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

сверхкритических параметров возможно лишь при гру­ бых нарушениях в работе ионитных фильтров конденсатоочистки.

В пусковой период работы энергоблока СКД, когда предпусковой химической промывкой контур ТЭС не был полностью отмыт от пыли, песка, цемента и прочих загрязнений, попавших в оборудование во время его монтажа, в питательной воде длительное время наблю­ даются повышенные концентрации кремнекислоты. Со­ ответственно этому периоду для состава отложений в турбине характерно повышенное содержание свобод­ ной кремнекислоты. Увеличение процента содержания Si02 в отложениях турбины СКД может наблюдаться также при повышении присосов охлаждающей воды в конденсаторе.

Дело в том, что при существующей технологии конденсатоочпстки эффективно удаляются лишь истиннорастворенные вещества, в том числе и растворенная кремиекислота. Другие-же формы кремнекислоты, в ча­

Опыт эксплуатации турбин СКД показывает, что, также как и в турбинах докритических параметров, не все количество примесей, которое поступает в турбину с паром, задерживается на ее поверхностях, образуя отложения.

Процесс выделения твердой фазы из парового рас­

оно составляет всего 0,02—0,05 сек. За столь короткое время из пересыщенного парового раствора успевает осесть на лопатках турбин лишь какая-то часть вещест­ ва. Когда фактические концентрации продуктов корро-

'зии в перегретом паре бывают выше величин их растворимостей, в потоке пара, поступающем в турбину, уже имеется твердая, фаза в виде пылевидных частиц. Не исключено, что на поверхности этих частиц также про­ исходят процессы кристаллизации вещества из пересы­ щенного парового раствора. В какой мере и по какому механизму оседают твердые пылевидные частицы в про­ точной части турбин, пока не известно.

190

Зная концентрации примесей в перегретом паре и количество пара, поступающего в турбину за какойлибо промежуток времени, можно подсчитать общее количество веществ, внесенных паром в турбину. Срав­ нивая эту величину с количеством отложений, накопив­ шихся в турбине за тот же промежуток времени, всегда убеждаются в том, что в турбине задерживается далеко не все количество поступивших примесей. Замечено, что доля окислов меди и железа, отлагающихся в турбинах СКД, зависит от режима работы энергоблока. При частых остановах и пусках эта доля составляет 1—3%, при увеличении периодов безостановочной работы блока она повышается до 10%. Эксплуатационными наблюде­

В турбинах СКД пар после цилиндра высокого дав­ ления направляется на вторичный перегрев. В промежу­ точных пароперегревателях, где осуществляется вторич­ ный перегрев, давление среды составляет 30—35 кгс1смъ, температура пара на входе около 300°С, на выходе 540—560°С. Отложения, образующиеся на внутренних поверхностях промежуточных пароперегревателей, близ­ ки по составу к тем, которые имеются на ступенях цилиндра среднего давления турбин СКД. В них пре­ имущественно содержатся окислы железа и меди, суль­ фат натрия и свободная кремнекислота.

Образование отложений в проточной части турбин весьма ^отрицательно сказывается на эксплуатационных ее показателях. При появлении на лопатках отложений увеличивается шероховатость их поверхности. Из-за не­ равномерного расположения отложений по поверхности каждой лопатки и по отдельным ступеням искажается профиль каналов и происходит перераспределение теп­ ловых перепадов ступеней. Эти факторы снижают внут­ ренний относительный к. п. д. турбины, а следовательно, и ее экономичность. В связи с накоплением отложений происходит повышение давления в ступенях турбины по сравнению с расчетными значениями. Чтобы не пре­ высить предельно допустимые величины давлений в сту­ пенях, приходится уменьшать пропуск пара через тур-

191

бину и таким образом ограничивать ее мощность. Так как при сверхкритических параметрах пара проходные сечения в проточной части ЦВД турбины невелики, заметное повышение давления в ступенях наблюдается уже при весьма незначительных отложениях. Так, на­ пример, для турбин мощностью 300 Мет отмечались случаи, когда 300—450 г отложений в ЦВД вызывали ощутимый рост давления (в ступенях высокого давле­ ния). В ЦСД и ЦНД, где проходные сечения каналов больше, накопление отложений сказывается не на огра­ ничении мощности, а на экономичности. Расчетные исследования, проводившиеся для турбины ВК-Ю0 [Л. 6-2], показывают, что повышение давления в камере регулирующей ступени на 5% сопровождается сниже­ нием экономичности всей турбины на 1,2%, а повышение этого давления на 10% приводит к снижению экономич­ ности на 1,8%. Каждый процент сужения среднего про­ ходного сечения ступеней ЦВД в связи с образованием отложений вызывает необходимость ограничения мощ­ ности турбины ВК-Ю0 на 1,1 Мет.

Чем больше у турбины величина максимально до­ пустимого повышения давления в контрольной ступени по сравнению с нормальным, тем больший занос отло­ жениями возможен без ограничения мощности. Упо­ требляемым в этой связи термином «солеемкость тур­

достижения предельного давления в контрольной сту­ пени.

Для количественной оценки снижения экономичности турбины при заносе ее проточной части отложениями прибегают к наблюдению за изменением внутреннего относительного к. п. д. отдельных групп ступеней тур­ бины [Л. 6-2, 6-3]. Такой контроль является достаточно надежным и требует проведения относительно неслож­ ных измерений параметров пара перед турбиной и пос­ ле соответствующих ее ступеней. Этим методом можно выявить даже небольшое загрязнение турбины. Другой метод, основанный на контроле давления по ступеням, требует фиксирования не только давления, но и расхода пара по ступеням. При ограниченной точности эксплуа­ тационных приборов этим методом обнаруживаются лишь значительные заносы турбин.

192

величин их .растворимостей в перегретом паре самых низких параметров или, иначе говоря, при условии, когда в пределах турбины все примеси находятся в паре в состоянии ненасыщенного парового раствора. Беличины растворимостей всех примесей, которые встреча­ ются в отложениях турбин, для параметров пара, соот­ ветствующих концу зоны перегрева, весьма малы. Обеспечить получение пара с концентрациями приме­ сей, которые были бы меньше таких величин раствори­ мостей, практически невозможно. Вместе с тем опыт

проточная часть машин может оставаться чистой. Повидимому, большую роль играет кинетика, т. е. ско­ рость выделения твердой фазы из пересыщенных паро-

и других элементах проточной части турбин. Не выяс­ нена роль гидродинамических факторов.

Всвязи с отмеченными обстоятельствами в настоя­ щее время не представляется возможным строго научно обосновать максимально допустимые концентрации при­ месей в паре, поступающем в турбину, лри которых обеспечивалась бы чистота ее проточной части. Требо­ вания « чистоте пара, записанные в «Правилах техни­ ческой эксплуатации электрических станций и сетей» (ПТЭ) и называемые нормами качества пара, сформу­ лированы главным образом на основе обобщения опыта эксплуатации энергоустановок разных типов и пара­ метров.

ВСоветском Союзе начало нормирования чистоты пара на ТЭС относится к 1940 г. С тех пор нормы ка­ чества пара неоднократно пересматривались. Надо по­ лагать, что в дальнейшем по мере расширения наших знаний о протекающих в паровом тракте физико-хими­ ческих процессах, а также с повышением уровня кон-

в табл. 6-2; для барабанных парогенераторов они отно­

Из табл. 6-2 видно, что в нормы входят показатели, характеризующие основные компоненты примесей, со­ держащихся в паре разных параметров. Так, при сред­ нем давлении входит один показатель — натрий. Кон­ центрация натрия характеризует суммарное содержание его соединений, которые являются основным компонен­ том примесей пара среднего давления. При повышенном и высоком давлениях к солям натрия прибавляется кремнекислота; ее доля в составе примесей пара с ро­ стом давления увеличивается. При сверхвысоких и сверх­ критических давлениях в составе примесей пара увели­ чивается доля окислов железа и меди. Соответственно перечень показателей в нормах пара этих параметров

194

увеличивается; в них включаются наряду с солями на­ трия и кремнекислотой окислы железа и меди. При контроле качества пара концентрации примесей в нем должны выражаться в пересчете на показатели, ука­ занные в нормах, а именно: соединения натрия в пере­ счете на натрий, кремиесодержание в пересчете на ион

установок. Наименьшие концентрации, т. е. самые же­ сткие нормы, приняты для блочных установок, которые обычно оборудуются агрегатами большой единичной мощности. Связанное с загрязнением проточной части таких турбин снижение экономичности и мощности ска­ зывается на энергетическом балансе сильнее, чем ана­ логичные явления в турбинах меньшей мощности. Уменьшение допустимых концентраций в паре барабан­ ных парогенераторов, работающих на КЭС, по сравне­ нию с парогенераторами тех же параметров, работаю­ щими на ТЭЦ, обусловливается особенностями работы турбин на КЭС и ТЭЦ. Турбины на ТЭЦ имеют большие отборы пара и, как правило, работают с переменной нагрузкой. При больших отборах в хвостовую часть турбины поступает меньшее количество пара и, следова­ тельно, меньшее количество примесей. Работа турбины на нестационарных режимах способствует частичному удалению образовавшихся отложений. Наблюдения по­ казывают, что турбины на ТЭЦ заносятся отложениями в меньшей степени, чем турбины тех же начальных па­ раметров, работающие на КЭС. Для предотвращения отложений в турбинах КЭС требуется уменьшить до­ пустимые концентрации примесей в паре, что и отража­ ют действующие нормы.

Включение в число нормируемых показателей сво­ бодной углекислоты обосновывается требованиями пре­ дотвращения коррозии конденсаторов турбин, конденсатопроводов, а также трубок и корпусов регенератив­ ных и сетевых подогревателей. Концентрации С 0 2 в па­ ре служат количественным критерием соответствующих защитных мероприятий, осуществляемых на ТЭС. Уве­ личение роли продуктов коррозии в образовании отло­ жений в проточной части турбин при повышении пара-

метров пара обусловливает необходимость усиления мероприятии по уменьшению коррозии на всех участках пароводяного тракта ТЭС, в том числе и конденсатного тракта. Соответственно с ростом параметров пара до­ пустимые концентрации свободной СОг в паре умень­ шаются, а при давлениях свыше 100 кгс/см2 они уста­ навливаются равными нулю.

Постоянное поддержание чистоты пара в пределах, установленных нормами, является важнейшим условием предотвращения заноса отложениями проточной части турбин, а также первичных и промежуточных паропере­ гревателей.

Глава седьмая

О Б Р А З О В А Н И Е О Т Л О Ж Е Н И Й НА П А Р О Г Е Н Е Р И Р У Ю Щ И Х ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА

7-1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

На температуру стенок парообразующих труб су­ щественное влияние оказывает степень чистоты их вну­ тренней поверхности. Когда поверхность металла чиста, температура стенки трубы практически мало отличается от температуры рабочей среды и при докритических давлениях близка к температуре насыщения. Когда по­ верхность металла загрязняется какими-либо отложе­ ниями, температура стенки повышается. Из приближен­ ного уравнения (7-1) видно, что увеличение температу­ ры стенки будет значительнее, чем больше величина теплового потока, толще отложения и меньше их тепло­ проводность:

менением высокого давления высокие температуры ра­ бочей среды (при 110 кгс/см2 4 ~ 3 1 6 ° С , при 155 кгс/см2

196

^11«3420 С). Максимальные тепловые нагрузки имеют поверхности нагрева, расположенные в топке в области ядра факела. Здесь тепловые потоки при сжигании твер­

в несколько сотых долей миллиметра, чтобы температу­ ра стенки превысила допустимые пределы (для углеро­ дистых сталей 500°С). Повышение температуры метал­ ла сверх допустимой величины приводит к снижению его прочности и усилению процессов коррозии. По исте­ чении некоторого времени участки перегретого металла под действием давления рабочей среды начинают дефор­ мироваться, стенка трубы на таких участках утоняется и в конце концов разрывается.

Угроза возможности появления малотеплопроводных отложений на поверхностях нагрева парогенераторов, соприкасающихся с рабочей средой, реально существует на всех эксплуатирующихся ТЭС. Предотвращение об­ разования таких отложений и, следовательно, повышение надежной работы парогенераторов относится к важней­ шим задачам организации водных режимов.

Отложения, образующиеся на перогенерирующих по­ верхностях нагрева, называют накипями. По своему химическому и фазовому составу, а также структуре на­ кипи весьма разнообразны, однако многие из них мало­

принято по доминирующему компоненту. В энергетиче­ ских парогенераторах выделяют следующие типы наки-

Условия образования разных типов накипей различ­ ны. Рассмотрим их подробнее.

7-2. ОБРАЗОВАНИЕ НАКИПЕЙ, СОСТОЯЩИХ ИЗ СОЕДИНЕНИИ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ

При нарушениях в работе основной водоподготовительной установки, увеличении "присосов охлаждающей воды в конденсаторах турбин и других теплообменных аппара­ тах, нарушениях в работе конденсатоочисток" возможно

197

и увеличению в растворе концентраций ионов TiSiOg"" и srag-.

Если при упаривании воды концентрации ионов воз­ растут настолько, что для отдельных их комбинаций произведения активностей ионов в растзоре достигнут значения произведений растворимостей, то начнется образование твердой фазы этих соединений. К числу труднорастворимых соединений кальция и магния, ко­ торые могут образоваться из ионов, поступающих с пи­

единений выделяется преимущественно на поверхностях нагрева, образуя накипь. Твердая фаза силиката маг­ ния выделяется, как правило, в объеме воды, образуя частицы котельного шлама.

Твердая фаза сульфата кальция начнет образовы­ ваться при условии, когда

а С а 2 + Л о42 - ^ n P G a S O ,

198

Или

Твердая фаза гидроокиси магния начнет образовы­ ваться лри условии, когда

^M g 2+ 'fifiон'fi ^ ^ Р м е ( о и ь -

Аналогичные уравнения выражают условия образо­ вания твердой фазы карбоната кальция и силикатов кальция и магния. Значения коэффициентов активности одновалентных /т и двухвалентных fu ионов зависят от ионной силы раствора и при постоянной температуре изменяются с изменением общего солесодержания кот­ ловой воды; с увеличением общего солесодержания /п и fi уменьшаются.

Величины произведений растворимости трудиорастворимых сильных электролитов являются константа­ ми лишь при постоянной температуре. В настоящее вре­

определение безопасных концентраций ионов-накипеоб- разователей в котловых водах парогенераторов разных давлений.

Как показали исследования последних лет [Л. 7-1], электроли­ тические свойства солей в воде высоких параметров заметно изме­

199