Расчет котлов и котельных установок

ВОДНЫЙ РЕЖИМ КОТЛОВ

Вода, используемая в котельных установках в к|| честве рабочего тела, обладает свойствами активного и почти уни­версального растворителя. Содержащиеся в ней примеси, незави­симо от источников их появления, при определенных условиях могут образовывать на стенках труб твердые отложения. Наи­более интенсивное образование отложений происходит в трубах испарительных и перегревательных поверхностей нагрева, рас­положенных в зоне интенсивного обогрева. Причем даже неболь­шой слой этих отложений вследствие низкого коэффициента его теплопроводности может недопустимо повысить температуру ме­талла, а следовательно, привести к разрушению труб.

Поэтому использование природных вод, содержащих большое количество солей, кремневой кислоты, газов, в качестве питатель­ной воды недопустимо. Для приготовления питательной воды требуемого качества на ТЭС природную воду подвергают специаль­ной обработке. Она заключается в удалении минеральных и ор­ганических твердых взвешенных в воде примесей, солей жестко­сти (Са, Mg) с заменой их легкорастворимыми солями щелочных металлов (К, Na); общем обессоливании в системе выпарных уста­новок с получением обессоленного конденсата; обескремнивании; дегазации. Такая обработка позволяет существенно снизить со­держание примесей в питательной воде. Однако при эксплуата­ции котла количество примесей в воде постоянно возрастает. Это происходит ввиду присосов природной воды в конденсаторе тур­бины, добавки воды при восполнении потерь рабочей среды, пере­хода в воду продуктов коррозии конструкционных материалов. Кислород и углекислота, попадающие в воду, вызывают корро­зию металла труб поверхностей нагрева. Соединения кальция и магния, относящиеся к труднорастворимым, как и продукты кор­розии железа, меди, образуют накипь. Отложения образуют и легкорастворимые соединения такие, как Na3P04; Na2S04, если концентрация их выше растворимости в рабочем теле (воде или паре). Часть примесей кристаллизуется в водяном объеме, обра­зуя шлам.

. Надежная и экономичная работа котла достигается путем вы­вода части примесей из котла, а также ограничением коррозии

Конструкционных материалов организацией физико-химических процессов в рабочем теле, называемых водно-химическим (водным) режимом.

В парообразующих поверхностях нагрева барабанного котла одновременно с образованием пара ввиду низкой растворимости солей в паре происходит увеличение концентрации их в воде. Для поддержания концентрации примесей воды в пределах, определяе­мых качеством получаемого пара и образованием отложений на внутренних поверхностях труб, соли и взвешенные примеси вы­водят из контура циркуляции вместе с водой, путем организации непрерывной продувки. Продувочная вода выводится из послед - йей ступени испарения в количестве 0,5—3 % паропроизводитель­ности котла, в зависимости от применяемого метода обработки добавочной воды и схемы ступенчатого испарения.

Кроме непрерывной продувки, производят также периодиче­скую продувку из нижних коллекторов экранов. Таким образом удаляют шлам. Режим продувок регламентируется качеством воды и рабочими параметрами среды. Нарушение режима или полное исключение периодической продувки может привести к прикипа­нню шлама к поверхностям экранных труб холодной воронки.

В прямоточных котлах в экранах происходит испарение всей воды, поэтому отсутствует возможность организации продувки. Примеси ввиду различия их растворимости в воде и паре в том или ином количестве выпадают в виде отложений на внутренних по­верхностях труб, а оставшаяся часть выносится с паром. Накоп­ление этих отложений периодически удаляют путем проведения химической промывки котла. Процесс промывки трудоемок и выполним только при остановленном оборудовании. Поэтому в энергоблоках с прямоточными котлами после конденсатора тур­бины на водяном тракте устанавливается блочная обессоливаю­щая установка (БОУ). Благодаря очистке конденсата в ней удается уменьшить содержание примесей в питательной воде и соответст­венно темпы роста отложений в трубах котла.

Снижение скорости протекания коррозии металла труб в сов­ременных прямоточных котлах на СКД достигается созданием в рабочем теле слабощелочной или нейтральной водной среды. Первая используется в том случае, если трубы подогревателей низкого давления выполнены из латуни, а вторая — если трубы ПНД изготовлены из коррозионно-стойкой стали. Слабощелочная среда имеет место при гидразинно-аммиачном комплексонном или гидразинном водном' режиме. Нейтральная среда — при до­зировании в конденсат газообразного кислорода или раствора перекиси водорода. Кратко рассмотрим основные из них.

Гидразинно-аммиачный водный режим — традиционный вод­ный режим. До недавнего времени он был практически на всех энергетических блоках СКД - При его реализации в питательную воду дозируют гидразин и аммиак. Они связывают соответственно кислород и углекислоту, оставшиеся в воде после дегазации. При

Отсутствии примесей в воде реакция между гидразином и кисл родом протекает следующим образом:

N2H4 + 02 N, + 2НгО.

Присутствие в воде оксидов железа и меди способствует уско­рению реакции. Гидразин подается в количестве, несколько пре­вышающем стехиометрическое значение, так чтобы избыток N2H4 составлял 0,02-г-0,03 мг/кг.

Аммиак вводят в питательную воду в количестве, обеспечиваю­щем полную нейтрализацию С02 с образованием карбонатов аммо­ния и созданием небольшого избытка гидроокиси аммония, по­вышающего рН среды до рН = 9,1 ± 0,1 (рН —показатель кон­центрации водородных ионов воды, характеризует реакцию воды). Принято различать следующие реакции воды: кислая при рН = = 1-5-3; слабокислая рН = 3 + 6, нейтральная рН =7; слабо­щелочная рН = 7 10 и сильнощелочная рН =10 + 14.

При гидразинно-аммиачном водном режиме толщину отложе­ний в НРЧ на допустимом уровне поддерживают путем периоди­ческих химических промывок. Для газомазутных котлов меж­промывочный период составляет 4—6 месяцев.

Комплексонный водный режим отличается тем, что в питатель­ную воду кроме аммиака и гидразина, дозируемых в тех же коли­чествах, что и при гидразинно-аммиачном режиме, после деаэра­тора непрерывно вводят комплексоны. Их количество эквивалентно содержанию железа и меди в воде. Комплексоны —это соедине­ния, способные образовать с катионами (Са+, Mg+, Cu+, Fe+) рас­творимые в воде соединения. В качестве комплексона чаще всего применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТК). До­зировка комплексонов зависит от нагрузки энергоблока. Аммо - , нийная соль ЭДТК, получаемая путем добавления в водный рас­твор ЭДТК водного раствора аммиака, и аммиак подают в рабочее тело после деаэратора, гидразин — после БОУ. Аммонийная соль ЭДТК при взаимодействии с продуктами коррозии железа дает хорошо растворимые в воде комплексонаты железа. Под дейст­вием высокой температуры они разлагаются с образованием на стенке труб плотного слоя магнетита. Последний защищает ме­талл от коррозии.

Наиболее интенсивное разложение комплексонатов железа в котлах СКД происходит в экономайзере (80 %) и НРЧ (20 %). Отложения в НРЧ плотные, с достаточно высоким коэффициентом теплопроводности, что позволяет увеличить межпромывочный период до полутора лет.

Нейтральный водный режим основан на способности кислорода при повышенном его содержании в нейтральной среде образовы­вать прочную защитную окисную пленку. Для организации ней­трального водного режима в питательную воду, которая после очистки турбинного конденсата в БОУ приближается к теорети­чески чистой нейтральной воде (рН = 7), дозируют газообразный 154 кислород (в ряде случаев раствор перекиси водорода Н202). Количество кислорода должно быть таким, чтобы образовывалась пассивирующая сплошная защитная окисная пленка из магне­тита (Fe304) и гематита (Fe203). Скорость коррозии перлитной стали резко снижается. Нейтральный водный режим требует очень чистой, не содержащей С02 питательной воды; отсутствия в пита­тельном тракте элементов, выполненных из меди и медесодержа - щих сплавов.

Барабанные котлы питают водой, содержащей легкораствори­мые соединения. В основном это соли натрия. Соли кальция и магния, попадающие в нее, в результате присоса охлаждающей воды в конденсаторе обладают малой растворимостью и в про­цессе парообразования могут давать накипь. Для предотвращения ее образования применяют коррекционный метод внутрикотловой обработки воды. Он заключается в том, что в котел вводят коррек - ционные добавки, способствующие переводу солей жесткости в не - прикипающий шлам. В качестве таких добавок обычно применяют натриевые соли фосфатной кислоты (например, тринатрийфос - фат Na3P04). Водный режим, основанный на вводе фосфатов, называют фосфатным.

Фосфатирование воды с подачей раствора в барабан может осуществляться по щелочно-солевому режиму или режиму чисто фосфатной щелочности. В первом случае для образования непри - кипающего легкоподвижного шлама ввод фосфатов осуществ­ляется в щелочную среду, а именно, в барабан. Здесь ввиду много­кратной циркуляции щелочность воды значительно больше, чем в питательной воде. Образовавшиеся соединения уходят вместе с продувочной водой.

Основная масса шлама, находящегося в воде во взвешенном состоянии, удаляется непрерывной продувкой, а небольшая его часть, скапливающаяся в нижних коллекторах, — периодической продувкой. Для надежного связывания солей кальция в воде поддерживают определенный избыток фосфатов, что однако при­водит к существенному повышению щелочности воды (рН > 11), Вызывающей коррозию металла. Поэтому при питании барабан­ного котла турбинным конденсатом и маломинерализованной Добавочной водой (химически обессоленной) используется режим чисто фосфатной щелочности. Для поддержания умеренной щелоч­ности воды в ней дозируют не только Na3P04, но и смесь Na3P04 с кислой солью фосфорной кислоты Na2HP04.