Угольная пылевая горелка

Если говорить об угольной пылевой горелке, многие сразу представляют что-то архаичное, дымящее и ненадёжное. Это, пожалуй, самое распространённое заблуждение. На деле, современная пылеугольная горелка — это сложный узел, где сходятся вопросы подготовки топлива, аэродинамики факела и, что критично, материаловедения. Именно последнее часто упускают из виду, концентрируясь на расчётах и КПД, а потом удивляются, почему сопла или корпус выгорают за сезон.

Где кроется главная проблема износа?

Не в самой идее сжигания угольной пыли, а в её реализации. Пыль — это абразив. Высокоскоростной поток, несущий частицы, действует как наждак. Добавьте сюда термические нагрузки в зоне горения, которые могут достигать... ну, вы понимаете, каких значений. Стандартные стали здесь долго не живут.

Раньше мы пробовали разные решения. Брали жаростойкие стали с добавками, наплавляли твердые сплавы. Работало, но не идеально. Наплавка могла отслоиться, а цельный корпус из спецстали стоил непомерно дорого. Получался паритет: либо часто меняем дешёвые узлы, либо редко, но платим втридорога за сами узлы и простой.

Тут и возникает вопрос материала. Нужно что-то, что сопротивляется и истиранию, и высокой температуре, и, желательно, окислению. Керамика? Хрупкая. Некоторые зарубежные композиты? Эффективно, но логистика и цена убивают всю экономию от использования угля.

Опыт с композитными решениями

Вот здесь я столкнулся с продукцией одной компании — ООО Цзянсу Готай Машиностроение. Наткнулся на их сайт https://www.jsguotai.ru почти случайно, искал информацию по износостойким покрытиям. Их профиль — как раз исследования и производство износо-, термо- и коррозионно-стойких материалов. Это звучало именно как то, что нужно для критических зон пылеугольной горелки.

Мы заказали у них пробную партию литых элементов соплового аппарата из их материала на основе высокоглинозёмистой керамики, армированной металлом. Не буду вдаваться в маркетинговые названия, скажу про суть: это была не просто керамическая вставка, а монолитный литой узел сложной формы, предназначенный именно для работы в условиях эрозии и термоударов.

Первые испытания на стенде были обнадёживающими, но стенд — это не реальная ТЭЦ. Настоящий тест начался после установки.

Полевые испытания и неожиданные нюансы

Установили мы эти узлы на одну из наших горелок, работающих на каменном угле не самого высокого качества. Зольность приличная, значит, абразивная нагрузка выше средней. Первые месяцы работали, наблюдали. Вибраций нет, факел стабильный, что уже хорошо.

Но главный тест был после плановой остановки на ревизию. Когда вскрыли, состояние новых сопел сравнивали со старыми, которые проработали аналогичный срок. Разница была видна невооружённым глазом. На стальных элементах уже были видны следы выщербливания и начало деформации от перегрева. На элементах от Готай — лишь матовая поверхность, без явных следов эрозии и без деформаций.

Однако не всё было идеально. Мы обнаружили, что крепёжные элементы, которые мы использовали (стандартные), стали слабым звеном. Они не выдерживали разности коэффициентов теплового расширения между новым материалом и корпусом горелки. Пришлось дорабатывать узел крепления, используя более термостойкие и упругие решения. Это важный момент: даже самый хороший материал требует правильного инжиниринга вокруг себя.

Экономика и надёжность: что перевешивает?

Стоимость этих литых элементов была, конечно, выше, чем у стандартных стальных. Это всегда первый вопрос от руководства. Но здесь считать нужно не стоимость детали, а стоимость владения за межремонтный цикл.

Раньше мы меняли сопла и защитные гильзы на этой горелке раз в 8-10 месяцев. С новыми элементами цикл увеличился как минимум в 2,5-3 раза, судя по темпу износа. Плюс, исключились простои, связанные с внеплановым ремонтом из-за прогорания. Когда складываешь стоимость частых замен, работу ремонтной бригады и стоимость недовыработанной энергии, экономия становится очевидной.

Кстати, на их сайте https://www.jsguotai.ru указано, что они занимаются полным циклом от исследований до производства. Это важно, потому что для таких специфичных применений, как элементы угольной пылевой горелки, часто нужна адаптация материала или геометрии под конкретные условия. Возможность диалога с производителем, который понимает проблему износа, а не просто продаёт листы металла, — это отдельное преимущество.

Мысли о будущем конструкции

Этот опыт заставил по-другому посмотреть на конструкцию горелки в целом. Если ключевые узлы, подверженные износу, могут работать так долго, то, возможно, стоит пересмотреть и другие элементы? Например, подводящие каналы для пылевоздушной смеси.

Сейчас мы рассматриваем возможность применения аналогичных материалов для изготовления изогнутых участков и конфузоров, где эрозия также значительна. Это может привести к модульной конструкции, где все быстроизнашиваемые детали представляют собой сменные кассеты из сверхстойких материалов. Ремонт тогда сведётся к замене кассеты, а не к сложной сварке и подгонке на месте.

Возвращаясь к началу: современная угольная пылевая горелка — это не вчерашний день. Её эффективность и жизнеспособность упираются в детали, в материалы. И часто решение лежит не в области глобального перепроектирования, а в точечном применении правильного материала в самом нагруженном месте. Опыт с материалами от ООО Цзянсу Готай Машиностроение — прямое тому подтверждение. Это не панацея на все случаи жизни, но для задач борьбы с абразивно-термическим износом в энергетике — очень серьёзный инструмент. Главное — применять его с умом, учитывая все нюансы монтажа и эксплуатации.