Схема конвективного пучка котла

Надежная и экономичная работа котла и паровой турбины возможна при обеспечении отсутствия внутренних отложений на поверхностях нагрева, снижении до возможного минимума коррозии конструкционных материалов и получении в котле пара высокой чистоты. Эти задачи решаются организацией рационального водного режима, включающего в себя надлежащую обработку питательной воды в сочетании с определенными конструктивными мероприятиями и соответствующую очистку питательной и добавочной воды от имеющихся в них газообразных и твердых примесей. Последние, могут находиться как в растворенном, так и взвешенном состоянии. 


Образование накипей и требования к питательной воде

Образование накипи. Вместе с питательной водой в котлы поступают различные минеральные примеси, в том числе соединения кальция и магния, оксиды железа, алюминия, меди и пр. Все примеси, находящиеся в воде, делятся на трудно- и легкорастворимые. К числу труднорастворимых примесей относятся соли и гидрооксиды Са и Mg, а также оксиды конструкционных материалов. Растворимость кальциевых и магниевых соединений показана на рис. 12.1. В питательной воде и с учетом ее состава в котловой воде могут присутствовать катионы Са2+, Mg2+ и анионы SO4 2-, SiO2 2-, РО4 3- и т. п.


Основные накипеобразователи имеют отрицательный температурный коэффициент растворимости (т. е. при повышении температуры их растворимость уменьшается), и при высоких температурах их растворимость на пять порядков меньше растворимости легкорастворимых веществ. 


ris 12.1, 12.2.jpg

Характеристика легкорастворимых соединений в воде показана на рис. 12.2. Температурные коэффициенты растворимости некоторых из них при температурах воды более 200 °С отрицательны. При нормальных условиях работы котла концентрация NaOH, Na2SО4, NaPО4 во много раз ниже допустимой концентрации их в котловой воде. 


Накапливаясь в котле по мере испарения воды, эти примеси после наступления состояния насыщения начинают из нее выпадать. Прежде всего состояние насыщения наступает для солей жидкости Са(НСО3)2, Mg(HCО3)2, СаСО2, MgCО2 и др., и они начинают выпадать из воды в виде кристаллов. Центрами кристаллизации служат шероховатости на поверхностях нагрева, а также взвешенные и коллоидные частицы, находящиеся в воде котла. Вещества, кристаллизующиеся на поверхности нагрева, образуют плотные. и прочные отложения – накипь. Вещества, кристаллизирующиеся в объеме воды, образуют взвешенные в ней частицы – шлам. Образование накипи на поверхностях нагрева объясняется процессами взаимодействия между противоположно заряженными частицами накипеобразователей и металлической стенкой. Выделение твердой фазы на поверхности может происходить также в процессе парообразования, до того как будет достигнуто состояние перенасыщения накипеобразователей в объеме воды вследствие выпаривания водяной оболочки пузырьков пара, образующихся на поверхности нагрева. Образовавшаяся первичная накипь является основой для отложения вторичных видов накипи – прикипевшего шлама, отложений продуктов коррозии металла. 


Наиболее распространены кальциевая и магниевая первичная накипи, в составе которых преобладают CaSО4, CaSiО3, 5CaO, 5SiО2H2О, CaCО2, Mg(OH)2. Накипь, как правило, имеет низкую теплопроводность, составляющую 0,1-0,2 Вт/(м-К). Поэтому даже малый слой накипи приводит к резкому ухудшению условий охлаждения металла поверхностей нагрева и вследствие этого к повышению его температуры. При этом у поверхностей нагрева, расположенных в области высоких температур (экраны, фестоны, первые ряды труб конвективного пучка), температура металла может превысить предельную по условиям прочности, после чего начинается образование отдулин с утонением стенки трубы. Затем проявляется свищ — отверстие вдоль образующей трубы, через который с большой скоростью вытекает струя воды, и котел приходится останавливать. Накипь недопустима и в поверхностях нагрева, расположенных в зоне более низких температур, так как приводит к снижению КПД котла в результате уменьшения коэффициента теплопередачи и связанного с этим повышения температуры уходящих газов. 


В отличие от соединений Са и Mg, образующих накипь, силикат магния MgSiО3 и некоторые другие его соединения в барабанных котлах образуют шлам. 

Концентрация солей натрия в воде испарительной поверхности нагрева всегда ниже их предела насыщения. Однако и эти соли могут отлагаться на поверхностях нагрева в тех случаях, когда капли воды, находящиеся в паре и попадающие на поверхность нагрева, испаряются полностью, что имеет место в прямоточных котлах. 


