Rob ert Rostkovski

Fabrika kotlova RAFAKO S. A.Ra~ibu`, Poqska

Aktuelni problemi izgradwe i eksploatacijekotlova sa sagorevawem u fluidizovanom slojuu elektrani Sjer{a, Poqska

Stru~ni radUDC: 662.62-912BIBLID: 0350-218X, 29 (2003), 1-4, 107–118

Fabrika kotlova RAFAKO S. A. je jedna od vode}ih firmi koja projektuje iproizvodi kotlove za energetski sektor u Poqskoj. Sada je to najve}afirma tog tipa u Poqskoj. Jedna od va`nih oblasti delatnosti je pro-jektovawe, izrada, monta`a i pu{tawe u pogon kotlova sa sagorevawem ucirkulacionom fluidizovanom sloju (SCFS).U 1998. godini RAFAKO S. A. je potpisao ugovor za zamenu dva konvencionalnaparna kotla sa kotlovima SCFS u okviru modernizacije dva bloka u elek-trani Sjer{a. Snaga oba kotla pove}ana je na 153 MW. Kotlovi SCFS suugra|eni u prostor starih konvencionalnih parnih kotlova. Ugovornizahtevi su nametali neophodnost maksimalnog iskori{}ewa postoje}enose}e konstrukcije kotlovnice. Prva jedinica uspe{no je pro{la 72 sataprobnog rada krajem juna 2001. godine. Drugi kotao je u periodu pokretawa ioptimizacije radnih parametara. Kotlovi treba da garantuju emisiju{tetnih dimnih gasova u atmosferu na ni`em nivou od zahtevanog Poq-skim normama. Za taj ugovor RAFAKO S. A. je projektovao i isporu~io sveelemente i opremu kotlova.Obe jedinice su prvi kotlovi SCFS sa bubwem u Poqskoj projektovani zarad na kliznom pritisku. Visoki parametri izlazne pare iz kotla suzahtevali primenu visokolegiranih materijala za cevi krajwih stepenaprimarnog i sekundarnog pregreja~a. RAFAKO S. A. je, po prvi put za jedankotao SCFS, primenio rotacioni zagreja~ vazduha.U procesu projektovawa je uzeto u obzir svo iskustvo iz do sada izgra|enihkotlova SCFS, a tako|e su uzete u obzir specifi~nosti i osobine poqskih ugqeva.

Kqu~ne re~i: kotao sa sagorevawem u fluidizovanom sloju, energetski kotao, modernizacija, klizni pritisak, rotacioni zagreja~ vazduha

Uvod

Prva dva energetska bloka u elektrani Sjer{a snage od po 130 MW, bili su

pu{teni u pogon na prelomu 50. i 60. godina pro{log veka. Osnovni ure|aji blokova

107

su bili turbogeneratori snage 130 MW, kao i konvencionalni parni kotlovi produk-

tivnosti 410 t/h francuske firme Stein Roubaix. Krajem devedesetih godina, pos-

trojewa ovih blokova pro{li su svoj radni vek i bila je neophodna revitalizacija.

Tada je donesena odluka da se zamene osnovni ure|aji blokova, a u tome

turbogeneratori i kotlovi sa istovremenim podizawem snage blokova do 153 MW.

U 1998. godini potpisan je ugovor za modernizaciju oba bloka ugradwom

novih kotlova prema projektu RAFAKO S. A. sa cirkulacionim fluidizovanim

slojem i pove}anom produktivno{}u do 425 t/h, prilago|enim za nove turbogene-

ratore snage 153 MW. Na sl. 1 je prikazana {ema ugra|enih blokova.

Realizacija investicije zapo~ela je januara 1999. godine ru{ewem kotla br.

1. Termini realizacije pojedinih etapa dati su u tabl. 1.

Tablica 1. Rokovi realizacije ugradwe kotlova OFz-425 u elektrani Sjer{a

Etape realizacije Kotao br. 1 Kotao br. 2

Potpisivawe ugovoraTehni~ki projekat kotlaMonta`a kotlaPu{tawe u rad kotlaProbni rad od 72 sataOptimizacija kotlaGarancijska merewaKraj garancijskog perioda

25. septembar 1998.januar 1999.jun 1999. ‡ februar 2001.februar‡jun 2001.kraj juna 2001.jul 2001.5. septembar 2001.jun 2004.

