5.1.3. Загрязнения пара и способы их удаления

5.1.3.1. Основные положения

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 за 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. Это 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 К_у, который определяется по формуле

(5.20)

где а_п и А_к.в – солесодержание или концентрация какого-либо вещества в паре и котловой воде, мкг/дм³.

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.

В общем случае величина коэффициента уноса определяется формулой

(5.21)

где К_к.у = а_к.у/А_к.в – коэффициент капельного уноса; К_и.у = а_и.у/А_к.в – коэффициент избирательного уноса; а_к.у – капельный унос, мкг/дм³; а_и.у – избирательный унос, мкг/дм³;

(5.22)

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, то 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 попавшей 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, Fe₂O₃, Fe₃O₄, CuO, Cu₂O, Na₂SiО₃, Na₂SO₄, SiO₂ и других примесей.

Поэтому необходимо рассмотреть второй способ водного режима – продувку, ступенчатое испарение, промывку насыщенного пара.