Центральный цилиндр топки котла большой мощности

Если брать энергоблоки на 300 МВт и выше — тут уже классическая компоновка с центральным цилиндром топки перестаёт быть 'просто трубой'. Многие проектировщики до сих пор считают, что главное — выдержать толщину стенки по расчёту на давление. А на практике именно температурные градиенты по высоте цилиндра и неравномерность тепловосприятия со стороны факела гробят конструкцию через 3-4 года.

Конструкционные особенности, которые не бросаются в глаза

Вот смотрите: в ТЭС с твердотопливными котлами, особенно при сжигании низкокалорийных углей с высокой зольностью, внутренняя поверхность центрального цилиндра работает в условиях постоянного абразивного износа плюс термические удары при сбросах нагрузки. Стандартная сталь 12Х1МФ здесь живёт недолго — появляются микротрещины в зоне термоциклирования, обычно это участок на 1/3 высоты от нижней мембраны.

Мы в Шэнчэнь как-раз специализируемся на подборе материалов под такие нестандартные условия. Для одного из проектов в Сибири предлагали вариант с биметаллической конструкцией — внутренний слой из сплава на основе кобальта, внешний — несущая сталь. Заказчик сначала скептически отнёсся, но после расчёта ресурса согласился на экспериментальный участок.

Кстати, о расчётах — большинство программных комплексов не учитывают реальное распределение температур по периметру цилиндра. В зоне активного факела перепад может достигать 150-200°C между наветренной и подветренной стороной. Это создаёт дополнительные напряжения кручения, которые никто заранее не просчитывает.

Проблемы монтажа и эксплуатации

Запомнился случай на запуске блока в Красноярском крае — при обкатке на номинальной нагрузке появилась вибрация с частотой около 8 Гц. Искали причину две недели, разбирали систему горелок, проверяли обдув. Оказалось, что монтажники не выдержали соосность центрального цилиндра относительно конвективной шахты — отклонение всего 12 мм по верхнему срезу, но из-за теплового расширения возник резонанс.

Ещё один момент — крепление цилиндра к каркасу котла. Жёсткое защемление в нижней части при температурном расширении приводит к деформациям поясов жёсткости. Сейчас чаще делают подвесную систему с компенсаторами, но и тут есть нюансы — если неправильно рассчитать ход компенсаторов, при пуске получаем либо недостаточную свободу перемещения, либо избыточный люфт.

Технические специалисты ООО Цзянсу Шэнчэнь Металлургическое Оборудование не раз сталкивались с последствиями неправильной обмуровки центрального цилиндра. Когда тепловая изоляция прилегает неравномерно, возникают локальные перегревы — и вот уже через год-полтора появляются свищи в местах, которые по расчётам должны были служить не менее 10 лет.

Материаловедческие решения

Для агрессивных сред, например при сжигании бурых углей с высоким содержанием серы, стандартные материалы не подходят. Мы испытывали различные покрытия — от плазменного напыления до лазерной наплавки. Наиболее стабильные результаты показали композитные материалы на основе карбида хрома, но их применение ограничено из-за сложности ремонта в полевых условиях.

В каталоге решений на https://www.jsscyjsb.ru есть несколько готовых вариантов для разных типов топок, но всегда требуются индивидуальные расчёты. Особенно это касается котлов-утилизаторов, где температурный режим менее стабилен.

Интересный опыт получили при работе с котлом П-67 на одной из ТЭЦ Урала. Там центральный цилиндр работал в режиме частых пусков-остановок — до 30 циклов в месяц. Стандартный материал не выдерживал, пришлось разрабатывать специальную сталь с добавлением ванадия и дополнительной термообработкой. Ресурс увеличили с 2 до 7 лет.

Особенности диагностики и ремонта

Ультразвуковой контроль толщины — стандартная процедура, но мало кто делает контроль одновременно по 24 точкам по высоте и 8 по периметру. А без этого невозможно построить реальную картину износа. Мы обычно рекомендуем замеры каждые 90 градусов по окружности, особенно в зонах с максимальным тепловосприятием.

При ремонте часто допускают ошибку — ставят заплатки из того же материала, но без учёта разницы в температурных расширениях между старой и новой сталью. После нескольких тепловых циклов в зоне сварного шва концентрируются напряжения, появляются трещины.

Один из наших клиентов на ТЭЦ в Казахстане пытался сэкономить на ремонте — поставили заплатки из обычной конструкционной стали вместо теплостойкой. Результат — через 4 месяца работы аварийный останов из-за разрыва шва. Пришлось менять весь центральный цилиндр, что обошлось втрое дороже качественного ремонта.

Перспективные разработки

Сейчас тестируем новую систему мониторинга в реальном времени — с волоконно-оптическими датчиками, встроенными в стенку цилиндра. Пока дороговато, но для критичных объектов может окупиться за счёт предотвращения внеплановых остановов.

Из интересных тенденций — возврат к клепаным соединениям вместо сварных в некоторых зонах. Казалось бы, архаика, но для условий знакопеременных термических нагрузков иногда оказывается более надёжным решением.

Компания Шэнчэнь продолжает исследования в области теплопроводящих материалов — последняя разработка показала увеличение теплоотдачи на 15% без роста металлоёмкости. Это особенно важно для котлов сверхкритического давления, где каждый процент КПД на счету.

Выводы, которые пришли с опытом

Главный урок — нельзя подходить к центральному цилиндру как к изолированному элементу. Его работа тесно связана с системой горелок, организацией вихревого факела, системой шлакоудаления. Часто проблемы в цилиндре — следствие неправильной работы совсем других систем котла.

При проектировании новых объектов сейчас всегда закладываем дополнительный запас по толщине стенки в верхней трети цилиндра — именно там наблюдается максимальная эрозия из-за воздействия частиц золы на высокой скорости.

И последнее — никакие современные материалы не спасут, если нарушена технология монтажа. Видел случаи, когда идеально спроектированный цилиндр выходил из строя досрочно из-за несоблюдения простейших правил центровки и крепления. Мелочей в этом деле не бывает.