Na prawach rękopisu

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYNÓW

Raport Serii SPRAWOZDANIA nr 23 /2003

STUDIUM KONIECZNOŚCI

ZMIAN W KONSTRUKCJI

WENTYLATORÓW SPALIN

NA BLOKACH 1-3

W ELEKTROWNI TURÓW

Mieczysław ŚWIĘTOCHOWSKI

Słowa kluczowe: wentylator spalin

pomiar wentylatora

konstrukcja

analiza techniczno-ekonomiczna

Opracowano na zlecenie nr 30.199.8 dla Elektrowni Turów

WROCŁAW 2003

SPIS TREŚCI

1. INFORMACJE WSTĘPNE 3

1.1. Podstawa wykonania pracy 3

1.2. Przedmiot i cel pracy 3

1.3. Zakres pracy 3

1.4. Dane znamionowe wentylatorów 3

2. ANALIZA I OCENA OBECNYCH PARAMETRÓW PRZEPŁYWOWYCH

WENTYLATORÓW 5

2.1. Badania dotychczasowe 5

2.2. Badania uzupełniające 5

2.3. Ocena parametrów pracy wentylatorów kotłów 1, 2, 3. 7

3. ANALIZA I OCENA AKTUALNEGO STANU KONSTRUKCJI

WENTYLATORÓW 8

4. ANALIZA DOTYCHCZASOWYCH DOŚWIADCZEŃ EKSPLOATACYJNYCH WENTYLATORÓW 11

5. WYMAGANE PARAMETRY EKSPLOATACYJNE WENTYLATORÓW 13

6. PROPONOWANE WERSJE MODERNIZACJI WENTYLATORÓW 15

6.1. Uzasadnienie konieczności zmian w konstrukcji wentylatorów spalin

na blokach 1-3 w Elektrowni Turów SA 15

6.2. Cel modernizacji wentylatorów 15

6.3. Proponowany zakres modernizacji wentylatorów 16

7. ANALIZA TECHNICZNO - EKONOMICZNA MODERNIZACJI

WENTYLATORÓW 18

7.1. Ceny realizacji poszczególnych wersji modernizacji wentylatorów 18

7.2. Szacunkowy koszt zaoszczędzonej energii przy eksploatacji zmodernizowanych

wentylatorów 18

7.3. Szacunkowy okres zwrotu poniesionych nakładów 19

7.4. Terminy realizacji poszczególnych wersji modernizacji 20

8. HAŁAS WENTYLATORÓW 21

9. WNIOSKI 21

LITERATURA 22

1. INFORMACJE WSTĘPNE

1.1. Podstawa wykonania pracy

Podstawą wykonania pracy jest Umowa nr 30.199.8 z dnia 18.07.2003r., zawarta pomiędzy Elektrownią "TURÓW", 59-916 Bogatynia, ul. Młodych Energetyków 12 a Politechniką Wrocławską, Instytutem Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów, 50-370 Wrocław, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27.

1.2. Przedmiot i cel pracy

Przedmiotem pracy są wentylatory spalin zainstalowane na blokach l, 2 i 3. Celem pracy jest wariantowe opracowanie, mające wykazać zasadność wprowadzania zmian w konstrukcji wentylatorów spalin w powiązaniu z efektem ekonomicznym oraz oceną ryzyka awarii w przypadku nie podjęcia żadnych działań ze strony Zamawiającego i pozostawienie stanu obecnego urządzeń.

1.3. Zakres pracy

1. Analiza dotychczas wykonanych prac badawczych, wykonanie badań uzupełniających, określenie obecnych parametrów pracy wentylatorów w różnych stanach obciążenia.

2. Ocena obecnej sprawności wentylatorów i określenie głównych czynników mających na nią wpływ,

Zakres wg punktu 1-2 opracowano na podstawie analizy dotychczas wykonanych prac pomiarowych na wymienionych obiektach oraz na podstawie uzupełniających pomiarów. Na wentylatorach kotła nr 3 (dla których dotychczas nie były wykonywane pomiary) zostały wykonane pełne badania parametrów ich pracy (dla czterech stanów obciążenia cieplnego bloku) plus dla maksymalnego obciążenia bloku testy asymetrycznego obciążania wentylatorów (próby maksymalnego możliwego obciążenia wentylatorów przy możliwym maksymalnym otwarciu kierownic żaluzjowych, wyniki w załączonym opracowaniu).

3. Określenie optymalnego dla danego kotła punktu pracy wentylatorów spalin (określenie optymalnych parametrów: sprężu i wydajności) przy uwzględnieniu możliwych do przewidzenia zmian jakości spalanego paliwa,

4. Wykonanie analizy aktualnego stanu konstrukcji wentylatorów (na podstawie dokumentacji technicznej)

5. Wykonanie analizy dotychczasowych doświadczeń eksploatacyjnych wentylatorów (na podstawie danych zebranych u zleceniodawcy dotyczących stanów awaryjnych, wykonanych napraw itp.)

6. Zaproponowanie zakresu wskazanych na danym etapie zużycia wentylatorów zmian konstrukcyjnych i określenie spodziewanych efektów. Wykonanie analizy zasadności wprowadzania zmian w konstrukcji wentylatorów. Opracowanie wytycznych i założeń niezbędnych do opracowania projektu modernizacji wentylatorów.

7. Ocena hałasu podczas pracy wentylatorów i analiza możliwości jego zmniejszenia

1.4. Dane znamionowe wentylatorów

Wentylatory spalin zainstalowane w kotłach fluidalnych CFB 670 bloków 1, 2 i 3 w Elektrowni Turów zostały wyprodukowane przez firmę BARRON INDUSTRIES INC z USA. Są to wentylatory promieniowe z dwustronnym wlotem czynnika. Gabaryty korpusu są następujące: długość (z kieszeniami wlotowymi)/szerokość/wysokość = 5.0/6.6/9.3 m.

Schemat wentylatora przedstawiono na rys. 1.

Podstawowe dane badanych wentylatorów spalin.

-oznaczenie : HNC61 i HNC 62

-typ: DI(115.0%) DW

-liczba wentylatorów dla kotła 2 szt.

Warunki obliczeniowe wentylatora:

-wydajność 280.4 m³/s dla ρ = 0.7017 kg/m³

-spiętrzenie statyczne 7300 Pa

-obroty 16.5 obr/s (990 obr/min)

-wymiary kołnierza wlotowego 2* 3571*1067

-wymiary kołnierza wylotowego 3239*2615

Podstawowe parametry silnika napędowego

-typ silnika AMB560L6L

-moc silnika 2611 kW

-napięcie prądu 6000 V

- prąd stojana 302 A

- cos  0.86

-sprawność 96.8%

Do 1.10.2003 r. wentylatory spalin przepracowały:

kocioł : K-1 K-2 K3

czas pracy [godz] : 35 708 33 790 25 330

Rys.1. Schemat pomiarowy wentylatora : A_SL, A_SP - przekroje sondowania; A_T- przekrój

pomiarowy po stronie tłocznej.

2. ANALIZA I OCENA OBECNYCH PARAMETRÓW PRZEPŁYWOWYCH

WENTYLATORÓW

Określenie obecnych parametrów pracy wentylatorów w różnych stanach obciążenia, analiza dotychczas wykonanych prac badawczych oraz wykonanych badań uzupełniających.

Ocena obecnej sprawności wentylatorów i określenie głównych czynników mających na nią wpływ

2.1. Badania dotychczasowe

Wentylatory kotłów 1 i 2 były w latach 1999 - 2002 r. diagnozowane przez różne firmy (Politechnika Wrocławska, Energopomiar, Vibroson, EnergoTest). Wyniki tych badań ([4]÷[11]) są do siebie zbliżone. Podstawowe wyniki dotyczące sprężu i wydajności wentylatorów przy mocy bloków 235 MW zestawiono na rys. 2. Mierzony strumień masy na wlocie mieścił się w zakresie 170 ÷ 200 kg/s spalin, spręż całkowity wentylatorów w zakresie 3800÷4500 Pa. Różnice w uzyskanych wynikach spowodowane były przede wszystkim różną wydajnością cieplną kotłów (pobór ciepła z obiegu dla celów ciepłownictwa). Sprawność wentylatorów wszystkie zespoły badawcze oceniły na poziomie niższym niż 52%. Sprawność omawianych wentylatorów przy minimalnym obciążeniu bloku oceniono również na bardzo zbliżonym do siebie poziomie. Wynosiła ona ok 12÷14% dla mocy bloku 140 MW i ok. 20÷24% dla 160 MW.

2.2. Badania uzupełniające

Ponieważ wentylatory spalin kotła K3 nie były dotychczas badane dla pełnego obrazu stanu wykonano w ramach niniejszej pracy pomiary uzupełniające. Pełne wyniki z przeprowadzonych badań zamieszczono w opracowaniu [11]. Wnioski są podobne jak z badań [4] ÷ [11] ,a mianowicie:

Rzeczywisty maksymalny punkt pracy badanych wentylatorów przy mocy bloku 235 MW charakteryzował się następującymi parametrami:

Moc bloku : 235 MW,

Wydajność parowa kotła: 194 kg/s (698.4 Mg/h)

Wentylator 03HNC61: -otwarcie aparatu kierowniczego 54.2.9% [Author ID0: at Thu Nov 30 00:00:00 1899 ]

-strumień objętości 238 m³/s (przy ρ=0.8094kg/s)

-strumień masy (wydajność) 192.4 kg/s

- spiętrzenie całkowite 4248 Pa

- moc silnika wentylatora 2056 kW

- sprawność wentylatora 51.74%

Wentylator HNC62: - otwarcie aparatu kierowniczego 54.3%

-strumień objętości 239m³/s (przy ρ=0.8094kg/s) -strumień masy (wydajność) 197.1 kg/s

- spiętrzenie całkowite 4255 Pa

- moc silnika wentylatora 2124 kW

- sprawność wentylatora 50.54%

Przy mocy bloku 160 MW wentylatory posiadały sprawność na poziomie 19%.

2.3. Ocena parametrów pracy wentylatorów kotłów 1, 2, 3.

Foster Wheeler wyjaśniał (pismo z dnia 2.02.2001), że ponieważ warunki eksploatacyjne, takie jak wartość opałowa paliwa, wilgotność paliwa, temperatura otoczenia, temperatura spalin wylotowych itp. mogą ulec zmianie, aby umożliwić eksploatację kotła na poziomie 100% obciążenia przy każdych warunkach musiał zachować pewien margines przy doborze wentylatorów. Dlatego określił dla producenta dane obliczeniowe wentylatorów spalin takie jak podano w p.1.4. W pełni zgadzając się z wymienionymi wyżej uwarunkowaniami stwierdzić należy, że o ile wydajność wentylatorów FW określił poprawnie do zdecydowanie pomylił się przy określaniu wymaganego sprężu.

Jak widać z przytoczonych wyżej wyników pomiarów kilku firm, potwierdzonych badaniami wykonanymi w ramach niniejszej pracy a dla przejrzystości pokazanych na rys.2 badane rzeczywiste ciągi spalinowe w kotłach 1, 2, i 3 posiadają znacznie niższe opory sieci dla przepływu spalin niż te dla których projektowany był wentylator spalin.

Dla przypomnienia parametry obliczeniowego punktu pracy wentylatora to:

-strumień objętości: 280.4 m³/s dla ρ = 0.7017 kg/m³ -strumień masy 196.7 kg/s

-spiętrzenie statyczne 7300 Pa

Rzeczywisty punkt pracy badanych wentylatorów przy mocy bloku 235 MW leży zdecydowanie poniżej charakterystyki podanej przez producenta wentylatorów.

Właśnie z braku dopasowania sprężu wentylatora przy obliczeniowym punkcie pracy do rzeczywistych oporów kotła oraz zastosowany w nich nieefektywny sposób regulacji wydajności jest powodem tego, że badane wentylatory pracują przy bardzo niskich sprawnościach. Zastosowane w wentylatorach klapy żaluzjowe realizują w zasadzie regulację czysto dławieniową, a więc najmniej efektywną. Efektem jest sprawność eksploatacyjna wentylatorów przy mocy bloku równej 140 MW na poziomie 12%.

Podkreślam, iż wszystkie firmy badające omawiane wentylatory, tj. Politechnika Wrocławska, Energopomiar, Vibroson i EnergoTest jednoznacznie stwierdziły, że wentylatory spalin są niewłaściwie dobrane do sieci. Skutkiem tego w warunkach ruchowych wentylatory pracują z przymkniętymi żaluzjami regulacyjnymi co powoduje, że osiągają bardzo niskie sprawności.

3. ANALIZA I OCENA AKTUALNEGO STANU KONSTRUKCJI WENTYLATORÓW

Wentylatory spalin zainstalowane w kotłach fluidalnych CFB 670 bloków 1, 2 i 3 w Elektrowni Turów zostały wyprodukowane przez firmę BARRON INDUSTRIES INC z USA. Są to wentylatory promieniowe z dwustronnym wlotem czynnika. Napęd z silnika elektrycznego przekazywany jest poprzez sprzęgło zębate z wałkiem pośrednim. Obydwa końce wału wirnika spoczywają w łożyskach ślizgowych, smarowanych olejem podawanym ze zbiornika przez pompę obiegową (dla kotłów 1 i 2 układ olejowy jest wspólny). Dwustrumieniowy wirnik ma łopatki profilowane, wykonane w najprostszej technologii, zakrzywione do dołu: wypukła strona grzbietowa (podciśnieniowa) i płaska strona nadciśnieniowa. Korpus wentylatora spawany jest z blach stalowych. Skrzynie wlotowe, o bardzo prostej konstrukcji (w formie prostopadłościanów) przylegają bezpośrednio do płaskich ścian bocznych obudowy spiralnej. W każdej z nich znajduje się przegroda antywirowa. Na skrzyniach wlotowych zabudowane są aparaty żaluzjowe z nastawnym położeniem łopatek, służące do regulacji wydajności wentylatora. Schemat wentylatora przedstawiono na rys.1.

Uwagi szczegółowe:

• Wirnik

Poważnym błędem w konstrukcji wirników wentylatorów ciągu kotłów K1÷K3 (HNC) jest brak pewnego połączenia tarczy z piastą. Zazwyczaj w wentylatorach energetycznych tarcza nośna wirnika ma pewne połączenie z piastą uzyskane w wyniku odpowiedniego centrowania środkowego otworu tarczy, a następnie spawania obydwu elementów. Tutaj zaś, tarcze nośne wirni­ków są mocowane do piasty przy zastosowaniu połączeń śrubowych (śruby nie są pasowane). W czasie pracy tarcza wirnika na skutek działania dużych sił odśrodkowych ulega rozciąganiu. Natomiast piasta wirnika, o średnicy stosunkowo małej, zachowuje swoje wymiary prawie niezmienione. Wobec asymetrii sił tarcia względem osi obrotu, co występuje najczęściej w praktyce, będzie miało miejsce przesunięcia środka ciężkości tarczy względem osi obrotu. Przesunięcie to powoduje powstanie bardzo dużej siły wirującej i w konsekwencji silne drgania elementów wirnika i bardzo duże obciążenia wału wentylatora. Sprzyjają temu zjawisku wszelkie zmiany temperatury wirnika, które są typowym zjawiskiem podczas rozruchów. Taka konstrukcja wirnika wentylatora nie jest właściwa dla urządzeń energetycznych.

Analizując układ łopatkowy wirnika łatwo zauważyć, że projektant nie kierował się kryterium możliwie najwyższej sprawności, preferując raczej możliwie najprostszą technologię. Zastosowano bowiem specyficzne profilowanie łopatek - na zupełnie płaskiej ściance podstawy (tożsamej z cięciwą profilu) spoczywa, wygięta w kształcie łuku okręgu, ścianka grzbietowa.

• Łożyska

Odnośnie sposobu łożyskowania wału wentylatora spalin w zasadzie można nie mieć większych uwag. Jest to rozwiązanie powszechnie stosowane w budowie tych maszyn.

Jednak jak stwierdzono wyżej konstrukcja wirnika wentylatora w połączeniu z dużą sztywnością zamocowania łożysk do bardzo ciężkiego fundamentu powoduje, że siły w łożyskach są bardzo duże, co nie wpływa korzystnie na ich trwałość. Ponadto silne drgania elementów wirnika przenoszone poprzez wał na łożyska mogą powodować występowanie drgań powyżej poziomu dopuszczalnego.

• Kanały wlotowe wraz z aparatem regulacyjnym.

Skrzynie wlotowe, o bardzo prostej konstrukcji (w formie prostopadłościanów) przylegają bezpośrednio do płaskich ścian bocznych obudowy spiralnej. W każdej z nich znajduje się przegroda antywirowa. Przy kołnierzach skrzyń wlotowych zabudowane są aparaty żaluzjowe z nastawnym położeniem łopatek, służące do regulacji wydajności wentylatora. Duża odległość żaluzji od przekroju wlotowego na wirnik oraz przegroda antywirowa wyklucza zupełnie wpływ krętu na regulację wydajności wentylatora. Zastosowane w wentylatorach klapy żaluzjowe realizują w zasadzie regulację czysto dławieniową a więc najmniej efektywną. Ten system regulacji powoduje największe z możliwych obniżenie sprawności wentylatora przy pracy z częściowym obciążeniem jakie występuje przy eksploatacji wentylatorów (tym bardziej, że są one przewymiarowane w stosunku do potrzeb kotła).

Dokonane w czasie badań pomiary podciśnienia w kanale ssawnym przed żaluzją (na wlocie do wentylatora) jak i tuż za żaluzją (na wlocie na wirnik) wykazały, że posiada ona bardzo duże opory przepływu, patrz rys. 3. Kolorem niebieskim zaznaczono podciśnienie „użyteczne” niezbędne dla ciągu spalin, a kolorem zielonym przyrost podciśnienia na samej żaluzji. Jak widać przy wydajności wentylatora ok. 140 kg/s (odpowiada to mocy bloku ok. 160 MW) omawiane wentylatory pracują w zasadzie głównie po to, aby pokonać opory aparatu żaluzjowego. Tak duże obciążenie aparatów żaluzjowych jest powodem częstych ich awarii, pękania i urywania się. Pulsacyjna praca wentylatorów przy takim mocnym dławieniu jest też oczywista. Nie należy się więc dziwić, że nie wytrzymują one fizycznego obciążenia i pękają oraz urywają się.

Innym niekorzystnym zjawiskiem (dotyczącym właśnie żaluzji), a stwierdzonym również w czasie i tych pomiarów, jest nierówne obciążenie stron wentylatorów. Asymetria przepływu czynnika przez oba wloty jest znaczna. Asymetria podziału strugi pogłębia się ze zmniejszaniem mocy bloku. Przyczyną tego zjawiska jest najprawdopodobniej nierówne dławienie przez aparaty żaluzjowe. Asymetria napływu czynnika w wentylatorze z dwustronnym wlotem jest przyczyną powstawania znacznych sił osiowych, które obciążają łożyska.

• Układ olejowy

Układ olejowy dla wentylatorów kotła K-1 i K-2 jest wspólny, jest to kłopotliwe w eksploatacji. Powinien być taki jak na kotle K-3.

• Układ opomiarowania wentylatorów

Na omawianych wentylatorach zainstalowany jest przestarzały system pomiarowy Bentley Nevada 1800. Uniemożliwia on wystawiania progów sygnalizacyjnych i ostrzegawczych, a także progów potrzebnych do zabezpieczeń. Wskazany byłby system stosowany na blokach 4-6, tj. Bentley Nevada 3500.

• Wały

Należy zwrócić uwagę na niezbyt szczęśliwe połączenie piasty wirnika z wirnikiem oraz wałem. W poprawnym rozwiązaniu piasta wirnika powinna mieć wciskane połączenie zarówno z wałem jak i wirnikiem. Prócz tego wał wirnika powinien mieć specjalny kształt zapewniający obniżenie masy przy zachowaniu dużej sztywności, jak również sam wirnik powinien być znacznie lżejszy od obecnie eksploatowanego, co zmniejszyłoby wrażliwość na drgania wywołane nie wyrównoważeniem. Obecne wały (co przyznaje sam FW) nie spełniają wymagań do ewentualnej, możliwej w przyszłości, regulacji wydajności poprzez zmianę obrotów .

• Obudowa

Obudowa wentylatorów skutkiem przenoszonych drgań wielokrotnie pękała. Została naprawiona i wzmocniona mocną konstrukcją usztywniającą.

4. ANALIZA DOTYCHCZASOWYCH DOŚWIADCZEŃ EKSPLOATACYJNYCH WENTYLATORÓW

Nienowoczesna konstrukcja wentylatorów spalin oraz niewłaściwy ich dobór do potrzeb kotłów były i są powodem licznych problemów eksploatacyjnych zmuszających wielokrotnie obsługę do awaryjnego odstawiania kotłów. Chodzi tu głównie o kotły K-1 i K-2, chociaż ostatnia awaria aparatu żaluzjowego wentylatora spalin kotła K-3 może być zapowiedzią wystąpienia podobnych problemów i na tym kotle.

Awarie omawianych wentylatorów towarzyszyły eksploatacji omawianych kotłów od momentu ich uruchomienia. Świadczy o tym bogata dokumentacja protokołów awarii i ich napraw. Wymienię tu tylko dla przykładu kilka typowych awarii i ich napraw dla poszczególnych wentylatorów.

Wentylatory 01HNC61 i 01HNC62:

-przy niskich obciążeniach bardzo wysokie drgania,

-urwanie się śrub na kanałach ssących przed wlotem na wirnik, wykonano wzmocnienia połączenia kanałów ssawnych poprzez zastosowanie spoin obwodowych w miejscach ścinania śrub,

-powtórne pęknięcia spoiny montażowej tarczy stożka do obudowy,

-ciągłe awarie aparatu żaluzjowego: pękanie i łamanie łopatek, urywanie się wałków,

-remonty łopatek kierowniczych, montaż większych silników na napędach łopatek,

-pęknięcie materiału tarczy stożka przy łopatce na długości ok. 700 mm,

-pęknięcie stożka wlotowego na kołnierzu,

-pęknięcie tarczy wirnika przy spoinie montażowej,

-pękanie obudowy wentylatora,

-wymiany obu łożysk,

-rozległe pęknięcia fundamentów,

Wentylatory 02HNC61 i 02HNC62:

-niebezpiecznie wysokie drgania w łożyskach,

-urwane śruby na kanałach ssących przed wlotem do wirnika,

-aparaty żaluzjowe psujące się, urywające się łopatki, pękające wałki,

-pękanie fundamentów pomimo wyposażenia ich w zmodernizowane, wymuszone chłodzenie,

-stan dynamiczny wentylatorów (szczególnie w trakcie rozruchu i odstawiania) może spowodować zniszczenie konstrukcji.

-liczne pęknięcia osłon łopatek wirników obu wentylatorów,

-oderwanie materiału tarczy stożka,

-pękanie materiału tarczy stożka,

-wykrzywienie łopatki wirnika.

-asymetria pracy obydwu wlotów wentylatorów

-nadmierne luzy lub niewłaściwe ustawienie łopatek aparatów regulacyjnych.

Fundamenty wentylatorów spalin. Bloki 1 - 3.

Każdy fundament maszyny wirującej winien zapewnić dwa podstawowe zadania:

-utrzymanie maszyny w stanie statycznym

-zrównoważyć GD² maszyny

W ruchu zaś nie może fundament równoważyć bardzo wysokich drgań i to jeszcze o charakterze ściśle niewiadomym, pobudzającym się w różnych okresach pracy maszyny i rezonujących z samym układem bądź innymi falami, np. głosowymi. A w aktualnym stanie praca wentylatora przy obecnie zastosowanym układzie regulacji powoduje powstawanie ponadnormatywnych drgań, co szczególnie uwidacznia się w czasie rozruchu i odstawień wentylatorów spalin. Jest to pierwotną przyczyną pękania fundamentów. Obciążenie polem temperaturowym fundamentów jest już tylko skutkiem wynikającym z błędów konstrukcyjnych wentylatorów.

Wnioski

Zaistniałe zdarzenia na wentylatorach spalin kotłów K-1 i K-2 świadczą o bardzo niskiej żywotności ich elementów, a co jest szczególnie groźne również samych wirników. Charakter pęknięć świadczy o wysokich naprężeniach w obszarze połączenia łopatek z tarczami wirnika. Powyższe zakłócenia świadczą o bardzo dużej turbulencji strugi przed aparatem regulacyjnym, tak dużej że doprowadziła do urwania się łopatek aparatu wskutek całkowitego zmęczenia materiału łopatki, co nie zostanie wyeliminowane poprzez zmiany w fundamentach.

Uszkodzenia naprawiano poprzez wyszlifowanie pęknięć i pospawanie. Usztywniano kanały wlotowe, wzmacniano konstrukcję wsporczą kanałów, wymieniano łożyska..

Naprawy i wprowadzane zmiany na wentylatorach mają jednak charakter prowizoryczny, tylko przesuwają w czasie dalsze nieuchronne pęknięcia tych elementów, gdyż nie usuwają one przyczyn, którymi są projektowe błędy konstrukcyjne. Należy się spodziewać dalszych uszkodzeń elementów wentylatorów lub kanałów w czasie późniejszym, zastosowane wzmocnienia na elementach, które były najbardziej narażone na wibracje turbulentne, czyli obciążenia zmienne, przenoszą te obciążenia na elementy sąsiednie.

Naszym zdaniem tylko dokładne rozeznanie przyczyn problemów i ich usunięcie przyniesie pozytywne wyniki w dłuższej perspektywie czasowej. Obecne działania są tymczasowymi, pozwalającymi prowadzić eksploatację, ale obarczoną ciągłym ryzykiem awarii lub nawet katastrofy.

5. WYMAGANE PARAMETRY EKSPLOATACYJNE WENTYLATORÓW

Określenie optymalnego dla danego kotła punktu pracy wentylatorów spalin (sprężu i wydajności) przy uwzględnieniu możliwych do przewidzenia zmian jakości spalanego paliwa

Wiadomo jest, że zadaniem wentylatorów spalin jest odprowadzenie spalin z kotła do komina oraz zabezpieczenie stabilnego podciśnienia w palenisku na poziomie określonym przez projektanta kotła. W żadnym przypadku wentylatory spalin nie mogą być ograniczeniem w osiąganiu znamionowej mocy bloku. Dlatego jednoznaczne określenie znamionowego punktu pracy dla wentylatora spalin (dla którego osiąga on maksymalną sprawność) nie jest sprawą oczywistą. Przy zbyt dużym zapasie (jak obecnie) wentylator nawet przy znamionowej mocy bloku osiąga niskie sprawności, a przecież jak wyżej wspomniano pewien minimalny zapas musi być.

Punktem wyjściowym musi tu być kocioł jako wytwórca spalin. Wielkość strumienia masy spalin na wlocie do wentylatora ciągu powiązana jest z maksymalną żądaną wydajnością cieplną kotła, z charakterystyką spalanego paliwa (a przede wszystkim jego wilgotnością) oraz nadmiarem powietrza w spalinach i temperaturą spalin.

Oczywistym ułatwieniem w podjęciu decyzji są posiadane wyniki pomiarów aerodynamicznych wentylatorów spalin kotłów K-1 ÷ K-3, rys. 2. Określona jest charakterystyka oporów sieci dla poszczególnych kotłów, jednak zmierzony strumień masy spalin jest różny, zarówno dla różnych kotłów, jak też różnych pomiarów dla tego samego kotła, nie wynika to wcale z dokładności przeprowadzonych badań. Główną przyczyną zmiennych parametrów pracy wentylatorów spalin przy mocy bloku równej 235 MW jest różna wydajność cieplna kotła w zależności od ilości ciepła zabieranego z obiegu dla celów ciepłownictwa, oraz różna temperatura spalin i nadmiar powietrza w spalinach.

Znamionowa wydajność masowa kotła przy mocy bloku 235 MW wynosi 186 kg/s (670 Mg/h). Obliczeniowy strumień masy spalin przypadający na jeden wentylator (dla węgla o Q_wr = 10 MJ/kg i zawartości wilgoci równej 43% oraz zawartości tlenu w spalinach przed HNC O₂ = 6%) wynosi : 171 kg/s (244 m³/s dla ρ= 0.7016 kg/m³). Rzeczywista produkcja pary przy mocy 235 MW waha się w zakresie 190÷194 kg/s (684÷698 Mg/h). Tak więc dla wydajności kotła D=194 kg/s obliczeniowy strumień masy spalin wynosi 186 kg/s (dla warunków jak powyżej) (265 m³/s dla ρ= 0.7016 kg/m³). Zmierzone (przez grupy pomiarowe różnych firm (rys. 2)) w warunkach rzeczywistych przy mocy bloku 235 MW strumienie masy spalin przed wentylatorami wynosiły średnio na jeden wentylator od 175 kg/s do 195 kg/s. Pomiary wykonane zostały przy aktualnie spalanym węglu, tj. Q_wr ≈ 10 MJ/kg i wilgoci ok. 43%.

