Особенности фосфатирования при ступенчатом испарении

Фосфатирование котловой воды барабанных котлов применяется с целью вывода из нее солей жесткости, в основном кальция, образующего с фосфатами гидроксилаппатит, удаляемый в виде шлама вместе с продувочной водой. В рекомендациях [1] сказано, что если жесткость питательной воды стабильно находится в пределах от 0,5 до 1 мкг-экв дм3, то общую концентрацию фосфатов в чистом отсеке следует поддерживать в пределах 1 – 2 мг дм3, чтобы обеспечить не менее чем пятикратный избыток фосфатов, по сравнению с рас- четной концентрацией связанных фосфатов в чистом отсеке.

Известно уравнение солевого баланса, отражающее соотношение концентраций фосфатов в чистом и солевом отсеках

(n + p )S1 = pSïðîä,

ãäå ð – непрерывная продувка (0,5 1)%; n – доля паропроизводительности солевого отсека (5 10)%; S1 – концентрация фосфатов в чистом отсеке; Sïðîä – концентрация фосфатов в продувоч- ной воде.

Из уравнения следует, что для поддержания в чистом отсеке нормируемой концентрации фосфатов (0,5 – 2 мг дм3 PO4) необходимо ввести в барабан котла со ступенчатым испарением в (n + p ) p раз больше фосфатов, чем в котел с одноступенча- тым испарением (n = 0). Тогда избыток фосфатов, по сравнению с расчетной концентрацией связанных фосфатов, упомянутый ранее, будет не пятикратным, а в (n + p ) p раз больше, т.е. 30 – 50кратным.

Это дает основание считать рекомендации по количеству вводимых фосфатов завышенными. В самом деле, все, что было удалено из котла с продувкой, прошло через все поверхности нагрева котла – его экраны. Поэтому расход фосфатов че- рез чистый отсек соответствует расходу с продувочной водой, удаляемой из котла, т.е. в котел с одноступенчатым испарением вводится фосфатов в 6 – 11 раз меньше, чем в котел с двухступенчатым испарением.

Поэтому в котлах с двухступенчатым (или трехступенчатым) испарением ввод фосфатов должен нормироваться по отношению к их содержа-

нии регулирования кратности концентраций между отсеками.

В этом случае измеренная концентрация РО4 в чистом отсеке будет меньше, чем в продувочной воде котла, т.е. при норме в продувке 1 – 2 мг дм3 ÐÎ4 в чистом отсеке котла с двухступенчатым испарением измеряемая концентрация фосфатов может быть 0,1 – 0,35 мг дм3 ÐÎ4, в то время как фактически расход фосфатов через чистый отсек будет не меньше нормируемого значения для котла с одноступенчатым испарением в продувке.

На пяти котлах ТПЕ-214 с одноступенчатым испарением ТЭЦ-5 г. Новосибирска имеется опыт применения (более 3 лет) водно-химического режима с чрезвычайно малым фосфатированием и дозированием фосфатов в зависимости от постоянно контролируемой жесткости питательной и котловой воды. Питательная вода котлов НТЭЦ-5 весьма высокого качества благодаря использованию трехступенчатого обессоливания добавочной воды котлов. Первоначально при пуске первых котлов ТЭЦ трехступенчатое обессоливание не предусматривалось и было введено по инициативе главного инженера НТЭЦ-5. Это дало существенные результаты: в частности, кремнесодержание питательной воды уменьшилось с 30 – 50 мкг дм3 SiO2 äî 6 – 7 ìêã äì3. Все показатели качества питательной воды после этого в 2001 – 2002 гг. были

Ò à á ë è ö à 1

лучше, чем нормируются ПТЭ для питательной воды прямоточных котлов (òàáë. 1).

Водно-химический режим, применяемый на НТЭЦ-5, заключается в следующем: каждые 4 ч контролируется жесткость котловой и питательной воды котлов, которая обычно не превышает 0,2 мкг-экв дм3. При появлении присосов охлаждающей воды и увеличении жесткости (до значе- ний, не превышающих 0,5 мкг-экв дм3) включается в работу насос-дозатор фосфатов. Интервал его работы зависит от жесткости (величины присосов), концентрация фосфатов увеличивается обыч- но до 0,8 мг дм3 ÐÎ4, жесткость котловой воды при этом снижается до 0,2 мкг-экв дм3, после чего фосфатный насос отключается. При минимальных присосах включение насоса происходит обычно 1 раз в 10 дней. В соответствии с количеством вводимых фосфатов среднегодовое значение концентрации РО4 за 2001 и 2002 г. составило соответственно 0,03 – 0,05 и 0,02 – 0,08 мг дм3.

Для оценки приемлемости такого водно-хими- ческого режима на НТЭЦ-5 ведется периодиче- ский контроль за отложениями на образцах экранных труб – по величине и химическому составу отложений.

Сложность в том, что с момента предпусковой очистки экранных труб котлов их химическая очи- стка не производилась и суммарное количество отложений, например, на котлах ¹ 1 и 2, соответст-

вует 15 – 16 годам работы. Поэтому оценить влияние указанного ранее водно-химического режима, применявшегося последние 3 года, можно только по условной скорости роста отложений (загрязнений) по образцам, вырезанным из одних и тех же экранов, например (рисунок):

котел ¹ 1: с 1996 по 2001 г. – скорость на фронтальной стене экрана не увеличилась;

котел ¹ 3: с 1994 по 1998 г. – скорость на левой стене экрана не увеличилась;

котел ¹ 5: с 1998 по 2000 г. – скорость на левой стене экрана уменьшилась.

Ограниченное число сопоставляемых данных позволяет считать целесообразным проведение наблюдений за отложениями на предварительно очи- щенном котле.

Несмотря на отсутствие достаточного числа данных по образцам, подтверждением правильности выбранного режима является отсутствие в последние годы повреждений экранных труб котлов ТПЕ-214, которые вначале были довольно частыми (2 – 5 в год на котел) при двухступенчатой схеме водоподготовки и выдерживании нормируемых

ПТЭ значений концентрации фосфатов (2 мг дм3 – 6 ìã äì3).

Безусловно, аналогичный водный режим может применяться при высоком качестве питательной воды и при отсутствии в ней органических веществ.

Показатели водно-химического режима котла ¹ 7 ТЭЦ-20 Мосэнерго за 2002 г. с двухступенча- тым и одноступенчатым испарением приведены в

Ò à á ë è ö à 3

òàáë. 2. Котел типа ТП-80 производительностью 500 т ч реконструирован ХФ ЦКБэнерго в 1995 г. с заменой экранных поверхностей нагрева. Котел работает на газе. Горелки встречные, установлены на фронтовом и заднем экранах. Котел был оборудован двумя внутрибарабанными торцевыми отсеками второй ступени испарения. В середине 2002 г. перегородки солевых отсеков были удалены и котел стал работать по схеме одноступенча- того испарения. Из òàáë. 2 видно, что основное изменение показателей ВХР по сравнению с двухступенчатым испарением (I и II кварталы 2002 г.) – это значительное уменьшение (в 4 – 6 раз) концентрации фосфатов и (в 3,5 – 4 раза) общего солесодержания воды непрерывной продувки котла. Соответственно уменьшается и расход фосфатов при переводе котла на одноступенчатое испарение. В òàáë. 3 приведены показатели питательной воды в сравниваемых интервалах времени (II и III кварталы).

Аналогичные результаты сравнения концентраций продувочной воды на котлах с двухступен- чатым и одноступенчатым испарением приведены в [3].

Одной из причин “сдержанного” отношения к котлам с одноступенчатым испарением, по-види- мому, является утверждение о том, что качество котловой воды в солевом отсеке должно быть таким же, как качество котловой воды в парогенераторе без ступенчатого испарения. Такой вывод авторы сделали на основании общих рассуждений о том, что общий баланс вещества не может наруша-

ться установлением каких-либо перегородок внутри парогенератора [4].

К сожалению, этих взглядов до сих пор придерживаются и некоторые специалисты, считающие, что при одноступенчатой схеме испарения котловая вода такая же, что и вода солевого отсека при ступенчатом испарении.

Опытные данные по переводу котла ¹ 7 ТЭЦ-20 Мосэнерго на одноступенчатое испарение, так же, как и опыты в [3], опровергают такие взгляды на эффективность котлов с одноступенчатым испарением.

Приведенные материалы позволяют прежде всего сделать следующие выводы:

на котлах с двухступенчатым испарением расходуется избыточное количество фосфатов, загрязняющих котловую воду;

применение трехступенчатого обессоливания, добавка питательной воды позволяют обеспечить высокое качество пара и отсутствие чрезмерных загрязнений поверхностей нагрева котлов;

на вновь выпускаемых котлах с давлением в барабане 15,5 МПа при питании их конденсатом с добавкой трехступенчатой обессоленной воды следует отказаться от ступенчатого испарения;

на действующих котлах высокого давления (15,5 МПа) с двухступенчатым испарением нормируемый избыток РО4 (0,5 – 2 ìã äì3) следует поддерживать в солевом отсеке.

Эти выводы справедливы для котлов, в питательной воде которых отсутствует органика.

При изменении регламента фосфатирования потребуются введение постоянного контроля за жесткостью котловой воды и корректировка таких параметров ВХР, как щелочность и рН котловой воды.

Однако по свидетельству авторов [5] за рубежом для аналогичных котлов контроль за показателем (Щôô Ùîáù) не предусматривается.

Критерием правильности ВХР являются малые отложения внутри экранных труб и отсутствие коррозионных повреждений.

Список литературы

1.ÐÄ 153-34.1-37.531-00. Типовой эксплуатационный регламент водно-химического режима барабанных котлов высокого давления.

2.Маргулова Т. Х., Прохоров Ф. Г. Анализ схем ступенчатого испарения при давлении 155 кгс см2. – Теплоэнергетика, 1973, ¹ 6.

3.Беляков И. И., Новиков И. И., Тарасов Б. А. О применении ступенчатого испарения в котлах высокого давления. – Электрические станции, 2002, ¹ 8.

4.Гуревич С. М., Кострикин Ю. М. Оператор водоподготовки. М.: Энергия, 1974.

5.Василенко Г. В., Сутоцкий Г. П. О некоторых показателях качества котловой воды барабанных котлов высокого давления. – Электрические станции, 2001, ¹ 2.