8. Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах

• Название: 8. Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах
• Дата: 24.01.2020
• Размер: 4.43 Mb.
• Имя файла: 5132c44.doc
• Тип: Документы; #105614
• страница: 39 из 39

12.3.Водно-химические режимы барабанных котлов

Состав примесей питательной воды зависит от рабочих параметров (давления, температуры) барабанных котлов. С ростом давления, которое сопровождается, как правило, увеличением мощности котла, повышаются требования к качеству пара и питательной воды. При среднем (давление в барабане P менее 11 МПа) и высоком (P ≥ 11 МПа) давлении добавочная вода проходит умягчение и в ней содержатся легкорастворимые соединения, в основном соли натрия. При сверхвысоком давлении (P = 15,5 МПа) добавляется обессоленная вода. В результате присосов охлаждающей воды в конденсаторе в питательную воду поступают соли жесткости (Са и Mg), характеризующиеся очень малой растворимостью. С увеличением давления в котле допустимые значения концентрации солей жесткости уменьшаются. При этом увеличивается доля продуктов коррозии, в первую очередь - железо-оксидных соединений.

В конденсате турбины и питательной воде барабанных котлов присутствуют кислород и свободная углекислота. Относительно высокая концентрация примесей в воде не дает возможности использовать нейтрально-окислительные режимы. Поэтому для связывания кислорода в питательную воду подается гидразин с избыточной концентрацией 20…60 мкг/кг, а для нейтрализации углекислоты и создания щелочной среды (рН = 9,1) - аммиак (до 1000 мкг/кг).

Фосфатный режим применяется для исключения отложения солей жесткости в экранных трубах. В котловую воду (в барабан котла) вводятся фосфаты, обычно в виде натриевых солей ортофосфорной кислоты (Na₃PO₄, Na₂HPO₄). При гидролизе этих солей в воде появляется едкий натр NaOH. В результате взаимодействия фосфатов с солями кальция образуется в водяном объеме шлам [гидроксилапатит Ca₃(PO₄)₂∙ Ca₃(OH)₂], который удаляется из котла с непрерывной продувкой.

Для образования гидроксилапатита должен выдерживаться определенный избыток PO₃⁴⁺ и поддерживаться высокощелочная среда.

Фосфатный режим не устраняет железооксидного и медного накипеобразования, вызывает железофосфатное накипеобразование, отложения цинка и магния. Поэтому он наиболее пригоден для среднего давления. При высоком и сверхвысоком давлении недостатки его существенны.

Рост массы отложений в газомазутных котлах при фосфатном режиме составляет 20 г/м² за 1000 ч. Если принять допустимое количество отложений 350…400 г/м², то химическую промывку надо выполнять через 15…20 тыс.ч. Для угольных котлов это значение в 2 раза больше.

Бескоррекционный водный режим используется при высоком и сверхвысоком давлении, когда качество питательной воды хорошее. На случай больших присосов в конденсаторе и повышение концентрации солей жесткости предусматривается возможность перехода на режим фосфатирования.

При бескоррекционном режиме возможны относительно низкие значения рН, что способствует усилению коррозии поверхностей нагрева. Для увеличения значения рН до необходимого уровня (рН > 9) лучше добавлять не летучий аммиак, а сильные щелочи NaOH, LiOH. Гидроксид лития при взаимодействии с железом (на поверхности стенки) образует стабильную пленку LiFeO₂ (феррат лития), но с фосфатами литий образует труднорастворимые в воде соединения, образующие отложения на стенках трубы. Гидроксид лития нельзя применять при возможных режимах фосфатирования. Применяется едкий натр NaOH.

Комплексонный водный режим основан на использовании двухзамещенной натриевой соли ЭДТК (трилон Б). Ввод трилона Б производится непосредственно перед котлом (в сниженный узел питания). Комплексон образует с кальцием, так же как и с другими катионами, комплексонат кальция, обладающий высокой растворимостью. Комплексонаты выводятся из котла с продувочной водой.

При среднем давлении концентрация солей жесткости велика, расход трилона Б большой и стоимость обработки воды также велика.

Интенсивное разложение комплексоната железа с образованием защитной пленки происходит при температурах воды, соответствующих высокому и сверхвысокому давлению. Но при сверхвысоком давлении (P = 15,5 МПа, t_S = 343°С) разлагаются комплексонаты кальция и образующийся гидроксид кальция внедряется в железооксидную пленку и нарушает ее сплошность. Для повышения термической стойкости комплексонатов кальция дозируют щелочь - едкий натр NaOH (комплексонно-щелочной режим). В чистом отсеке барабана поддерживается рН = 10,4.

Комплексон дозируют в воду периодически (8 ч/сут в течение 2 сут), а NaOH - непрерывно.

Комплексонно-щелочной режим имеет ряд преимуществ перед фосфатным (при сверхвысоком давлении): содержание железа в котловой воде в растворенном виде увеличивается, вывод его с продувкой эффективнее; в насыщенном паре Fe меньше, так как коэффициент распределения снижается в 2,5 раза; толщина отложений на стенке меньше в несколько раз, теплопроводность - выше; межпромывочный период удлиняется в несколько раз; нет необходимости в консервации при останове котла для защиты стояночной коррозии.

12.4.Влияние внутрибарабанных устройств на качество котловой воды и насыщенного пара

Качество насыщенного (при ДКД) и перегретого пара в прямоточном котле определяется концентрацией примесей в питательной воде. В барабанном котле качество насыщенного пара зависит не только от качества питательной воды, но и от методов организации водного режима в самом котле, в его барабане. К таким методам относится организация ступенчатого испарения и продувки, сепарационных устройств и промывки пара.

Эффективность ступенчатого испарения и продувки котла рассмотрена в §11.7. При достаточно высоком качестве питательной воды выполняют двухступенчатую схему испарения при паропроизводительности второго (солевого) отсека 3…5% (иногда 10%). Солевой отсек внутри барабана устанавливают на мощных котлах редко, так как возможный в переходных режимах переток воды или переброс через перегородку из солевого отсека в чистый снижает эффект от ступенчатого испарения. Второй отсек организуется в выносном циклоне, пар из него направляется в барабан на промывку.

При достаточно больших концентрациях примеси в питательной воде возможна организация трехступенчатой схемы испарения. Паропроизводительность второго и третьего отсеков в этом случае выбирается в пределах 3…10%.

Сепарация капельной влаги из пара и сепарационные устройства рассматривались в гл.9. Для обеспечения высокой чистоты насыщенного пара в барабанах без промывки пара унос влаги не должен превышать 0,02% паропроизводительности. При промывке пара из-за того, что места для организации сепарационных устройств остается мало, допускается влажность пара до промывочного устройства и после него в размере 0,05% (в некоторых случаях - до 0,1%). Увеличение влажности компенсируется эффективной промывкой пара.

Промывка насыщенного пара питательной водой проводится путем барботажа его через слой воды на промывочном устройстве, гидравлическая работа которого анализировалась в гл.9. На рис.12.3 показана принципиальная схема промывки пара, а на рис.12.4 обозначены потоки воды и примеси. Пар из контуров циркуляции барботирует через слой котловой воды и выходит из нее с концентрацией определяемой по формуле

(12.2)

где ω₁ - влажность пара; К_p1 - коэффициент распределения в системе котловая вода - насыщенный пар.





Пар поступает на паропромывочное устройство и барботирует через слой воды. При этом в системе промывочная вода - пар устанавливается новое равновесное состояние, соответствующее коэффициенту распределения Кp₂.

Так как концентрация примесей в промывочной воде С_пром меньше С_к.в, то концентрация примесей в паре С_п уменьшается (по сравнению с C_п`), а примеси в количестве ( C<sub>п</sub>` - Сп) переходят в промывочную воду. Концентрация примесей в паре после промывки будет равна

(12.3)

Промывочная вода поступает в водяной объем барабана, и концентрация примесей в котловой воде С_к.в связана с С_пром формулой (11.42), где вместо С_п.в необходимо подставить С_пром

(12.4)

Примем ω = ω₁ = ω₂ = 0,05%; K_p = К_p1 = К_p2 = 1%, р = 1%.Определим степень очистки пара от примесей после промывки. Для этого разделим выражение для C_п` на C_п

(12.5)

Таким образом, пар после промывки стал чище почти в 50 раз (при принятых значениях ω, К_p ,р). С увеличением К_p эффективность промывки снижается.

Формула (12.5) показывает, что относительное снижение концентрации примеси в паре при промывке зависит от продувки р - с ростом продувки эффективность промывки падает, но при этом абсолютные величины C_п` и C_п снижаются (уменьшаются C_к.в). В результате качество пара С_п мало зависит от продувки: при К_p + ω = 0 вообще не зависит, а при К_p + ω =10% увеличение продувки с 1 до 5% приводит к снижению С_п всего в 1,7 раза. Поэтому продувка в рассматриваемом случае должна выбираться не по С_п, а по концентрации примесей в котловой воде С_к.в, влияющей на интенсивность отложения примесей в экранных трубах. При двухступенчатой схеме испарения оптимальная паропроизводительность второй ступени n_II при промывке пара составляет 3%.

12.5.Химические очистки паровых котлов

Предпусковые химические очистки котла проводятся с целью удаления окалины и песка, используемого при гибе труб при монтаже, продуктов коррозии.

Для удаления взвесей (грата, песка) сначала производят интенсивную водную промывку труб со скоростью воды 1…2 м/с. После этого проводят щелочение поверхностей раствором аммиака с добавлением поверхностно-активных соединений.

Основным этапом очистки является удаление оксидов железа. Для этого используют растворы кислот. Из минеральных кислот чаще всего применяют соляную кислоту. Поскольку С1-ион отрицательно влияет на аустенитную сталь, очистке соляной кислотой подвергаются поверхности нагрева до встроенной задвижки. Недостатком соляной кислоты является и тот факт, что оксиды железа переходят в воду в виде крупной взвеси, что может привести к забиванию отдельных труб и участков коллекторов.

Более полную отмывку отложений продуктов коррозии обеспечивает раствор лимонной кислоты.

Для предпусковых очисток прямоточных и барабанных котлов широко применяются различные композиции (смеси) трилона Б с органическими кислотами (с лимонной, винной и т.п.). Такие композиции обладают повышенной по сравнению со стехиометрической железоемкостью. Химическая счистка проводится при температуре 100…120°С.

Предпусковая очистка оборудования ТЭС при относительно небольших загрязнениях проводится раствором пероксида водорода (при 70°С с концентрацией Н₂О₂ до 800 мкг/кг). Одновременно при этом происходит пассивация стали.

Эксплуатационные химические очистки проводятся для удаления отложений, образующихся с той или иной скоростью при всех водно-химических режимах ТЭС. Необходимость очистки определяется по температурному режиму труб, количеству отложений.

Оптимальным является водный режим, при котором химические очистки можно проводить с большим интервалом, совмещая их с капитальным или расширенным текущим ремонтом.

Для проведения очисток используется соляная кислота с ингибиторами, замедляющими скорость взаимодействия соляной кислоты с металлом трубы. Лимонная кислота удаляет не только отложения продуктов коррозии, но и соединения кальция, однако кислота не пассивирует поверхности труб.

Парокислородная обработка (смесь перегретого пара и кислорода) поверхностей котлов приводит к разрушению и удалению внутритрубных отложений и созданию плотной равномерной защитной пленки магнетита. Этот метод применяется при загрязненности труб до 200 г/м². При большей загрязненности можно провести химическую очистку ингибированной соляной кислотой, а затем - парокислородную обработку.

В некоторых случаях (при режиме ГАВР, ухудшенном качестве питательной воды, увеличенных присосах охлаждающей воды и т.п.) возникает необходимость проведения более частых химических очисток. Учитывая, что наибольшее количество отложений образуется в НРЧ, применяют упрощенные методы локальной химической очистки. Очистку потоков пароводяного тракта проводят раздельно. Горячая (150°С) деаэрированная вода из деаэратора бустерными насосами подается в промываемый контур, скорость воды в трубах 1,5…2,0 м/с. Сброс воды производят перед встроенной задвижкой (задвижка закрыта). Раствор двух- или трех-замещенной аммонийной соли ЭДТК дозируют в соединительный трубопровод или коллектор перед очищаемой поверхностью (НРЧ). После очистки (4…6 ч) проводят промывку горячей водой (1…2 ч). При контакте раствора ЭДТК с чистой поверхностью происходит коррозия металла. Поэтому в раствор добавляют ингибиторы кислотной коррозии, снижающие скорость коррозии углеродистой стали при химической очистке в 20…50 раз.

Комплексоны используются для химической очистки поверхностей нагрева котлов среднего давления и парогенераторов АЭС на ходу, т.е. во время их нормальной работы. Подача комплексона (трилона Б, двухзамещенной соли ЭДТК) в количестве, превышающем в 1,2…1,5 раза стехиометрическое соотношение, приводит к комплексованию катионов не только из воды, но и из отложений. Комплексонаты железа и других катионов (растворенная форма) удаляются из цикла с продувочной водой. Очистка на ходу производится периодически.

12.6.Консервация паровых котлов

При любых остановах котлов со снижением давления среды до атмосферного и возможностью попадания в него кислорода воздуха и конденсации влаги протекает стояночная коррозия. Средняя скорость коррозии при температуре 20°С составляет 0,05 г/(м²∙ч). Суточный простой энергоблока 300 МВт с незаконсервированными и неосушенными поверхностями нагрева общей площадью около 30 000 м² приводит к образованию в контуре до 50 кг оксида железа.

При останове котлов для защиты от стояночной коррозии проводится их консервация. При останове на срок до 15 ч прямоточных котлов или до 1 сут барабанных котлов рекомендуется проводить консервацию методом избыточного давления, а на срок до 5 сут - путем сухого останова. При простое от 5 до 60 сут рекомендуется гидразинно-аммиачная консервация или использование контактных ингибиторов. При останове на срок более 60 сут применяются контактные ингибиторы.

Избыточное давление (0,l5…0,20 МПа) в котле при кратковременном останове создается деаэрированной водой. Для лучшего эффекта в воду можно добавить щелочь (NaOH - до 2 кг/м³ ).

Консервацию сухим способом осуществляют, заполняя котел инертным газом (азотом). При этом воздух должен быть вытеснен полностью из котла.

Консервация котла при останове на длительный срок может проводиться путем прокачки по замкнутому контуру (включая деаэратор и питательные насосы) раствора гидразина (до 200 мг/кг) и аммиака (рН = 0,5…11). В этот контур не включаются ПНД и конденсатор, содержащие латунные трубки.

Контактные ингибиторы образуют на поверхности защитную пленку, сохраняющуюся длительное время в условиях капитальных или текущих ремонтов. Защитная пленка создается путем прокачивания в течение 1…2 ч через котел раствора ингибитора при температуре не выше 100°С. Затем этот раствор сливают в специальный бак для хранения до повторного использования.

При некоторых водных режимах на поверхности металла создается устойчивая защитная пленка, и в этом случае консервация не требуется. При любом водном режиме защитную пленку можно создать сразу же после останова котла путем подачи в котел аммиачного раствора трилона Б перегретым паром (350…370°С, давление 1,0…1,3 МПа) от постороннего источника (из линии собственных нужд станции) по специальным трубопроводам. Паровой раствор частично отмывает поверхности котла с образованием комплексонатов железа, которые подвергаются термическому разложению на поверхностях котла. Консервация заканчивается при увеличении значения рН в сбросном паре до 9, после чего котел обеспаривается, дренируется и вскрывается.