Ustalając optymalne zamówieniowe parametry pracy wentylatorów należałoby uwzględnić możliwe w przyszłości zmiany jakości węgla, głównie zwiększenia zawilgocenia.

Dolna wartość opałowa węgla gwarancyjnego wynosi: Qwr = 8 MJ; Wcr = 48%. Strumień masy spalin powstały ze spalania tego paliwa z racji tylko odparowanej wilgoci będzie większy o ok. 8% w stosunku do tego strumienia spalin z paliwa obecnego. Jak wiadomo Elektrownia już od kilku lat spala paliwo zbliżone do obecnego i nie ma uzasadnionych powodów zakładać, że paliwo to ulegnie zmianie w bliżej określonej przyszłości. Jednak żadnych autoryzowanych danych co do prognoz jakości węgla dostarczanego do Elektrowni nie udało nam się uzyskać.

Ponadto parametry znamionowe wentylatorów w stosunku do w/w parametrów pomiarowych powinny posiadać pewien chociaż minimalny zapas, i tak najczęściej przyjmuje się : dla wydajności ok 5% zapas oraz dla spiętrzenia 10%.

Przyjmując pełen zapas na ewentualną zmianę wilgotności węgla oraz dodatkowo zapas eksploatacyjny, to dla obecnego węgla, wentylator posiadałby znowu obniżoną sprawność dla podstawowych wydajności eksploatacyjnych. Dlatego zdając sobie sprawę z wymienionych wyżej uwarunkowań proponujemy inne rozwiązanie, a mianowicie:

- jako optymalne znamionowe parametry pracy wentylatora proponujemy uznać

- wydajność : qm = 200 kg/s (q_v = 285 m³/s przy ρ = 0,743 kg/m³)

- spiętrzenie całkowite: Pc = 4800 Pa.

- wymagana sprawność w punkcie obliczeniowym: = 84%

Proponowane parametry są nieznacznie wyższe od maksymalnych parametrów otrzymanych w pomiarach przy mocy bloku 235 MW (wydajność o ok. 5% i spręż o ok. 10%). Tak zaprojektowany wentylator powinien mieć sprawność ruchowo przy mocy bloku 235 MW powyżej 80%. Dla zapewnienia większej rezerwy wydajności i sprężu wentylatora, dającej pewność, że wentylator nawet w skrajnych i krótkotrwałych stanach bloku nie będzie ograniczeniem dysponowanej mocy bloku proponuje się wyposażyć modernizowane wentylatory w kierownice pozwalające regulować przyrost ciśnienia w wentylatorze zawirowaniem strugi wlotowej nie tylko zgodnym z obrotami wirnika (rozwiązanie typowe) ale również w małym zakresie wytwarzające zawirowanie w kierunku przeciwnym do obrotów wirnika. Pozwoli to, co prawda kosztem spadku sprawności, zwiększyć osiągi wentylatora dodatkowo o ok.10%. Oczywiście sprawność wentylatora w podstawowym zakresie obciążeń znamionowych pozostanie wysoka. Chodzi tu oczywiście o kierownice z możliwością przesterowania powyżej 100% otwarcia.

Należy podkreślić, że dla zagwarantowania znamionowych parametrów modernizowanego wentylatora należy zażądać przed wykonaniem modernizacji przeprowadzenia przez dostawcę (wykonawcę modernizacji) badań modelowych zaprojektowanego wirnika.

6. PROPONOWANE WERSJE MODERNIZACJI WENTYLATORÓW

6.1. Uzasadnienie konieczności zmian w konstrukcji wentylatorów spalin na blokach 1-3

w Elektrowni Turów SA

• Wszystkie firmy badające omawiane wentylatory, tj. Politechnika Wrocławska, Energopomiar, Vibroson i EnergoTest jednoznacznie stwierdziły, że wentylatory spalin są niewłaściwie dobrane do sieci. Skutkiem tego w warunkach ruchowych wentylatory pracują z przymkniętymi żaluzjami regulacyjnymi co powoduje, że osiągają bardzo niskie sprawności.

• Wszystkie firmy również zgodnie podkreślają szereg nieprawidłowości w konstrukcji tych wentylatorów. Archaiczny sposób regulacji ich wydajności, wadliwy kształt skrzyń wlotowych itp. z jednej strony powodowały nadmierne zużycie mocy, z drugiej zaś praca przy ciągłych pulsacjach ciśnienia (powodowanych dławieniową regulacją) jest przyczyną pę­kania elementów wentylatora (aparatów żaluzjowych, kolektorów i skrzyń wlotowych, wirnika, łopatek, tarcz itp.).

• Zaistniałe zdarzenia na wentylatorach spalin kotłów K-1 i K-2 świadczą o bardzo niskiej żywotności ich elementów, a co jest szczególnie groźne również samych wirników. Charakter pęknięć świadczy o wysokich naprężeniach w obszarze połączenia łopatek z tarczami wirnika. W ubiegłym roku wystąpiły pęknięcia łopatek wirnika i tarcz pokrywających, które grożą eksplozją wirnika, mogącą stać się przyczyną bardzo groźnego wypadku. Dalsza eksploatacja tych wentylatorów będzie nastręczała coraz większe kłopoty przyczyniając się do strat materialnych także wskutek awaryjnych postojów. Sprowadza się to do wysokich kosztów eksploatacji i niskiej pewności ruchu wen­tylatorów.

• Co prawda zaistniałe uszkodzenia naprawiano, usztywniono kanały wlotowe, usztywniono konstrukcję wsporczą kanałów, wymieniano łożyska. Jednak naprawy i wprowadzane zmiany na wentylatorach mają charakter prowizoryczny, tylko przesuwają w czasie dalsze nieuchronne pęknięcia tych elementów, gdyż nie usuwają one przyczyn, którymi są projektowe błędy konstrukcyjne. Należy się spodziewać dalszych uszkodzeń elementów wentylatorów lub kanałów w czasie późniejszym, zastosowane wzmocnienia na elementach, które były najbardziej narażone na wibracje turbulentne czyli obciążenie zmienne przenoszą te obciążenia na elementy sąsiednie.

• Poprawy sytuacji nie załatwi bieżący remont - wymaga ona wprowadzenia zmian modernizacyjnych. Naszym zdaniem tylko dokładne rozeznanie przyczyn problemów i ich usunięcie przyniesie pozytywne wyniki w dłuższej perspektywie czasowej. Obecne działania są tymczasowymi, pozwalającymi wprawdzie prowadzić eksploatację, ale obarczoną ciągłym ryzykiem awarii lub nawet katastrofy.

• Analizując wyniki badań oraz przebieg eksploatacji wentylatorów spalin na kotłach 1 do 3 stwierdzić można, że istnieje uzasadniona potrzeba, a nawet koniecz­ność, przeprowadzenia w jak najbliższym terminie ich modernizacji. Konieczna jest (przynajmniej w wentylatorach bloków 1 i 2) wymiana wirnika na konstrukcję bardziej sprawną oraz nieza­wodną ruchowo.

6.2. Cel modernizacji wentylatorów

Celem modernizacji jest usunięcie wymienionych wyżej mankamentów poprzez:

-dostosowanie parametrów nominalnych do wymaganych parametrów eksplo­atacyjnych,

-zmniejszenie obciążeń mechanicznych wirnika przez zmianę konstrukcji i obniżenie wymiarów,

-zastosowanie korzystnej ze względu na zużycie energii i stabilną pracę regu­lacji parametrów pracy.

W wyborze optymalnego wariantu modernizacji kierowano się:

-maksymalnym wykorzystaniem istniejących elementów wentylatora, uwzględniając ich stan techniczny, przeprowadzone dotychczas modernizacje, wzmocnienia konstrukcji, czy też gruntowne naprawy. A więc w propozycjach ograniczono do minimum zakres zmian mając jednak na uwadze realizacje postawionego celu.

-jak najkrótszym okresem przeprowadzania modernizacji (nawet w okresie normalnej przerwy remontowej ),

Opierając się na własnych doświadczeniach oraz sugestiach firm z branży stwierdzić można, że teoretycznie istnieje kilka wersji modernizacji wentylatorów; od bardzo prostej i taniej w realizacji korekty aerodynamiki do zakupu nowego wentylatora. Propozycje firm obejmują modernizację lub wymianę wirnika wentylatora, zmianę systemu regulacji wydajności na zapewniający wyższą sprawność i brak pulsacji (od kierownic osiowych, sprzęgło hydrokinetyczne do przemiennika częstotliwości) itp. Niektóre propozycje, jako nierealne dla Elektrowni Turów należy odrzucić od razu. I tak sprzęgło hydrokinetyczne nie jest możliwe - brak miejsca na fundamentach, regulacja obrotów poprzez przetwornicę częstotliwości wymaga inwestycji w przetwornicę i osobny transformator. Dla Elektrowni Turów i tak nie jest to możliwe, gdyż projektant wałów wentylatorów spalin nie przewidział możliwości ich pracy przy zmiennych obrotach. Mogą nastąpić nadmierne drgania wału.

Ostatecznie po przeprowadzonej analizie stanu wentylatorów i historii ich eksploatacji oraz uwzględniając występujące ograniczenia (brak miejsca, istniejące fundamenty, poziom kosztów, czas wykonania) jako realne zaproponować można dwie wersje modernizacji. Założono, że zakres modernizacji wentylatorów dla poszczególnych bloków może być różny, w zależności od aktualnego stanu wentylatorów, okresu ich eksploatacji, przebytych awarii itp.

6.3. Proponowany zakres modernizacji wentylatorów

Wersja I (uproszczona, dotyczy wyłącznie kotła K-3).

Dla kotła K-3 jako optymalne rozwiązanie proponuje się:

-zmniejszenie średnicy zewnętrznej wirnika poprzez obcięcie końców łopatek oraz tarczy nośnej i pokrywających w celu dostosowania parametrów wentylatora do potrzeb kotła,

-korektę kształtu skrzyń wlotowych i ich dosztywnienie,

-zmianę zarysu spirali poprzez wstawienie wkładek w rejonie języczka oraz dosztywnienie ścian spirali,

-modernizacja istniejących aparatów żaluzjowych poprzez umiejscowienie ich bliżej wlotu oraz poprawę rozwiązań konstrukcyjnych, które były najbardziej zawodne. Do napędu łopatek kierowniczych może być wykorzystany istniejący siłownik. Powyższe prace należy wykonać bez demontażu wirnika z wału.

Dodatkowe uzasadnienia do tej wersji:

Badania wentylatora 03HNC61 przy 100% otwarciu aparatu żaluzjowego i sprężu równym 4423 Pa (a więc nieznacznie wyższym od znamionowych oporów kanałów kotła) wykazały, że wentylator osiąga wydajność maksymalną równą 309 m³/s (dla ρ = 0.8094 kg/m³) czyli 250 kg/s oraz sprawność 63.8%. Sprawność wentylatora w tym punkcie, ale bez uwzględnienia strat ciśnienia na żaluzji, wynosi 66.2%. Oczywiście nie jest to obliczeniowy punkt pracy wentylatora. Sprawność badanego wentylatora w punkcie zbliżonym do obliczeniowego (q_m=197 kg/s i Pc=7300 Pa), ale bez uwzględnienia strat ciśnienia na żaluzji, wynosi 85.6%. Wniosek stąd, że sam wirnik wentylatora jest aerodynamicznie sprawny, problem tkwi w niedopasowaniu do potrzeb kotła oraz w sposobie regulacji. Na wentylatorach spalin bloku 3 nie zanotowano (poza awariami żaluzji) jak dotychczas istotnej awarii czy też uszkodzeń elementów. Stąd propozycja modernizacji ograniczonej. Jednak i tu przewidywać należy wymianę elementów jak dla kotłów 1 i 2. Może to jednak nastąpić po technicznym zużyciu elementów obecnego wirnika.

Obcięcie łopatek spowoduje dostosowanie parametrów wentylatora do potrzeb ko­tła zmniejszając w ten sposób zużycie energii. Ob­niżenie średnicy zewnętrznej końców łopatek, tarczy nośnej i tarcz pokrywających wy­eliminuje możliwość powstawania pulsacji spalin oraz drgań tarcz wirnika i blach bocznych kolektora, a w konsekwencji pęknięć.

Zmiana kształtu dolnej części skrzyń wlotowych oraz modernizacja aparatów żaluzjowych poprawi ich regula­cyjność, a to spowoduje dodatkowe zmniejszenie o 2 - 4% zużycia mocy przy częściowym obciążeniu wentylatora.

Wersja II (nowy wirnik)

Dla kotłów K-1 i K-2 jako optymalne rozwiązanie proponuje się:

-wykonanie nowego wirnika wraz z wałem, łożyskami i układem smarowania oraz czujnikami temperatury i drgań,

-nowe, dostosowane do wirnika leje wlotowe,

-korektę kształtu skrzyń wlotowych,

-zastąpienie istniejących aparatów żaluzjowych kierownicami, osio­wymi lub promieniowymi umieszczonymi w stożku wlotowym (podobnie jak w wentylatorze typu BAB). Do napędu łopatek kierowniczych może być wykorzystany istniejący siłownik. Kierownice powinny mieć możliwość wstecznego wychylenia łopatek.

-zmianę zarysu spirali i do­sztywnienie ścian spirali.

Silnik, obudowa i fundament bez istotnych zmian.

Wał i wirnik powinien spełniać wymagania ewentualnej możliwej w przyszłości regulacji wydajności poprzez zmianę obrotów.

Uzasadnienie tej wersji zawarte jest w punkcie 6.1.

Według przeprowadzonej skróconej analizy techniczno-ekonomicznej, zaproponowana optymalna wersja mo­dernizacji zapewni właściwą pracę wentylatorów oraz pozwoli na ponad dwukrotne zmniejszenie zużycia energii, a całkowity jej koszt zwróci się w zaoszczędzonej energii w okresie ok. jednego roku.

