Повышение надежности генерации: решения для защиты от износа для заводов по производству энергии из отходов
Изменение правил и нормативных документов делают эффективную и безотказную работу заводов по производству энергии из отходов (W2E) как никогда важной. Мартин Трэнк, главный инженер Castolin Eutectic по покрытиям для котлов W2E, объясняет.
Для работы в базовом режиме в структуре производства электроэнергии, тепловые электростанции должны уделять первостепенное внимание постоянной выработке энергии. Поддержание стабильной работы и выработки является особой проблемой для станций W2E, чье топливо - бытовые отходы - не всегда дает одинаковое количество энергии на тонну. Любой оператор установки по переработке отходов, тщательно контролирующий и точно калибрующий температуру в котле и скорость вращения турбины, хотел бы максимально снизить риски незапланированных остановок.
Тем не менее, многим заводам по переработке отходов приходится часто останавливаться, как планово, так и внепланово, для замены изношенных деталей или сокращения эмиссии до приемлемых значений. В условиях, когда правила сжигания бытовых отходов постоянно ужесточаются, операторам W2E необходимо доказать, что их заводы могут быть эффективными и играть отведенную им роль в энергосистеме страны. Это вопрос стабильности всей системы.
Именно на повышение стабильности и надежности индустрии W2E направлены решения Castolin Eutectic. Новаторство в области промышленной надежности — это давняя философия Castolin Eutectic, которая уже более века является движущей силой инноваций, направленных на увеличение срока службы и повышение эффективности промышленного оборудования - оба результата способны сократить число простоев заводов по переработке отходов.
Переработка отходов - непредсказуемый износ
На большинстве заводов по переработке отходов сжигаются смешанные бытовые отходы, которые в противном случае были бы отправлены на свалку. В состав отходов могут входить продукты питания, бумага, текстиль, древесина и пластик, а также значительно более абразивные материалы, такие как металл, стекло и отходы электроники. Поскольку различные материалы могут давать совершенно разное количество энергии, важно хорошо перемешать отходы перед сжиганием, чтобы добиться стабильной температуры в котле. Все это, естественно, приводит к значительному износу устройств, подающих отходы в мусоросжигательную печь (в зависимости от конструкции установки это может быть грейфер или шнек), бункеров, роторов дробилок, которые перемешивают и измельчают поступающие отходы.
Износ этих деталей может быть не только значительным, но и часто непредсказуемым, поскольку поступающие отходы могут обладать различной образованностью. Состав отходов, отправляемых на заводы по переработке отходов, может значительно варьироваться в зависимости от состава, поступающего от муниципалитетов-поставщиков, и даже от времени года. Как бы хорошо ни были перемешаны отходы, некоторые будут содержать больше стекла, металла и твердого пластика, а некоторые - меньше.
Это традиционно является основной проблемой для проектировщиков, владельцев и операторов заводов по переработке отходов. Системы обработки отходов на заводе в идеале должны быть достаточно износостойкими, чтобы выдерживать значительное абразивное воздействие, и при этом обеспечивать работу без необходимости постоянного обслуживания.
Если бы установка работала только с наиболее абразивными материалами, то целесообразность предварительных инвестиций в более износостойкие детали была бы очевидна: без них установка не смогла бы работать долго. Но поскольку не все топливо обладает высокой абразивностью и не все установки рассчитываются по стоимости жизненного цикла, может возникнуть соблазн сделать ставку на менее износостойкие решения. И если нагрузка будет в основном слабоабразивной, они могут превысить свой расчетный срок службы.
Но может случиться и обратное. И тогда плановая остановка через шесть месяцев может превратиться в незапланированную остановку уже завтра, что повлечет за собой все проблемы, связанные с быстрой и безопасной остановкой мусоросжигательного котла и турбины и последующего длительного выхода на рабочие режимы.
Типичным примером того, как защита от износа может помочь, являются роторы топливных дробилок, которые из-за сильного износа требовали ежегодной наплавки. Во многих случаях износ распространяется и на сам корпус дробилок. Эффективным решением является восстановление ротора с помощью сварочной проволоки SAFE-HARD 600 без хрома, а сам корпус защищается биметаллическими плитами CastoDur Diamond Plate (CDP). В результате срок службы дробилки увеличивается кратно в зависимости от типа отходов. Улучшение может составлять от 2 до 10 раз по сравнению со сроком службы без дополнительной защиты.
Очень абразивное топливо на заводах W2E также создает проблемы с износом гидравлических захватов, грейферов. По мере износа кромок все больше отходов падает обратно в бункер. Это приводит к необходимости совершать больше манипуляций и тратить больше энергии и времени на загрузку топлива. Решение заключается в установке износостойких пластин CDP на внутреннюю поверхность лап грейферов. В результате срок службы увеличивается на 200 %.
Тематическое исследование: Покрытия для котлов – ChromeClad
В марте 2021 года Castolin Eutectic выполнил работы по покрытию котла на заводе в Германии, нанеся защиту от износа на 740 м² газоплотных экранов котла. Спустя более года, в ноябре 2022 года, во время осмотра при остановочном ремонте поверхности по-прежнему оставались визуально безупречными. Решение, нанесенное с помощью технологии термического напыления покрытия из металлического сплава ChromeClad XC, на основе никеля, обеспечило превосходную стойкость в экстремальных коррозионных средах. Верхний слой из запатентованного сплава наносится поверх чрезвычайно плотного связующего слоя, который буквально запечатывает основу из черной стали и обеспечивает превосходную адгезию покрытия. Затем поверх этого покрытия наносится керамический слой TubeArmor, который уплотняет его и предотвращает золовые отложения. Это абсолютно плотное инертное покрытие, которая противостоит золе, окислению, эрозии, сульфидной коррозии железа, проникновению серы и хлора, а также образованию вредных побочных продуктов. TubeArmor наносится на подготовленную поверхность послойно до достижения рекомендуемой толщины. Его зеленый цвет является прекрасным индикатором, обеспечивающим отличную контрастность при проведении инспекций с помощью беспилотного летательного аппарата. Благодаря высокой излучательной способности TubeArmor в местах, где это возможно, такое покрытие может поглощаться значительно больше тепла, чем, например, поверхности, наплавленные инконелем.
Переработка золы - время изменить отраслевой стандарт?
Не все отходы, поступающие на заводы по переработке отходов, являются горючими. Цветные металлы и некоторые другие негорючие материалы образуют шлак, который должен удаляться из мусоросжигательной печи вместе с золой.
На большинстве заводов по переработке отходов W2E желоба, цепные транспортеры и сита системы удаления золы изготавливаются из обычной или марганцовистой стали. Без дополнительной защиты или специальных покрытий эти детали подвержены сильному абразивному износу от золы и негорючих веществ в шлаке. Желоба из марганцевой стали и сита для сортировки золы обычно требуют замены уже через год эксплуатации.
Почему в стандартной конструкции установок по переработке отходов по-прежнему используются детали, которые не выдерживают нормальных нагрузок в процессе эксплуатации? Использование более износостойких материалов или применение противоизносных наплавок для таких материалов, как марганцевая сталь, несомненно, увеличит первоначальные инвестиции, необходимые для строительства установки W2E, но на опыте применения доказано, что эти первоначальные затраты многократно окупятся за счет более длительного срока эксплуатации оборудования.
Одним из примеров возможности улучшения является снижение уровня износа желоба скребкового конвейера, которые обычно изготавливаются из стандартной или марганцевой стали. Это связано с наличием золы и негорючих веществ в шлаке. Решением является использование CDP-плит. Содержание сложных карбидов и боридов обеспечивает защиту от абразивного износа, снижает трение и, как следствие, износ элементов цепного конвейера. В результате срок службы желоба увеличивается до 10 раз, а скребков - до 6 раз.
Очистка дымовых газов - влияние отношения и регулирования
Помимо технических проблем, связанных с сжиганием несортированных бытовых отходов, заводам по переработке вторичного сырья приходится сталкиваться с меняющимся отношением к отходам со стороны регулирующих органов, бизнеса и общественности. Эти тенденции развиваются не одинаково в разных странах, поэтому операторы установок по сжиганию отходов в разных частях света сталкиваются с разными проблемами. Тем не менее, направление в целом по миру имеет тенденцию к:
- сокращению выбросов углекислого газа и его эквивалентов
- экономика замкнутого цикла, характеризующаяся увеличением объемов переработки и повторного использования, а также уменьшением количества отходов, направляемых на свалку и на сжигание.
Одним из важных последствий растущего энтузиазма в отношении переработки и повторного использования является то, что люди выбрасывают меньше пластика. Калорийность пластика высока по сравнению со многими другими видами отходов, которые используются на заводах по переработке отходов в качестве топлива. Поэтому, когда люди стараются выбрасывать меньше пластика, общая калорийность топлива на местных заводах по переработке отходов начинает снижаться.
Как известно, для заводов по переработке отходов жизненно важно поддерживать стабильную температуру в котле, а значит, стабильную скорость вращения турбины и выход энергии. Поскольку в поставляемом топливе содержится меньше энергии, то для получения той же энергии на выходе установки по переработке отходов, необходимо загружать больше топлива.
В то же время операторы должны внимательно следить за выбросами своих электростанций. Государство регулирует выбросы всех тепловых электростанций и устанавливает особые правила в отношении допустимых выбросов при сжигании бытовых отходов. Например, если процент твердых частиц, выбрасываемых из дымохода завода по переработке отходов, превышает допустимый предел, завод должен быть остановлен для выяснения и устранения причины.
Чтобы защитить окружающую среду и избежать незапланированных остановок, которые увеличивают время простоев, наряду с плановыми и внеплановыми остановками для замены изношенных деталей, что еще больше сокращает общее годовое время работы завода, на заводах по переработке отходов используются системы очистки дымовых газов, которые сочетают фильтры, охлаждение газа и химические процессы для улавливания твердых частиц и вредных газов, выделяющихся в процессе сжигания, перед выбросом в атмосферу.
Поскольку их работа заключается в обработке горячих, агрессивных отходящих газов, эти критически важные системы подвержены различным формам коррозии, а также эрозии летучей золой, содержащейся в дымовых газах. Износ и повреждения систем очистки дымовых газов могут снизить их эффективность, что потенциально может привести к остановкам, в добавок к простоям из-за замены поврежденных деталей.
Ключевой областью, требующей внимания, являются отводы системы удаления дымовых газов, которые повреждаются в результате эрозии из-за частиц летучей золы, содержащихся в дымовых газах при температуре около 170˚C в течение всего времени эксплуатации. Покрытие отводов накладками из биметаллических плит обеспечивает защиту от эрозии частицами летучей золы. В ходе оценки после одного года эксплуатации не было обнаружено никаких повреждений.
Приоритет для W2E- продление срока службы
Сейчас как никогда важно, чтобы заводы W2E работали как можно эффективнее.
Эффективность означает извлечение максимально возможной энергии из каждого бункера с топливом, чтобы компенсировать снижение содержания пластика и калорийности.
Эффективность означает стабильную температуру котла, скорость вращения турбины и выход энергии в течение как можно большей части года, при этом остановки - плановые или внеплановые, для ремонта, технического обслуживания или по нормативным причинам - должны быть сведены к минимуму.
Для достижения этой цели операторы установок по переработке отходов должны уделять первостепенное внимание продлению срока службы деталей всех установок. Детали, которые служат дольше до отказа, сократят количество простоев на техническое обслуживание и ремонт. А детали, которые дольше работают в пиковом режиме, поддерживают эффективность систем завода, перерабатывая больше отходов в энергию, успешнее очищая дымовые газы и снижая вероятность внеплановых остановок и риски ущерба для окружающей среды.
Компания Castolin Eutectic намерена поддерживать отрасль W2E в ее миссии по сокращению свалок отходов, рациональному использованию отходов и защите окружающей среды. Технический центр нашей компании в г. Щелково использует передовые методы, которые позволяют максимально повысить эффективность систем, срок службы деталей и долгосрочную экономическую эффективность.
Castolin Eutectic предлагает решения для каждого элемента современного завода по переработке отходов - от установки биметаллических плит CDP на оборудование для переработки отходов до термического напыления компонентов систем сжигания отходов и очистки дымовых газов специализированными металлическими коррозионностойкими покрытиями. Практический опыт на аналогичных заводах показывает, что срок службы грейферов для загрузки отходов удвоился, а желоба и скребки конвейера работают в течение восьми лет и более с очень незначительным износом, после применения решений Castolin Eutectic.
Повышение надежности генерации
Уже работающим заводам по переработке отходов в энергию необходимо максимально использовать предстоящие периоды планового технического обслуживания для применения решений, направленных на борьбу с износом, чтобы продлить срок службы деталей, находящихся в эксплуатации.
А для всех новых установок W2E, находящихся на стадии проектирования, настало время переосмыслить принятые отраслевые стандарты на основании реального опыта существующих установок и проектировать системы, которые будут по-настоящему надежными.
Подробнее о технологиях ChromeClad и TubeArmor.