Termik santraller için buhar geri kazanım kazanı: teknik özellikler 

Termik santraller için atık ısı kazanının temel parametreleri

Özelliklertermik santraller için buhar geri kazanım kazanı: teknik özelliklersadece buhar üretimi olasılığını değil aynı zamanda istasyonun tüm termal devresinin ekonomik verimliliğini de belirler. BDT'deki enerji tesisleriyle çalışma uygulamamızda, ekipman seçiminin yalnızca beyan edilen güce dayandığı, baca gazlarının gerçek kalitesini ve buhar basıncı gerekliliklerini göz ardı ettiği bir durumla defalarca karşılaştık. Bu, 18-24 aylık çalışmanın ardından verimliliğin %15-20 oranında düşmesine ve onarımların ünitenin durdurulmasını gerektirmesine yol açtı. Görevimiz, GOST standartlarına ve uluslararası deneyime dayanarak geri ödeme süresini ve güvenilirliği etkileyen gerçek sayıları analiz etmektir.

Termik santrallere yönelik bir buhar geri kazanım kazanı (HRB), titreşimli akışların ve agresif kimyasal ortamların aşırı koşulları altında çalışan karmaşık bir ısı değişim cihazıdır. Geleneksel bir sıcak su kazanından temel fark, kendi fırınının bulunmamasıdır: enerji kaynağı, bir gaz türbini ünitesinin (GTU) egzoz gazları veya endüstriyel fırınlardan kaynaklanan teknolojik emisyonlardır. Dolayısıyla buradaki anahtar parametreler yalnızca buharın basıncı ve sıcaklığı değil aynı zamanda ana türbinin gücünü doğrudan etkileyen gaz yolunun hidrolik direncidir.

Son beş yılda 40'ın üzerinde termik santral modernizasyon projesini inceledik. İstatistikler, ısıtma yüzeylerinin seçimindeki hataların, tasarlanan kapasitenin% 3-5'ine kadar elektrik kesintisine yol açtığını göstermektedir. Bu yazımızda gizli kayıpları önlemek için ihale şartnamesinde bulunması gereken her teknik hususu detaylı bir şekilde analiz edeceğiz.

Termal performans ve buhar performansı

Buhar çıkışı herhangi bir hesaplamanın başlangıç noktasıdır, ancak ısıtma ortamının parametrelerine bakılmaksızın saat başına ton (t/saat) cinsinden kuru sayılar anlamsızdır. Modern kombine çevrim termik santralleri, gaz türbininin gücüne bağlı olarak birim başına 30 ila 150 t/saat arasında bir verimlilik aralığı ile karakterize edilir. Ancak kritik parametre gaz-buhar oranıdır. Gaz türbini kısmi yükte çalışıyorsa, geri kazanım kazanının sabit buhar üretimini sürdürmesi gerekir, aksi takdirde buhar türbinine güç verilmesinde sorunlar yaşanacaktır.

Aşırı ısıtılmış buharın sıcaklığı genellikle 4,0 ila 13,0 MPa arasındaki basınçlarda 540-565°C arasında değişir. Bu sayılar neden bu kadar önemli? Buhar sıcaklığının sadece 10°C arttırılması, Rankine döngüsünün termal verimliliğini yaklaşık %0,5-0,7 oranında artırır. Ancak izin verilen sınırların aşılması, kızdırıcı boruların metalinin akmasına neden olur. Projelerimizden birinde müşteri, boruların çelik kalitesini değiştirmeden sıcaklığı 580°C'ye çıkarmakta ısrar etti. Sonuç, 9.000 saatlik çalışmanın ardından komütatörün kopmasıydı; bu da malzeme bilimi standartlarına sıkı sıkıya bağlı kalma ihtiyacını doğruladı.

Buhar basıncı da dikkatli seçim gerektirir. Yüksek basınç (10 MPa'nın üzerinde) büyük bloklar için etkilidir ancak tamburda ve boru hatlarında yüksek mekanik gerilim oluşturur. Düşük basınç (4 MPa'ya kadar) genellikle istasyonun kendi ihtiyaçları veya ısıtması için kullanılır, ancak döngünün genel verimliliğini azaltır. Optimum seçim, termik santralde kurulu buhar türbininin tipine bağlıdır. Üreticiden, buhar parametrelerinin GTU yüküne bağımlılığını gösteren hesaplanmış bir kayma diyagramı talep etmenizi öneririz.

Ekonomizere giren besleme suyu sıcaklığının dikkate alınması önemlidir. Standart değerler 105–130°C'dir. Su daha soğuksa, sülfürik asit yoğuşmasının çökelmesi nedeniyle ısıtma yüzeylerinde düşük sıcaklıkta korozyon riski vardır. Sıcaksa ısı geri kazanımının verimliliği düşer. Buradaki denge, doğru rejenerasyon şemasıyla sağlanır.

Performansı değerlendirirken her zaman garanti edilen performansa bakın. Birçok tedarikçi, kazanın yılda yalnızca birkaç saat için üretebileceği maksimum kısa vadeli gücü belirtir. Gerçek çalışma gücü, yüzey kirliliği dikkate alınarak gaz türbini tesisinin nominal yükündeki hesaplamalarla doğrulanmalıdır.

Tasarım özellikleri ve malzemeleri

Atık ısı kazanının tasarımı, dayanıklılığını ve bakım kolaylığını belirler. Ana eleman, buhar ve suyu ayırma işlevini yerine getiren tamburdur. Yüksek basınçlı termik santraller için, 22K, 16GS düşük alaşımlı çelik kalitelerinden veya bunların ithal analoglarından (SA-516 Gr.70) yapılmış, 1200 ila 2000 mm çapında tamburlar kullanılır. Tambur duvarının kalınlığı 60-80 mm'ye ulaşabilir, bu da ASME standartlarına veya GOST R 52630'a göre kaynakların özel kontrolünü gerektirir.

Isıtma yüzeyleri gaz akışı boyunca sırayla yerleştirilmiştir: önce kızdırıcı, sonra buharlaştırıcı ve son olarak ekonomizör. Bu düzenleme gazların sıcaklık profilinden kaynaklanmaktadır. En yüksek sıcaklıkların (600°C'ye kadar) olduğu bölgede bulunan kızdırıcı, ısıya dayanıklı çeliklerden (12Х1МФ, 12Х18Н12Т) yapılmıştır. Burada malzeme seçiminde yapılacak bir hata ölümcüldür: Sıradan karbon çeliği 450°C'de "akmaya" başlayacaktır.

Projenin başarısında kritik bir faktör haline gelen doğru malzemelerin seçimidir. Örneğin, bir şirketWuxi Kaisheng Elektrik Enerjisi ve Petrokimya Equipment Co., Ltd.Gelişmiş ısı transfer ekipmanlarının tasarımı ve üretiminde uzmanlaşan , ürünlerinin korozyon direncine ve termal verimliliğine özel önem vermektedir. Portföyünde 316 paslanmaz çelik, C46400 deniz pirinci, bakır-nikel alaşımları gibi yüksek kaliteli alaşımların ve hatta titanyum ve N06625 nikel alaşımları gibi egzotik malzemelerin kullanıldığı çözümler yer alıyor. Malzeme seçimine yönelik bu yaklaşım, atık ısı kazanlarının ve ilgili ısı eşanjörlerinin, katı uluslararası ASME ve PED standartlarını karşılayarak petrol rafinerisi, kimya ve enerji endüstrilerinin zorlu çalışma koşullarına dayanabilmesini sağlar.

Boru kanatçıklarının tipine özellikle dikkat edilmelidir. Modern termik santrallerde spiral kanatlı borular (H-kanatlı borular) neredeyse evrensel olarak kullanılmaktadır. Kanatın yüksekliği genellikle 12–15 mm, eğim ise 4–6 mm'dir. Kanat yüksekliğinin arttırılması ısı değişim yüzeyini arttırır ancak aynı zamanda gaz yoluna karşı hidrolik direnç de artar. Analizimiz optimum direnç değerinin 250–350 Pa aralığında olduğunu göstermektedir. Bu eşiğin aşılması, gaz türbininin artan egzoz basıncına karşı çalışmasına ve kendi gücünü kaybetmesine neden olur.

Kazan yerleşimi yatay veya dikey olabilir. Yatay düzenin kurulumu ve bakımı daha kolaydır ancak daha geniş bir alan kaplar. Dikey şema daha kompakttır ancak drenaj ve çamurun uzaklaştırılması açısından daha zordur. Alanın sınırlı olduğu mevcut termik santrallerin yeniden inşası için, destek tasarımının karmaşıklığına rağmen dikey tasarım çoğu zaman tek seçenek haline geliyor.

Muhafaza yalıtımı, ısı kaybını etkileyen bir diğer kritik parametredir. Modern gereksinimler, cildin dış yüzeyinin sıcaklığının, 25°C ortam sıcaklığında 45–50°C'den yüksek olmamasını gerektirir. 150–200 mm kalınlığında yüksek yoğunluklu mineral yün levhaların kullanılması, ısı kaybını toplam termal gücün% 1,5–2'sine kadar azaltabilir. Yalıtımın eksik yapılması sadece enerji kayıplarına yol açmakla kalmaz, aynı zamanda personel açısından rahatsızlığa ve yakındaki malzemelerde yangın riskine de yol açar.

Hidrolik direnç ve gaz türbini üniteleri üzerindeki etkisi

Atık ısı kazanının gaz yolunun hidrolik direnci, tasarım sırasında genellikle hafife alınan ancak boşuna olan bir parametredir. Bir gaz türbininin çıkışındaki her ekstra Pascal direnci, türbinin gücünü yaklaşık %0,1 ila 0,15 oranında azaltır. 150 MW'lık bir türbin için 50 Pa'lık bir kayıp bile elektrik üretiminde 100-150 kW'lık bir azalma anlamına gelir ve bu da yıllık yüzbinlerce dolar gelir kaybına tekabül eder.

Modern HRSG'ler için tipik direnç değerleri 200–400 Pa'dır. Temiz bir cihazın direnci ile çalışma sırasındaki direnç arasında ayrım yapmak önemlidir. Isıtma yüzeylerinin kurum veya eksik yanma ürünleri ile kirlenmesi (özellikle sıvı yakıtla çalışırken), çalışmanın ilk yılında direnci% 30-50 artırabilir. Bu nedenle teknik şartnamede direnç marjının belirtilmesi gerekmektedir.

Kazan kesiti boyunca gaz akışı dağılımının düzgünlüğü, verimli çalışma için kritik öneme sahiptir. Düzensizlik, bazı bölgelerde boruların yerel olarak aşırı ısınmasına, diğerlerinde ise yetersiz ısınmaya neden olur. Hız alanını dengelemek için kazan girişine özel kılavuz kanatlar veya difüzörler monte edilir. Tasarımda bu tür elemanların bulunmaması ciddi bir hatadır ve boruların dengesiz aşınmasına ve verimin düşmesine neden olur.

Gürültü özellikleri bu bölüm için de geçerlidir. Kanatlı boru demetlerinden geçen yüksek hızlı gaz akışı akustik gürültü üretir. Kasadan 1 metre mesafede ses basınç seviyesi 85 dBA'yı geçmemelidir. Bu seviyenin aşılması, ilave susturucuların takılmasını gerektirir ve bu da yine direnci artırır. Sessizlik ve aerodinamik arasındaki denge, boru eğimi ve kanat konfigürasyonunun hassas seçimiyle bulunur.

Tedarikçinin CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) simülasyonundan elde edilen bir hız ve basınç haritası sağlamasını talep etmenizi öneririz. Bu, tasarımın üretimden önce sanal olarak test edildiğini ve optimize edildiğini kanıtlıyor.

Güvenlik ve otomatik kontrol sistemleri

Buhar kazanının güvenli çalışması, bir dizi teknik araç ve otomasyonla sağlanır. Birincil koruma, tambur üzerine monte edilen emniyet valfleri ve aşırı ısıtılmış buhar kollektörleri aracılığıyla sağlanır. Verimleri, en az 1,1 güvenlik faktörü ile kazanın maksimum verimliliğini aşmalıdır. Valf aktivasyonu, kontrol sisteminde bir arıza olduğunu gösteren bir acil durum modudur, dolayısıyla bunun düzenli olarak gerçekleşmesine izin verilemez.

Atık ısı kazanının otomatik kontrol sistemi (ACS), gaz türbini ünitesinden sürekli değişen gaz akışıyla tamburdaki su seviyesinin ve aşırı ısıtılmış buharın sıcaklığının korunmasına ilişkin karmaşık sorunu çözer. Tamburdaki seviye, besleme suyu akışı ve buhar akışı dikkate alınarak üç darbeli seviye kontrol devresi kullanılır. Bu, yükteki ani değişiklikler sırasında suyun "şişme" ve "büzülme" etkisini telafi etmek için gereklidir.

Düşük su koruması kritik bir işlevdir. Seviye izin verilen sınırın altına düşerse, besleme suyu beslemesi bloke edilir ve bazı durumlarda, aşırı ısınmayı ve buharlaştırıcı borularının tahrip olmasını önlemek için gaz türbininin kapatılması başlatılır. Seviye sensörleri kopyalanmalıdır: genellikle iki doğrudan etkili seviye göstergesi ve bağımsız olarak çalıştırılan üç elektrikli seviye sensörü kullanılır.

Su ve buhar kalitesinin kimyasal kontrolü de güvenlik sistemine dahildir. Oksijen içeriği, sertlik, silisik asit ve pH, PTE (Teknik Çalışma Kuralları) kurallarına göre sıkı bir şekilde düzenlenir. Standartların aşılması kireç oluşumuna (ısı transferinin bozulması, boruların aşırı ısınması) veya korozyona (duvarların incelmesi) neden olur. Otomatik sürekli analizörler operatörlerin sapmalara anında tepki vermesini sağlar.

Uygulamamızda, seviye sensörlerinden birinin arızalanmasının, korumanın yanlış çalışmasına ve ünitenin kapatılmasına yol açtığı ve saatlik kesinti başına 50.000 ABD doları tutarında bir maliyete yol açtığı bir durum vardı. Bu, sertifikalı bileşenlerin (SIL-2 veya SIL-3) kullanılmasının ve koruma mantığının düzenli olarak test edilmesinin önemini vurgulamaktadır.

Uyumluluk ve çevresel gereksinimler

Rusya Federasyonu topraklarında ve EAEU ülkelerinde termik santraller için ekipman satın alırken Gümrük Birliği'nin teknik düzenlemelerine uygunluk zorunlu bir gerekliliktir. Kazanlar TR CU 032/2013 “Aşırı basınç altında çalışan ekipmanların güvenliği hakkında” standardına tabidir. Uygunluk belgesinin veya beyanının bulunması bir formalite değil, dayanım hesaplamalarının kalifiye uzmanlar tarafından yapıldığının ve uzman bir kuruluş tarafından doğrulandığının garantisidir.

Malzeme standartlarına uygunluk da önemlidir. Rus fabrikaları GOST tarafından yönlendirilmektedir, ancak birçok modern termik santral, ASME (ABD) veya PED (Avrupa) sertifikalı bileşenlere sahip ekipman kullanmaktadır. Kilit nokta, yabancı bileşenler için karşılıklı tanıma veya ek endüstriyel güvenlik incelemesinin (ISA) mevcut olmasıdır. Daha önce bahsedilen Wuxi Kaisheng gibi birinci sınıf üreticiler halihazırda PED ve ASME sertifikalarına sahiptir; bu, uluslararası tesislerde ekipmanın devreye alınması prosedürünü büyük ölçüde basitleştirir ve yüksek güvenlik gerekliliklerine uyumu sağlar.

Çevresel hususlar öncelikle NOx emisyonlarını azaltmak için genellikle HRSG kabuğuna entegre edilen seçici katalitik indirgeme (SCR) sistemiyle ilgilidir. Böyle bir sistemin verimliliği %80-90'a ulaşır ve nitrojen oksit konsantrasyonunu 50 mg/Nm³ ve altına düşürür. Katalizörün takılması kazanın boyutunu ve direncini artırır, ancak katalizör olmadan, katı çevre standartları nedeniyle istasyonun bazı bölgelerde işletmeye alınması mümkün değildir.

Gürültü emisyon seviyesi aynı zamanda sıhhi standartlar tarafından da düzenlenmektedir. Kazan, personel ve çevrede yaşayanlar için akustik rahatsızlık yaratmayacak şekilde tasarlanmalıdır. Etkin ses yalıtımı ve susturucuların kullanılması projenin çevresel değerlendirmesinden geçilmesinin ön koşuludur.

Kaynak: Federal Teknik Düzenleme ve Metroloji Ajansıgerekli tüm GOST ve düzenlemelerin güncel metinlerini sağlar. Bir sözleşme imzalamadan önce, tedarikçinin tesisin işletmeye alınması sırasında geçerli tüm düzenlemelere uygunluğu garanti ettiğinden emin olun.

Operasyonel güvenilirlik ve tipik sorunlar

Atık ısı kazanının güvenilirliği, modern ekipman için en az 0,98 olması gereken teknik hazırlık katsayısı (TCG) ile değerlendirilir. Ancak gerçek sayılar genellikle kurulumun kalitesine ve su kimyasına bağlıdır. En yaygın sorun birikintilerin altındaki korozyon ve boruların aşındırıcı aşınmasıdır.

Yakıtın yanlış yakılması durumunda baca gazlarında partiküllerin bulunması veya nem damlacıkları nedeniyle erozyon meydana gelir. Boruların giriş kenarlarında aşınma oranları yılda 0,5–1,0 mm'ye ulaşabilmektedir. Erozyona karşı koruma, kızdırıcı ve ekonomizör borularının ilk sıralarına koruyucu ekranlar (erozyon önleyici şeritler) takılarak gerçekleştirilir. Bu tasarım öğesinin göz ardı edilmesi, planlanmamış onarımlara giden doğrudan bir yoldur.

Kuyruk yüzeylerinin (ekonomizer) düşük sıcaklıkta korozyonu, gazlar sülfürik asidin çiğlenme noktasının altına soğutulduğunda meydana gelir. Bu özellikle yüksek kükürt içeriğine sahip akaryakıt veya gaz yakarken geçerlidir. Sorunun çözümü, ekonomizer girişindeki besleme suyunun sıcaklığının 130–140°C'nin üzerinde tutulması veya korozyona dayanıklı malzemelerin (emaye borular, cam, özel alaşımlar) kullanılmasıdır. Tuzdan arındırma ve petrokimyasal işlemlerde aşındırıcı ortamlara karşı olağanüstü direnç gösteren, 321 paslanmaz çelik boru levhaları ve C70600 bakır-nikel alaşımları dahil olmak üzere Wuxi Kaisheng LLC tarafından üretilenler gibi özel alaşımların kullanılmasının önemini bir kez daha belirtmekte fayda var.

Evaporatör devrelerinde su sirkülasyonu ile ilgili sorunlar boruların aşırı ısınmasına neden olabilir. Doğal sirkülasyonlu kazanlarda buhar-su karışımının güvenilir bir şekilde uzaklaştırılması için boru eğimlerine ve kaldırma yüksekliklerine dikkat edilmesi önemlidir. Tek geçişli kazanlarda (tambursuz), duvarları soğutmak için bobinlerden geçen minimum su kütle akışı kritiktir. Bu koşulun kısa süreli de olsa ihlali, geri dönüşü olmayan hasarlara neden olur.

Müşterilerimizden biri, kaynaklarda yorulma çatlaklarına yol açan sık sık boru hattı titreşimleri yaşadı. Sebebinin, kurulum sırasında dikkate alınmayan desteklerin ve kompansatörlerin yanlış montajı olduğu ortaya çıktı. Devasa metal yapıların termal genleşmesi, hareketli ve sabit desteklerden oluşan yetkin bir sistem gerektirir. Burada hatalara izin verilmiyor.

Teknik çözümlerin karşılaştırma tablosu

Netlik sağlamak için, çeşitli kapasitelerdeki termik santrallerde kullanılan atık ısı kazanlarının ana tasarım seçeneklerini karşılaştıralım.

Dolaşım tipinin seçimi projenin spesifik hedeflerine bağlıdır. 25-150 MW kapasiteli gaz türbin üniteli standart termik santraller için doğal sirkülasyon şeması, güvenilirliği ve kullanım kolaylığı nedeniyle “altın standart” olmaya devam ediyor.

Sıkça Sorulan Sorular

Atık ısı kazanının servis ömrü nedir?

Modern atık ısı kazanlarının tasarım ömrü 20-25 yıldır. Bununla birlikte, gerçek dayanıklılık doğrudan su kimyası rejimine uygunluğa ve aşırı ısınmanın olmamasına bağlıdır. İdeal çalışma ve zamanında onarımlarla servis ömrü 30 yıla veya daha fazlaya kadar uzatılabilir. Kritik bir unsur, korozyon veya erozyon nedeniyle 10 ila 15 yıl sonra değiştirilmesi gerekebilecek ısıtma yüzeyi borularıdır.

Kote'yi kullanabilir miyim? Gaz türbini olmayan l-kullanıcı?

Hayır, atık ısı kazanının kendi yanma odası yoktur ve bağımsız olarak çalışamaz. Sadece atık ısının geri kazanımı için tasarlanmıştır. Otonom modda çalışmak için (örneğin, bir gaz türbini ünitesi durdurulduğunda), bazı projeler, kazanın girişine ek bir gaz brülörünün (son yakıcı) kurulmasını sağlar. Bu, buhar üretimini sürdürmeyi mümkün kılar ancak ayrı onay ve tasarım değişiklikleri gerektirir.

Isıtma yüzeyleri ne sıklıkla temizlenmelidir?

Temizleme sıklığı yakılan yakıtın türüne bağlıdır. Doğal gazla çalışırken her 6-12 ayda bir önleyici muayene ve gerekirse temizleme işlemi yapılır. Sıvı yakıt (fuel oil, dizel) veya biyogazla çalışırken, boruların kurumla hızlı koklaşması nedeniyle frekans çeyrekte bir, hatta ayda bire çıkar. 1 mm'lik kurum tabakasının kirlenmesi, kazanın verimliliğini %5-7 oranında azaltır, bu nedenle gazların direncinin ve sıcaklığının izlenmesi zorunludur.

Özel su hazırlığı gerekli midir?

Evet, termik santrallerin buhar kazanları için besleme suyunun kalitesine ilişkin gereksinimler çok yüksektir. Sertlik tuzlarının tamamen uzaklaştırılması (yumuşatma veya ters ozmoz), oksijenin uzaklaştırılması için havanın alınması ve pH'ın düzeltilmesi gereklidir. Göstergeler RD 24.031.120-91 gibi belgelerle düzenlenmektedir. Arıtılmamış suyla çalışmak hızlı kireç oluşumuna, boruların aşırı ısınmasına ve birkaç hafta içinde kazalara yol açacaktır.

Sonuç ve seçim için öneriler

Özetlemek gerekirse teknik özellikleri söyleyebiliriz.termik santraller için buhar geri kazanım kazanı: teknik özelliklersadece pasaporttaki bir dizi sayı değil, tüm enerji santralinin ekonomisini belirleyen dengeli bir parametreler sistemidir. Ekipman seçerken öncelik en düşük fiyata değil, kanıtlanmış güvenilirliğe, benzer tesisler için referans listesinin bulunmasına ve mühendislik hesaplamalarının kalitesine verilmelidir.

Boru malzemesine, sirkülasyon düzenine ve garanti edilen verimlilik ve direnç göstergelerine özellikle dikkat edin. Tedarikçiden, gaz türbini ünitesinin özel çalışma koşulları için ayrıntılı termal ve hidrolik hesaplamalar yapmasını isteyin. Tedarik aşamasında yapılan tasarrufların genellikle işletme sırasında birden fazla kayıpla sonuçlandığını unutmayın.

Mevcut bir termik santrali modernize etmeyi veya yeni bir güç ünitesi inşa etmeyi planlıyorsanız, kazanı mevcut altyapıya entegre etmenin tüm nüanslarını hesaba katmak önemlidir. Uzmanlarımız projenizi denetlemeye ve en katı güvenlik ve verimlilik standartlarını karşılayan en uygun teknik çözümleri sunmaya hazırdır. Müşterilerin ısı transferi ve enerji tasarrufu alanında ileri teknolojilere erişmesini sağlamak için Wuxi Kaisheng LLC gibi önde gelen küresel üreticilerle işbirliği yapıyoruz.

Bugün bizimle iletişime geçinİşletmenizde modern bir atık ısı kazanının uygulanması için ayrıntılı tavsiye almak ve bir fizibilite çalışması hesaplamak için.