7. ANALIZA TECHNICZNO - EKONOMICZNA MODERNIZACJI WENTYLATORÓW

7.1. Ceny realizacji poszczególnych wersji modernizacji wentylatorów

Dla celów analizy ekonomicznej zapytano producentów wentylatorów na rynku krajowym o ofertowe, przybliżone ceny wykonania modernizacji jednego wentylatora wg wymienionych wyżej zakresów. Nie zdradzając tajemnicy handlowej poszczególnych firm wypośrodkowano przybliżone, ale realne, koszty wykonania wymienionych modernizacji.

Cenę modernizacji jednego wentylatora wg zakresu określonego w poszczególnych wersjach oszacowano następująco:

Wersja I - 150 000 zł. + VAT (dotyczy tylko wentylatorów kotła K-3)

Wersja II - 500 000 zł. + VAT

Uwagi do w/w cen:

- W wersji I ujęto koszty wszystkich prac związanych z modernizacją wen­tylatora; od momentu jego zatrzymania do uruchomienia po modernizacji.

- W wersji II nie uwzględniono:

- kosztów transportu do El. Turów S.A.,

- kosztów demontażu i montażu nowych elementów na terenie El. Turów S.A.,

- kosztów izolacji cieplno - akustycznej,

7.2. Szacunkowy koszt zaoszczędzonej energii przy eksploatacji zmodernizowanych

wentylatorów

Analizę przeprowadzono w oparciu o uzyskany z Elektrowni Turów koszt energii na po­trzeby własne - 123 zł/MW oraz dane o obciążeniu bloków nr l, 2 i 3 w okresie 4-rech miesięcy pracy w 2003 r. Średni czas pracy wentylatorów w ciągu roku obliczono wychodząc z liczby godzin jaką przepracowały wentylatory od pierwszego uruchomienia i czasu jaki upłynął od uruchomienia poszczególnych kotłów do 1.10.2003 roku.

Od uruchomienia kotła K1 upłynęło 5 lat i 8 miesięcy, kotła K2 : 5 lat i 5 miesięcy. Wentylatory kotłów przepracowały w tym czasie: K-1 K-2 K3

czas pracy [godz] : 35 708 33 790 25 330

Daje to średni roczny czas pracy 6820 godz/rok.

Obliczenie rocznego zużycia energii dla jednego wentylatora dla stanu obecnego i proponowanych modernizacji przedstawiono w tabeli 1. Cały zakres obciążeń bloku podzielono na 7 przedziałów i dla średniej mocy bloku w każdym z przedziałów określono na podstawie pomiarów wydajność wentylatora. W oparciu o uzyskane z Elektrowni wykazy rejestrowanej co godzina mocy bloków, ustalono liczbę godzin pracy bloku w odpowiednim przedzia­le mocy w obliczeniowych czterech miesiącach i w ciągu roku.

Dla stanu obecnego wentylatora oraz zaproponowanych rozwiązań określono moc pobieraną z sieci przez wentylator przy obciążeniach występujących w eksploatowanych blokach oraz zużycie energii w ciągu roku

Tabela 1. Obliczenie rocznego zużycia energii przez wentylatory spalin bloków K1 ÷ K3 obecne i po zmodernizowaniu.

Zakres mocy (MW)		30-90	90-140	140-160	160-180	180-200	200-220	220-240	Łącznie
Czas pracy kotła przy poszcze­gól­nych zakre­sach mocy (h)	w czasie 4 mie­sięcy oblicze­niowych	15	454	218	334	354	538	360	2273
		w czasie roku	45	1362	654	1002	1062	1614	1080	6829
Wydajność wentylatora dla średniej mocy (kg/s)		49	95	130	150	170	180	190	-
Moc pobierana z sieci (MW)	obecnie	1,600	1,680	1,780	1,860	1,950	2,020	2,100	-
		I wariant modernizacji	0,900	0,950	1,100	1,170	1,250	1,320	1,380	-
		II wariant modernizacji	0,580	0,620	0,750	0,860	0,980	1,100	1,320	-
	Zużyta energia w ciągu roku (MWh/rok)	obecnie	72	2288	1164	1864	2071	3260	2268	12987
		I wariant modernizacji	40	1294	719	1172	1328	2130	1490	8173
		II wariant modernizacji	26	844	490	862	1041	1775	1426	6464

7.3. Szacunkowy okres zwrotu poniesionych nakładów

W celu określenia efektywności zaproponowanych rozwiązań przeprowadzono analizę ekonomiczną, w ramach której określono:

-okres zwrotu kosztów poniesionych na inwestycję liczony jako czas, w którym koszt zaoszczędzonej energii pokryje wartość poniesionych nakładów;

-zysk z inwestycji po 3 latach eksploatacji liczony bez uwzględnienia oprocento­wania kredytu na inwestycje;

W tabeli 2 przeprowadzono obliczenie wskaźników ekonomicznych w oparciu o podane w niniejszym opracowaniu ceny poszczególnych rozwiązań i przyjęte koszty instalacji wenty­latora. Jak wynika z przedstawionych wyliczeń oba rozwiązania zapewniają bardzo du­że oszczędności w kosztach zużycia energii dla potrzeb własnych: od 1,2 do 1,6 miliona zł/rok dla jednego kotła. Okres zwrotu kosztów inwestycji wynosi: 3 miesiące dla wersji I i ok. 10 miesięcy dla wersji II. Obliczeniowy zysk z inwestycji po 3 latach eksploatacji wyniesie ponad 3 miliony złotych na kocioł.

Powyższa analiza nie uwzględnia dodatkowych zysków wynikających ze zwięk­szenia pewności ruchowej wentylatorów. Przede wszystkim znikną drgania i pulsacje powietrza wynikające z przewymiarowania wirnika i niewłaściwego kształtu skrzyń wlotowych. Zmniejsze­nie średnicy zewnętrznej i dokładne przeliczenie drganiowe wirników zlikwiduje niebezpieczeństwo powstawania występujących obecnie bardzo groźnych pęknięć tarcz pokrywających wirników oraz obudowy wentylatorów. Zaproponowane systemy regulacji wydajności za­pewnią stabilną pracę w całym zakresie pracy i znacznie większą liniowość i mniejszą histerezę regulacji.

Tabela 2. Analiza ekonomiczna dla proponowanej modernizacji wentylatorów bloków K1÷K3 (w obliczeniach przyjęto, że cena energii na potrzeby własne wynosi

123 zł/MWh).

Opis wersji	Energia zużyta przez jeden wentylator przez rok	Koszt energii zużytej rocznie przez dwa wentylatory	Roczna oszczędność w kosztach zużytej energii	Cena wykonania dwóch wentylatorów	Koszty montażu dwóch wentylatorów	Łączny koszt modernizacji	Okres zwrotu inwestycji	Zysk z inwestycji po trzech latach
Jednostki	MWh	tys. zł	tys. zł	tys. zł	tys. zł	tys. zł	miesiące	tys. zł
Wentylator istniejący	12 987	3 195	-	-	-	-	-	-
I wariant modernizacji	8 173	2 010	1 185	300	0	300	3,0	3 255
II wariant modernizacji	6 464	1 590	1 605	1 000	280	1 280	9,6	3 535

7.4. Terminy realizacji poszczególnych wersji modernizacji

Terminy realizacji modernizacji wg zakresu ujętego w poszczególnych wersjach, również po konsultacjach z producentami wentylatorów, oceniono następująco (dla jednego kotła):

Wersja I - pełna realizacja: do 3 miesięcy od podpisania umowy z wykonawcą, z tym iż czas wykonania prac na obiekcie liczony od momentu przekazania zatrzymanego wychłodzonego wentylatora do jego gotowości do uruchomienia po modernizacji oceniono na: ok. 10 dni

Wersja II - termin dostawy elementów: do 6 miesięcy od podpisania umowy z wykonawcą,

plus czas montażu na obiekcie liczony od momentu przekazania zatrzymanego wychłodzonego wentylatora do jego gotowości do uruchomienia po modernizacji oceniono na: ok. 5 tygodni.