Соединения железа, алюминия и меди, находящиеся в воде в виде растворенных коллоидных и ультратонких взвесей, также могут откладываться на поверхности нагрева и входить в состав накипи. Попадая в турбину, они образуют плотные отложения. Железо- и алюмосиликатные частицы накипи образуются при попадании частиц взвеси этих соединений на поверхности нагрева с относительно высокой температурой, где, вступая в реакцию с другими веществами, они образуют сложные нерастворимые в воде соединения. Накипи из оксидов железа и меди образуются в зонах высоких местных тепловых нагрузок поверхностей нагрева q>150103 Вт/м2, чаще всего в трубах экранов. 


В котлах высокого давления вредное влияние на надежность его работы и на качество пара оказывает содержание в воде соединений кремниевой кислоты H2SiO3, вынос которых паром пропорционален содержанию SiіО3 в воде( рис. 12.3). При давлении в котле больше 7 МПа кремниевая кислота приобретает способность растворяться в паре, причем с повышением давления эта способность резко возрастает. Поступая вместе с паром в пароперегреватель, H2SiO3 разлагается с выделением Н2O. В результате в паре появляется SiO2. Попадая в турбину вместе с паром, SiO2 образует на ее лопатках нерастворимые соединения, которые приводят к ухудшению экономичности и надежности работы турбины и необходимости ее останова для удаления отложений. Влияет на работу поверхностей нагрева содержание в питательной воде минеральных масел и тяжелых нефтепродуктов, которые могут поступать вместе с конденсатом от производственных потребителей. 


ris 12.3.jpg

Отложение малотеплопроводной пленки масла или нефтепродуктов ухудшает условия охлаждения поверхностей нагрева и оказывает такое же влияние, как и накипь. 

На режим работы котла вредное влияние оказывает также повышенная щелочность воды; увеличенная щелочность может привести к вспениванию воды в барабане и в предельном случае – к заполнению вспененной водой всего парового объема барабана. Вспениванию воды способствует содержание в ней органических соединений и аммиака. В этих условиях сепарационные устройства не обеспечивают отделения капель воды от пара, и вода из барабана, содержащая различные примеси, может поступать в пароперегреватель и затем в турбину, создавая опасность их загрязнения и нарушения нормальных условий работы. Повышенная щелочность может явиться причиной появления щелочной коррозии металла, а также возникновения трещин в местах вальцовки труб в коллекторы и барабан. 


Растворенные в питательной воде агрессивные газы O2 и СO2 вызывают различные формы коррозии металла элементов водопарового тракта, вследствие чего уменьшается их механическая прочность. Пониженная щелочность воды ускоряет коррозию и поэтому должна поддерживаться в питательной воде на определенном уровне. В котлах низкого давления требуемое значение pH поддерживается вводом в питательную воду соды, а в барабанных котлах высокого давления - фосфатов или аммиака. 


В связи с указанными вредными влияниями на работу котла различных примесей в воде их предельно допустимое содержание в питательной воде нормируется. 

Показателями качества питательной воды котлов являются: 

- солесодержание – суммарная концентрация в воде катионов и анионов, определяемая по общему ионному составу, мг/кг; 

- жесткость воды - общая суммарная концентрация ионов кальция и магния, мкг-экв/кг; 


f12.1.jpg





- щелочность воды общая ЩО – сумма эквивалентных концентраций в растворе анионов слабых кислот и ионов гидроксила (кроме ионов водорода), мг-экв/кг; 

- кремнесодержание – общая концентрация в воде кремнесодержащих соединений, выраженная в пересчете на SiO2; 

- содержание соединений железа и меди, мкг/кг; 

- показатель концентрации водородных ионов (pH) характеризующий реакцию воды (кислая, щелочная, нейтральная); 

- содержание растворенных газов в воде – О2, СО2- .


На основе теплохимических испытаний котлов и длительного опыта их эксплуатации установлены нормы качества питательной воды котлов, приведенные в табл. 12.1 [б]. 

