пературой среды в трубах. Для обеспечения надежных температурных режимов работы экранов необходимо регулярно проверять расположение зон максимальной удельной загрязненности внутренних поверхностей труб, поддерживать ее не выше допустимого значения, своевременно и ка- чественно выполнять химические промывки экранов с обязательным учетом отложений в трубах в зонах максимальной загрязненности. Для ошипованных участков экранов целесообразно применять укороченные (12 – 15 мм) шипы из более жаростойких сталей и соблюдать технологию обеспечения готовности шиповых экранов к надежной их эксплуатации.

Колебания расхода воды по ниткам пароводяного тракта котла, тепловые и гидравлические разверки по ширине экрана, а также подача топлива и воздуха на горелки должны быть минимальными. Стабильность подачи пыли АШ к горелкам в зна- чительной мере обеспечивается поддержанием вентиляционного и температурного режима работы ШБМ с температурой аэропыли за барабаном не ниже 130°С и по всему объему промбункера – не ниже 120°С, а также оформлением углов промбункеров из нержавеющей стали с радиусом скругления не менее 600 мм.

Представляет интерес комбинированная компоновка вихревых и плоскофакельных горелок с

установкой первых по центру фронтовой и задней стен топки, а вторых – крайними к примыкающим экранам. Вихревые горелки мощностью по 70 МВт обеспечивают достаточно высокую для АШ температуру горения, а плоскофакельные – более удобны для повышения коэффициента избытка воздуха в факеле у поверхности экранов за счет сбросного воздуха пылесистем, вводимого через верхнее сопло горелок, и снижения или недопущения процесса образования в факеле горелки коррозионно-агрессивного сероводорода.

Знание и анализ влияния рассмотренных факторов на режим работы труб топочных экранов, снижение этого влияния или полное устранение этих факторов позволяют своевременно принимать меры по поддержанию требуемого состояния оборудования и соблюдению оптимальных режимов его работы, существенно продлить безаварийную кампанию работы котла, сократить расходы времени, материалов и рабочей силы на проведение ремонтов; снизить потери топлива, конденсата и электроэнергии на аварийные остановы и пуски энергоблоков. Кроме этого, приведенные материалы исследований могут быть использованы при более емкой и глубокой модернизации эксплуатирующихся и проектировании новых высокотехнологичных котлоагрегатов.

В начальный период эксплуатации котлов типа ТП-87, ТГМ-84, рассчитанных на паропроизводительность 420 т ч, давление 13,8 МПа и температуру 560°С, на ТЭЦ-20 Мосэнерго одной из при- чин их аварийных остановов являлась повреждаемость экранных труб солевых отсеков.

При высокой паропроизводительности солевых отсеков в их заводском исполнении и нормируемой величине непрерывной продувки, определяющих кратность концентраций солей между отсеками, наблюдался значительный рост отложений в экранных трубах, сопровождавшийся интенси-

фикацией коррозионных процессов, что и приводило к частому повреждению этих труб и остановам котлов.

Со временем, по мере улучшения качества питательной воды, оптимизации схем водопитания, режимов фосфатирования и непрерывной продувки, число остановов заметно снизилось.

Для котлов 13,8 МПа с трехступенчатым испарением характерна значительная неравномерность распределения вдоль барабана растворимых примесей в котловой воде [1]. Подобные результаты получены при практических измерениях распреде-

$ %$ ; < * +

+ 5

1, 2 – котел ¹ 10 до и после раздающего коллектора соответственно

ления концентрации свободных фосфатов в котловой воде, проведенных ТЭЦ-20 Мосэнерго на котлах ТП-87. Установлено, что концентрация примесей в котловой воде барабана нарастает по направлению к торцам.

При таком подходе, имея в виду превышение локальных значений концентраций примесей над их средним значением и особенно в торцах барабана, находят объяснение факты спорадического повреждения отдельных труб экранов.

К настоящему времени предложены различные варианты модернизации схем ступенчатого испарения, направленные на устранение неравномерности распределения примесей вдоль барабана и,

âконечном итоге, имеющие целью обеспечение чистоты внутренней поверхности экранных труб и увеличение длительности межпромывочного периода котлов. В одном из вариантов, приведенном

â[2], часть питательной воды подводится к заднему циклону одной стороны, а непрерывная продувка выводится из заднего циклона противоположной стороны.

