ОТЛОЖЕНИЯ ПО ПАРОВОМУ ТРАКТУ

а) Поведение примесей пара в пароперегревателе

При движении насыщенного пара через пароперегре­ватель происходит не только перегрев его, но и прежде всего доупаривание унесенных капелек воды, которое сопровождается повышением концентрации примесей в растворе до состояния насыщения с последующим вы­делением некоторых из них в виде твердой фазы. В первую очередь будут отлагаться те соединения, ко­торые обладают отрицательным температурным коэффи­циентом растворимости, например сульфат натрия и окислы железа.

При наличии в капельках в растворенном состоянии неорганических соединений с положительным коэффи­циентом растворимости выпаривание влаги с ростом концентрации этих соединений будет протекать замедленно, так как с повышением температуры непрерывно увеличивается растворимость этих веществ и необходи­мая для их выпаривания температура может превысить температуру перегретого пара. В результате этого высо­коконцентрированные растворы этих веществ будут по­ступать с паром в проточную часть турбины. Так, например, при доупаривании капелек котловой воды, содержащих едкий натр, образуется вязкая клееобраз­ная взвесь, в которой концентрация NaOH может дости­гать 80—90%.

Возможность образования отложений в пароперегре­вателе из веществ, растворенных в паре, т. е. находя­щихся в состоянии истинного парового раствора, может быть установлена по разности между концентрацией ве­щества в перегретом паре ап и растворимостью его в паре ар, а именно: ∆а = ап – ар. Теоретически можно представить себе два случая:

1) когда концентрация вещества в паре меньше или равна растворимости его в паре, т. е. когда ап < ар;

2) когда концентрация веще­ства больше растворимости его в паре, т.е. когда ап > ар.

В первом случае вещество полностью проходит транзи­том через пароперегреватель, не образуя в нем отложений.

Во втором случае разность ∆а равна количеству вещества, отлагающегося в пароперегревателе из 1 кг пара или кристаллизующегося не только на стенке, но и в потоке без последующего осаждения уносимых па­ром твердых частиц.

Поскольку растворимость в перегретом паре NaCl, NaOH, SiO₂ при сверхвысоком и сверхкритическом дав­лениях в десятки раз превышает допустимое солесодержание и кремнесодержание перегретого пара, отложение этих веществ в пароперегревателе является маловероят­ным. Исключением здесь может быть лишь едкий натр, который при наличии значительных скоплений окислов железа может химически взаимодействовать с ними, образуя отложения из феррита натрия по уравнению реакции

2NaOH + Fe₂O₃ = 2NaFeO₂ + 2H₂O,

которая начи­нает протекать при температуре 200 °С.

Поток пара, проходя через пароперегреватель, одни вещества проносит транзитом (SiО₂, NaCl), другие оставляет в пароперегревателе {фосфаты натрия и каль­ция, сульфаты натрия и кальция и др.). а третьи либо теряет, либо захватывает, перенося их в турбину (окис­лы железа). Практика эксплуатации мощных парогене­раторов показывает, что чем выше параметры пере­гретого пара, тем меньше неорганических соединений отлагается в пароперегревателе. Исключением являют­ся окислы железа, растворимость которых снижается с ростом температуры.

На ТЭС с. к. д. концентрации кальциевых и магние­вых соединений в питательной воде настолько малы (благодаря глубокому обессоливанию добавки и кон­денсата, а также малому проценту добавки), что пре­дел их насыщения в паре практически редко достига­ется. Поэтому при соблюдении норм качества питатель­ной воды CaSO₄ и Mg(OH)₂ проходят пароперегреватель транзитом, и лишь при значительном ухудшении качест­ва питательной воды сравнительно с нормами может быть превзойден предел насыщения этих соединений.

В промежуточных пароперегревателях энергоблоков мощностью 200—300 Мвт, где давление составляет 15— 30 кгс/см², а температура перегретого пара повышается с 300—315 до 560—565 °С, происходит практически пол­ное отложение всех примесей, содержащихся в паре, поступающем из ц. в. д. турбины. При резких измене­ниях режима работы парогенераторов (например, при падении и сбросе нагрузки и т. д.) приводящих к рез­кому снижению температуры пара на входе в промпароперегреватель и выходе из него, наблюдаются вымыва­ние части отложившихся веществ и перенос их в ц.с.д. и ц.н д. турбины.

б) Поведение примесей пара в проточной части паровых турбин

В перегретом паре, поступающем в турбину, могут присутствовать в различных количественных соотноше­ниях растворенные в нем неорганические соединения, мельчайшие высококонцентрированные капельки котло­вой воды, частицы сухих солей и окислов металлов. При расширении пара в ступенях проточной части турбины стремительно снижаются его температура и давление, вследствие чего уменьшается растворяющая способность перегретого пара, а в унесенных капельках котловой воды сдвигается равновесие в растворах неорганических соединений. В результате этих физико-имических про­цессов из пересыщенных парового и водного растворов выделяется твердая фаза. Выделение избытка вещества из перегретого пара может происходить как непосред­ственно на поверхности проточной части, так и в самом паровом потоке с отложением выкристаллизовавшихся из него сухих частиц на последующих ступенях турбин. В настоящее время еще нет достаточно надежных дан­ных о доле выпадающей из пара твердой фазы, кристал­лизующейся и накапливающейся на поверхности про­точной части турбины.

Выделение твердой фазы из парового раствора воз­можно только в том случае, если содержание веществ в перегретом паре, поступившем в проточную часть турбины, превышает растворяющую способность пере­гретого пара в какой-либо из ее ступеней.

В условиях сильного пересыщения парорастворов, обусловленного тем, что пар проходит всю проточную часть турбины за десятые доли секунды, выпадение твердой фазы в объеме парового потока и на поверхно­сти лопаток будет иметь место не только по достижении предела растворимости, но и на лопатках последующих ступеней. В процессе кристаллизации веществ из паро­растворов происходят частичный захват и отложение в ц. в. д. тех соединений, которые вследствие своей малой растворимости в паре поступают в проточную часть турбины в виде тонкодисперсных твердых частиц.

В первых ступенях ц. в. д. преимущественно отлага­ются соединения CuO, Си₂О, Na₂SiО₃, Na₂SO₄, Mg(OH)₂., очень слабо растворимые в перегретом паре и характе­ризующиеся сильной зависимостью величины их раст­воримости от плотности пара. Уже при небольшом сни­жении давления в пределах ц. в. д. растворимость этих веществ падает до десятых долей микрограмма на кило­грамм пара. Можно полагать, что в этой зоне проточной части турбины отложения образуются в результате не­посредственной кристаллизации солей или окислов ме­таллов из пересыщенного парораствора, когда энергия кристаллической решетки достаточно велика, чтобы образовать прочные отложения, способные противостоять эрозионному воздействию потока пара.

Согласно данным некоторых зарубежных литератур­ных источников доля отложившихся на лопатках ц. в. д. турбины окислов меди не превышает 8—10%, остальное уносится потоком пара и может частично отложиться в промежуточном пароперегревателе либо попасть в кон денсат турбины. Тем не менее на энергоблоках с. к. д. медистые отложения представляют серьезную опасность, так как они образуются преимущественно на первых ступенях ц. в. д. в зоне наименьших проходных сечений проточной части, именно там, где удельная мощность на 1 м² поверхности лопаток (Мвт/м²) велика. Здесь даже незначительный по величине занос может заметно умень­шить мощность турбины и снизить ее экономичность. При давлении перед турбиной 130 кгс/см² растворимость меди значительно меньше и медистые отложения в про­точной части перестают играть сколько-нибудь серьез­ную роль.

Отложения окислов железа обнаруживаются на всех ступенях турбины, причем на тех ступенях, где других веществ мало, процентное содержание окислов железа в отложениях резко возрастает. Окислы железа в боль­шинстве отложений присутствуют преимущественно в виде FезО₄ и лишь частично в виде Fe₂O_3.

Значительно лучше растворимый в паре хлористый натрий при концентрации его в паре, отвечающей нор­мам, достигает насыщения в ц.с.д. и ц. н. д., где про­ходные сечения проточной части достаточно велики и занос в меньшей степени отражается на ограничении мощности и снижении экономичности турбины. Только при значительном ухудшении качества пара хлористый натрий отлагается в кон­це ц. в. д.

Кремниевая кислота, обладающая хорошей раство­римостью в паре, выделяется в твердую фазу лишь при значительном снижении давления. Кремнекислые отло­жения (с содержанием SiO₂ 85—95%) в различных кристаллических модификациях или в аморфной форме сосредотачиваются, как правило, в ц. с. д. и ц. н. д. турбины, так как растворимость SiO₂ слабо зависит от плотности пара.

Соединения SiO₃^2- и Na⁺ практически при любом их содержании в поступающем паре частично выпадают на лопатки ц. в. д., причем процессу отложения SiO₃^2- соот­ветствует отложение Na⁺. Происходит оседание Na₂Si0₃, растворимость которого в паре значительно ниже, чем H₂Si0₃. При этом интенсивность заноса ц. в. д. турбины находится в полном соответствии с качеством питательной воды и перегретого пара. Следствием заноса ц. в д. является снижение мощности турбины при отсутствии повреждений поверхности нагрева парогенератора.

Основными причинами нарушений норм качества пи­тательной воды и пара, поступающего в тур­бину, по кремнесодержанию являются:

1) наличие в исходной воде значительного количества тонкодисперсных соединений кремниевой кислоты, кото­рые не поглощаются анионитными фильтрами, проходят через все фильтры обессоливающей установки и обнару­живаются в обессоленной добавочной воде в схеме пи­тания блока;

2) увеличение присоса охлаждающей воды при содержании в ней тонкодисперсных соединений кремниевой кислоты;

3) высокое кремнесодержание па­ра в первый период после включения в работу турбин из-за недостаточной эффективности режима промывок питательного тракта и внутренних поверхностей паро­генератора;

4) нарушение нормальной работы устано­вок обессоливания конденсата — несвоевременный вывод анионитных фильтров на регенерацию, неудовлетвори­тельная отмывка фильтров, использование растворов нерациональной концентрации для регенерации катионитных и анионитных фильтров.

Большое влияние на характер кремнекислых отложе­ний в турбине оказывает соотношение в паре щелочи (NaOH) и кремниевой кислоты. В тех случаях, когда содержание натрия достаточно для связывания всей кремниевой кислоты, образуются отложения только во­дорастворимых силикатов натрия. В противном случае лишь часть кремния выпадает в виде силикатов натрия в головной части турбины, остальная же часть кремние­вой кислоты транспортируется паром и образует водонерастворимые отложения в ступенях низкого давления. При снижении параметров пара в ступенях турбины едкий натр переходит из парового раствора, минуя твер­дую фазу, в жидкое состояние и может, взаимодействуя с окислами железа и кремниевой кислотой, образовы­вать ферриты и ферросиликаты натрия.

Сопоставление величины жесткости конденсата проб пара с пределом растворимости в перегретом паре сое­динений кальция, а также непосредственный микроско­пический анализ показали, что соединения кальция про­ходят через проточную часть турбины главным образом в виде сухой пыли.

В ступенях низких давлений, где начинается увлаж­нение пара, примеси, выделяющиеся из парового раст­вора вследствие снижения его растворяющей способно­сти, полностью переходят во влагу и не образуют от­ложений в проточной части. При нестабильной работе турбины {резкое изменение или сброс нагрузки), а так­же при колебаниях температуры пара происходят ча­стичное отслаивание и вынос отложений из ц. в. д. в промежуточный пароперегреватель либо в ц. с. д. и ц. н. д. При остановках и последующих пусках из тур­бины частично вымываются влажным паром не только водорастворимые натриевые соединения, но и отложе­ния, обладающие малой растворимостью в горячей воде.

Отсюда следует, что с увеличением продолжительности рабочей кампании турбоагрегата опасность заноса про­точной части окислами меди, железа и кремния возра­стает, ибо перестает сказываться положительное влия­ние самопромывки, уменьшающей темп снижения мощ­ности и к. п. д. турбины.

Для выявления роли основных факторов, влияющих на интенсивность образования солевых отложений в про­точной части турбины, используются индикаторы, ими­тирующие процессы, протекающие в отдельных ступе­нях турбины. Эти индикаторы могут служить лишь для качественной оценки условий образования отложений в турбине, так как они не дают надежных результатов для выявления количественных величин отложений.

Поиск по сайту: