной трещины.

По своему механизму повреждение относится к хрупким разрушениям при гидравлических испытаниях и пусках–остановах из холодного состояния при номинальных напряжениях ниже предела текучести.

Предположительная причина появления трещины вследствие хладноломкости – смещение порога хладноломкости в сторону положительных температур в результате нарушения технологиче- ского режима сварки и термической обработки

18

2003, ¹ 6

					: ! , " !! 4 . ! 4
					" !!
					дублирование контроля температуры лазерны-
	9 0 ! ! " " !!			ми пирометрами по всей длине шва.
					Наплавку выполняли электродами типа Э-46А
	сварных соединений основных швов барабана, а			марки УОНИ 13/45. Заполнение выборки кольце-
				вых швов начинали с участков, имеющих наиболь-
	также охрупчивания металла при длительной вы-			шую глубину, и выравнивали ее наплавкой до
	сокотемпературной эксплуатации.			40 мм толщины шва. Оставшаяся часть выборки
	Учитывая опыт ремонта барабанов котлов,			заполнялась двухслойной наплавкой способом ка-
	представленный в специальной литературе [1, 2],			скада, по четвертям кольцевого шва. На заключи-
	и требования действующей нормативно-техниче-			тельном этапе наплавки выполнялась заварка цен-
	ской документации [3], была разработана техноло-			тральной части выборки в виде стыкового шва и
	гия ремонта основных швов с применением элект-			наплавлялись отжигающие валики.
	родов типа Э-46А с проведением термической об-				Подогрев перед сваркой и термическую обра-
				ботку выполняла специализированная организа-
	работки.
				ция “УНИТЕХ” (г. Уфа) по режиму ðèñ. 11.
	Сложность ремонта заключалась в том, что из-
	за наличия недопустимых дефектов (трещин)
	были удалены почти полностью и вновь заварены
	основные кольцевые швы приварки обечаек и
	днищ барабана (три шва), отремонтированы пора-
	женные трещинами отверстия водоопускных труб
	барабана.
	Технологией ремонта были предусмотрены все
	мероприятия, учитывающие крайне низкие значе-
	ния ударной вязкости основного металла барабана
	и гарантирующие качество выполнения ремонта,
	такие как:
	установка микрометров для контроля переме-
	щения барабана во время сварки во всех плоско-
	стях, что позволяет управлять перемещениями,
	выбирая соответствующую последовательность
	наплавки участков швов;
	учет неизбежного возникновения значитель-
	ных напряжений и деформаций (при наплавке бо-
	ëåå 200 äì3 металла на каждом шве);
	непрерывный и равномерный подогрев метал-
	ла барабана до сварки и в процессе сварки;
	окончательная термическая обработка непо-
					; < " !! & &
	средственно после сварки;
	2003, ¹ 6			19

= >0 ! / & 1 ( % # 4 % 1 0

! ! " " !!

Предварительный и сопутствующий подогрев, наплавка и термообработка выполнялись в непрерывном режиме. Перепад температуры по толщине стенки барабана не превышал 20°С при подогреве и 30°С при термообработке.

Контроль качества сварки основных швов проводился методами магнитно-порошковой и ультразвуковой дефектоскопии. Дефектов не обнаружено. Твердость основного металла НВ183, твердость наплавленного металла НВ 179 – 207.

Развившиеся в процессе эксплуатации трещины в зоне мостиков и отверстий водоопускных труб имели коррозионно-усталостный характер и представляли собой широко раскрытые полости с тупыми окончаниями и переменным сече- нием по глубине, заполненные продуктами коррозии (ðèñ. 12).

Ремонт поверхностей отверстий водоопускных труб выполнялся в соответствии с требованиями нормативно-технической документации [3]. Удаление трещин и окончательная расточка отверстий после наплавки до размеров по чертежу производились специальной расточной установкой. Наплавка выполнялась ручной дуговой сваркой покрытыми электродами типа Э-46А марки УОНИ 13 45.

По результатам технического диагностирования барабана после ремонта получено заключение специализированной организации о возможности

		T, °C
		650
		600
		500
		400
		300
		200				5 ÷
		100									Естественное
											охлаждение
		0
		4	8	12	16	20	24	28	32	36	t, ÷
				, "	" 4			& & "
	! ! " " !!	0. 0. 8 & ! 8 & &
20											2003, ¹ 6

? # % 0. & & &

дальнейшей эксплуатации на 25 тыс. ч при определенных условиях.

Выводы

1.Представлен опыт ремонта барабана котла из материала, не предусмотренного действующей нормативно-технической документацией. Результаты проведенных работ по восстановительному ремонту барабана, имевшего низкие механические свойства, при большом объеме наплавленного металла с применением сварочных технологий свидетельствуют о перспективности применения представленной технологии для ремонта подобного оборудования.

2.Проведение периодического контроля и диа-

гностики барабана котла позволило проследить динамику развития трещин в основных сварных

швах и своевременно выполнить восстановительный ремонт барабана, тем самым предотвратив возможное его разрушение.

3.Ручная дуговая сварка основных швов, примененная при изготовлении барабанов первых котлов ПК-10, не обеспечивает необходимого качества. Многочисленные дефекты, образовавшиеся при сварке, получили развитие в процессе эксплуатации при гидравлических испытаниях и пусках – остановах из холодного состояния, по всей видимости, из-за смещения порога хладноломкости в сторону положительных температур в результате нарушения технологического режима сварки и термической обработки сварного шва, а также охруп- чивания металла при длительной эксплуатации.

4.Развитие трещин уступами (ступеньками) свидетельствует о влиянии гидравлических испытаний, особенно повышенным давлением, равным 1,25 рабочего.

5.Для предотвращения образования дефектов (трещин) в барабанах, изготовленных из специальной молибденовой стали, пуск и остановку котлов следует выполнять по программе, учитывающей низкие механические свойства металла швов.

6.Гидравлические испытания барабанов котлов ПК-10 рекомендуется проводить давлением, равным рабочему.

Список литературы

1.Ремонт наплавкой и термообработка барабана котла ПК-10 Смоленков В. Ф., Ганиев Ф. Б., Атрощенко В. В. и др. – Сварочное производство, 1996, ¹ 9.

2.Анохов А. Е., Механиков В. М., Корольков П. М. Ремонтная сварка парового котла ÒÃÌÅ-206 с применением местной термической обработки. – Сварочное производство, 2000, ¹ 11.

3.Основные положения по обследованию и технологии ремонта барабанов котлов высокого давления из стали 16ГНМ, 16ГНМА и 22К. М.: Союзтехэнерго, 1978.

ОПЕЧАТКА

В журнале “Электрические станции”, 2003, ¹ 5, стр. 33, правая колонка следует читать:

Температурный диапазон окружающей среды для УХЛ1

–60 +40°Ñ.

2003, ¹ 6

21