25. septembar 1998.januar 2001.jun 2001.‡avgust 2002.septembar‡decembar 2002.kraj decembra 2002.od septembra 2002.28. februar 2003.decembar 2005.

108

Slika 1. [ema bloka snage 153 MW u elektrani Sjer{aRS1 i RS2 ‡ reducir stanice; DH ‡ napojni rezervoar sa degazatorom

U novim kotlovima OFz-425 uglavnom su iskori{}ene postoje}e nose}e

konstrukcije ranijih kotlova kao i temeqi nakon odgovaraju}eg oja~awa. Oba kotla

su sme{tena u prostor izme|u stubova nose}e konstrukcije sru{enih kotlova.

Kotao OFz-425 ima dvopromajnu konstrukciju. U glavnoj promaji sme{tena

je komora lo`i{ta, u koje su ugra|eni {ot pregreja~i koji su pretposledwi stepen

pregrevawa primarne pare i zadwi stepen pregrevawa sekundarne pare. U gorwem

delu komore je sme{teno odvo|ewe dimnih gasova u dva ciklona za separaciju lete}eg

pepela ukqu~uju}i inertni materijal.

Dimni gasovi iz ciklona su usmereni u drugu promaju. U kanalu druge promaje

ugra|eni su snopovi pregreja~a primarne i sekundarne pare, kao i zagreja~ vode.

U dowem delu druge promaje, ugra|en je rotacioni zagreja~ vazduha opremqen

automatskim sistemom regulacije zaptivawa. Od rotacionog zagreja~a vazduha dimni

gasovi su usmereni ka elektrofilteru.

Pepeo izdvojen u ciklonima pada povratnim cevima do strujnog ventila, iz

kojeg se usmerava ka dowem delu komore lo`i{ta.

U sastav lo`i{ta sa sagorevawem u fluidizovanom sloju ulaze slede}i

elementi:

‡ komora lo`i{ta,

‡ sistem distribucije vazduha:

- distribuciona re{etka sa mlaznicama, i

- instalacija dovo|ewa i raspodele vazduha,

‡ sistem vra}awa pepela:

- dva separaciona ciklona,

- povratne cevi separisanog materijala iz ciklona do strujnog ventila

(sifona), i

- dva dvostruka strujna ventila pepela zajedno sa dovodom goriva i ispus-

nim cevima pepela do komore lo`i{ta,

‡ sistem odvo|ewa pepela (dva hladwaka pepela sa grabuqasto pu`nim

dodava~ima hla|eni vodom),

‡ sistem recirkulacije dimnih gasova, i

‡ sistem dovo|ewa goriva i sorbenta.

Opisana instalacija predstavqena je {emom na sl. 2.

Vodeno-parni sistem kotla OFz-425 sastoji se iz zagreja~a vode, ispariva~a,

pregreja~a primarne pare i pregreja~a sekundarne pare. Kotao je prilago|en za rad

sa kliznim parametrima.

Jednostepeni tro-paketni zagreja~ vode sme{ten u dowoj zoni druge promaje iz-

veden je u vidu cevnih zmija zaka~enih na metalnim {ipkama. Voda iz zagreja~a pri tem-

peraturi od oko 310 °C se dovodi u bubaw. Sistem ispariva~a sastoji se od bubwa, spus-

nih cevi, ekranskih cevi i povezuju}ih cevi. Bubaw sa unutra{wim pre~nikom 1600 mm

sme{ten je iznad predweg zida komore lo`i{ta. ^etiri glavne spusne cevi napajaju

zidove komore lo`i{ta.

Ispariva~ ~ine membranski zidovi komore lo`i{ta, pregradni zid, kao i

cevi za hla|ewe distribucione re{etke. Predwi i zadwi zid komore lo`i{ta

istovremeno ~ine wegov plafon.

R. Rostkovski: Aktuelni problemi izgradwe i eksploatacije kotlova sa ...TERMOTEHNIKA broj 1-4 ‡ godina XXIX, 107–118 (2003)

109

Sistem pregreja~a primarne pare sastoji se od membranskih zidova druge

promaje, nose}ih cevi, konvektivnih i {ot pregreja~a ugra|enih u komori lo`i{ta,

kao i izlaznog pregreja~a. Para iz bubwa dovodi se do gorweg kolektora predweg

zida druge promaje. Nadaqe, para prolazi kroz bo~ne zidove, zadwi zid i plafon

druge promaje i daqe kroz nose}e cevi. Slede}a etapa protoka pare je konvektivni

pregreja~ ugra|en u obliku cevnih zmija sme{tenih u drugoj promaji iznad pregreja~a

sekundarne pare prvog stepena i zagreja~a vode.

110

OSNOVNI TEHNI^KI PODACI KOTLA OFz-425I OSOBINE KORI[]ENOG UGQA

Toplotna snaga kotla (pri mtp*) ~340 MWt

Koli~ina primarne pare (mtp) 118,06 kg/s

Koli~ina sekundarne pare (mtp) 106,1 kg/s

Pritisak primarne pare (apsolutni pritisak) 161 bar

Pritisak sekundarne pare (apsolutni pritisak )

ulaz/izlaz 40/38 bar

Temperatura primarne i sekundarne pare u opsegu

optere}ewa od 50 do 100% 560 °C

Temperatura sekundarne pare ‡ ulaz (mtp) 353 °C

Pritisak napojne vode pri mtp (apsolutni pritisak ) 175,5 bar

Temperatura napojne vode pri mtp 250,6 °C

Temperatura hladnog vazduha 25 °C

Temperatura vrelog vazduha pri mtp 265 °C

Vi{ak vazduha u komori lo`i{ta pri mtp 1,2

Stepen korisnosti kotla pri sagorevawu garancijskog ugqa

saglasno sa DIN 1942 91,0%

Tehni~ki min i mum kotla 35%

Gradijent promene optere}ewa min i mum 4%/min.

Emisija suvih dimnih gasova (O2 = 6%):

‡ NOx 300 mg/Nm3

‡ SOx 340 mg/Nm3

‡ CO 250 mg/Nm3

Raspolo`ivost kotla (prose~na godi{wa) 96%

Vreme pu{tawa iz hladnog starta 7,0 h

Vreme pu{tawa iz toplog starta 2,5 h

Vreme pu{tawa iz vru}eg stawa 0,75 h

Kotao je prvobitno projektovan za ugaq rudnika koji je sada

zatvoren pa se zato koristi kameni ugaq sa slede}im parametrima:

Dowa toplotna mo} 17,5‡20 MJ/kg

Sadr`aj vlage 12‡18%

Sadr`aj pepela 18‡25%

Sadr`aj sumpora 1‡1,6%

*mtp ‡ maksimalna trajna produkcija

Daqe para struji kroz pregreja~ drugog stepena, koga ~ine deset {ot cevi

tipa Dou ble Super Omega. Cevi su sme{tene u komori lo`i{ta paralelno sa bo~nim

zidovima.

Zadwi, tre}i stepen pregreja~a je izlazni pregreja~. ^ine ga zmijaste cevi

sme{tene u drugoj promaji u wenom gorwem delu.

Izme|u konvektivnog pregreja~a i {ot pregreja~a, kao i izme|u izlaznog i

{ot pregreja~a ugra|en je ubrizgavaju}i reg u la tor tem per a ture pare koji odr`ava

stalnu temperaturu pare na izlazu iz kotla u {irokom okviru optere}ewa kotla.

Prvi reg u la tor je sa dve mlaznice, drugi tipa Key stone.

Nose}e cevi slu`e za ve{awe snopova pregreja~a, kao i nose}ih {ipki koje

dr`e zagreja~ vode.

Sistem pregreja~a sekundarne pare sastoji se od konvektivnog i {ot pre-

greja~a ugra|enih u komori lo`i{ta. Konvektivni pregreja~ sekundarne pare prvog

R. Rostkovski: Aktuelni problemi izgradwe i eksploatacije kotlova sa ...TERMOTEHNIKA broj 1-4 ‡ godina XXIX, 107–118 (2003)

111

Slika 2. Instalacija lo`i{ta kotla OFz-4251‡ bunker ugqa, 2 ‡ dodava~i ugqa, 3 ‡ sektorski dodava~ ugqa, 4 ‡rezervoar inertnogmaterijala, 5 ‡ instalacija dodavawa inertnog materijala, 6 ‡ rezervoar kre~waka,

7 ‡ instalacija dodavawa kre~waka, 8 ‡ komora lo`i{ta, 9 ‡ distribuciona re{etka na dnu komore lo`i{ta, 10 ‡ sep a ra tor pepela, 11 ‡ ciklon, 12 ‡ strujni ventil (sifon) pepela,

13 ‡ rotacioni zagreja~ vazduha, 14 ‡ ven ti la tor primarnog vazduha, 15 ‡ ven ti la torsekundarnog vazduha, 16 ‡ recirkulacija lete}eg pepela, 17 ‡ elektrofilter,

18 ‡ ven ti la tor promaje, 19 ‡ ventilatori recirkulacije, 20 ‡ dimwak

stepena ugra|en je iznad zagreja~a vode, a ispod pregreja~a primarne pare prvog

112

Slika 3. Kru`ni tok vode-pare kotla OFz-425SH-1 ‡ konvektivni pregreja~ pare, SH-2 ‡ pregreja~ pare ({ot),

SH-3 ‡ izlazni pregreja~ pare; RH-1 ‡ konvektivni pregreja~ sekundarne pare,RH-2 ‡ izlazni pregreja~ sekundarne pare ({ot)

Slika 4. Kotao OFz-425 ‡ Modeli razme{taj grejnih povr{inakotla OFz-4251 ‡ zagreja~ vode,2 ‡ ispariva~,3 ‡ konvektivni pregreja~ primarne pare,4 ‡ {ot pregreja~ primarne pare,5 ‡ izlazni pregreja~ primarne pare,6 ‡ pregreja~ sekundarne pare prvog stepena,7 ‡ {ot (izlazni) pregreja~ sekundarne pare

stepena ugra|en je iznad zagreja~a vode, a ispod pregreja~a primarne pare prvog

stepena. Slede}a etapa je pregreja~ drugog stepena, koga ~ini deset {ot cevi tipa

Dou ble Super Omega. Cevi su sme{tene u komori lo`i{ta paralelno sa bo~nim

zidovima iznad {otova primarne pare kao posledwi stepen pregreja~a sekundarne

pare. Izme|u konvektivnog pregreja~a i {ot pregreja~a ugra|en je ubrizgavaju}i re-

gulator tem per a ture pare (tipa Key stone) koji odr`ava stalnu temperaturu pare na

izlazu iz kotla u {irokom okviru optere}ewa kotla.

Dodatno je predvi|en havarijski ubrizgavaju}i reg u la tor tem per a ture pare

ispred konvektivnog pregreja~a sekundarne pare prvog stepena.

Na sl. 3 je predstavqena {ema kru`nog toka vode-pare, a na sl. 4 raspored

grejnih povr{ina kotla.

Granulacija ugqa, sorbenta i inertnog materijala

Osnova dobrog rada svakog kotla je pravilan rad wegovog lo`i{ta. Za

pravilan rad lo`i{ta sa cirkulacionim fluidizovanim slojem veoma je va`no

odr`avawe odgovaraju}e promene gustine sloja po celoj visini lo`i{ta, a zatim

pravilno sagorevawe u sloju. Od toga zavisi odr`avawe tem per a ture, sagorevawe,

vezivawe oksida sumpora i spre~avawe nastajawa oksida azota, a tako|e i odgo-

varaju}a razmena toplote.

Promena gustine sloja zavisi od granulacije rastresitog materijala koji se

nalazi u lo`i{tu, zna~i od granulacije inertnog materijala u lo`i{tu i wegove

sklonosti ka usitwavawu.

Za vreme rada kotla fluidizovani sloj se sastoji od materijala dovedenih za

vreme eksploatacije i to od pepela stvorenog sagorevawem ugqa, od kre~waka, kao i

dopune u slu~aju gubitka inertnog materijala. Zbog toga je veoma bitno za eksploata-

ciju kotla odr`avawe konstantne granulacije navedenih materijala. U dijagramima

na sl. 5a, 5b. i 6. dato je pore|ewe zahtevane granulacije ugqa na ulazu u kotao,

kre~waka i inertnog materijala. Granice su {irokog opsega u skladu s koncepcijom

da mawa odstupawa ne}e prouzrokovati nikakve negativne posledice na rad i snagu

kotla OFz-425 u elektrani Sjer{a.

Pored toga na rad kotla veliki uticaj ima sli~nost stvarnih osobina goriva

sa osobinama projektnog goriva. Ugaq koji se sada koristi za kotao OFz-425 u

potpunosti se razlikuje od projektnog po sadr`aju sumpora u ugqu, a ima i ne{to

mawu kalori~nu vrednost. Ipak, nakon sprovedene optimizacije rada kotao je prila-

go|en za pravilan rad sa „novim” ugqem.

Garancijska merewa

Najverodostojnija ocena eksploatacionih karakteristika kotla su garan-

cijska merewa. Za vreme merewa izvr{en je garantovani niz provera tehni~kih

parametara kotla. Takva merewa su sprovedena u septembru 2001. godine. Kotao je

R. Rostkovski: Aktuelni problemi izgradwe i eksploatacije kotlova sa ...TERMOTEHNIKA broj 1-4 ‡ godina XXIX, 107–118 (2003)

113

114

Slika 5a. Granulacija ugqa ‡ kotaoOFz-425

Slika 5b. Granulacija kre~waka ‡ kotaoOFz-425

Slika 6. Granulacija inertnog materijala ‡ kotao OFz-425

„polo`io” sve sprovedene testove sa punim uspehom. U tabl. 2. je dat pregled

rezultata merewa.

Tablica 2. Garancijski parametri kotla OFz-425 ‡ garantovane i ostvarene vrednosti

Garantovani parametri Jedinica Garancija Postignuto

Kapacitet (snaga) kotla t/h 425 418,3*

Pritisak primarne pare MPa 16,0 15,22*

Temperatura primarne pare °C 560 556,7–563,0

Regulacija temperature primarne pare % 50–100 50–100

Pritisak sekundarne pare MPa 3,4 3,84

Temperatura sekundarne pare °C 560 559,8–561,0

Regulacija temperature sekundarne pare % 50–100 50–100

Pad pritiska primarne pare MPa <1,8 1,4

Pad pritiska sekundarne pare MPa <0,20 0,16

Temperatura dimnih gasova iza kotla °C 135 130,8

Nesagorelo u lete}em pepelu % <4,7 4,61

Emisija ~estica iza kotla g/Nm3 <51 (49,6) 22,8

Molarni odnos Ca/S – 3,15 (2,0) 1,61

Sopstvena potro{wa kW 5300 5196

* ‡ Postizawe vi{ih parametara nije bilo mogu}e zbog maweg preuzimawa pare za turbinu ‡ na osnovu ocene rada kotla garancija je priznataPrisisavawe vazduha u rotacionom zagreja~u vazduha 8‡7,5%

Emisija {tetnih gasova

U dijagramu na sl. 7 predstavqeni su rezultati dobijeni merewem emisije

dimnih gasova iz kotla. Kotao je dao znatno ni`i nivo emisije nego {to je bilo

zahtevano ‡ emisija NOx bila je dvostruko mawa, a CO petostruko mawa (pri vr{nom

optere}ewu). Emisija SOx, pak, je odr`ana na pribli`no garantovanom nivou, da bi

se zadr`ao predvi|eni garancijski odnos Ca/S.

Stepen korisnosti kotla

Ostvareni stepen korisnosti kotla za vreme merewa bio je ve}i od garan-

tovanog za vi{e od jednog procentnog poena (sl. 8). Istovremeno, ostvarena je visoka

efikasnost sagorevawa ugqa tj. zadovoqavaju}i nivo nesagorelog u pepelu (sl. 9), a

postignuta je temperatura dimnih gasova ni`a od garantovane, kao i mawi prodor

vazduha u izlazne dimne gasove u rotacionom zagreja~u vazduha.

R. Rostkovski: Aktuelni problemi izgradwe i eksploatacije kotlova sa ...TERMOTEHNIKA broj 1-4 ‡ godina XXIX, 107–118 (2003)

115

Ostali garantovani parametri

U tabl. 2. dati su i drugi garantovani parametri dobijeni za vreme garancij-

skog merewa. Neki od wih su dobijeni znatno ni`i nego {to je i pretpostavqeno u

ugovornim dokumentima za izgradwu kotla OFz-425.

116

Slika 7. Emisija NOx, SOx i CO ‡ kotao OFz-425

Slika 8. Stepen korisnosti kotla (bruto) ‡ kotao OFz-425

Glavni problemi eksploatacije

Za vreme vi{e od godinu dana rada kotla, naravno da se pojavio niz eksploa-

tacionih problema od kojih najbitniji mogu da se grupi{u na slede}i na~in:

‡ sistem odvo|ewa pepela ‡ ure|aji koji su radili pre svega sa vru}im

pepelom podlegli su havariji zbog nedora|enog kru`nog sistema hla|ewa ure|aja

ili pogre{no projektovanih pogonskih prenosnika. Rad nekih klapni za pepeo

tako|e je zahtevao korekcije i popravke. ^esto je dolazilo do zapu{avawa odvoda

pepela iz komore lo`i{ta;

‡ sistem dopreme i dozirawa ugqa ‡ problemi transporta proizilaze iz

~estog pojavqivawa velikih koli~ina vla`nog ugqa;

‡ cevni sistem ‡ nastupio je niz havarija na izlaznim naglavcima pregre-

ja~a primarne pare drugog stepena ‡ posle korekcije ve{awa cevovoda i sprovo|ewa

dodatnih uputstava u instrukciji pokretawa kotla (analiza razloga havarija ukaza-

la je da je pe riod starta kotla naj~e{}i uzrok odn. izvor havarija). Problemi erozije

metalnih povr{ina bili su mawi od o~ekivanog, pa nije bilo nikakve havarije.

Treba napomenuti, da je brzo obavqawe korekcija projekta i konstrukcije

omogu}ilo da kotao u godi{wem periodu eksploatacije postigne planiranu raspolo-

`ivost od 96%. Sva iskustva i proiza{le izmene su prenete na izgradwu drugog kotla

OFz-425.

R. Rostkovski: Aktuelni problemi izgradwe i eksploatacije kotlova sa ...TERMOTEHNIKA broj 1-4 ‡ godina XXIX, 107–118 (2003)

117

Slika 9. Udeo nesagorelog u gasovima i pepelu usled nepotpunog sagorevawa‡ kotao OFz-425

Ab stract

Cur rent Prob lems in Con struc tion and Exploitation ofFluidized Bed Boil ers in Power Plant Siersza, Po land

by

Rob ert ROSTKOWSKI

Fabryka Kotlów RAFAKO S. A., Racibórz, Poland

RAFAKO S. A. is one of the lead ing boiler’s com pany on Pol ish mar ket. It is thebig gest Pol ish boiler com pany on Pol ish mar ket. One of its ac tiv ity is de sign ing, man u fac -tur ing, erec tion and com mis sion ing of cir cu lat ing fluidised bed boil ers.

In 1998 RAFAKO S. A. has signed a con tract for power ret ro fit in Power PlantSiersza. Ret ro fit con sists of dis as sem bly of two pul ver ised coal boil ers and re plac ing them with two cir cu lat ing fluidised bed boil ers – each of them as sisted to in crease elec tri calpower of unit up to 153 MW. These two conbustion fluidized bed boil ers have to be lo -cated on the place of two old for mer units. First unit has suc cess fully passed trial run atthe end of June 2001. Sec ond unit is un der com mis sion ing and op ti mi sa tion run. Apartfrom power ret ro fit both units has to ful fil emis sion lim its for flue gases to at mo sphere.Con tract con di tions states that boiler sup plier has to uti lise ex ist ing boiler steel sup port -ing struc ture to max i mum pos si ble ex tend. In this con tract RAFAKO S. A. is re spon si blefor boil ers de liv ery and their aux il ia ries.

These two units are the first drum conbustion fluidized bed boil ers in Po land de -signed for slid ing pres sure op er a tion. High steam pa ram e ters re quired ap pli ca tion ofhigh al loy steel tubes for last stages of live and re heat steam super heat ers. RAFAKO S. A.de liv ered also the re gen er a tive air heater at first time.

In the de sign ing pro cess were ap plied all RAFAKO S. A. ex pe ri ences from so farcom mis sioned boil ers, tak ing into con sid er ation spe cial prop er ties of Pol ish bi tu mi nouscoals.

Key words: fluidized bed boiler, boiler, ret ro fit, drum, slid ing pres sure, regenarative air heater

Odgovorni autor / Cor re spond ing au thor (R. Rostkowski)E-mail: rob ert.rostkowski@rafako.com.pl

118