8. HAŁAS WENTYLATORW

Z pomiarów (własnych i innych firm) hałasu wynika, że obecny poziom dźwięku w pobliżu wentylatorów spalin kotłów K1÷K3 przekracza wartość 85 dB i waha się wokół poziomu 94-97 dB. Wyższe wartości hałasu odpowiadają niższym mocom bloku; znaczy to, że na poziom hałasu pewien wpływ ma dławienie strugi wlotowej aparatem żaluzjowym. Tak wysoki hałas powoduje, że teren wokół wentylatorów nie nadaje się do trwałego przebywania ludzi ze względu na niebezpieczeństwo uszkodzenia organu słuchu.

Zaproponowane modernizacje będą miały pozytywny wpływ również na ograniczenia hałasu wokół wentylatorów. Przede wszystkim znikną źródła podwyższonego hałasu jakimi są: drgania i pulsacje powietrza wynikające z przewymiarowania wirnika i niewłaściwego kształtu skrzyń wlotowych; obecne żaluzje powodujące bardzo silne dławienie powietrza szczególnie przy niższych mocach bloku; zmniejsze­nie średnicy zewnętrznej tarczy wirnika też obniży hałas generowany przez wentylatory jak również dokładne wykonanie (aerodynamiczne) łopatek wirnika. Zaproponowane systemy regulacji wydajności oprócz stabilnej pracy wentylatora (znacznie większa liniowość i mniejsza histereza regulacji) będą generowały też niższy hałas. Ponadto wykonanie prawidłowej izolacji akustycznej powinno łącznie z wymienionymi wyżej zmianami zapewnić, że hałas wokół wentylatorów nie będzie przekraczał 85 dB.

9. WNIOSKI

Przeprowadzone liczne badania aerodynamiczne wentylatorów oraz analiza stanu konstrukcji i doświadczeń eksploatacyjnych wentylatorów kotłów K1÷K3 udokumentowana w niniejszym opracowaniu upoważnia do postawienia wniosku, że omawiane wentylatory powinny być poddane modernizacji i to w jak najbliższym czasie.

Odkładanie modernizacji naraża Elektrownię nie tylko na wysokie i nieuzasadnione koszty eksploatacyjne, ale może doprowadzić do poważnej awarii bloków, a nawet katastrofy polegającej na rozerwaniu się wirników wentylatorów, głównie kotłów K1 i K2.

Uproszczona z konieczności analiza ekonomiczna efektów zaproponowanych modernizacji zdecydowanie udowadnia, że modernizacje wentylatorów mają nie tylko uzasadnienie techniczne, ale również ekonomiczne.

LITERATURA

[1] Fortuna St., Badania wentylatorów i sprężarek, AGH Uczelniane Wy­dawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 1999.

[2] Fortuna St., Wentylatory - Podstawy teoretyczne, zagadnienia konstrukcyjno-eksploatacyjne i zastosowanie, TECHWENT s.c., Kraków 1999.

[3] Kuczewski St., Wentylatory, WNT, Warszawa 1978.

[4] Tomala R., Sprawozdanie z pomiaru wentylatorów: powietrza pier­wotnego, powietrza wtórnego i spalin na kotle nr 2 w Elektrowni Tu­rów, Zakłady Pomiarowo-Badawcze Energetyki ENERGOPOMIAR Sp. z o. o., Zakład Techniki i Gospodarki Cieplnej Elektroenerge­tycznej, Dział Kotłowy, Nr ewid. 74/1999, Gliwice 1999.

[5] Augustynowicz C., Dudek D. i inni" Ocena konstrukcji i ocena przepływów wentylatorów na kotle nr 1 w Elektrowni Turów, Politechnika Wrocławska, Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Raport serii SPR nr 15/2000, Wrocław 2000.

[6] Beczkowski J., Bernard T., Laskowski W., Petrus W., Podsędkowski A., Wólczyński J., Ocena konstrukcji i ocena przepływów wentylato­rów na kotle nr I 1v Elektrowni Turów, Przedsiębiorstwo Badawczo-Produkcyjne VIBROSON, Łódź 2000.

[7] Beczkowski J., Bernard T., Laskowski W., Petrus W., Podsędkowski A., Wólczyński J.

"Ocena konstrukcji i ocena przepływów wentylatorów na kotle nr 1 w Elektrowni Turów - Podsumowanie, Przedsiębiorstwo Badawczo-Produkcyjne VIBROSON, Łódź 2000.

[8] Laskowski W., Bernard T., Ocena, konstrukcji wentylatorów powietrza i spalin kotła fluidalnego CFB670 w Elektrowni Turów, Biuro projektów VENCON - Wentylatory, Dmuchawy, Łódź 2000.

[9] Tomala R., Sprawozdanie z pomiaru wentylatorów: powietrza pier­wotnego, powietrza wtórnego i spalin na kotle nr l w Elektrowni Tu­rów, Zakłady Pomiarowo-Badawcze Energetyki ENERGOPOMIAR Sp. z o. o., Zakład Techniki i Gospodarki Cieplnej Elektroenerge­tycznej, Dział Kotłowy, Nr ewid. 118/2000, Gliwice 2000.

[10] Świętochowski M., Sprawozdanie z badań charakterystyk wentylatorów spalin na kotłach 1 i 2 w Elektrowni Turów., Zakład Badawczo-Wdrożeniowy Techniki Cieplnej EnergoTest, Wrocław 2001.

[11] Świętochowski M., Pomiary podstawowych parametrów pracy wentylatorów spalin kotła nr 3 Elektrowni Turów w warunkach ruchowych, Politechnika Wrocławska, Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów, Raport serii SPR nr 24/2003, Wrocław 2003

[12] Wykres charakterystyki wentylatora spalin HLB11, Barron Industries Inc., Leeds, Fan Size 1142/1142, Fan Series A30A-3D2, Fan Type DI(115.0%) DW, RPM 1480, Printed at: 3:1 I PM Friday, July 18, 1997.

[13] Norma Branżowa BN-76/1388-06, Wentylatory kodowe, Pomiary aerodynamiczne.

[14] Norma Branżowa BN-76/1388-O5, Wentylatory kotłowe, Podstawowe wymagania i badania.

[15] Polska Norma PN-77/M-43021, Wentylatory. Ogólne wymagania i badania.

ZESPÓŁ BADAWCZY:

1. Dr inż. Mieczysław Świętochowski

2. Przemysław Bukowski

3. Tomasz Gajewski

4. Justyna Jaskuła

5. Jacek Jaskuła

6. Michał Paściak

ODBIORCY:

egz.

1. Elektrownia Turów ............................................................................................. 5

2. Bibliteka I-20 ..................................................................................................... 1

2. Autor ................................................................................................................. 1

Razem 7

Raport złożono

w Dziale Wydawnictw I-20

w październiku 2003 r.

23

---