Пар, выходящий из барабанов котлоагрегатов, не должен содер­жать значительного количества влаги, солей, шлама, так как часть поверхности пароперегревателя будет местом испарения и выпадения содержащихся в воде солей, и металл труб может быть поврежден. Могут иметь место нарушения плотности соединений, а при бросках влаги - гидравлические удары и даже разрушения паропроводов.

В паре могут содержаться нелетучие и летучие вещества. Нелету­чие вещества обычно попадают в пар из котловой воды, в которой они находятся в растворенном виде или взвешенном состоянии. Раствори­мость их в паре низкого давления мала. Летучие вещества - аммиак МН3, двуокись углерода С02, азот N2 и водород Н2 - содержатся в виде газов и не дают отложений. Двуокись углерода, соединяясь с кальцием, может давать отложения. Аммиак, попадая в теплооб­менники с латунными трубками, вызывает их обесцинкование и раз­рушение; кроме того, аммиак токсичен. Двуокись углерода может вызвать коррозию; окислы железа дают шлам и отложения на обогре­ваемых поверхностях нагрева.

В связи с этим к пару предъявляются определенные требования по общему содержанию солей, пересчитанному на натрий: при давлении до 1,4 МПа (14 кгс/см2) - 1,0 мг/кг; до 2,2 МПа (22 кгс/см2) - 0,5 мг/кг и до 4,5 МПа (45 кгс/см2) -0,3 мг/кг. Следовательно, с ро­стом давления ужесточаются требования к качеству пара.

Загрязнение пара веществами происходит главным образом за счет выноса примесей, содержащихся в питательной и котловой воде. Для получения пара необходимого качества питательную воду очищают раз­личными способами и отделяют влагу от пара путем сепарации. Увеличению влажности пара способствует неправильный режим подачи воды в барабан - его перепитка, резкие колебания давления пара, несоблюдение требований, предъявляемых к качеству питательной воды. В частностей повышение ее щелочности, например, приводит к образованию и уносу пены из-за уменьшения объема парового прост­ранства. Если пар попадает под уровень воды, то пузырьки пара, выходя на поверхность воды - зеркало испарения, разрывают оболочку и об­разуют крупные и мелкие капельки, выносимые в паровое пространство.

При поступлении пароводяной смеси из труб в паровое пространст­во, кроме образования капель за счет разрыва оболочек пузырей пара, происходят удары струй воды о поверхность уровня, стенки барабана и расположенные в объеме детали.

Увеличение солесодержания котловой воды повышает ее поверхно­стное натяжение, что приводит к явлению набухания воды пузырями пара и росту его влажности. Повышение давления в барабане ухудшает

Осаждение мелких капель. Большой дйаметр барабана, низкое располо­жение уровня воды в нем позволяют иметь большую высоту парового пространства. Капли влаги, вынесенные в паровое пространство, по­теряв начальную скорость и объединившись на пути с другими каплями в большом объеме, будут выпадать быстрее. Чем больше действительная высота парового пространства, тем лучше при прочих равных условиях будет происходить естественная сепарация. Наилучшая сепарация для обычных нагрузок зеркала испарения в котельных агрегатах низкого и среднего давлений достигается на высоте 0,6-1,0 м, вследствие чего внутренний диаметр барабана обычно составляет 1,2-1,6 м. В прежних конструкциях котлов низкого давления влажность пара составляла 3-6%; теперь же она не превышает 0,5% и снижается с ростом дав­ления до 0,1-0,2%.

Увеличение содержания солей в котловой воде не только приводит к набуханию, но и по достижении определенной величины (критиче­ской) вызывает резкий рост уноса влаги. До этого содержания солей унос влаги примерно пропорционален содержанию солей в котловой воде. Загрязнение пара летучими веществами при низких и средних давлениях пара незначительно из-за малой растворимости солей в паре.

Для осуществления естественной сепарации пара, уменьшения уноса капель и получения сухого и чистого пара важно равномерное распределение выхода пара из экранных и кипятильных труб по длине барабана, предупреждение ударов струй воды о стенки и устройства

А - труба с отверстиями; б - отбойные щитки; в <- отбойные щитки, жалюзийный сепаратор и дырчатый лист; г -утопленные листы, жалюзийный сепаратор с дырчатым листом; д - щитки, утопленный лист и жалюзийный сепаратор с дырчатым листом; е - внутрибарабанные циклоны, жалюзийный сепаратор и дырчатый лист (иногда циклоны размещены вие барабана - выносные

Циклоны).

В барабане, о зеркало испарения и равномерная загрузка барабана. Необходимо также обеспечение равномерного отбора пара по длине ба­рабана для получения низких скоростей пара в паровом пространстве барабана, где происходит первичное отделение влаги. Однако естествен­ной сепарации влаги для получения сухого пара недостаточно. Дальней­шее улавливание влаги осуществляют механической сепарацией в устройствах, в которых используются силы инерции, центробежные силы, смачивание и поверхностное натяжение слоя жидкости. Такие устройства позволяют уловить капельки воды, вынесенные из парового пространства.

Принципиальные схемы сепарирующих устройств в барабанах кот - лоагрегатов низкого и среднего давлений показаны на рис. 4-6.

Простейшей из них является труба в паровом пространстве бараба­на с отверстиями разного диаметра на боковых образующих, распреде­ленными неравномерно по длине для лучшей сепарации в объеме (схе­ма рис. 4-6,а). Скорость пара в трубе (конечную) принимают 30- 40 м/с, скорость в отверстиях принимают большей скорости в трубе. Вместо установки трубы можно отделить часть парового пространства листом и выполнить в нем отверстия по тому же принципу, что и в тру­бе. При надлежащей высоте парового пространства, равномерном под­воде пароводяной смеси и отборе пара по длине барабана иногда доста­точной является установка отбойных щитков (схема рис. 4-6,6).

Для получения лучших результатов сепарации пара можно сочетать установку отбойных щитков с установкой перфорированных листов перед трубами, отводящими пар. Часто перед этим листом устанавли­вают жалюзи, в которых пар, изменяя несколько раз направление дви­жения, заставляет воду по инерции осаждаться на стенках листов жа­люзи, Такая схема изображена на рис. 4-6,в.

Если пароводяная смесь входит в барабан под уровень воды, то равномерного распределения пара можно достигнуть, установив под уровнем воды лист с отверстиями, а для очистки пара подать на этот лист питательную воду.

В верхней части барабана, как это видно из схемы рис. 4-6,г, устройства могут быть сохранены такими же, как и на предыдущей схеме. При вводе пароводяной смеси под и над уровнем целесообразно схему рис. 4-6,г дополнить отбойными щитками, - схема рис. 4-6,д) против труб, по которым пароводяная смесь поступает в барабан.

При больших нагрузках внутри барабана для получения пара высо­кого качества на вводе пароводяной смеси устанавливают циклоны, в которых при закручивании потока отделившаяся вода по стенкам сте­кает вниз, а пар через жалюзи на крышке циклона выходит в паровое пространство; под циклоном выполняют поддон, предупреждающий проход пара вниз. Перед пароотводящими трубами из барабана, как это видно из схемы рис. 4-6,е, ус"^анавливают лист с отверстиями и жалюзи.

Так как качество пара, выходящего из барабана, зависит от солесо - держания котловой воды, то значение величины солесодержания огра­ничивают, удаляя накапливающиеся соли вместе с горячей водой, осу­ществляя продувку.

