ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. Переход в пар содержащихся в испаряемой котловой воде продуктов коррозии конструкционных материалов

Переход в пар содержащихся в испаряемой котловой воде продуктов коррозии конструкционных материалов, солей и кремнекислых соединений с последующим пере­носом их насыщенным паром в перегреватель и далее в турбину и образованием отложений в ее проточной части является результатом сложного комплекса физико-химических, физических и тепломеханических про­цессов, взаимосвязанных между собой.

В парогенераторах с многократной циркуляцией раз­деление пароводяной смеси, поступающей в барабан, никогда не бывает полным, поэтому насыщенный пар, выходя из барабана, увлекает с собой некоторое коли­чество капелек котловой воды вместе с содержащимися в ней растворенными солями и щелочами, а также кол­лоидными и грубодисперсными частицами органических и минеральных веществ. При внезапном снижении дав­ления в парогенераторе и значительных колебаниях на­грузки может наблюдаться кратковременное значитель­ное ухудшение качества пара вследствие бросков котловой воды, вызванных набуханием и бурным вски­панием ее. То же имеет место при значительном повы­шении уровня воды в барабане вследствие перепитки парогенератора. Броски котловой воды фиксируются за­метным снижением температуры перегрева пара и по­казаниями солемеров.

С ростом содержания в котловой воде натриевых соединений, органических веществ и взвешенных твер­дых частиц возникает опасность пенообразования. Значительное накопление на поверхности слоя воды пены и вынос ее или продуктов разрушения пены также мо­гут привести к сильному увлажнению и загрязнению пара. Таким образом, одним из факторов загрязнения насыщенного пара является механический унос капелек котловой воды, которые образуются в результате разбрызгивания ее в барабане парогенератора, а также при разрушении паровых пузырьков в процессе набуха­ния и вспенивания котловой воды.

Практически все вещества, содержащиеся в котловой воде, обладают способностью в той или иной мере растворяться в сухом насыщенном и перегретом паре. Характер поведения этих веществ в паровой фазе опре­деляется главным образом их физико-механическими свойствами, а также параметрами пара. С повышением давления и соответственно плотности вырабатываемого в парогенераторе пара заметно возрастает образование истинных паровых растворов различных не­летучих неорганических соединений. При давлении, большем 60 кгс/см², заметно увеличивается растворимость в паре окислов железа и кремниевой кис­лоты. Натриевые соединения (NaOH, NaCl, Na₂SO₄) начинают растворяться в паре при более высоких дав­лениях.

В конечном счете на качество пара, производимого барабанным парогенератором, влияют следующие фак­торы:

а) солевые составы питательной и котловой воды, а также воды, используемой для регулирования темпе­ратуры перегретого пара во впрыскивающих пароохла­дителях;

б) высота и объем парового пространства барабана, способы ввода пароводяной смеси в барабан и способ отвода насыщенного пара из барабана; наличие и эффективность работы внутрикотловых сепарирующих, паропромывочных и других устройств;

в) эксплуатационный режим парогенератора (вели­чина и равномерность нагрузки, положение уровня во­ды в барабане и пр.).

Относительная величина загрязнения пара характе­ризуется коэффициентом уноса Ку, который определяет­ся по формуле Ку = ап / Ак.в

где ап и Ак.в - солесодержание или концентрация како­го-либо вещества в паре и котловой воде, мкг/кг.

В парогенераторах различают унос капельный и избирательный. Унос называют капельным в том случае, когда загрязнение пара происходит вследствие выноса веществ, содержащихся в котловой воде, в пар с капельками последней. Если же загрязнение пара происходит вследствие растворения в сухом насыщенном и перегретом паре некоторых веществ, содержащихся в котловой воде, то такой унос называют избирательным.

Вывод вредных примесей из цикла и поддержание эксплуатационных норм качества котловой воды в паро­генераторах барабанного типа достигаются с помощью непрерывной продувки. На блоках с прямоточ­ными парогенераторами представляется возможным вы­водить из пароводяного цикла только часть примесей, главным образом кальциевых соединений и продуктов коррозии, накапливающихся на поверхностях нагрева парогенераторов, с последующим периодическим удале­нием образовавшихся отложений посредством водной или химической промывок.

Что же касается кремниевой кислоты, натриевых соединений и окислов меди, то их истинная раствори­мость в сухом насыщенном и перегретом паре с. в. д. и с. к. д. значительно выше, чем действительная их кон­центрация в питательной воде прямоточных парогене­раторов. Поэтому практически все количество указан­ных веществ полностью выносится из парогенератора и является источником образования опасных отложений в проточной части турбин. В парогенераторе оседают лишь соединения, характеризующиеся малой раствори­мостью.

Поскольку в перегретом паре, производимом прямо­точными парогенераторами, содержание неорганических соединений примерно такое же, как и в питательной во­де, необходимо обеспечить высокое качество последней, чтобы снабжать турбины паром надлежащей чистоты. С этой целью на ТЭС с прямоточными парогенераторами околокритического и сверхкритического давлений дол­жен, помимо обессоливания добавочной питательной во­ды, проводиться систематический вывод из цикла солей и продуктов коррозии конструкционных материалов, оставшихся в паре по выходе его из турбины, а также попавших в тракт питательной воды с производственны­ми конденсатами и дренажами.

Опыт эксплуатации ТЭС показывает, что при недо­статочной чистоте пара проточные части турбин и паро­перегреватели заносятся натриевыми соединениями, кремниевой кислотой, а также продуктами коррозии 'железа, меди, латуни и никеля. Рентгеноструктурный и термографический фазовый анализы отложений в про­точной части турбин обнаруживают присутствие в них FeO, Fe₂O_3, FegOi, CuO, Cu₂O, Na₂Si0₃, Na₂SO₄, SiO₂ и других примесей. Источниками появления в цикле ТЭС этих веществ являются примеси, проникающие в конденсат с охлаждающей водой через неплотности конденсаторов; проскок тонкодисперсной кремниевой кислоты в обессоленную природную воду, а также не­достаточная коррозионная стойкость труб конденсато­ров и регенеративных подогревателей, изготовленных из латуни, медноникелевых сплавов и монель-металла. По мере усовершенствования методов подготовки пита­тельной воды увеличивается доля загрязнений, прихо­дящихся на продукты коррозии таких конструкционных материалов, как медь, железо, никель, цинк, кобальт и др., что подтверждается составом отложений, обра­зующихся в проточной части турбин современных ТЭС. Так, например, на лопатках и диафрагмах ц. в. д. турбин энергоблоков с. к. д. обнаруживаются отло­жения, состоящие на 85—95% из смеси окиси и закиси меди.

Состав примесей и их концентрация в перегретом паре оказывают влияние как на степень отложения их в проточной части турбины, так и на распределение отложений по ее ступеням. Последнее имеет немаловаж­ное значение, так как в отношении снижения пропуск­ной способности лопаточного аппарата отложение солей в ступенях высокого давления, имеющих небольшие про­ходные сечения, намного опаснее, чем такое же коли­чество отложений, возникшее в ступенях среднего и низ­кого давлений.

Характерным для отложений является неравномер­ность распределения их по отдельным ступеням турби­ны. Загрязнению больше всего подвержены малообте­каемые поверхности либо поверхности, омываемые па­ром с малой скоростью. К первому случаю относятся поверхности, от которых отрывается поток пара: спинки лопаток диафрагм и дисков, кромки лопаток, внутрен­няя поверхность бандажей и т. д. Ко второму случаю относятся поверхности вне потока струи пара: отверстия дисков, неплотности в стыках протечки пара.

Можно утверждать, что лопаточный аппарат турбин энергетических блоков с. к. д. значительно более чувст­вителен к отложениям солей и продуктов коррозии, чем парообразующие и пароперегревательные трубы паро­генераторов. Если парогенератор с. к. д. может, как пра­вило, работать без существенного снижения надежности и экономичности при наличии на его поверхности нагрева 100 кг и более твердых отложений, то даже самые незначительные отложения (несколько килограммов) в проточной части соответствующей турбины (300— 500 Мвт) увеличивают перепад давлений в промежуточ­ных ступенях, и как следствие этого процесса происхо­дит существенное ограничение номинальной мощности турбины. Неравномерное распределение отложений меж­ду рабочими лопатками и соплами приводит к измене­нию степени реакции по ступеням выше расчетных, что обусловливает возрастание осевых усилий, действующих на упорный подшипник. Увеличение шероховатости ло­паток, искажение профилей каналов и перераспределе­ние тепловых перепадов в ступенях из-за отложений приводят к заметному снижению экономичности тур­бины.

Количество веществ, отлагающихся в проточной части турбины за межпромывочный период, которое не сказывается заметно на уменьшении внутреннего к. п. д. турбины и ограничении ее мощности, называют солеемкостью. При наличии водорастворимых отложений и частых остановок турбины, во время которых отложе­ния вымываются, солеемкость турбины можно рассмат­ривать как количество отложений, накапливающихся в ней за период между остановками. Например, соле­емкость турбины 200 мвт оценивается приблизительно в 5 кг.

Основными нормируемыми показателями качества пара на входе в турбину являются допустимые значения его солесодержания и кремнесодержания, при поддер­жании которых обеспечивается достаточно длительная работа турбины без заметного ухудшения ее экономич­ности и снижения мощности. Нормируется также допу­стимая концентрация в паре свободной углекислоты с целью предотвращения коррозии обратных конденсатопроводов, а также оборудования, имеющего детали, изготовленные из латуни или других медных сплавов, подверженных углекислотной коррозии.

Облегчение требований, предъявляемых к качеству пара, вырабатываемого в парогенераторах промышлен­ных ТЭЦ в условиях повышенного солесодержания и кремнесодержания питательной воды, обусловлено:

а) наличием отборного пара, уносящего с собой из цик­ла значительную долю (иногда больше половины) солей, вносимых паром из барабанов парогенераторов;

б) зна­чительными периодическими колебаниями паровой на­грузки турбин, способствующими самоочищению про­точной части и, в частности, выносу с паром смытых загрязнений в отборы.

Для обеспечения повышенных требований к качеству пара на ТЭС с энергоблоками с. к. д. должен осущест­вляться следующий комплекс основных мероприятий:

а) глубокая очистка добавочной питательной воды и конденсатов;

б) обескислороживание и коррекционная обработка питательной воды (дозирование гидразина, аммиака);

в) обеспечение высокой плотности конденса­торов;

г) предотвращение забросов в тракт питательной воды концентрата испарителей;

д) предпусковая и ре­гулярные эксплуатационные химические очистки паро­генераторов и тракта питательной воды;

е) правильный выбор коррозионностойких конструкционных материалов при изготовлении труб для регенеративных подогревате­лей и конденсаторов;

ж) обеспечение эффективной кон­сервации паросилового оборудования во время его простоев;

з) оснащение парогенераторов барабанного типа эффективными сепарирующими и паропромывочными усгройствами;

и) систематическое поддержание нормируемых показателей качества питательной и кот­ловой воды (см. гл. 5).

Применение всего указанного выше комплекса меро­приятий все же не дает гарантии в том, что в условиях длительной эксплуатации проточная часть турбин будет полностью лишена солевых отложений. Поэтому неред­ко возникает необходимость проводить периодические очистки проточной части турбин.

Поиск по сайту: