книги из ГПНТБ / Субботина, Н. П. Водный режим и химический контроль на тепловых электростанциях

(температура плавления 327°С) полного выпаривания НгО из раствора не происходит. Многокомпонентный солевой раствор, имеющий в составе NaOH при темпе­

ях по достижении некоторого перегрева начинается кри­ сталлизация солей. Первым из раствора выделяется Na2S04, при дальнейшем перегреве в твердую фазу выде­ ляется одновременно Na2S04iiNaCl, при еще большем перегреве продолжается кристаллизация одного NaCl. В условиях, когда жидкая фаза перемещается и пере­ стает контактировать с выкристаллизовавшимися ранее солями, при дальнейшем перегреве состав жидкой фазы перестает изменяться.

отложений в пароперегревателях барабанных парогене­

вателя) процент сульфата натрия в отложениях умень­ шается, а содержание хлорида натрия увеличивается, достигая 55%. Такой характер изменения состава отло­ жений согласуется с рассмотренными выше теоретиче-

180

екйми представлениями о кристаллизации сульфата и хлорида натрия из растворов NaOH в присутствии водя­ ного пара.

среднего давления, в отложениях преимущественно обна­ руживают соли натрия, такие, как №гСОз, Na2SiC>3, NaCl, Na3PC>4 и Na2S04. В общем количестве отложений содержание солей натрия составляет 90—95%. Другие компоненты, а именно окислы железа, свободная кремнекислота (SiC>2), соединения кальция и магния, нахо­ дятся в незначительном количестве.

Когда в турбины среднего давления подается пар от предвключенных турбин высокого давления, состав отло­ жений в турбинах среднего давления получается анало­ гичным составу отложений в средней и хвостовой частях турбин высокого давления.

6-2. СОСТАВ ОТЛОЖЕНИЙ В ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯХ И ТУРБИНАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

ний добавочную воду всегда обескремнивают и с боль­ шей или меньшей полнотой обессоливают. Качественный состав примесей питательной воды барабанных пароге­ нераторов любого давления однообразен, однако, кон­ центрации примесей в питательной воде котлов высокого давления существенно меньше. Так как режимы фосфа-

§ 8-1), то рН котловой воды котлов высокого давления

Основными компонентами растворенных примесей котловой воды парогенераторов высокого давления являются хлориды, сульфаты и фосфаты натрия, а так­ же свободная кремнекислота. В виде грубой взвеси (ко­ тельный шлам) и в дисперсном состоянии в котловой

181

воде присутствуют главным образом продукты коррозии

— окислы железа, меди и гидроксилапатит — З С а 3 ( Р С ч ) 2 - С а ( О Н ) 2 .

При бесфосфатном режиме котловая вода парогене­ раторов высокого давления не содержит фосфатов. В растворенном состоянии в котловой воде, помимо хлоридов и сульфатов натрия, содержатся также хлори­ ды и сульфаты кальция и магния, свободная кремнекислота. В тонко- и грубодисперсном состоянии присутст­ вуют продукты коррозии — окислы железа и меди.

Чистота насыщенного пара барабанных парогенера­ торов высокого давления определяется двумя фактора­ ми— растворимостью веществ в насыщенном паре и ка­ пельным уносом. Из числа примесей котловой воды заметной растворимостью в насыщенном паре при дав­ лениях от 100 до 185 кгс/см2 обладают кремниевая кис­ лота и хлористый натрии. В процентном выражении их вынос намного больше, чем вынос других примесей кот­ ловой воды. Однако в составе отложений на поверхно­ стях пароперегревателей барабанных парогенераторов высокого и сверхвысокого давления свободной Si02 обычно не находят, а содержание NaCl бывает весьма малым (табл. 6-1). Так как в котловой воде парогенера­ торов высокого давления отсутствует свободная гидро­ окись натрия, унесенные насыщенным паром капли кот­ ловой воды могут в пароперегревателе выпариться до­ суха.

В случаях, когда фактическая концентрация того или иного соединения в паре меньше его растворимости, вся

в паровом растворе, будет равна растворимости; по от­

182

для третьей примеси во всем диапазоне температур перегрева c 4 a K <;CfJ . Следовательно, в данном случае пе­ регретый пар является ненасыщенным раствором; из него не может выделяться твердая фаза третьей примеси, ее концентрация на выходе из пароперегревателя будет

такой же, как на входе в него, т. е. Сфа г к . Для второй примеси в диапазоне температур от V до t'u имеем

не может быть выше значения растворимости, часть вто­

примесей в пароперегревателях зависят от соотношения их фактических концентраций и растворимостей в пере­ гретом паре при рабочих параметрах. В пароперегрева­ телях барабанных и прямоточных парогенераторов вы­ сокого и сверхвысокого давления эти соотношения для

183

на рис. 6-1. Имея малую растворимость в перегретом паре (растворимость Na2 S04 в точке минимума на кри­ вой при 180 кгс[см2 равна 0,03 иг/кг), окислы железа и меди, Na2 S04 , Na3 P04 и Na2 Si03 обычно выделяются в твердую фазу в зоне перегрева. Частично твердая фаза этих соединений остается в пароперегревателе, образуя отложения, частично уносится в виде пылинок потоком перегретого пара. Когда фосфатирование не применяет­ ся, например в прямоточных котлах или при бесфос­ фатном режиме у барабанных парогенераторов, основ­ ными компонентами отложений в пароперегревателях являются сульфат натрия и окислы железа.

По отношению к ЫагБСч и другим примесям, выде­ ляющимся в твердую фазу в процессе перегрева или находившимся в паре в виде твердой фазы еще до пере­ грева, пар, выходящий из пароперегревателя, является насыщенным паровым раствором.

Проходя проточную часть турбины, пар расширяется, и его параметры быстро снижаются. С уменьшением давления и температуры растворимость всех солей, окис­ лов железа и меди, а также свободной кремнекислоты уменьшается. Для примесей, которые в паре начальных параметров находились в состоянии насыщенного раст­ вора, состояние пересыщения и, следовательно, начало выпадения твердой фазы из парового раствора наступа­ ет тем раньше, чем меньше их растворимость. Для при­ месей, которые в паре начальных параметров находи­ лись в состоянии ненасыщенного раствора, состояние насыщения наступает тогда, когда фактическая концент­ рация примеси становится равной растворимости. При последующем снижении параметров пара и соответст­ венно растворимости вещества паровой раствор стано­ вится пересыщенным, и из него начинает выделяться твердая фаза.

По отношению к окислам железа пар высоких и сверхвысоких параметров всегда является насыщенным раствором, следовательно, осаждение окислов железа из парового раствора должно начинаться с первых сту­ пеней турбины. В связи с медленным снижением раст­ воримости окислов железа по мере снижения парамет­

184

к . N a C I — ненасыщенным раствором. Следовательно, начало выделения NaaSCH, ЫагБЮз и ЫазРСч должно предшествовать началу выделения NaCI. В связи с быст­ рым снижением растворимости солей натрия по мере снижения параметров пара выделение их в твердую фазу должно распространяться на ограниченный участок про­ точной части турбины.

Известно, что в контакте с перегретым паром может сосуществовать несколько модификаций свободной кремнекислоты, в частности кристаллический кварц и аморфная кремнекислота. Так как при одинаковых па­ раметрах пара растворимость у кварца существенно меньше, чем у аморфного кремнезема, выделение твер­ дой фазы кварца должно начинаться в турбине раньше, чем аморфной кремнекислоты.

Твердая фаза того или иного вещества не должна выделяться из парового раствора в пределах турбины в том случае, когда фактическая концентрация этого вещества в паре начальных параметров меньше величи­ ны его растворимости при минимальных параметрах перегретого пара в турбине. Если в турбине есть ступе­ ни, где пар увлажняется, то при поступлении пара в эти ступени все примеси, содержащиеся в нем, должны рас­ пределяться соответственно своим коэффициентам рас­ пределения между двумя фазами — жидкостью и насы­ щенным паромi . Так как растворимость солей натрия в жидкой фазе весьма велика, образующаяся двухфаз­ ная система по этой примеси не достигает состояния на­ сыщения. Следовательно, выделения солей натрия из потока влажного пара происходить не может.

В отложениях, образующихся в проточной части па­ ровых турбин высокого давления, встречаются все при­ меси, содержащиеся в перегретом паре. В их располо­ жении по длине проточной части турбин наблюдается определенная закономерность, согласующаяся с имею­ щимися данными о растворимости индивидуальных ве­ ществ в перегретом паре. В цилиндре высокого давле­ ния (ЦВД) в отложениях обычно преобладают соли натрия (20—50%), окислы железа и меди (40—70%),

1 Необходимо учесть, что для начала выделения необходимо некоторое пересыщение, так называемый кристаллизационный напор.

185

в цилиндре низкого давления (ЦНД) преобладают сво­ бодная кремнекислота (40—80%) и окислы железа ( Ю - 1 2 % ) .

Химические анализы отложений позволяют обнару­ жить в них силикаты, карбонаты, хлориды и фосфаты натрия. Содержание соединений кальция и магния в от­ ложениях невелико, обычно менее 5%.

Специальные исследования ф а з о в о г о с о с т а в а о т л о ж е н и й в турбинах показали, что наряду с меха­ нической смесью кристаллов таких простых соединений, как дисиликат натрия (Na2 Si2 05 ), магнетит (Fe3C>4), хлористый натрий (NaCl), в отложениях имеются двой­ ные соли и сложные минералы, такие, как ферросили-

она выделяется в форме кварца и кристобалита, а при давлениях менее 3 кгс/см2 — в аморфном состоянии в форме опала. Окислы железа в отложениях турбин наряду с магнетитом Fe3 04 представлены также гемати­ том a-Fe2 03 . Ближе к хвостовой части турбины процент гематита в отложениях обычно увеличивается. Присут­ ствие в отложениях турбин сложных минералов указы­ вает на то, что процессы образования твердой фазы из смесей веществ протекают иначе, чем процессы кристал­ лизации индивидуальных веществ из их соло растворов. Для получения более полных и правильных представ­ лений об этих процессах необходимо изучать равновесия в многокомпонентных системах при различных парамет­ рах перегрева пара.

Количество отложений по' отдельным ступеням тур­ бины распределяется очень неравномерно. Как прави­ ло, на самых первых по ходу пара ступенях турбин высокого и среднего давления абсолютное количество отложений мало. На последующих ступенях количество

отложений у разных турбин различна. Местоположение

186

Основные сведения о количестве отложений и их расположении получают во время длительных остано­ вов со вскрытием турбин, когда наряду с визуальным осмотром проточной части имеется возможность ото­ брать пробы отложений. Происходящая при остановах турбин конденсация пара сопровождается частичным растворением в каплях влаги легкорастворимых компо­ нентов отложений, что в какой-то мере искажает наши представления об их качественном и количественном составе. Неизбежный при вскрытии турбины контакт проточной части с атмосферным воздухом может обус­ ловить попадание примесей из окружающей среды или их взаимодействие с отложениями. По этой причине

ступеней турбины также характеризуется большой не­

особенностями гидродинамики потока, поскольку пара­ метры пара по сечению почти не меняются. По-види­ мому, с гидродинамикой потока связаны иногда незна­ чительные, а в отдельных случаях существенные разли­ чия в количественном и качественном составе отложе­ ний на диафрагмах и рабочих лопатках в соседних ступенях турбины. Необходимо отметить, что при со­ блюдении норм для качества пара значительные загряз­ нения проточной части турбин встречаются редко; обыч­ но даже после длительной эксплуатации на лопаточном

6-3. СОСТАВ ОТЛОЖЕНИЙ В ТУРБИНАХ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Турбины сверхкритнческого давления (СКД) рабо­ тают на паре, вырабатываемом прямоточными пароге­ нераторами. В настоящее время большинство установок сверхкритического давления в нашей стране имеет кон­ денсационные турбины с начальными параметрами па-

187

pa 240 кгс/см2, 565—585 °C. Опыт эксплуатации энерго­ блоков сверхкритического давления еще невелик: мас­ совые пуски блоков СКД начались с 1963 г., и, естест­ венно, выявлены далеко не все особенности поведения примесей в парогенераторах и турбинах при разных условиях работы и разном оформлении вспомогательно­ го оборудования.

По аналогии с установками докритических парамет­ ров на всех первых блоках СКД -в качестве конструк­ ционных материалов в конденсаторах турбин и подогре­ вателях низкого давления были использованы медные сплавы. Такое решение представлялось оправданным потому, что условия по температуре и давлению в коиденсатном тракте ТЭС при любых начальных парамет­ рах пара остаются практически неизменными; мало меняются и условия поступления в конденсат продуктов коррозии медных сплавов. Опыт эксплуатации энерго­ блоков сверхкритических параметров, имеющих конден­ саторы турбин и подогреватели низкого давления из

(СизО и СиО) отлагаются в турбинах СКД на всех ступенях высокого давления. По поверхности лопаток

ной работе турбин достигает 90—95%; в зоне более

соотношение окислов меди и железа в отложениях изме­ няется в сторону уменьшения содержания меди. В обла­ сти среднего и низкого давления турбин СКД отложе­ ния содержат преимущественно окислы железа, в смеси с солями натрия, в основном Na2S04, и свободной дву­ окисью кремния.

Как показывают наблюдения за качеством пара СКД в условиях стационарной работы блока, концен­

188

щенным паровым раствором по отношению к этим веществам. При расширении пара в турбине с уменьшением давления и температуры растворимость примесей в паре уменьшается. Изменение растворимостей РезО^ CuO, NaCl и Si0 2 по ступеням турбины К-300-240 пока­ зано на рис. 6-2. Для окислов железа « меди, которые в паре начальных параметров находились в состоянии насыщенного раствора, состояние пересыщения насту­ пает уже на первых ступенях турбины, и здесь должна начинаться их выделение в твердую фазу. Так как

растворимость окислов меди снижается быстрее, чем

Количество отложений в турбинах СКД имеет, есте­ ственно, непосредственную связь с качеством питатель­ ной воды парогенераторов. В условиях, когда добавоч­ ная вода и весь турбинный конденсат подвергаются глубокому химическому обессоливанию, питательная во­ да парогенераторов СКД содержит очень мало раство­

в перегретом паре СКД, все соли натрия проходят паро­ генератор, включая пароперегреватель, транзитом, не задерживаясь в нем. Значительное количество солей натрия в отложениях на лопатках ЦСД и Ц Н Д турбин

189