На ТЭЦ-20 Мосэнерго в котлах 13,8 МПа на основании расчетов реализована достаточно простая схема изменения водопитания, включающая установку вдоль нижней части барабана раздающего коллектора для ввода в котловую воду части питательной воды. Симметричный, расположенный по всей длине барабана раздающий коллектор оснащен отверстиями, равномерно размещенными по его верхней образующей, и, кроме того, имеет выводы питательной воды в торцы барабана. В данной схеме осуществлено спутное движение потоков котловой и питательной воды с равномерной раздачей последней по всей длине барабана, что обеспечивает выравнивание концентраций примесей вдоль барабана и снижение их концентраций в котловой воде солевых отсеков при нормированной величине непрерывной продувки.

Íà ðèñ. 1 показана зависимость изменения кратности концентраций солей, рассчитанная как отношение солесодержания котловой воды задних циклонов к солесодержанию котловой воды сере-

2

1

$ &$ = + + + 5

1 – новое; 2 – старое

дины барабана, от продувки котла ТП-87 до и после установки раздающего коллектора. Из ðèñ. 1 видно, что после установки раздающего коллектора кратность концентраций солей по отношению к середине барабана снизилась в 1,8 раза во всем рабочем диапазоне непрерывной продувки. Это означает практически полное выравнивание солесодержания котловой воды в середине и в торцах барабана и снижение солесодержания котловой воды солевых отсеков. Таким образом, созданы условия работы экранных труб солевых отсеков на котловой воде улучшенного качества.

Опыт эксплуатации котлов 13,8 МПа с измененной схемой водопитания показал, что в тече- ние 5 лет с момента модернизации не было ни одного случая повреждения экранных труб. При этом соблюдены действующие нормы ПТЭ по основным показателям водно-химического режима.

Выбор места вывода из котла непрерывной продувки приобретает важное значение. Очевидно, что непрерывная продувка должна выводиться из зоны с максимальной концентрацией растворимых и особенно нерастворимых примесей. При применении в котле в качестве выходной ступени испарения циклонных сепараторов пара следует учитывать и использовать эффекты центробежных и гравитационных сил, развивающихся в двухфазном потоке при его закручивании в улитке циклона. Наиболее целесообразно удалять примеси из пристенной области, расположенной в нижней ча- сти выносного циклона.

Показанная на ðèñ. 2 схема и конструкция вывода непрерывной продувки из выносного циклона выполнена на одном из котлов 13,8 МПа ТЭЦ-20 Мосэнерго. Из ðèñ. 2 видно, что непрерывная продувка выводится из циклона с помощью заборного устройства, выполненного из слегка изогнутой и открытой по концам трубки Dó 25. Трубка размещена предельно близко к внутренней стенке цик-

лона и примерно на 1700 мм ниже старого места вывода продувки. Наличие в сечении вывода непрерывной продувки диаметрально расположенного подвода более чистой котловой воды из предвключенного циклона не влияет на концентрацию выводимых примесей, что подтверждается гидродинамическими расчетами. На ðèñ. 3 показаны глубина проникновения и развитие струи воды, истекающей из предвключенного циклона в нисходящий поток котловой воды, питающей экраны солевого отсека. Глубину проникновения струи определяли по выражению

ãäå 2, 2 – начальная плотность и скорость струи соответственно; 1, 1 – плотность и скорость нисходящего потока соответственно; d – коэффициент структуры струи; d – диаметр струи; k – коэффициент, учитывающий угол атаки.

Развитие струи определяли по уравнению оси свободной струи

ãäå Y, X – координаты оси струи.

С повышением качества питательной воды при удовлетворительной работе паропромывочных устройств эффективность применения схем ступенчатого испарения заметно снижается. Кроме

' :> 3'1?0

того, при значительной паропроизводительности солевых отсеков затрудняется поддержание нормированных показателей водно-химического режима (ВХР).Так, большинство действующих барабанных котлов высокого давления оснащено схемой ступенчатого испарения с двумя парами выносных циклонов общей паропроизводительностью 10 – 12% Äê, при этом солесодержание продувочной воды и кратность концентраций между отсеками достигает больших значений. Это обстоятельство приводит к снижению надежности работы парогенерирующих поверхностей нагрева, бесполезным потерям значительного количества тринатрийфосфата и загрязнению водной среды.

Для оптимизации показателей ВХР в [3] предложена схема симметричного регулирования кратности концентраций между ступенями испарения, не дающая химических перекосов. Она была применена на ряде котлов высокого давления.

На одном из котлов ТП-87 ТЭЦ-20 Мосэнерго внедрена другая схема с частичным вводом питательной воды непосредственно в водоподводящие трубы выносных циклонов. Это позволило поддерживать избытки фосфатов и солесодержание в котловой воде с помощью более простого устройства, показанного на ðèñ. 4. Устройство снабжено расположенным внутри барабана распределительным коллектором питательной воды, к выходам которого подсоединены водоотводящие трубки, направленные непосредственно в отверстия водоподводящих труб выносных циклонов, причем се-

Выводы

1. Изменение схемы водопитания барабанных котлов 13,8 МПа обеспечило выравнивание концентраций примесей вдоль барабана и снижение их концентраций в котловой воде солевых отсеков при нормированном значении непрерывной продувки. В результате снижена скорость отложений примесей в экранных трубах и повышена надежность работы экранов.

1.О ступенчатом испарении в паропроизводящих установках Горбуров В. И., Зорин В. М., Каверзнев М. М., Хаанеки М. – Теплоэнергетика, 1997, ¹ 3.

2.Модернизация систем водопитания, продувки и фосфатирования на котлах БКЗ 320-140 Каширской ГРЭС Зорин В. М., Горбуров В. И., Каверзнев М. М. и др. – Теплоэнергетика, 1999, ¹ 8.

3.О целесообразности использования линии регулирования солевой кратности концентраций между ступенями испа-

рения котла высокого давления Козлов Ю. В., Егоров Э. Д., Зройчикова Т. В., Белов В. А. – Электрические станции, 2003, ¹ 3.

Сутоцкий Г. П., êàíä. òåõí. íàóê

Санкт-Петербург

Целесообразность организации внутрикотловых процессов в барабанных котлах высокого давления в настоящее время подвергается сомнению многими специалистами [1].

Эти специалисты ссылаются обычно на опыт зарубежных котлостроительных фирм, а также на такие известные недостатки ступенчатого испарения, как повышенный расход корректирующего реагента (тринатрийфосфата) и усложнение процесса ведения режима непрерывной продувки котла из-за наличия двух выводов котловой воды из его барабана.

При выборе целесообразной схемы внутрибарабанных устройств следует принимать к сведению существенно большее число факторов [2]. В частности, для каждого конкретного случая уже на стадии разработки проектной документации следует оценочно определять:

продолжительность пребывания в котле веществ, способных в результате процессов гидро-

лиза, термолиза и адгезии участвовать в процессах коррозии и накипеобразования;

способность к ухудшению качества пара, выдаваемого котлом, и особенно наличие в нем веществ, повышающих агрессивность «первичного» конденсата в проточной части турбин и в подогревателях сетевой воды [3];

возможность при эксплуатации котла по показателям качества котловой воды регулировать топочный процесс по ширине топки по методу [4].

Материалы, приведенные в таблице, позволяют для каждого конкретного объекта, определить оптимальную схему организации внутрикотловых процессов с использованием или без использования принципа ступенчатого испарения.

Областью организации внутрикотловых процессов без применения ступенчатого испарения являются ГРЭС без сетевых подогревателей при благоприятном составе исходной воды (общая щелочность меньше суммы анионов сильных кислот).

Для ТЭЦ с большим числом теплообменных аппаратов – сетевых подогревателей, и особенно при отдаче пара на производство, более приемлемым для эксплуатации следует считать котлы со ступенчатым испарением в варианте двустороннего расположения солевых отсеков. Если на проектируемом объекте исходная вода имеет состав, благоприятный для образования агрессивного (кислого) первичного конденсата, для него при любом составе основного оборудования электростанции предпочтительны котлы со ступенчатым испарением.

Список литературы

1.Зорин В. М., Горбунов В. И. Об организации водного режима в паропроизводящих установках. – Теплоэнергетика, 2000, ¹ 6.

2.Сутоцкий Г. П., Евтушенко В. М., Кокошкин И. А. О ступенчатом испарении в котлах высокого давления. Методы и средства оценки состояния энергооборудования. Ñ.-Ïá.: НТЭИПК, вып. 14, 2001.

3.Зависимость надежности работы турбин от качества первоначального конденсата / Василенко Г. В., Сутоцкий Г. П., Евтушенко В. М. и др. – Теплоэнергетика, 1984, ¹ 4.

4.Сутоцкий Г. П. Повреждения энергетического оборудования с водно-химическим режимом. – НПО ЦКТИ, 1992.

Применение патронных фильтров, которые можно оборудовать патронами из пористых керамических труб, дает возможность значительно увеличить производительность фильтровального оборудования. Это особенно актуально в суровых климатических условиях, где компактность сооружений ощутимо снижает стоимость строительства

èэксплуатационные издержки (на обогрев здания

èäð.).

ÂРоссии и за рубежом пористая керамика изготавливается на ряде заводов и комбинатов. Чаще всего она выпускается в виде труб, патронов, све- чей, колец, плит, дисков, стаканов и др.

Âнастоящее время изделия из пористой керамики находят практическое применение при устройстве безгравийных дренажей скорых фильтров [1], в качестве блочных фильтров водозаборных и водопонизительных скважин [2, 3]. В ряде отраслей пищевой и химической промышленности изделия из пористой керамики нашли широкое применение для осветления минеральных кислот, слабощелочных сред, различных водных растворов и суспензий [4, 5]. Кроме этого, пористая керамика используется в намывных фильтрах. Есть примеры ее применения в фильтрах для очистки водопроводной воды, минеральной воды от бактерий [5 – 7].

При выборе типа пористой керамики для очи- стки воды обращает на себя внимание пористая керамика на основе шамота (обожженная глина) на бентонитовом и силикатном связующих [5, 6]. Этот вывод сделан на основании того, что стоимость изделий из пористой керамики этого типа относительно невелика, технология изготовления хорошо отработана.

При склеивании частиц шамота связующим веществом образуется особая структура порового пространства, отличающаяся от зернистой загрузки сложной сетью поровых каналов, в которой встречаются затечные зоны и тупиковые поры [2]. Кроме этого, формируется разнообразная форма проходных пор, связанная с неравномерностью распределения вяжущего на поверхности зерен и малой подвижностью частиц шамота, обмазанных связующим веществом. Поровые каналы получа- ются причудливой формы, с изменяющимся по

длине сечением и сильно шероховатые [2, 6 – 8]. Шероховатая поверхность зерен керамики из шамота способствует адсорбции и образованию сводиков над порами в процессе разделения твердой и жидкой фаз суспензий [3].

Бентонит и жидкое стекло, являющиеся связующим материалом в этих типах керамики, обладают повышенной адсорбционной способностью [7], что позволяет эффективно задерживать загрязнения в объеме фильтрующих изделий из шамота. Эти особенности создают хорошие условия для высокой задерживающей способности пористой керамики на основе шамота при применении ее в качестве фильтрующего материала.

Обнадеживающие результаты по использованию шамотно-силикатной пористой керамики на ТЭС были получены в результате производственных испытаний патронного фильтра [9, 10], вклю- чая режимы очистки воды и регенерации керами- ческих патронов. Опытный патронный фильтр был установлен в цехе химводоподготовки Красноярской ТЭЦ-2 и прошел испытания в производственных условиях в качестве осветлительного фильтра для очистки воды для питания прямоточ- ных котлов высокого давления.

Конкретные условия применения предъявляют специфические требования и определяют выбор типа пористой керамики. Ранее проведенные исследования [5] показали, что химическая стойкость шамотной керамики на бентонитовом и силикатном связующем по отношению к воде достаточно высока. Кроме этого, о высокой химической стойкости шамотной керамики можно судить по тому факту, что пребывание ее в течение 4 мес в концентрированных и разбавленных кислотах, в водных растворах солей, щелочной среде 20%-ной концентрации, а также в воде не повлекло за собой изменения прочностных свойств образцов [7].

Так как в дальнейшем планируется применение пористой шамотно-силикатной керамики в ка- честве фильтрующих элементов патронных осветлительных фильтров в схемах химводоочистки ТЭС [9, 10], то необходимо иметь в виду, что к данной воде предъявляются некоторые специфи- ческие требования. Например, к воде, идущей для питания котлов высокого давления, предъявляют-

П р и м е ч а н и е . Скорость фильтрования составила 5 м ч.

ся жесткие ограничения по содержанию в ней кремнекислоты (H2SiO3). Использование для этой цели воды с повышенным содержанием H2SiO3 приводит, как показывает опыт [11 – 14], к ряду неудобств при эксплуатации технологического оборудования. В частности, отлагаются силикатные накипи, заносится проточная часть турбин, увеличивается расход реагентов на регенерацию ионообменных фильтров.

Применение в качестве фильтрующего материала шамотно-силикатной керамики для фильтровального оборудования ТЭС с точки зрения химиче- ской стойкости и требований по содержанию кремнекислоты должно быть аргументировано.

Последнее требование связано с тем обстоятельством, что по технологии изготовления шамот- но-силикатной пористой керамики для ускорения связывания зерен шамота применяется кремнефтористый натрий Na2SiF6. Часть его может оказаться в несвязанном состоянии и при контакте с фильтрующейся водой возможно обогащение последней кремнекислотой. Для оценки пригодности шамотно-силикатной пористой керамики в качестве фильтрующего материала фильтров на ТЭС были проведены специальные испытания.

В качестве исходной воды применялась дистиллированная вода. Активная реакция воды изменялась искусственно. Для подкисления исходной воды использовали серную кислоту H2SO4, для подщелачивания – едкий калий KOH. Условия, при которых проводились опыты, приведены в òàáë. 1.

Всего было проведено четыре серии опытов. В каждом опыте использовался новый образец пористой керамики. Образцы были изготовлены из ша- мотно-силикатной пористой керамики с размером основных пор 150 мм. Толщина образцов пористой керамики составляла 35 мм. Эта керамика была выпущена Кучинским заводом керамических изделий.

В опытах через образцы пористой керамики фильтровали воду, имеющую слабощелочную (рН = 9,5) и кислую (рН = 5) реакцию. Температура воды поддерживалась на уровне 95 и 40°С как

при контакте керамики со слабощелочной водой, так и при контакте с подкисленной водой.

Цель данных исследований заключалась в определении времени, в течение которого наблюдается обогащение фильтрата кремнекислотой за счет контакта с образцами шамотно-силикатной пористой керамики. Критерием окончания процесса обогащения фильтрата кремнекислотой служило равенство концентрации SiO2 в фильтрате (Cô) и концентрации ее в исходной воде (Cî), т.е. по достижению отношения концентрации кремнекислоты в фильтрате к концентрации ее в исходной воде, равного единице.

Пробы исходной воды и фильтрата отбирались в первые 5 ч работы установки и фильтрования че- рез каждые 15 мин и по известной методике определялось содержание в них кремнекислоты. В последующем отбор проб производился через 2 ч. Продолжительность каждого опыта составляла 8 – 10 ч.

По изменению водопроницаемости образцов оценивалась химическая стойкость шамотно-си- ликатной пористой керамики

HK 1 100,

K 2

ãäå Í – химическая стойкость, %; Ê1 è Ê2 – водопроницаемость образцов до и после опытов соответственно.

Оценка химической стойкости керамики при помощи изменения уровня ее водопроницаемости основывалась на предположении о тесной взаимосвязи водопроницаемости с внутренней структурой образца пористой керамики. Химически нестойкий образец керамики, попадая в агрессивную для него среду, начинает менять свою внутреннюю структуру, составляющие его элементы вымываются в фильтрующуюся через него жидкость, увеличивая пористость керамики. Это приводит к увеличению уровня водопроницаемости этого образца керамики.

Использованные в описанных опытах образцы керамики впоследствии выдерживались в течение 2 мес в тех же средах при температуре 20 – 23°С. После такой длительной выдержки образцов керамики вновь определялась их химическая стойкость и наличие SiO2 в средах, имеющих контакт с образцами.

Результаты экспериментальных исследований по определению химической стойкости шамотносиликатной керамики и наличию SiO2 в фильтрате при фильтровании воды с кислой (рН = 5) и слабощелочной реакцией (рН = 9,5), при температурах 95 и 40°С приведены в òàáë. 2.

Èç òàáë. 2 видно, что при контакте образцов со всеми средами наиболее интенсивное обогащение фильтрата наблюдается в первое время. При эксплуатации фильтровального оборудования с филь-

Ò à á ë è ö à 2

( + * 1

* # " < ( *

трующими элементами из шамотно-силикатной пористой керамики первые порции фильтрата рекомендуется сбрасывать или использовать для тех целей, где требования потребителей в отношении SiO2 менее жесткие, чем, например, для воды, питающей котлы высокого давления. Эта рекомендация относится, в первую очередь, к фильтрованию воды со слабощелочной реакцией и не обязательна для нейтральных и кислых вод, так как в этом слу- чае обогащение фильтрата SiO2 кратковременно и незначительно.

Химическая стойкость пористой шамотно-си- ликатной керамики наиболее высокая при фильтровании кислых вод. Несколько меньше этот показатель при фильтровании слабощелочных вод с температурой 95°C, но и в этом случае она достаточно высока. Химическая стойкость образцов пористой керамики после выдержки их в течение 2 мес в тех же средах при температуре 20 – 23°С осталась на том же уровне, что и в опытах по фильтрованию этих жидкостей, но при более высокой температуре. Увеличение содержания SiO2 в контактирующих жидкостях при этом не наблюдалось. Полученные результаты подтверждают и дополняют данные [5, 6] по хорошей устойчивости шамотно-силикатной пористой керамики в кислых, нейтральных и слабощелочных средах.

Результаты экспериментальных исследований позволяют положительно ответить на вопрос о возможности применения изделий из шамотно-си- ликатной керамики в фильтровальном оборудовании на ТЭС.

Выводы

1. Химическая стойкость шамотно-силикатной пористой керамики по результатам опытов составляет 98 – 100% и она может использоваться при работе в кислых, нейтральных и слабощелочных средах (рН = 5,0 9,5).

2.При фильтровании вод со слабой щелочной реакцией первые порции фильтрата, идущего на подпитку котлов высокого давления, необходимо сбрасывать.

3.Обогащение фильтрата SiO2 при фильтровании вод со слабощелочной реакцией отмечается только в начале первого фильтроцикла, когда в фильтре установлены новые элементы из шамотносиликатной пористой керамики. В дальнейших фильтроциклах это явление наблюдаться не будет.

4.Химическая стойкость шамотно-силикатной пористой керамики при фильтровании воды в схемах химводоочистки ТЭС не противоречит условиям применения ее для питания котлов высокого давления.

Список литературы

1.Безгравийный дренаж осветлительных фильтров / Лебедева Н. С., Богданова С. И. и др. – Водоснабжение и санитарная техника, 1965, ¹ 3.

2.Гаврилко В. М., Бессонов М. Д. Фильтры блочного типа из пористой керамики для водозаборных скважин. – В сб.: Научные сообщения ВНИИ ВОДГЕО. М., 1970.

3.Гаврилко В. М. Фильтры водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин. М.: Стройиздат, 1968.

4.Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химиче- ской промышленности. М., 1950.

5.Смирнова К. А. Пористая керамика для фильтрации и аэрации. М.: Стройиздат, 1968.

6.Смирнова К. А. Изготовление, свойства и применение силикатных фильтрующих материалов. М.: Стройиздат, 1965.

7.Чулков Н. А. Коррозионно-устойчивые фильтры для труб- чатых колодцев. М.: Стройиздат, 1971.

8.Жужиков В. А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. М.: Химия, 1968.

9.Сакаш Г. В. Результаты испытаний патронного фильтра. – Электрические станции, 2003, ¹ 7.

10.Сакаш Г. В. Регенерация керамических элементов патронных фильтров. – Энергосбережение и водоподготовка, 2003, ¹ 1.

11.Белан Ф. И. Водоподготовка. М.: Энергия, 1966.

12.Обработка воды на тепловых электростанциях / Под редакцией В. А. Голубцова. М. – Л.: Энергия, 1966.

13.Стерман Л. С., Покровский В. Н. Химические и термиче- ские методы обработки воды на ТЭС. М.: Энергия, 1981.

14.Белан Ф. И. Водоподготовка. М.: Энергия, 1979.