Если удаление воды с солями выполняется постоянно, продувку на­зывают непрерывной. В нижних элементах котлоагрегата - ниж­них коллекторах экранов, в нижнем барабане - при работе и особенно при малых нагрузках и при останове может скапливаться шлам. Для его удаления при растопках и пониженных нагрузках из нижних точек
проводят продувку, которую называет периодической или шла­мовой.

Поскольку при продувке теряется не только вода, но и теплота, величину продувки ограничивают.

Способ, дающий возможность получать пар высокого качества при небольших размерах продувки, названный ступенчатым испаре­нием, был предложен в СССР проф. Э. И. Роммом в 1937 г. и получил широкое распространение. Сущность этого способа состоит в разделе­нии поверхностей нагрева, кол­лекторов и барабанов на ча­сти, в которых происходит по­степенное упаривание воды. Питательную воду подают в первую часть, называемую чистым отсеком, который производит 80-85% пара; в нем поддерживают опреде­ленное и невысокое солесодер­жание котловой воды за счет увеличенной продувки во ВТО* рую часть - соленый от­сек. Пар из чистого отсека будет удовлетворительного ка­чества, а котловая вода в со­леном отсеке будет иметь по­вышенное солесодержание, что и уменьшит размер продувки. Пар же из соленого отсека будет невысокого качества и потребует хорошей очистки, но его будет немного-15-20%; поэтому общее качество п^ра, выдаваемого котло­агрегатом, будет удовлетворительным. Обычно ступенчатое испарение осуществляют в двух, реже - трех ступенях [Л. 15].

На принципиальной схеме, показанной на рис. 4-7, изображено трехступенчатое испарение котловой воды в котлоагрегате, имеющем котельный пучок (I ступень испарения); фестон и задний экран (II сту­пень) и боковые экраны (III ступень испарения), пар из которых посту­пает в вынесенный из барабана циклон-сепаратор, а из последнего идет в барабан. Производительность I ступени п-70%, II ступени - п2- =20% и III ступени пз=10% общей производительности котлоагрегата.

Уравнение баланса солей для котлоагрегата с трехступенчатым испарением при солесодержании питательной воды 5П. В, воды в чистом отсеке 5ь соленом отсеке 52 И циклоне 5пр при величине продувки р будет иметь вид:

(100 Р) 5П. в = (пг + п2 4- р) 51 = (п3 -|~ р) (4-20)

Из этого уравнения можно найти процент продувки и солесодержа­ние котловой воды в каждом из отсеков.

Продувка котлоагрегата р, %, составит:

О ___ ^П. В (100 р)

1 пь + пг + р %

Во II ступени испарения аналогично

В III ступени и в продувке

О _____ ^п. в (100 Ч~ /О

Наличие трех ступеней испарения при продувке в 5% даже при со - лесодержании питательной воды в 500 мг/кг позволяет иметь со л есо дер­жание в продувке

Зщ, = 500 (1^° + 5)- = 10 500 мг/кг.

Из схемы на рис. 4-7 и формулы (4-20) видна эффективность при* менения ступенчатого испарения, особенно при повышенном содержании солей в питательной воде.

Из-за возможного образования отложений на поверхностях нагре­ва больше трех ступеней испарения не делают. В СССР все котельные заводы изготавливают котлоагрегаты со ступенчатым испарением.

Схема трехступенчатого испарения в барабанных котлах.  

Ступенчатое испарение является весьма эффективным методом повышения чистоты пара. Этот метод позволяет при заданном качестве питательной воды для одинаковых значений продувки получить более чистый пар, чем при одноступенчатом испарении.  

Ступенчатое испарение может быть осуществлено и не в одном котле, & в схеме электростанции при продувке воды из ступени с более высоким давлг-нием в ступень с меньшим давлением. Представляет интерес продувка котла в газовый испаритель, смонтированный в его конвективной части (ом. В качестве примера можно упомянуть о выполненной на одной электростанции продувке из котлов высокого давления непосредственно в барабаны котлов, низкого давления (см. схему на фиг.  

Ступенчатое испарение применено почти во всех конструкциях котлов большой производительности, изготовляемых союзными котлостроительными заводами. Большей частью устанавливают два симметричных соленых отсека. В них выделяют торцевые отсеки котельных барабанов и часть поверхности нагрева боковых экранов; перетекание воды через насадки IB разделительных перегородках между отсеками совершается, когда уровень воды в чистом отсеке несколько выше, чем в соленых.  

Двухступенчатая схема организации водного режима с выносным циклоном.| Схема трехступенчатого испарения с выносной третьей ступенью.

Ступенчатое испарение позволяет повысить чистоту пара при заданном качестве питательной воды и данной величине продувки. Оно позволяет также получить удовлетворительную чистоту пара при воде более низкого качества, что упрощает и удешевляет водопод-готовку. Ступенчатое испарение позволяет также повысить экономичность паротурбинной установки путем уменьшения продувки без заметного снижения качества пара.  

Ступенчатое испарение создается путем выделения одного или нескольких контуров котла (обычно боковых экранов) во вторую ступень, которая питается котловой водой (5 к. В последующих ступенях испарения (солевых отсеках) создается более надежная паросепарация и низкое напряжение парового объема. За счет этого появляется возможность работы их с высоким солесодержанием котловой воды (5 к. Кроме этого, эффект улучшения среднего качества пара, выдаваемого котлом, достигается за счет выработки основной его части в первой ступени испарения (чистом отсеке), имеющей значительно меньшее солесодержание котловой воды. Продувка котла с целью вывода из него солей осуществляется только из последней ступени испарения.  

Ступенчатое испарение для котлов высокого давления.  

Ступенчатое испарение позволяет повысить чистоту пара при заданном качестве питательной воды и данной величине продувки. Оно позволяет также получить удовлетворительную чистоту пара при воде более низкого качества, что упрощает и удешевляет водоподготовку. Ступенчатое испарение позволяет также повысить экономичность паротурбинной установки вследствие уменьшения продувки без заметного снижения качества пара. В зависимости от конкретных условий водного режима перечисленные достоинства ступенчатого испарения используют в различных сочетаниях. Совмещение ступенчатого испарения с промывкой пара в парогенераторах высокого давления дает наиболее высокий эффект очистки пара.  

Ступенчатое испарение улучшает эксплуатационный режим котла тем, что снижает возможность заброски солей из котловой воды с уходящим из котла паром и, кроме того, резко уменьшает процент продувки котла, чем и повышает экономичность работы котла.  

Ступенчатое испарение улучшает эксплуатационный режим котла тем, что снижает возможность заброски солей с уходящим из котла - паром и, кроме тою, резко уменьшает процент продувки иотла.  

Ступенчатое испарение (двухступенчатое) предусматривается конструкциями всех отечественных котлоагрегатов, и это совершенно правильно. Однако паропроизводительность второй ступени испарения выбрана значительной, с внутрибарабанным оформлением сепарационных устройств соленых отсеков. Поэтому по схеме ступенчатого испарения котлы работают лишь при питании их конденсатом с большим добавком очищенной воды. При питании же котлов конденсатом или конденсатом с малой добавкой очищенной воды ступенчатое испарение не используется, котлы работают по обычной схеме организации водного режима и выдают пар менее высокой чистоты, чем могли бы.  

Ступенчатое испарение и промывка пара

Советский ученый Э. И. Ромм предложил оригинальный способ получения пара высокого качества в парогенераторах барабанного типа при экономически приемлемой величине продувки, который получил название ступенчатое испарение. Сущность этого способа состоит в получении пара из зон с различной концентрацией солей в котловой воде. В обычных условиях питательная вода с малым солесодержанием и низкой щелочностью, поступая в барабан, смешивается с концентрированной котловой водой, и выделение пара происходит из воды, имеющей значительно более высокую концентрацию солей и щелочей, чем питательная вода. При этом концентрации котловой и продувочной воды одинаковы, и тем самым качество насыщенного пара в значительной мере определяется концентрацией примесей в котловой воде, с которой генерируемый пар находится в контакте перед выходом его в паровой объем парогенератора. Между тем, если поддерживать пониженные концентрации веществ в котловой воде, из которой генерируется пар, и более высокую концентрацию их в продувочной воде, то качество пара будет определяться низкой концентрацией веществ в котловой воде парогенератора.

При наличии внутри водяного объема парогенератора зон с различной концентрацией солей в котловой воде благодаря искусственно созданной неравномерности солесодержания, т. е. некоторому организованному «химическому перекосу», качество котловой воды отличается от качества продувочной воды, и последняя не определяет чистоты пара.

Рис. 5.4. Схема двухступенчатого испарения с двусторонним

расположением солевых отсеков в барабане парогенератора:

1 – продувка; 2 – питательная вода; 3 – пар

Парогенератор со ступенчатым испарением представляет собой обычный парогенератор с естественной циркуляцией, который установленными в барабане и коллекторах перегородками разделен на несколько самостоятельных контуров циркуляции. Водяные объемы этих контуров сообщаются только через отверстие, сделанное в разделительной внутрибарабанной перегородке. Теоретически парогенератор может быть разделен на любое число ступеней, но в практических условиях обычно ограничиваются двумя или тремя ступенями испарения.

При двухступенчатом испарении часть парогенератора, в которую подается питательная вода, называют «чистым» отсеком (первая ступень испарения), а остальную часть – «солевым» отсеком (вторая ступень испарения). В парогенераторах, оснащенных устройствами трехступенчатого испарения, имеются соответственно чистый отсек и солевые отсеки второй и третьей ступеней испарения.

Для второй ступени испарения отделяется часть объема с одного или двух торцов барабана (рис. 5.4) либо устанавливаются выносные циклоны, подключенные к боковым экранным поверхностям парогенератора (рис. 5.5).

Рис. 4.5. Схема двухступенчатого испарения с выносными циклонами

1 – барабан парогенератора; 2 – циклон; 3 – боковой экран;
4 – подвод питательной воды

Благодаря тангенциальному подводу пароводяной смеси в вертикальный цилиндрический корпус циклона в нем гасится кинетическая энергия пароводяной смеси, а быстрое вращение ее в зоне зеркала испарения способствует интенсивному разрушению пены. Питательная вода подается в чистый отсек барабана, из которого осуществляется питание солевых отсеков в барабане либо выносных циклонов.

В результате такой организации питания отдельных циркуляционных контуров парогенератора солесодержание, щелочность и кремнесодержание котловой воды растут от первой ступени к последней, относительная продувка каждой ступени испарения получается весьма значительной, а продувка парогенератора в целом – очень небольшой. При этом, несмотря на повышенное кремнесодержание котловой воды в солевых отсеках, избирательный вынос кремниевой кислоты из них уменьшается благодаря более высокой гидратной щелочности котловой воды в этих отсеках.

Организация водного режима парогенератора со ступенчатым испарением имеет то преимущество перед парогенератором без ступенчатого испарения, что большая часть пара в нем вырабатывается в чистом отсеке с концентрациями котловой воды, существенно меньшими по сравнению с концентрацией продувочной воды, выводимой из меньших по паропроизводительности солевых отсеков.

Составим уравнения баланса солей для первой и второй ступеней испарения парогенератора с двухступенчатым испарением, пренебрегая уносом солей с паром:

	(5.24)
	(5.25)

где – концентрации примесей (солесодержание, кремнесодержание, содержание истинно растворенных окислов железа, щелочность) в котловых водах чистого и солевых отсеков, г/т; – количество пара, вырабатываемое второй ступенью испарения в парогенераторе, т/ч.

Остальные обозначения те же, что и при расчете продувки.

Разделив каждое уравнение на D п и введя обозначения D пр /D п = φ и D"/D п = n 2 , где φ - степень продувки в долях D п и n 2 – паропроизводительность второй ступени испарения (солевого отсека) в долях, получим:

Концентрации примесей в паре, вырабатываемом каждой ступенью испарения, будут:

где n 1 =1– n 2 – паропроизводительность первой ступени испарения в долях D п.

Значения коэффициентов распределения по отсекам парогенератора различаются, в особенности для кремниевой кислоты, для которой, как известно, значение . Однако для упрощения приняв и сделав элементарные преобразования, получим значение а п в граммах на тонну:

(5.31)

По этой формуле можно определить концентрацию примесей (солесодержание, кремнесодержание и щелочности) в паре при любых возможных значениях коэффициента распределения К р,степени продувки φ, относительных производительностях чистого n 1 и солевого n 2 отсеков и концентрации указанных примесей в питательной воде а п.в.

Опыт эксплуатации показывает, что в парогенератоpax, оснащенных устройствами ступенчатого испарения, качество пара (солесодержание, кремнесодержание) заметно улучшается по сравнению с парогенератором без этих устройств при сохранении той же величины продувки и того же качества питательной воды. При этом увеличивается вывод из парогенератора примесей с продувочной водой и соответственно уменьшается унос их с насыщенным паром (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Количество кремниевой кислоты, удаляемой из парегенератора с продувочной водой, в зависимости от величины продувки парогенератора (в расчетах принято = 0,8 %; =0,3 %; n 2 = 30 %):

1 – парогенератор без ступенчатого испарения; 2 – парогенератор со ступенчатым испарением

Отношение концентраций котловых вод второй ступени испарения и чистого отсека называют кратностью концентраций k, величина которой характеризует эффективность ступенчатого испарения. Чем выше величина k,тем экономичнее схема. На практике величина kограничивается в пределах 3–10, так как при
k > 10 могут создаться высокие концентрации фосфатов и окислов железа в котловой воде, опасные с точки зрения образования отложений на поверхностях нагрева солевых отсеков.

Существенное влияние на ухудшение качества котловой воды в чистом отсеке оказывает обратный переток котловой воды из солевых отсеков в чистый через водо-перепускную трубу, по которой происходит продувка из чистого отсека в cолевой либо переброс котловой воды из солевого отсека в чистый при ее вспенивании и набухании. Подобные обратные перетоки и перебросы котловой воды могут привести к заметному снижению кратности солевых концентраций между ступенями, т.е. к уменьшению эффективности ступенчатого испарения. Чтобы избежать этого, предусматриваются специальные устройства для улавливания переброса и предотвращения обратных перетоков котловой воды.

Организация водного режима парогенератора с применением схемы ступенчатого испарения дает возможность значительно повысить концентрации примесей в продувочной воде без ухудшения качества пара. Тем самым представляется возможным уменьшить потребную продувку парогенератора до экономически приемлемой величины, а также снизить требования к соле- и кремнесодержанию питательной воды. В тех случаях, когда при заданных условиях (высокоминерализованная исходная вода, большая величина добавки питательной воды, высокое рабочее давление пара, лимитированная величина продувки и т. п.) оптимальные схемы ступенчатого испарения не в состоянии обеспечить требуемую чистоту пара, могут быть с успехом применены более эффективные схемы организации водного режима парогенераторов барабанного типа, а именно промывка предварительно осушенного насыщенного пара питательной водой либо сочетание промывки пара со ступенчатым испарением.

Сущность способа промывки пара состоит в том, что в процессе промывки вещества, унесенные в капельках котловой воды, а также истинно растворенные в паре, частично переходят в промывочную воду, а влажный промытый пар повторно осушается с помощью сепарационного устройства, расположенного в барабане парогенератора, после чего пар поступает в пароперегреватель.

Переход кремниевой кислоты и других растворенных в насыщенном паре веществ в промывочную воду происходит вследствие того, что равновесная концентрация кремниевой кислоты в паре при контакте его с промывочной водой меньше, чем при контакте его с котловой водой, из которой образовался пар. Этот переход начинается при прохождении пара через слой промывочной воды и продолжается в паровом пространстве над слоем промывочной воды, но уже в каплях воды, образующихся при разрыве пузырей при выходе их в паровой объем барабана.

Обеспечение с помощью промывки требуемого качества пара базируется на той закономерности, что чистота промытого пара определяется чистотой промывочной воды, с которой он контактируется. Степень промывки пара зависит от величины коэффициента распределения неорганических соединений между жидкой и паровой фазами, ибо промывочная вода не может поглощать вещество из пара больше определенной равновесной концентрации. Так как кремниевая кислота и другие неорганические соединения растворяются в воде больше, чем в паре, то при промывке пара эти вещества будут унесены с паром в количестве, пропорциональном содержанию их в промывочной, а не в котловой воде.

Чистоту промытого пара можно приближенно оценить, пользуясь формулой

(5.32)

где W – влажность промытого пара в долях единицы; К р – коэффициент распределения в долях единицы; а пр.в – концентрация примесей в промывочной воде.

Величина коэффициента распределения для кремниевой кислоты составляет для парогенераторов сверхвысокого давления 15 % при гидратной щелочности менее 0,1 ммоль/дм 3 и 5–10 % при гидратной щелочности 0,2–0,3 ммоль/дм 3 .

Для осуществления процесса промывки пара питательная вода подается в специальные устройства, расположенные в паровом объема барабана, парогенератора и отделенные от доступа котловой воды. Промывочная питательная вода, после того как она контактировала с насыщенным паром, поступает в котловую воду и смешивается с ней.

Известны следующие способы промывки пара: барботаж пара через слой питательной воды, пропуск его через сепараторы, смачиваемые питательной водой и, наконец, распыливание питательной воды в потоке пара. В современных парогенераторах барабанного типа широко применяется барботажная промывка пара, которая обеспечивает наиболее полный контакт пара с промывочной водой. Промывочное барботажное устройство представляет собой затопленный плоский дырчатый щит (рис. 5.7) с закраинами, отвечающими требующейся высоте промывочного слоя (приблизительно 40–50 мм).На конденсационных электростанциях и чисто отопительных ТЭЦ на барботажное промывочное устройство подается вся питательная вода, а на промышленных ТЭЦ, использующих в качестве добавки химически обработанную воду, на паропромывочное устройство подается от 50 до 100 % питательной воды.

Общий эффект от применения промывки пара определяется КПД как самого паропромывочного устройства, так и сепарирующих устройств, осушающих пар до и после промывки его. Коэффициент полезного действия, собственно промывки пара представляет собой отношение количества удаленного вещества к теоретически возможному количеству, т. е. он указывает, насколько промывка приближается к пределу очистки. Если бы содержание вещества в паре достигло концентрации, отвечающей коэффициенту распределения, то эффективность промывки была бы равна 100 %, т. е. отвечала бы максимально возможной (теоретической) очистке пара. При ограниченной высоте промывочного слоя, которая имеет место в случае размещения паропромывочного устройства в паровом объеме барабана, величина КПД собственно барботажной промывки составляет примерно 80 %.

Рис. 5.7. Барботажное промывочное устройство с затопленным дырчатым листом:

1 – промывочное устройство; 2 – жалюзийный сепаратор; 3 – питательное корыто;
4 – дырчатый лист; 5 – непрерывная продувка; 6 – питательная труба; 7 – ввод фосфатов

Для любой схемы внутрикотловых устройств важной характеристикой является доля уловленных ими в парогенераторе неорганических примесей от общей концентрации их в питательной воде. Применительно к парогенераторам с паропромывочными устройствами этот показатель зависит: а) от разности концентраций солей и кремниевой кислоты в паре, поступающем на промывочное устройство, и соответственно в промывочной воде; б) гидратной щелочности промывочной воды; в) отношения расхода промывочной воды к расходу пара; г) величины поверхности и продолжительности контактирования пара с промывочной водой; д) значений коэффициентов массообмена, характеризующих интенсивность перехода того или иного вещества, растворенного в воде, в промывочную воду.

Рис. 5.8. Схема трехступенчатого испарения с выносными циклонами
и барботажной промывкой пара:

1 – пароводяная система чистого отсека; 2 – вторая ступень испарения; 3 – третья ступень испарения; 4 – питательная вода; 5 – продувка; 6 – в пароперегреватель

Экспериментальные и эксплуатационные данные свидетельствуют о том, что паропромывочные устройства снижают кремнесодержание пара в среднем в 2–3 раза.

На промышленных ТЭЦ высокого давления (100 кгс/см 2)при значительной добавке химически обработанной воды обычно применяется комбинированная схема внутрикотловых устройств, которая предусматривает сочетание трехступенчатого испарения с барботажной промывкой питательной водой всего пара либо только пара из солевых отсеков (рис. 5.8). Иногда пар промывается котловой водой чистого отсека; с этой целью пар из солевых отсеков подается под уровень воды в чистом отсеке. На конденсационных электростанциях и чисто отопительных ТЭЦ, где парогенераторы барабанного типа сверхвысокого давления
13,8 МПа (140 кгс/см 2)питаются с добавкой химически обессоленной воды либо дистиллята испарителей, часто применяется схема двухступенчатого испарения с выносной второй ступенью, имеющей паропроизводительность 3–6 % D п, которая сочетается с барботажной промывкой пара. Из этих парогенераторов с паром уносится от 2 до 8 % кремниевой кислоты, внесенной питательной водой.

5.1.4. Влияние водно-химического режима на состав
и структуру отложений

Выполнение регламентируемых показателей по качеству питательной и котловой воды не может полностью исключить образование отложений в экранных трубах котлов. На скорость образования отложений оказывают влияние различные факторы, и прежде всего тепловое напряжение, качество питательной и котловой воды и рабочие параметры среды.

Оценку состояния водно-химического режима ведут по результатам оперативного контроля показателей качества питательной и котловой воды. Объем и периодичность оперативного контроля определяют для каждой электростанции исходя из местных условий эксплуатации. Итоговую оценку состояния водно-химического режима за конкретный период получают по изменению температуры металла труб и загрязненности внутренней поверхности труб, определенной методом выборочной вырезки контрольных образцов.

Для контроля за изменением температуры экранных труб в них вваривают специальные температурные вставки с встроенными термопарами. Показания термопар выводят на регистрирующий прибор. Температурные вставки обычно устанавливают в зоне повышенных тепловых напряжений, т. е. в наиболее благоприятных условиях для образования отложений.

При отсутствии температурного контроля металла производят выборочную вырезку контрольных образцов. Зоны экранной поверхности, из которых должны производиться вырезки контрольных образцов, уточняют для каждого типа котлов в соответствии с особенностями топочного режима, расположением горелочных устройств, схемы циркуляции и вида сжигаемого топлива. Периодичность вырезок зависит от вида сжигаемого топлива и составляет для котлов, работающих на жидком топливе, 10 000–15 000 ч и на твердом топливе 18 000–21 000 ч.

Ориентировочный объем вырезок включает следующие поверхности: экономайзер – первая ступень (вход и выход), вторая ступень (выход); экранная поверхность – чистый отсек (фронтовой, задний и боковой экраны), солевой отсек (боковой экран слева и оправа); пароперегреватель – первая и вторая ступень (участки труб в районе гиба). Учет вырезок контрольных образцов целесообразно осуществлять по развернутым формулярам котлов. Вырезку образцов выполняют автогенной горелкой, а дальнейшее разделение каждого образца – на фрезерном или продольно-строгальном станке. Каждый образец разрезают вдоль по линии раздела огневой и тыловой сторон, затем поперек на отдельные участки для определения загрязненности и химического анализа отложений.

Перед снятием отложений на химический анализ осматривают внутреннюю поверхность трубы для оценки толщины, плотности и равномерности отложений. Для химического анализа снимают отложения только с огневой стороны послойно – вначале мягкие, затем твердые.

Загрязненность определяют методом катодного травления отдельно участков с огневой и тыловой сторон образца. После катодного травления осматривают состояние металла образцов, отмечая коррозионные разрушения. При наличии коррозионных язвин определяют их количество, размеры, глубину, а также характер разрушения металла в целом.

Четкое выполнение определенной системы контроля за состоянием поверхностей нагрева котлов позволяет по состоянию металла, структуре отложений, а также их составу оценить надежность водно-химического режима за конкретный период.

В табл. 5.1. приведен химический состав отложений котлов различных типов и рабочих параметров электростанций. Качество питательной воды этих котлов по всем составляющим соответствует нормативным значениям ПТЭ. Коррекционную обработку котловой воды осуществляют различными реагентами, тринатрийфосфатом и трилоном Б. Данные табл. 5.1 могут характеризовать некоторые особенности коррекционной обработки котловой воды топочного режима, а также водно-химического режима в целом. Так, фосфатная обработка котловой воды всех приведенных в табл. 5.1 котлов, кроме ПК-14, выполняется в оптимальном режиме. В составе отложений содержание Р 2 О 5 эквивалентно сумме СаО + MgO гидроксилаппатита или фосфорита кальция. Образование феррофосфата в этих условиях маловероятно.

В отложениях котла ПК-14 содержание Р 2 О 5 значительно превышает сумму CaO + MgO из-за поддержания в котловой воде повышенного избытка фосфатов, и здесь возможно образование феррофосфата. В рассматриваемом случае дозу тринатрийфосфата целесообразно снизить, а выполнение нормативного значения рН котловой воды можно обеспечить подщелачиванием раствора тринатрийфосфата едким натром.

В отложениях котла TП-200 повышено содержание кремниевых соединений. Отложения очень плотные и трудноудаляемые в процессе химической очистки. Образование таких отложений обычно происходит при относительно низкой щелочности котловой воды. Здесь будет полезным внедрение подщелачивания котловой воды для перевода кремниевых соединений в хорошо растворимый силикат натрия.

О присутствии в отложениях котлов БКЗ-320 продуктов высокотемпературного термолиза органических соединений свидетельствует показатель п. п. п. (потери при прокаливании).

Отложения, содержащие в своем составе такие вещества, имеют относительно плотную структуру и почти не растворяются в минеральных кислотах. В связи с низкой теплопроводностью таких отложений наличие их даже при относительно невысоких тепловых нагрузках приводит к перегреву металла с последующим разрушением. Сопоставление данных по составу отложений труб заднего и бокового экранов чистого отсека всех котлов свидетельствует о повышенном тепловом напряжении в зоне заднего экрана, так как в отложениях этой поверхности высокое содержание меди.

Повышенное содержание кремнекислых соединений в отложениях котла
БК3-75, работающего в комплексонном водном режиме, является следствием низкой щелочности котловой воды. Для комплексонной обработки целесообразно использовать щелочной раствор трилона Б. В составе отложений на экранных поверхностях этого котла невысоко содержание катионов кальция и магния. Это обстоятельство свидетельствует об эффективности процесса комплексообразования трилоном Б этих катионов. Образовавшиеся при этом ЭДТАцетаты кальция и магния в условиях параметров котловой воды не подвержены термическому разложению и удаляются из котла продувкой. Высокое содержание меди в отложениях труб заднего экрана, поверхности с повышенными тепловыми потоками следует объяснить протеканием процесса термолиза ЭДТАцетата меди, в результате которого происходит образование медистых отложений. ЭДТАцетат меди имеет наименьшую термическую устойчивость в сравнении с ЭДТАцетатами железа, кальция и магния. Так, при 300–320 °С отмечается практически полное разложение его.

5.2. Водно-химические режимы блоков СКД

Процесс в котлах СКД характерен значительными изменениями теплофизических свойств рабочего тела – плотности и температуры. Эти параметры пара определяют растворимость в нем различных соединений, поэтому и надежность работы блоков в большей степени зависит от внутрикотловых процессов, в том числе от водных режимов.

С ростом параметров и единичной мощности энергоблоков усиливается влияние водного режима на надежность и экономичность работы электростанций. Увеличение единичной мощности котлов ведет к росту тепловых напряжений поверхностей нагрева. В этих условиях даже незначительные отложения на внутренней поверхности труб вызывают перегрев и разрушение металла.

Повышение параметров пара увеличивает его растворяющую способность в отношении примесей, содержащихся в питательной воде. В результате возрастает интенсивность заноса проточной части турбин, последнее приводит к снижению экономичности энергоблоков и ограничению их мощности.

Существующие методы водоподготовки обеспечивают достаточно полную очистку добавочной воды как барабанных, так и прямоточных котлов от солевых загрязнений. Вывод загрязнений из пароводяного цикла прямоточных котлов осуществляется конденсатоочисткой. В этих условиях основными примесями питательной воды становятся не соли, а продукты коррозии конструкционных материалов, в основном оксиды железа и меди. Даже при сравнительно малых содержаниях оксидов железа в питательной воде прямоточных котлов СКД (10–12 мкг/дм 3) происходит постепенное накопление их на поверхностях нагрева, особенно в нижней радиационной части (НРЧ) котла, которая несет наибольшие тепловые нагрузки.

Опыт промышленной эксплуатации показал, что одной из основных причин аварийных остановов блоков 300 МВт, работающих на газомазутном топливе, является повреждаемость НРЧ, обусловленная главным образом образованием железооксидных отложений на внутренних поверхностях нагрева.

Осмотр контрольных образцов труб выходных и предвыходных экранов НРЧ котлов ТГМП-114 свидетельствует о наличии отложений на внутренней поверхности нагрева труб. Отложения имели вид черного сажистого порошка, по химическому составу состояли на 90–95 % из оксидов железа и в незначительном количестве содержали медь, цинк, марганец и никель. Плотность и количество отложений на огневой стороне были в 3–4 раза больше, чем на тыловой.

Беляков И. И., Новиков И. И., Тарасов Б. А.

Ступенчатое испарение было предложено в 30-е годы как метод получения чистого пара путем организации в барабане котла отсеков с различным солесодержанием котловой воды. При этом в “чистом” отсеке генерируется основное количество пара, содержание примесей в котором значительно меньше, чем в паре, полученном из солевого отсека, а после смешения обоих потоков обеспечивается качество пара, допустимое по условиям надежной работы пароперегревателей и турбин.
Данный способ достаточно эффективен в котлах низкого давления при наличии простейшей химводоподготовки и невысоких требований к качеству пара.
Имеется большое число литературных источников, где рассматриваются преимущества внут- рикотловых схем барабанных котлов со ступенчатым испарением только с точки зрения обеспечения требуемого качества пара.
В показано, что при наличии промывки пара, которая стала широко применяться в 50-е годы, влияние ступенчатого испарения на качестве пара практически не отражается. В связи с неизбежным повышением требований к качеству питательной воды с ростом давления вследствие увеличения примесей, особенно кремнекислоты в паре, в ряде работ рассматривался вопрос о целесообразности применения ступенчатого испарения в котлах высокого давления.
В настоящее время, даже при применении неполного обессоливания питательной воды, на ТЭС с котлами высокого давления (ВД) нет проблем по качеству пара как при ступенчатом, так и при одноступенчатом испарении (ТП-100, ВПГ-250, ТПЕ-214 и все зарубежные котлы, в том числе работающие в России котлы среднего давления).
Известно, что надежность испарительных поверхностей нагрева в значительной мере определяется интенсивностью формирования внутренних отложений. В связи с этим следует рассмотреть особенности организации водно-химического режима (ВХР) котловой воды барабанных котлов при наличии ступенчатого испарения.
Ежегодно отмечается значительное число повреждений экранных труб барабанных котлов (отдулины, коррозия) и в то же время нет таковых на прямоточных котлах высокого и сверхкритического давления (СКД). Это связано с тем, что при одинаковом качестве питательной воды в котловой воде барабанных котлов, охлаждающей экраны, содержится значительно большее количество растворимых примесей (при 1% продувки в 100 раз больше, чем в питательной воде), чем в прямоточных, что создает более благоприятные условия для образования отложений и коррозии.
Растворимые примеси солей Са, Mg, Na, S1O2 и других выводятся из барабанного котла с непрерывной продувкой. Поэтому требования к качеству котловой воды, а, следовательно, и питательной, по содержанию растворимых примесей для барабанных котлов могут быть значительно ниже,
чем для прямоточных, в которых все примеси остаются в тракте.
По содержанию оксидов железа закономерность иная, так как основная их часть осаждается на внутренней поверхности экранных труб, а не выводится с продувкой. С ростом давления ужесточаются требования к качеству котловой воды, а следовательно, и питательной, по условиям предотвращения коррозии металла и образования внутренних отложений в экранных трубах.
Тем не менее, при трехступенчатом обессоливании подпиточной или даже при установке блочных обессоливающих установок (БОУ), как на ТЭС с прямоточными котлами, в барабан котла вводится специальный реагент Na3РО4 для связывания солей жесткости и NaOH для поддержания pH = 9,5 -:- 11,0.
При применении котлов со ступенчатым испарением единая норма поддержания избытка РО4 в котловой воде в принципе невозможна из-за наличия солевой кратности в 5 - 10 раз и более между чистым и солевым отсеками.
В течение последних 30 лет отмечается тенденция к всемерному снижению избытка фосфатов в чистом отсеке с 20 - 30 до 1 - 2 мг/кг Но даже при таком избытке фосфатов концентрация их в солевом отсеке может составлять более 10 - 15 мг/кг, а это способствует интенсификации образования внутренних железофосфатных отложений и возникновению “хайд-аута” (прятание солей). Переход на пониженное фосфатирование приводит к изменению химсостава отложений, повышается содержание железа в них до 80% и более (обычно 40 - 50%), отсутствуют фосфаты и натрий, что способствует повышению их теплопроводности и уменьшению химической агрессивности.
В отмечается повышенный вынос с паром хлоридов, в зависимости от концентрации фосфатов в котловой воде, что сказывается на повышении агрессивности первичного конденсата в проточной части турбин, а, следовательно, на снижении надежности их лопаточного аппарата и дисков. Данное обстоятельство также подтверждает целесообразность минимального фосфатирования котловой воды.
Существует также точка зрения, что при наличии трехступенчатого обессоливания питательной воды вообще возможен отказ от применения фосфатирования. Однако при отсутствии БОУ весьма проблематично поддерживать требуемую жесткость питательной воды (в основном из-за прососов в конденсаторах турбин), это может привести к образованию низкотеплопроводных кальциевых отложений и резкому возрастанию вероятности перегрева и внутренней коррозии экранных труб при отсутствии фосфатирования котловой воды.
Перевод котлов в порядке эксперимента на бесфосфатный режим приводил к массовым повреждениям экранных труб через 5-7 тыс. ч. Даже в режиме минимального фосфатирования вклад фосфатов в общее солесодержание котловой воды весьма значителен и практически равен количеству всех остальных примесей.
Поддержание избытка фосфатов выше стехиометрического значения может создать условия для образования на внутренней поверхности экранных груб железофосфатных отложений и интенсификации коррозии металла.
Применение ступенчатого испарения при одинаковой продувке котловой воды обеспечивает вывод такого же количества примесей из тракта котла, что и при одноступенчатом испарении, однако количество вводимых в барабан фосфатов в котле со ступенчатым испарением во много раз выше.
Вопрос о целесообразности применения в котлах ступенчатого испарения высокого давления неоднократно обсуждался в печати. Учитывая неоднозначность точек зрения различных организаций по данному вопросу на техническом совещании в РАО “ЕЭС России” было принято решение о проведении на ряде котлов испытаний по проверке эффективности перевода их на одноступенчатое испарение.
В течение 1999 - 2000 гг. НПО ЦКТИ совместно со Свердловэнерго проводил испытания котла ТГМ-96 Среднеуральской ГРЭС. Котел ТГМ-96 изготовления таганрогского завода “Красный котельщик” имеет параметры пара: давление в барабане 15,5 МПа, температура перегретого пара 560°С и проектная паропроизводительность 480 т/ч. Регулирование перегрева пара осуществляется впрыском собственного конденсата. Топочная камера оснащена шестью горелками, установленными в два яруса на фронтовой стене, внутренний диаметр барабана котла 1800 мм и длина цилиндрической части 17 700 мм.
Проектная внутрикотловая схема имеет двухступенчатое испарение и промывку пара, солевые отсеки выполнены путем установки в торцах барабана котла специальных перегородок, что позволяет простейшим способом осуществить перевод его на одноступенчатое испарение, удалив указанные перегородки.
Перевод котлов, имеющих солевые отсеки с выносными циклонами, также возможен, однако выполнить это несколько сложнее, так как для этого требуется произвести переключение водоопускных труб .
В процессе эксплуатации котлы ТГМ-96 неоднократно подвергались реконструкции в части изменения компоновки и конструкции горелок. В настоящее время паропроизводительность котла повышена до 520 т/ч.
За время эксплуатации котлов типа ТГМ-96 СУГРЭС практически не было случаев нарушения нормативных показателей качества пара, однако, в 70-е годы отмечались многочисленные коррозионные повреждения экранных труб чистых отсеков из-за неправильного регламента фосфатирования котловой воды, рекомендованного в то время наладочными организациями (применение кислых фосфатов, низкая щелочность котловой воды, несвоевременное проведение химических промывок).

Жесткость, мкг-экв/дм3
О 2, мкг/дм3
χ, мкСм/см
ΝΗ3, мкг/дм3
Си, мкг/дм3
Fe, мкг/дм3
SiО2, мкг/дм3
N2H2, мкг/дм3

На одноступенчатое испарение котел ТГМ-96 был переведен в декабре 1998 г. Показатели качества котловой воды: за 1999 г. приведены далее.
В таблице представлены среднегодовые данные за 1999 г. качества котловой воды и пара для котла ст. № 9, имеющего двухступенчатое испарение и ст. № 10, переведенного на одноступенчатое испарение.
В котле ст. № 10 данные по чистому (ч.о) и солевому отсекам (с.о) соответствуют отборам проб котловой воды из центра барабана (ч.о) и с торцов (с.о).
Как следует из данных таблицы, качество питательной воды по всем показателям соответствует нормам ПТЭ.
Содержание кремнекислоты SiО2 и натрия в паре значительно меньше нормативных значений (для SiО2 = 10 мкг/кг, Na = 10 мкг/кг) и практически одинаково для котлов с двухступенчатым, одноступенчатым испарением.
Таким образом, перевод котлов на одноступенчатое испарение не отражается на качестве пара при одинаковом значении непрерывной продувки. Концентрация фосфатов в продувочной воде котла с одноступенчатым испарением примерно в 8 раз меньше, чем в котле с двухступенчатым испарением при поддержании равных значений pH котловой воды чистого отсека и котловой воды в барабане котла с одноступенчатым испарением.
Так как дозировка смеси фосфатов и едкого натра осуществлялась из общего банка, возникли некоторые затруднения в обеспечении подачи насосом-дозатором щелочнофосфатной смеси в барабан котла с одноступенчатым испарением (ст. № 10).
В котле с одноступенчатым испарением обеспечивается оптимальное соотношение гидратной и общей щелочностей, равное Щфф/Щобщ = 0,5, что соответствует полной нейтрализации потенциально кислых соединений в котловой воде .
Эффект непропорционального соотношения солесодержания продувочной воды в котлах с одно- и двухступенчатым испарением свидетельствует о том, что наибольший вклад в ионный состав котловой воды вносит щелочнофосфатная смесь, вводимая в барабан, концентрация которой в котловой воде котла со ступенчатым испарением значительно больше, чем в котле с одноступенчатым испарением, так как в соответствии с солевым балансом солесодержание продувочной воды определяется только величиной продувки и должно быть одинаковым для котлов с любым числом ступеней испарения.
Таким образом, перевод котлов на одноступенчатое испарение позволяет упростить эксплуатацию, снизить расход фосфатов, что уменьшает потенциальную вероятность образования железо- фосфатных отложений, а, следовательно, и возникновения подшламовой коррозии. Пониженная концентрация фосфатов в котловой воде, по-видимому, способствует снижению агрессивности первичного конденсата , что, вероятно, вызвано уменьшением выноса хлоридов, о чем свидетельствует опыт эксплуатации турбин, работающих в блоке с барабанными котлами, имеющими одноступенчатое испарение.

Список литературы

1. Ромм Э. И. Химический перекос и ступенчатое испарение в генераторах пара: Автореф. дис. на соиск. учен, степени доктора техн. наук. М., 1938.
2. Маргулова Т. X. Методы получения чистого пара. - ГЭИ 1955’
3. Стырикович М. А., Маргулова Т. X. О рациональной воднохимической схеме барабанных котлов 140 атм при конденсатном питании. - Электрические станции, 1965, № 2.
4. Маргулова Т. X, Прохоров Ф. Т. Анализ ступенчатого испарения при давлении 155 кгс/см2. - Теплоэнергетика, 1973, №6.
5. Маргулова Т. X, Карасева М. А. Опыт перевода котла ТП-100 на режим одноступенчатого испарения. - Теплоэнергетика, 1973, №6.
6. Лукин С. В., Зройчикова Т. В., Козлов Ю. В. О целесообразности изменения внутрикотловой схемы барабанных котлов ТЭЦ. - Энергетик, 1966, № 3.
7. Холщев В. В. Еще раз о ступенчатом испарении. - Энергетик, 1998, № 4.
8. Мартынова О. И. Влияние водно-химического режима барабанных котлов на некоторые характеристики пара. - Теплоэнергетика, 1998, № 2.
9. Беляков И. И. О ступенчатом испарении котлов высокого давления. - Энергосбережение и водоподготовка, 2001, №2.
10. Василенко Г В., Сутоцкий Г. П. О некоторых показателях качества котловой воды барабанных котлов высокого давления. - Электрические станции, 2001, № 2.

Эффективны методом повышения качество пара и сокращения непрерывной продувки в большинстве промышленных и энергетических котлов является ступенчатое испарение.

Сущность данного метода состоит в разделении испарительной системы котла на ряд отсеков или ступеней по воде и соединенных по пару. Питание первой ступени осуществляется питательной водой. Подпитка последующих ступеней или отсеков осуществляется котловой водой (продувкой) предыдущих ступеней (ступенчатая продувка). Непрерывная продувка всего котла осуществляется из последней ступени.

Первая ступень – чистый отсек (ч.о.), так как в ней минимальное солесодержание котловой воды; последний отсек – солевой отсек (с.о).

Для схемы трёхступенчатого испарения

С ПВ < С КВ I < С КВ II < С КВ III → С П I < С П II < С П III

Основное количество пара вырабатывается в чистом отсеке (n I =70-90%), а остальное в последующих ступенях (n II +n III =30-10%).

Схемы двухступенчатого испарения

Применяются два вида схем двухступенчатого испарения:

а) схема двухступенчатого испарения с солевыми отсеками в торцах барабана (разделение отсеков осуществляется перегородками с переливной трубой).

б) схема двухступенчатого испарения с солевыми отсеками в выносных циклонах (чистый отсек–барабан; солевой отсек питается из выносного циклона).

где: - паропроизводительность чистого отсека, %;

- паропроизводительность солёвого отсека, % (+=100%).

Переток котловой воды из предыдущего отсека в последующий происходит за счет разницы уровней.

В качестве примера, примем: Р = 1%;
,
;

=
=0 - условно пренебрегаем растворимостью солей в паре.

Уравнения материального солевого баланса:

для первой ступени -

.

для второй ступени -

В результате получили, что при принятых допущениях, солесодержание продувочной воды не зависит от числа ступеней испарения, а определяется только величиной продувки (Р). Общее солесодержание пара определяется как средневзвешенное, а пара полученного в первой и второй ступенях – по уравнению Стыриковича.

Схема трехступенчатого испарения

Эффективность ступенчатого испарения возрастает с увеличением числа ступеней. Однако, это нарастание с ростом числа ступеней затухает; на практике более трех ступеней испарения не применяется. При трехступенчатой схеме чистый и второй отсеки организуются в барабане, а третья ступень или солевой отсек в выносных циклонах.

Паропроизводительность котла

Уравнение баланса солей по ступеням:

1-ступень:

2-ступень:

3-ступень:

Водный режим прямоточных котлов.

В прямоточном котле отсутствует возможность вывода солей из тракта котла. Поэтому предъявляются более жесткие требования к качеству питательной воды. Растворенные примеси улавливаются в блочной обессоливающей установке (БОУ). Оставшиеся примеси выделяются в виде накипи в тракте котла или выносятся паром в турбину.

Емкость котла по накоплению отложений значительно выше, чем емкость турбины. Удаление отложений из пароводяного тракта котла осуществляется путем водной холодной и горячей отмывки тракта при каждом пуске котла. И путем кислотной отмывки нерастворимых в воде соединений во время плановых ремонтов.

Для прямоточных котлов основной задачей водного режима является снижение коррозии металла элементов пароводяного тракта и повышение теплопроводности отложений.

Применяются следующие водные режимы.

Кислородо-нейтральный . После БОУ имеем практически нейтральную воду с pH=7; в данной воде воздействие кислорода на металл зависит от его концентрации. При малых концентрациях кислорода он усиливает коррозию. При повышенных концентрациях ведет к образованию на поверхности металла защитной пленки из магнетита (
) и гематита (
) железа.Пленка препятствуют дальнейшему протеканию коррозии. Для повышения концентрации кислорода в воду дозируется кислород или перекись водорода (
) в количестве до
. Оптимальная концентрация кислорода в воде составляет
. При больших концентрациях образуется в основном окисная пленка из магнетита железа (
), которая отшелушивается от поверхности металла и и не защищает его от протекания коррозии.

Нейтральный водный режим требует:

Полного отсутствия в котельной воде
;

Отсутствия в тракте элементов из меди и ее сплавов.

Достоинства:

Значительно сокращаются затраты на реагенты;

Увеличивается межрегенерационный период фильтров БОУ.

Комплексонный водный режим .

Сущность данного способа состоит в повышении теплопроводности железоокисных отложений путем добавки комплексонов. В качестве комплексона используется этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭТДК), которую дозируют в питательную воду, предварительно обработанную
и
, при температуре 100-200°С. При этом продукты коррозии переходят в комплексонаты железа. 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 обладает высокой теплопроводностью, что способствует замедленному росту температуры стенки металла и защищает металл от коррозии.

Дозировка комплексонов ведется автоматически в питательную воду после деаэратора и существенно улучшает режим работы теплонапряженного НРЧ, увеличивает межпромывочный период до плутора лет.

Образующиеся в процессе термического разложения комплексонов газообразные продукты вместе с паром из котла транзитом проходят турбину и удаляются из цикла отсосом из конденсатора.

Недостатки данного метода, также как и гидразинно – аммиачного большие затраты на реагенты и сокращение межрегенерационного периода работы фильтров БОУ.

ЛЕКЦИЯ №27

Процессы на внешней стороне поверхностей нагрева

Образование внешних отложений.

Абразивный износ.

Коррозия.

Механизм образования отложений .

Минеральная часть топлива в процессе сжигания превращается в шлак и золовые частицы. Поведение золовых частиц в газоходе и топке зависит от химического состава и физических свойств топлива (температура плавления, вязкость, коэффициент теплопроводности, и т.д.).

Легкоплавкие компоненты золы имеют температуру плавления
. К ним относятся хлориды (
), сульфаты (
). В зоне высоких температур данные компоненты находятся в парообразном состоянии. При снижении температуры газов они могут конденсироваться на поверхности труб.

Среднеплавкие компоненты имеют температуру плавления 900-1100°С; к ним относятся
(пирит),
,
. Данные компоненты образуют первичный липкий слой на экранах и ширмах, если их касается факел.

Тугоплавкие компоненты имеют температуру плавления 1600-2800°С.

К ним относятся окислы кремния,. Эти компоненты проходят зону горения без изменения своего агрегатного состояния. Ввиду малых размеров частиц данных компонентов они, в основном, уносятся с золой.

В зоне температуры газов 700-800°С на поверхности труб конденсируются легкоплавкие соединения, образуя первичный липкий слой. На него налипают твердые частицы из среднеплавких и тугоплавких компонентов. Смесь затвердевает и образуется плотный первичный слой отложений, крепко сцепленный с поверхностью труб. Температура наружной поверхности слоя повышается, при этом конденсация прекращается. Далее на шероховатую наружную поверхность данного слоя попадают мелкие частицы тугоплавкой золы, образуя внешний сыпучий слой отложений.

В топочной камере в зоне контакта высокотемпературных газов с экранированными трубами могут появляться быстро нарастающие отложения из частиц золы и шлака, находящихся в размягченном или полужидком состоянии, которые затем охлаждаются и прочно схватываются с поверхностью труб. Имеет место процесс шлакования. Шлаковые наросты могут достигать веса нескольких тонн.

Особое внимание следует обратить на соединение окислов кальция в минеральной части топлива. При содержании CaO>40% (Березовские Б2) возникают неблагоприятные условия по загрязнению труб: (гипс). Гипс является связующим и ведут к образованию плотных отложений, крепко связанных с поверхностью труб. Спекшиеся отложения могут перекрывать межтрубные промежутки величиной до 400мм. Горизонтальные и слабонаклонные трубы загрязняются сильнее, чем вертикальные.

При организации топочного режима Березовских углей необходимо иметь температуру газов в поворотной камере не выше 800-850°С.

Для ограничения температуры газов в поворотной камере блоки 300МВт с котлами П-59 Рязанской ГРЭС, которые были рассчитаны на сжигание подмосковного угля марки Б2 и переведены на сжигание канско-ачинских углей данного месторождения, перемаркированы на пониженную нагрузку - 260 МВт. В 2001-2002 годах выполнена модернизация их топок на вихревое низкоэмиссионное сжигание, позволившая понизить уровень ядра факела и температуру газов за топкой. В результате были сняты ограничения по максимальной бесшлаковочной нагрузке на Березовских углях.

В зоне температур газов
(конвективная шахта котла) наиболее распространены сыпучие отложения. Плотный подслой здесь отсутствует (конденсация паров щелочных металлов завершилась).

Сыпучие отложения образуются, в основном, на тыльной стороне труб по отношению к направлению движения потока газов. На лобовой части только при w <= 5 м/с и наличии в потоке тонкой летучей золы

На процесс образования сыпучих отложений оказывает влияние размер золовых частиц. По размеру частицы классифицируются на 3 группы:

1).
. Данные частицы обладают минимальной инерцией, движутся по линиям тока. Следовательно, вероятность их осаждения невелика.

2).
. Эти частицы обладают большой кинетической энергией, и при контакте с отложениями разрушает их.

3).
. Данные частицы образуют основную часть сыпучих отложений.

Величина слоя отложений зависит от скорости оседания фракции третьей группы и скорости разрушения слоя крупными частицами второй группы.

Сыпучие отложения на поверхности труб ухудшают теплообмен, что учитывается коэффициентом загрязнения.

Величина сыпучих отложений определяется также расположением труб в пространстве (шахматное или коридорное -
в 1,7 – 3,5 раза) и практически не зависит от концентрации золовых частиц.

Разрушающее воздействие крупных частиц на слой пропорционально скорости потока в 3-й степени. При
загрязнение резко усиливается, поэтому при проектировании котлов
выбирается 5-6 м/с приD =0,5D.

При сжигании мазутов и особенно высокосернистых мазутов на поверхности нагрева при
образуются липкие отложения из
и сульфитов. Плотные отложения стекловидного характера имеют состав. Отложения имеют тенденцию к быстрому росту; снижению теплообмена; увеличению сопротивления газового тракта. В результате снижается КПД котла и снижается продолжительность работы котла между очистками. СоединенияV и S имеют, кислую основу, поэтому добавки к мазуту щелочных соединений приведут к образованию более рыхлых отложений. Аналогичный эффект имеем при приближении коэффициента избытка воздуха в топке -
.