Паровые котлы ТЭС

Водный режим прямоточных паровых котлов

Исходным положением в организации водного режима прямоточных котлов являет­ся отсутствие продувки. Поэтому все посту­пающие с питательной водой примеси, а так­же примеси, переходящие в рабочую среду вследствие коррозии самого котла и пита­тельного тракта за конденсатоочисткой, час­тично отлагаются на поверхностях нагрева, частично уносятся в турбину. При этом сле­дует учитывать, что в турбине допустимы лишь очень незначительные отложения. Ем­кость котла по допустимому накоплению от­ложений в десятки раз больше соответству­ющей емкости турбины, и поэтому котел до - критического давления может рассматриваться как своего рода «ловушка» примесей, предот­вращающая их поступление в турбину. В этих условиях концентрация примесей в питатель­ной воде может быть несколько выше, чем в перегретом паре, в соответствии с допусти­мым количеством отложений в котле. Допу­стимые отложения в котле зависят от их рас­пределения по тракту, тепловой нагрузки в месте отложений и теплопроводности, а так­же от запаса надежности поверхности нагре­ва, т. е. допустимого повышения температуры металла сверх рабочей его температуры по условиям ползучести и окалинообразования. При прочих равных условиях допустимые от­ложения в сильной степени зависят от тепло­вой нагрузки, что следует учитывать при вы­боре участка газового тракта для размещения зоны отложений. Зоной отложений является конечный участок испарительного тракта. Она не должна располагаться в области интен­сивного обогрева. Зона отложений зависит от давления. Чем выше давление, тем больше зона отложений, и ее начало сдвигается в сто­рону меньшего паросодержания потока.

С переходом на сверхкритическое давле­ние, увеличением единичной мощности котлов и возрастанием в связи с этим тепловых на­грузок топочных экранов резко повысилась их чувствительность к отложениям. Поскольку отложения нежелательны ни в турбине, ни в котле, питать прямоточные котлы необхо­димо водой с минимальными загрязнениями. Практически это свелось к очистке всего тур­бинного конденсата в БОУ. Этим обеспечи­вается почти полное отсутствие солевых и кремнекислых отложений и в котле, и в тур­бине. На первый план выдвинулась проблема борьбы с поступлением и образованием отло­жений продуктов коррозии конструкционных материалов, в первую очередь окислов же­леза.

Общепринятым методом повышения корро­зионной стойкости оборудования является вы­бор соответствующих материалов для его изготовления. В качестве основного конструк­ционного материала для изготовления поверх­ностей нагрева применяют перлитные стали. Наряду с большими достоинствами (дешевиз­на, технологичность, простота в эксплуатации) перлитные стали обладают серьезным недо­статком — в пределах водопарового тракта они подвержены интенсивной коррозии.

В целях снижения коррозии внутренние поверхности низкотемпературной части энер­гетического оборудования защищаются анти­коррозионными покрытиями. К ним относятся: внутренняя поверхность деаэраторных баков атмосферного типа, выхлопных патрубков турбин, корпусов конденсаторов и вакуумных подогревателей низкого давления, трубопро­водов к бакам запаса конденсата и самих баков, а также водоподготовительное обору­дование. Ограничение коррозии высокотемпе­ратурной и теплообменной части оборудова­ния достигается соответствующей организа­цией водного режима J

(Тидразинно-аммиачиый водный режим. Термическая деаэрация не обеспечивает пол­ного удаления кислорода и углекислоты из турбинного конденсата. Концентрация оста­точного кислорода может составлять до 10 мкг/кг. Присутствует в конденсате и оста­точная углекислота. Поэтому термическую деаэрацию дополняют химической обработкой питательной воды.

Оставшийся после термической деаэрации кислород связывают гидразином N2H4. В от­сутствие примесей в воде реакция протекает так:

N2H4 + 02-^N2 + 2H20. (15.1)

В питательной воде всегда содержатся примеси окислов железа и меди. Их присут­ствие ускоряет связывание кислорода гидрази­ном [46].

Для гарантии полного связывания кисло­рода обеспечивают подачу гидразина на всас питательных насосов в количестве, превыша­ющем стехиометрическое значение в соответ­ствии с формулой (15.1), и таким образом создают избыток N2H4 в количестве 0,02— 0,03 мг/кг.

Углекислота может находиться в воде в ви­де молекул С02 (растворенный газ) и Н2СОз (раствор) :

С02 + Н20^Н2С03. (1542)

Углекислота связывается дозируемым в пи­тательную воду аммиаком. Аммиак вводят в количестве, обеспечивающем полную нейт­рализацию С02 с образованием карбонатов аммония и создание небольшого избытка гидроокиси аммония, повышающего рН среды. Таким образом, гидразингидрат обеспечивает связывание остатков кислорода после деаэра­торов, а аммиак — выдерживание регламен­тированного ПТЭ [6J значения рН = 9,1±0,1.

Водный режим, базирующийся на обработ­ке питательной воды гидразингидратом и ам­миаком, получил название гидразинно-амми - ачного. Это — традиционный водный режим, до недавнего времени он выполнялся практи­чески на всех энергетических блоках СКД.

Температура рабочей среды на выходе из НРЧ обычно достигает 380—390°С. Темпера­тура стенки наружной поверхности труб в этой зоне примерно на 100JC выше и достигает 490—500°С. Опытом эксплуатации установле­но, что при гидразинно-аммиачном водном режиме температура труб НРЧ газомазутных котлов повышается на 10—12°С ежемесячно. Поэтому для поддержания температуры стенки на допустимом уровне отложения не­обходимо удалять через каждые 4—6 мес хи­мическими промывками.

Нейтральный водный режим. В целях по­лучения чистой питательной воды все энерге­тические блоки оборудованы БОУ. После очистки в БОУ турбинный конденсат прибли­жается к теоретически чистой—нейтральной воде, электропроводность которой 0,04— 0,06 мкСм/см, а значение рН около 7. Такая практически чистая вода почти не содержит ионогенных примесей, и потому все электро­химические процессы заторможены.

В зависимости от концентрации кислород в нейтральной воде может оказывать различ­ное воздействие на металл. При малых кон­центрациях кислород усиливает коррозию ме­талла. При повышенных концентрациях кис­лорода на поверхности металла образуется сплошная защитная пленка из магнетита Fe304 и гематита Fe203. Поэтому для защиты металла от дальнейшей коррозии предложено дозировать в воду такое количество кисло­рода (около 200 мкг/кг), которое обеспечи­вало бы образование пассивирующей сплош­ной защитной окисной пленки. Скорость кор­розии перлитной стали в этих условиях приближается к интенсивности коррозии аустенигной стали.

Способность кислорода при повышенном его содержании образовывать прочную защит­ную окисную пленку положена в основу орга­низации кислородно-нейтрального водного ре­жима прямоточных котлов. Для организации нейтрального водного режима в питательную воду дозируют газообразный кислород 02. В ряде случаев дозируют перекись водорода Н202. Нейтральный водный режим требует очень чистой, не содержащей С02 питательной воды, электропроводность которой не должна превышать 0,2 мкСм/см.

Достоинства нейтрального водного режи­ма: отказ от дорогостоящей коррекционной обработки питательной воды гидразингидра­том и аммиаком, значительное увеличение в связи с этим межрегенерационного периода фильтров БОУ, меньшая скорость образования железоокисных отложений на высокофорсиро­ванных поверхностях НРЧ, возможность при­менения перлитных сталей для изготовления поверхностей нагрева. Нейтральный водный режим требует высокой культуры эксплуата­ции, обеспечивающей предельно низкую элек­тропроводность питательной воды. Он требует отсутствия в питательном тракте элементов из меди и медьсодержащих сплавов. Такой режим выдерживается на многих блоках СКД на протяжении нескольких лет.

Комплексонный водный режим. При желе­зоокисных отложениях температура металла поверхности нагрева определяется интенсив­ностью обогрева и свойствами отложений, главным образом их теплопроводностью. Чем выше пористость отложений, тем ниже тепло­проводность.

Улучшение температурного режима по­верхностей нагрева может быть достигнуто двумя путями: повышением теплопроводности отложений и принудительным перемещением максимального количества отложений из НРЧ в менее теплонапряженные поверхности нагрева (например, в экономайзер).

Изменение закономерностей формирования железоокисных отложений и их свойств до­стигается при комплексонном водном режиме. Сущность комплексон'ного режима, предло­женного и разработанного Т. X. Маргуловой и др., заключается в том, что в питательную воду, кроме аммиака и гидразингидрата, до­
зируемых в тех же количествах, что и при традиционном водном режиме, непрерывно вводят после деаэратора также комплексоны в количестве, эквивалентном содержанию же­леза и меди в воде. Комплексоны — это со­единения, отличительная особенность кото­рых— способность образовывать с различны­ми катионами (Са, Mg, Fe, Си) водораствори­мые вещества.

В качестве комплексона обычно применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту ЭДТК (сухой продукт).

При температуре 80—90°С получают вод­ный раствор этой кислоты. Сюда же добав­ляют водный раствор аммиака NH3 + H20 = = NH4OH. При этом образуется трехзаме- щенная аммонийная соль ЭДТК, которая, взаимодействуя с продуктами коррозии железа [при температурах 100—200°С — гидроза­кисью Fe(OH)2], дает комплексонатыжелеза. Хорошо растворимые в воде комплексонаты железа далее по ходу среды под действием высокой температуры разлагаются с образо­ванием выпадающего на внутренней стенке труб плотного слоя магнетита. Последний за­щищает металл от коррозии.

Наиболее интенсивное разложение комп - лексонатов железа происходит при темпера­турах 250—300°С, характерных для последних ступеней ПВД и экономайзера, в связи с чем следовало бы ожидать полного термического разложения (термолиза) в пределах именно этих элементов тракта. Однако в питательном тракте на участке ПВД — экономайзер рабо­чая среда движется с заметной скоростью — соответственно 3—5 и 1—2 м/с. Кроме того, в котлах СКД значительна скорость роста температуры рабочей среды по тракту (около 100°С/мин). По обоим обстоятельствам про­цесс термолиза комплексонатов в экономай­зере не успевает завершиться, а заканчивает­ся частично уже в следующем элементе тракта — НРЧ. Поэтому в котлах СКД желе- зоокисные отложения распределяются следу­ющим образом: в водяном экономайзере око­ло 80% и около 20% в НРЧ. При дозировке комплексона отложения в НРЧ более плотные, их теплопроводность выше, что способствует замедленному росту температуры стенки во времени и позволяет увеличить межпромывоч­ный период до полутора лет.

Дозировку комплексонов следует произво­дить автоматически в соответствии с нагруз­кой энергоблока. Аммонийная соль ЭДТК и аммиак подаются в рабочую среду после деаэратора, гидразин — после БОУ. Содержа­ние в питательной воде дозируемых веществ при комплексонном водном режиме: доза комплексонов Зрасч = 80 мкг/кг; NH3 = = 700-ь800 мкг/кг; N2H4=20 мкг/кг; рН=9,1.

Образующиеся в процессе термического разложения комплексонов газообразные про­дукты вместе с паром из котла транзитом проходят через турбину и удаляются из цикла отсосом из конденсатора. Комплексонный вод­ный режим наряду с достоинствами, характер­ными для «нейтрального» водного режима (увеличение межпромывочного периода), об­ладает и недостатками гидразинно-аммиачно - го водного режима (увеличение нагрузки на БОУ в связи с необходимостью удаления больших количеств аммиака и расходованием больших количеств реагентов для регенерации фильтров).