Модернизация газоотводящих трактов тепловых электростанций

Приводится анализ работы и результаты модернизации газоотводящих трактов некоторых ТЭС.

Внешние газоходы и дымовые трубы являются конечными сооружениями в процессе эвакуации продуктов сжигаемого топлива от тепловых агрегатов. От их состояния зависит надежность и экологическая безопасность ТЭС.

Анализ состояния газовых трактов современных тепловых электростанций показывает, что в большинстве случаев строительные конструкции внешних газоходов и дымовых труб имеют разрушения, степень серьезности которых зависит не только от особенностей эксплуатации, но и непосредственно связана с особенностями проектирования.

В последнее десятилетие из-за спада промышленного производства ТЭЦ и ГРЭС вынуждены значительную часть времени работать с пониженными нагрузками. Дымовые трубы и внешние газоходы, рассчитанные на работу с номинальной нагрузкой, в результате подвергаются ускоренному разрушению из-за нерасчетного режима эксплуатации. Это в первую очередь связано с изменением режимов работы котлов. При пониженных нагрузках температура уходящих газов может снизиться ниже температуры точки росы. Это вызвано уменьшением теплоотдачи от газов к стенкам за счет снижения их скорости при разгрузке котлов. В результате на стенках и в толще ограждающих конструкций конденсируется влага. При сжигании сернистых топлив эти процессы резко усугубляются образованием серной кислоты и возникновением сернокислотной коррозии.

При переходе с одного вида сжигаемого топлива на другой газоотводящий тракт также оказывается в непроектных условиях эксплуатации. Так, при переходе с твердого топлива на газ за счет большего содержания водяных паров в уходящих газах усиливаются коррозионные процессы и конденсация влаги, приводящие к разрушению конструкций газоходов и дымовых труб с образованием наледней на оголовках.

При сжигании твердого топлива в сборных газоходах на участках «мертвых зон» образуются золовые отложения, которые приводят к увеличению нагрузки на строительные конструкции и дополнительным аэродинамическим потерям. Участками отложений являются зоны после диффузор-поворотов, поворотов, колен, тройников, а также цокольные части и оголовки дымовых труб. Это связано с тем, что газоотводящие тракты проектировались без выбора оптимальной аэродинамической их формы, учета тепловлажностных процессов, смены топлива и режимов работы котлов.

Отсутствие своевременного контроля состояния внешних газоходов и дымовых труб приводит к тому, что их ремонт выполняется, когда они становятся неработоспособными.

В связи с этим следует, что разработку проектов новых и реконструируемых газоотводящих трактов ТЭС и других ТЭУ необходимо проводить с учетом режимов работы котлов, а также технологической и экологической безопасности [1].

Качественного проектирования новых и реконструируемых газоотводящих трактов невозможно добиться без проведения комплексных аэродинамических, теплотехнических и влажностных расчетов с учетом режимов работы котлов и конструктивных особенностей внешних газоходов.

В связи с тем что данные расчеты являются весьма трудоемкими, в ИГЭУ были разработаны пять расчетных модулей (программ).

Первый из них предназначен для расчета режимов работы котлов. При этом определяются КПД котлов и параметры уходящих газов, а также валовые выбросы вредных веществ. Эти параметры используются для последующего расчета внешних газоходов, дымовых труб и рассеивания вредных веществ в атмосфере.

Следующие четыре модуля представляют программы для расчета:

• * внешних газоходов [2];
• * дымовых труб [3—5];
• * прочностных характеристик дымовых труб;
• * рассеивания вредных выбросов в атмосфере. Модули расчета внешних газоходов и дымовых труб позволяют выполнять расчеты процессов теплои массопереноса, определять температурные поля по сечениям строительных конструкций, оценивать величину конденсации влаги с агрессивными компонентами в толще ограждений, рассчитывать скорость коррозии металлических конструкций и др.

Четвертым модулем, разработанным в соответствии с нормативными документами [6, 7], является программа расчета напряженно-деформированного состояния железобетонных дымовых труб любых конструкций. В комплексе с программами теплоаэродинамического расчета она позволяет спрогнозировать остаточный ресурс дымовых труб с учетом их фактического состояния.

Последний из перечисленных выше модулей — программа расчета рассеивания вредных выбросов, разработана на базе методики ОНД-86 [8]. Данный модуль позволяет определять поля рассеивания вредных веществ в атмосфере при всех возможных режимах работы теплоэнергетических установок. Таким образом, разработанные модули в комплексе дают возможность всесторонне анализировать работу газоотводящих трактов, прогнозировать состояние их элементов и принимать соответствующие решения как на стадии проектирования новых и реконструируемых трактов, так и при эксплуатации существующих.

Они были использованы при анализе работы существующих и разработке проектов модернизации газоотводящих трактов ряда ТЭС (ГРЭС-3, ТЭЦ-17, ТЭЦ-22 Мосэнерго, Костромской ГРЭС, Конаковской ГРЭС, Ярославской ТЭЦ-3, Рязанской ГРЭС, Рефтинской ГРЭС и др.). Это позволило выбрать оптимальные технические решения, сокращающие расход сжигаемого топлива в котлах и выброс вредных веществ в атмосферу.

Для первой очереди Конаковской ГРЭС в УНЦ ТЭБЭ ИГЭУ был разработан проект реконструкции кирпичных газоходов (рис. 1а) с заменой их на металлические по улучшенной аэродинамической схеме (рис.1б). При этом модернизация газоходов блока № 2, 3 и цокольной части дымовой трубы № 2 позволила ликвидировать присосы холодного воздуха в тракт, снизить их сопротивление на 42— 56,7 мм вод.ст., сократить потребление электроэнергии на собственные нужды блока в количестве 1,52 млн кВт-ч/год и снизить расход топлива на котел в размере 240 т у.т./год.

Для Ярославской ТЭЦ-3 модернизация существующих кирпичных газоходов котлов № 1-И (рис. 2а) с заменой их на металлические по проекту УНЦ ТЭБЭ (рис.26) позволит снизить потребление электроэнергии на собственные нужды станции в количестве до 8 млн кВт-ч/год и сэкономить около 3000 т у.т./год. газовый тепловой электростанция.

Для первой очереди Костромской ГРЭС была произведена полная реконструкция газоотводящего тракта.

Разрушенная верхняя часть железобетонного ствола была срезана до отметки 200 м и наращена до отметки 265 м с внутренним постоянным диаметром. Газоотводящий кирпичный ствол (футеровка) заменили на металлический ствол, что обеспечило его газоплотность и предотвратило проникновение агрессивных газов к несущему стволу.

В целях обеспечения надежности работы газоотводящего ствола при переменных режимах подключенных блоков была разработана новая конструкция цокольной части ВМС [9], рис. 3. При этом ликвидируются температурные перекосы по периметру ВМС.

Разработка оптимальной схемы газоходов была выполнена с учетом проверки всех элементов схемы на экспериментальных моделях. В результате реконструкции аэродинамическое сопротивление внешних газоходов снизилось на 15-К25 мм вод.ст. Общее снижение электроэнергии на собственные нужды блоков № 1−4 составило около 2 млн кВт-ч/год.

В связи с разрушением кремнебетонных газоходов блока 1200 МВт Костромской ГРЭС на базе модельных аэродинамических исследований был разработан проект реконструкции внешних газоходов (рис. 5), включая участки сопряжения с дымососами и цокольную часть дымовой трубы № 3.

Газоходы выполняются металлическими. Это позволит ликвидировать присосы наружного воздуха в тракт. Для снижения аэродинамических потерь, связанных с образованием вихря за внутренним цилиндрическим кожухом осевых дымососов устанавливается конусообразный обтекатель. Это позволит при малозатратных мероприятиях сократить коэффициент местного сопротивления участка «дымосос — цокольная часть» для новой схемы внешних газоходов на 4-ИО %.

Перед входом в цокольную часть все нитки газоходов объединяются в общий газоход. Было разработано несколько конструкций цокольной части. Как окончательный был принят вариант по схеме рис. 6.

Модернизация позволит сократить мощность на привод дымососов до 1,62 млн кВт-ч/год и снизить вредные выбросы в атмосферу за счет экономии до 540 т у. т/год топлива.

В связи с разрушением оголовка дымовой трубы № 3 в июле — августе 2004 года был проведен его ремонт. По рекомендации УНЦ ТЭБЭ ИГЭУ в ходе ремонтных работ по периметру монолитного перекрытия были установлены вытяжные металлические трубы для предотвращения образования наледней в верхней части дымовой трубы.

Для дымовых труб пылеугольных блоков к настоящему времени разработаны новые конструкции оголовков [10, 11], позволяющие снизить самоокутывание, обеспечить вентиляцию верхней части дымовых труб, предотвратить образование золовых отложений и разрушение железобетонного и газоотводящего стволов.

• 1. Повышение надежности и экологической безопасности внешних газоходов и дымовых труб ТЭС / Ю. В. Салов, В. А. Семашко, В. В. Варнашов и др. // Энергосбережение и водоподготовка.2009. № 2. С.54−57.
• 2. Салов Ю. В., Семашко В. А., Варнашов В. В. Программа для ЭВМ «Теплоаэродинамический расчет внешних газоходов ТЭС». Свидетельство № 2 002 610 803. М.: Роспатент, 2002.
• 3. Салов Ю. В., Семашко В. А., Варнашов В. В. Программа для ЭВМ «Теплоаэродинамический расчет дымовых труб ТЭС с вентилируемым воздушным зазором». Свидетельство № 2 002 610 804. М.: Роспатент, 2002.
• 4. Салов Ю. В., Семашко В. А., Варнашов В. В. Программа для ЭВМ «Теплоаэродинамический расчет дымовых труб ТЭС с проходным вентилируемым каналом», Свидетельство № 2 002 610 805. М.: Роспатент 2002.
• 5. Салов Ю. В., Семашко В. А., Варнашов В. В. Программа для ЭВМ «Теплоаэродинамический расчет дымовых труб с прижимной футеровкой», Свидетельство № 2 004 611 807. М.: Роспатент, 2004.
• 6. ВСН 286−90. Указания по расчету железобетонных дымовых труб.
• 7. СНиП 2.01.07−85. Нагрузки и воздействия.
• 8. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. М.: Гидрометеоиздат, 1987.
• 9. Дымовая труба: патент на полезную модель № 35 867 / Ю. В. Салов, В. В. Варнашов и др.
• 10. Дымовая труба": патент на полезную модель № 1 825 936 / Ю. В. Салов, В. В. Варнашов и др.
• 11. Дымовая труба: патент на полезную модель № 35 412 / Ю. В. Салов, В. В. Варнашов и др.