|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 12/2002
Akustyczne oczyszczanie podgrzewaczy regeneracyjnych powietrza. Mycie jest zbędne...
|
|
|
Akustyczne oczyszczanie powierzchni wymiany ciepła w regeneracyjnych podgrzewaczach powietrza praktykuje się w niektórych krajach od ponad 20 lat. Amerykańskie doświadczenia w zakresie tej nadal nie stosowanej w naszej energetyce technologii zaprezentował miesięcznik „Power Engineering” na przykładzie elektrowni cieplnej Xcel Energy's Roy Tolk Station.
|
Usytuowana w Teksasie elektrownia Xcel's Roy Tolk Station obejmuje dwa bloki o mocy 565 MW opalane niskozasiarczonym węglem ze stanu Wyoming. Na blokach tych, uruchomionych w latach 1982 i 1985, obrotowe podgrzewacze regeneracyjne typu Ljungstrom 311/2 zostały, jako pierwsze w Stanach Zjednoczonych, projektowo wyposażone w układy infradźwiękowego oczyszczania powierzchni wymiany ciepła.
Infradźwięki odznaczają się własnościami wyraźnie odróżniającymi je od dźwięków o wyższych częstotliwościach. Charakterystyczną cechą tych fal jest zdolność do wypełniania dużych przestrzeni rezonującym dźwiękiem. Właściwość ta umożliwia uzyskiwanie intensywności dźwięku (mocy fal akustycznych) wystarczających dla oczyszczania rozległych powierzchni. Rozwój tej technologii był możliwy dzięki wykorzystaniu teorii trójwymiarowego modelowania akustycznego, która pozwala na określenie częstotliwości roboczej układu i optymalnego rozmieszczenia źródeł fal przy uwzględnieniu istniejących elementów konstrukcyjnych oraz warunków fizycznych panujących w rozpatrywanej przestrzeni. Układy infradźwiękowego oczyszczania pracują w zakresie częstotliwości 15-35Hz. Dla efektywnego wytwarzania tych niskich tonów źródła muszą mieć wydłużony kształt. Generatory infradźwięków zastosowane w układach podgrzewaczy powietrza (jedno źródło na podgrzewacz) liczą około 4m długości, zaś średnica ich wylotu przekracza 1m.
W elektrowni Xcel's Roy Tolk Station generatory infradźwięków w kształcie tuby (rogu), zainstalowane w kanale wlotowym spalin, współpracowały od początku z wysuwnymi zdmuchiwaczami popiołu, co według projektantów miało zapewnić maksymalne oczyszczanie pakietów podgrzewacza. Każda tuba wytwarzała infradźwięki o częstotliwości 20Hz i mocy 800W. W początkowym okresie eksploatacji spadek ciśnienia na podgrzewaczu utrzymywał się na względnie stałym poziomie. Ponieważ obsługa eksploatacyjna i remontowa nie była przekonana o dodatkowych korzyściach z pracy akustycznych układów oczyszczania, zostały one zdemontowane po kilku latach po stwierdzeniu mechanicznego zużycia.
W następnych latach spadek ciśnienia na podgrzewaczach zaczął wzrastać. Zjawisko takie jest charakterystyczne dla kotłów opalanych węglem z zagłębia Wyoming, dlatego też nie można było jednoznacznie ustalić, czy pogorszenie stanu podgrzewaczy wynikło jedynie z rezygnacji z układu akustycznego. W 1996 r. na jednym z podgrzewaczy bloku nr1 zainstalowano nowy, silniejszy generator infradźwięków o parametrach 22Hz, 5000W.
Dzięki temu uzyskano możliwość porównania efektów pracy akustycznego układu oczyszczania z działaniem samych zdmuchiwaczy popiołu w drugim podgrzewaczu. Stwierdzono, że współdziałanie obu układów w pierwszym podgrzewaczu daje znacznie lepsze wyniki niż oczyszczanie pakietów jedynie zdmuchiwaczami.
Zaczynając od 1996r. przetestowano także skuteczność oczyszczania przez sam układ akustyczny. Korzystne rezultaty prób, tzn. wyższa skuteczność tego układu w porównaniu
ze zdmuchiwaczami, skłoniły do jego wprowadzenia również na podgrzewaczach bloku nr 2
z jednoczesnym odstawieniem istniejących zdmuchiwaczy.
Z upływem czasu okazało się jednak, że samodzielna praca układu akustycznego nie zapewnia trwałej czystości powierzchni podgrzewaczy, wobec czego przed dwoma laty powrócono do punktu wyjścia, tj. do współpracy obu układów oczyszczania. Od tej pory udaje się utrzymać stabilny poziom spadku ciśnienia na obu podgrzewaczach.
Ekonomiczne straty wywołane przez zwiększony spadek ciśnienia spalin na regeneracyjnym podgrzewaczu powietrza mogą na bloku wielkiej mocy sięgać setek tysięcy USD rocznie. W elektrowni Tolk stwierdzono, że wartość tego parametru na podgrzewaczach bloku nr1 wyposażonych w oba układy oczyszczania jest średnio o 130 mm H2O niższa niż przy pozostawieniu samych tylko zdmuchiwaczy. Pokonanie tych dodatkowych oporów wywoływało zwiększenie poboru mocy wentylatorów spalin o 700 kW, co w skali roku kosztowało dodatkowo 140 000 USD. Utrzymywanie czystości elementów podgrzewacza z pomocą układu infradźwiękowego zmniejsza potrzebę częstego przemywania pakietów wodą, przy czym zabiegi te mogą niekorzystnie wpływać na żywotność urządzenia. Jeszcze wyższe koszty pociąga wymuszone zaniżenie mocy lub konieczność odstawienia bloku do przemywania podgrzewacza.
Węgle z niektórych złóż, w tym zagłębia stanu Wyoming, pozostawiają popiół o znacznej zawartości tlenku wapnia CaO, z którego powstaje gips w wyniku reakcji z dwutlenkiem siarki. Do tworzenia gipsu dochodzi m.in. przy myciu podgrzewacza wodą. Usunięcie tych osadów jest trudne, zaś ich pozostawienie obniża sprawność wymiany ciepła. W rezultacie konieczna jest częstsza wymiana pakietów podgrzewacza, co jest operacją wyjątkowo pracochłonną i kosztowną. Jednak nawet przy zupełnym zaniechaniu mycia pakietów wodą zachodzi w nich proces tworzenia trudnousuwalnych osadów wskutek kondensacji pary w trakcie stygnięcia odstawionego z ruchu podgrzewacza. Powstała woda w połączeniu z popiołem tworzy po wyschnięciu substancje przypominające cement. Jedynym sposobem uniknięcia tego szkodliwego zjawiska jest skuteczne usuwanie popiołu z pakietów pracującego podgrzewacza.
Wieloletnia eksploatacja podgrzewaczy ze współpracującymi układami akustycznymi i zdmuchiwaczami w elektrowni Tolk wykazała, że w tych warunkach mycie pakietów okazuje się zbędne. Oczyszczanie infradźwiękowe nie zastępowało w tym przypadku zdmuchiwaczy ani też nie wydłużało odstępów czasu między zdmuchiwaniem, lecz służyło wyłącznie do wyeliminowania potrzeby przemywania. Skuteczne osiągnięcie tego celu w energetyce amerykańskiej wskazuje na celowość rozważenia przydatności tej koncepcji eksploatacji regeneracyjnych podgrzewaczy powietrza również w krajowych elektrowniach.
|
|
|
|
