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

нии при нагревании и. упаривании воды также не имеет­ ся. При высоких температурах вероятны преобразования медно-аммиачных комплексов и их разрушение с обра­ зованием ионов меди.

Термодинамически возможно выделение металличе­ ской меди на поверхности железа по реакции

Cu2 ++Fe.=tFe2 +-r-Cu. (7-9)

Для протекания окислительно-восстановительного процесса, описываемого этим уравнением, необходим контакт ионов меди с металлическим железом. В дей­ ствительности поверхность стальных труб, омываемых водой, всегда покрыта более или менее прочной пленкой окислов, которая препятствует осуществлению такого контакта. Механические и тепловые напряжения в ме­ талле, процессы электрохимической коррозии способст­ вуют частичному разрушению защитных окисиых пленок н обеспечивают на отдельных участках контакт котло­ вой воды с железом. По данным ВТИ, решающая роль во всей совокупности протекающих процессов, приводя­ щих к выделению на поверхностях нагрева металличе­ ской меди, принадлежит мощным тепловым потокам.

7-5. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ФЕРРОАЛЮМОСИЛИКАТНЫХ НАКИПЕИ

И ОТЛОЖЕНИЙ ЛЕГКОРАСТВОРИМЫХ СОЛЕИ

По условиям получения чистого пара парогенерато­ ры среднего давления не требуют ограничения кремнесодержания добавочной воды. Однако, когда в котловой воде таких парогенераторов присутствуют силикаты, нередки случаи образования ферро- и алюмосиликатных иакипей. Обобщение эксплуатационных данных показы­ вает, что такие накипи встречаются не во всех парогене­ раторах среднего давления, а лишь в тех, которые ра­ ботают с очень большими тепловыми напряжениями в топке (топливо мазут) или имеют какие-либо наруше­ ния циркуляции. В накипях этого типа обнаружены многие минералы, которые есть в земной коре, например

210

ности н давления вновь начинают возрастать. Абсолют1- ные изменения концентраций при этом весьма значи­ тельны.

Процессы исчезновения из раствора солей натрия и их повторного появления есть результат периодического осаждения, а затем растворения выделившейся ранее твердой фазы этих солей на поверхностях нагрева с на­ рушенным режимом кипения. Причинами нарушения этого режима могут быть чрезмерно большие тепловые потоки и малые скорости циркуляции рабочей среды. На участках парообразующих труб, где отсутствует нор­ мальное, пузырьковое кипение, пристенный слой рабо­ чей среды достигает высоких паросодержаний, концен­ трации легкорастворимых солей в этом слое повышают­ ся до состояния насыщения, и соли кристаллизуются на стенках труб. При восстановлении нормального режима кипения образовавшаяся твердая фаза солей натрия вступает в контакт с котловой водой, в которой концен­ трации солей натрия далеки от состояния насыщения, и частично или полностью растворяется в ней. Периоди­ ческое выпадение легкорастворимых солей на одних и тех же поверхностях нагрева, сопровождающееся повы­ шением температуры металла и усилением коррозии под отложениями, снижает надежность работы паро­ генератора.

J Эксплуатационные наблюдения показывают, что яв­ ление «прятания солей» встречается чаще в парогене­ раторах, где топки работают с большими тепловыми напряжениями (топливо мазут, уголь АШ). Для умень­ шения нежелательных последствий «прятания солей» необходимо прежде всего осуществлять мероприятия по улучшению распределения тепловых нагрузок по всей поверхности нагрева с тем, чтобы и в наиболее теплонапряженных участках величина местных тепловых по­ токов не достигала критических значений. Поскольку в парогенераторах высокого давления при фосфатирова-

иии котловой воды в ее солевом составе преобладают фосфаты натрия, целесообразно в целях уменьшения количества отложений применять режим пониженного избытка фосфатов и создавать условия для перехода на бесфосфатный режим (см. § 8-1). При недостаточно высоком качестве питательной воды и невозможности отказа от фосфатирования рекомендуется [Л. 8-1] не производить подачи раствора фосфатов в период растоп-

212

ки парогенераторов. Для парогенераторов, где наблкь дается «прятание солей», растопки, форсировки нагруз­ ки, работа с минимальной производительностью при максимальном давлении соответствуют периодам обра­ зования отложений. Остановы и работа при сниженных давлениях соответствуют периодам растворения отложе­ ний. С целью смыва солевых отложений рекомендуется через определенные промежутки времени переводить парогенераторы на пониженные параметры по давлению и производительности.

Глава восьмая

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

8-1. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ НАКИПЕЙ, СОСТОЯЩИХ ИЗ СОЕДИНЕНИЙ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ

Предотвращению образования кальциевых и магние­ вых накипей в парогенераторах служат все способы со­ кращения поступления ионов С а 2 + и M g 2 + в основной цикл ТЭС. Сюда относятся: глубокое умягчение доба­ вочной воды, обеспечение высокой водяной плотности конденсаторов турбин, обессоливание турбинных кон­ денсатов на энергоблоках с прямоточными парогенера­ торами, умягчение конденсатов производственных по­ требителей пара на ТЭЦ. В настоящее время энергети­

в зависимости от состояния оборудования и технической культуры эксплуатации пределы колебаний общей жест­ кости питательной воды различны на разных ТЭС.

На установках с барабанными парогенераторами, имеющими непрерывную продувку, есть возможность удалять из парогенератора вместе с продувочной водой соединения, .поступающие с питательной водой, и тем самым препятствовать росту концентраций ионов-наки- пеобразователен в объеме котловой воды. Как уже го­ ворилось ранее (см. § 7-2), условием для образования твердой фазы различных соединений кальция и магния является увеличение концентраций соответствующих

213

ионов до величин, отвечающих произведениям раство­ римости различных их соединений.

Когда жесткость питательной воды близка к верх­ нему пределу норм (табл. 8-2), поддерживать в котло­ вой воде концентрации ионов-накипеобразователей на уровне, меньшем значений произведений растворимостей CaSCu, CaSi03 и др. с помощью продувки экономически нецелесообразно. Продувка была бы слишком велика, Но, если в парогенераторе произвести «доумягчение» воды методом осаждения, снизив в растворе концентра­ ции ионов С а 2 + и M g 2 + и получив твердую фазу в виде шлама, то тогда в котловой воде можно увеличить сум­ марное содержание соединений кальция и магния и уменьшить продувку до экономически приемлемой вели­ чины. На протяжении более 40 лет в барабанных паро­ генераторах всех давлений в указанных целях применя­ ется метод фосфатировання котловой воды. До сих пор этот метод корректирования (исправления) состава котловой воды с успехом применяется на тепловых элек­ тростанциях.

При фосфатировании в котловую воду вводятся натриевые соли фосфорной кислоты. В котловой воде, содержащей гидраты, протекает реакция образования основного фосфата кальция — гпдроксилапатита:

дую фазу, главным образом в виде дисперсного шлама.

в растворах, подобных котловым водам энергетических

можностью точного расчета в котловой воде концентра­

разработка технологии фосфатировання осуществлялась на основе многолетних наблюдений и обобщения опыта

214

эксплуатации барабанных парогенераторов разных па­ раметров.

В настоящее время метод фосфатирования котловой воды применяется в нескольких вариантах или режи­ мах. По дозировке фосфатов различают режимы обыч­ ного и пониженного избытка фосфатов. Как видно из наименований, режим пониженного избытка фосфатов отличается от режима обычного фосфатирования мень­ шими концентрациями фосфатов в котловой воде. Обос­

Чем больше концентрации сульфатов и силикатов в пи­ тательной воде и чем больше степень упаривания воды в парогенераторе, тем полнее должен быть осажден кальций в форме гидроксилапатита с тем, чтобы в кот­ ловой воде не достигались значения ПРсаБ04 и ПРсаэюз и не происходило образования твердой фазы этих сое­ динений. Остаточные концентрации ионов кальция в котловой воде в условиях фосфатирования зависят от избытка ионов Р 0 3 4 и О Н - в растворе. Для достиже­ ния меньших остаточных концентраций кальция тре­

фосфатов при режиме обычного фосфатирования уста­

установлено различным для парогенераторов без сту­ пенчатого испарения и со ступенчатым испарением. При наличии нескольких ступеней испарения максимальное содержание фосфатов нормируется в котловых водах первой и последней ступеней испарения (табл. 8-4).

Режим пониженного избытка фосфатов применяется, когда парогенераторы питаются водой высокого качест­ ва, когда добавочная вода химически обессолена или является дистиллятом испарителей, когда малы присосы

21

воды в конденсаторах турбин, сетевых и прочих подо­ гревателях. Если добавочная вода готовится с при­ менением схем глубокого умягчения, но не обессоли­ вается, питательная вода по кремне- и солесодержанию, в том числе содержанию сульфатов, получается менее высокого качества. В подобных случаях фосфатирование осуществляется с большими дозировками фос­ фатов.

Поскольку для осаждения кальция в форме гндроксилапатнта [см. уравнение (8-1)] нужны ионы ОН~ и РО]~~ , при фосфатнровании требуется, чтобы вводимые в кот­ ловую воду фосфаты диссоциировали с образованием ионов РО^~ . Присутствие гидратов в котловой воде обус­ ловливается главным образом гидролизом поступающих с питательной водой нелетучих солей слабых кислот, а также гидролизом вводимых в котловую воду фосфатов.

В парогенераторах гидролиз таких ионов, как C O j - , НСО^", SOg- , протекает весьма полно, так как образую­ щиеся газообразные продукты (см. реакции (7-4), (2-32)] удаляются с паром. Летучие компоненты получаются и при разложении бикарбонатов и карбонатов аммония [см. уравнения (2-19), (2-20)]. При гидролизе карбона­ тов и бикарбонатов натрия в котловой воде появляет­ ся NaOH. Чем больше концентрация карбонатов, би­ карбонатов и других нелетучих солей слабых кислот в питательной воде, тем в большей степени котловая

ной и межкристаллитной коррозии металла. Для пре­ дотвращения этих видов коррозии необходимо, чтобы доля свободного едкого натра в общем солевом составе котловой воды, включая фосфаты, т. е. так называемая относительная щелочность, не превышала определенного значения. По ПТЭ 1968 г. относительная щелочность

Как уже отмечалось в § 2-2, границы допустимой вели­ чины относительной щелочности котловой воды устанав­ ливались экспериментально. Исследованиями последних лет были внесены некоторые уточнения, и верхний пре-

216

дел в 20% был распространен также на парогенераторы давлением свыше 100 кгс/см2 [Л. 8-1].

Если в качестве реагента для фосфатнрования исполь­ зовать Na3 P04 , то в котловой воде появятся необходи­ мые для образования гндроксилапатнта ионы PC/j~, а также НРО^~ и Н2РО^~, обусловленные гидролизом:

в растворе, тем в меньшей степени будут гидролизоваться ионы Р0 3 ~ 4 . Фосфатирование с применением Na3P04 не всегда обеспечивает относительную щелочность кот­ ловой воды менее 20%- Вследствие этого при повышен­ ной относительной щелочности котловой воды исполь­ зуют кислые фосфаты натрия. Для этой цели наи­ большее распространение получили динатрийфосфат Na2 HP04 , гексаметафосфат (NaPO3 )0 и триполифосфат натрия 1Ча5РзОю. Все они при высокой температуре под­

Полученные при диссоциации ионов Н2 РО~ ионы во­ дорода взаимодействуют с ОН~-ионами, содержащимися в котловой воде; гидратная ее щелочность при этом снижается.

Когда в котловую воду вводится динатрийфосфат, про­ исходит диссоциация ионов НРО^- по уравнению (8-7) На каждый введенный ^'грамм-ион РО^ - гексаметафосфат

2i7

занижения рН котловой воды, например, в результате передозировки кислых фосфатов. При таких нарушениях создаются условия для протекания коррозии металла с водородной деполяризацией и возникает опасность об­ разования железофосфатных накипей, особенно в соле вых отсеках парогенераторов со ступенчатым испаре­ нием, где концентрация фосфатов, естественно, выше.

На рис. 8-1 представлена схема установки для при­ готовления и подачи раствора фосфатов в парогенера­ тор насосами-дозаторами плунжерного типа. Внутри барабана специальной дырчатой трубой фосфатный рас­ твор распределяется по водяному объему барабана.

В расход/1ые баки других котлов

219