В нормах для котлов с естественной циркуляцией указано допустимое содержание различных примесей в воде в зависимости от давления. Например, при давлении меньше 4 МПа общая жесткость воды должна быть меньше 5 мкг-экв/кг, а кислорода меньше 20 мкг/кг. Содержание кремниевой кислоты не нормируется. 


tab12.1.jpg

При давлении 10 МПа общая жесткость воды менее 3 мкг/кг, кислорода менее 20 мкг/кг и кремниевой кислоты менее 80 мкг/кг. Качество питательной воды для прямоточных котлов должно удовлетворять более жестким требованиям. Например, общая жесткость менее 0,2-0,3мкг-экв/кг, содержание кремниевой кислоты менее 30 мкг/кг; жестко ограничивается содержание кислорода в питательной воде прямоточных котлов, соединений натрия, железа, меди и т. п. 


Системы подготовки питательной воды

Современные котлы работают на смеси конденсата вырабатываемого ими пара и химически очищенной воды или дистиллята, восполняющей потери рабочего тела. На конденсационных районных электростанциях потери конденсата пара составляют 0,5-1 %. На промышленных ТЭЦ потери конденсата составляют 20-40, а в производственных котельных установках могут достигать 70 % и более. Восполнение потерь конденсата в установках с котлами низкого, среднего и высокого давления обычно производится химически очищенной природной водой. Добавка к конденсату дистиллята применяется для питания прямоточных котлов с высокими и сверхвысокими параметрами пара. Основные способы приготовления добавочной воды и обработки конденсата, используемого для питания котлов, указаны в [6]. 


На рис. 12.4 показана принципиальная схема питания котлов ТЭЦ, имеющей турбины с регулируемым отбором пара на производство и нерегулируемыми отборами для регенеративного подогрева питательной воды. 


ris 12.4.jpg

Добавочная вода, возмещающая потери конденсата после химической очистки, поступает в деаэратор, в который подается также конденсат от турбины, от производственных потребителей (после его очистки) и от регенеративных подогревателей. После удаления в деаэраторе растворенных в питательной воде газов О2 и СО2 вода подается питательными насосами через регенеративные подогреватели высокого давления в котел. 


Для котлов при давлении менее 10 МПа применяются упрощенные методы очистки добавочной воды. Для котлов высокого давления восполнение потерь пара и конденсата производится обессоленной водой, приготовляемой методом химического обессоливания исходной маломинерализованной воды с применением ионитов в Н-ОН формах, с учетом требований защиты окружающей среды. Для очистки высокоминерализованной воды применяются испарительные установки. Питательная вода испарителей должна по качеству соответствовать питательной воде котлов при давлении 4 МПа. 


Существуют следующие основные схемы обработки добавочной воды и области их применения: 


sxema obrab i obl prim.JPG












Удаление газов, растворенных в воде, - О2, СО2 осуществляют термической деаэрацией воды. Применяются атмосферные деаэраторы на давление 0,12 МПа, деаэраторы повышенного давления – 0,4 МПа и вакуумные деаэраторы. Химическое обескислороживание используется для полного связывания кислорода с применением восстановителей (гидразина) по формуле


f12.1_.JPG


 


В прямоточных котлах при высоком и сверхкритическом давлении растворимость ряда соединений, в том числе кремнекислом и хлорида натрия, достаточно велика, и их концентрация не доходит до состояния насыщения в котле. Эти примеси выносятся вместе с паром и почти не отлагаются на поверхности нагрева. Поэтому допустимая концентрация кремнекислоты и хлорида натрия в питательной воде определяется только условиями надежной работы турбин, в проточной части которых при снижении давления пара возможно образование отложений. 


Осевшие в трубах котла соли устраняют в периоды остановки водной и кислотной промывкой. Водную промывку осуществляют при очередной остановке котла водой с температурой 100 °С. Кислотная промывка производится через каждые 2 - 3 года слабым раствором хромовой или соляной кислоты. 


Сепарация и промывка пара 

Требования к пару. В насыщенном водяном паре могут находиться различные примеси: газы N2, NH3, СО2, Н2, соли и кислоты минеральных и органических веществ, оксиды металлов, взвешенные или растворенные в паре. 


Минеральные примеси могут отлагаться в трубах пароперегревателя, в арматуре паропроводов и в проточной части турбины в количестве, недопустимом для их нормальной работы. К качеству насыщенного пара барабанных котлов предъявляются жесткие требования, установленные на основе опыта эксплуатации оборудования и данных теплохимических испытаний. Предельные нормы качества пара для барабанных котлов приведены в табл. 12.2.


tab12.2.jpg


Схема конвективного пучка котла

Схема конвективного пучка котла

Схема конвективного пучка котла

Схема конвективного пучка котла

Схема конвективного пучка котла

Схема конвективного пучка котла

Похожие новости: