Ступенчатое испарение

Эффективны методом повышения качество пара и сокращения непрерывной продувки в большинстве промышленных и энергетических котлов является ступенчатое испарение.

Сущность данного метода состоит в разделении испарительной системы котла на ряд отсеков или ступеней по воде и соединенных по пару. Питание первой ступени осуществляется питательной водой. Подпитка последующих ступеней или отсеков осуществляется котловой водой (продувкой) предыдущих ступеней (ступенчатая продувка). Непрерывная продувка всего котла осуществляется из последней ступени.

Первая ступень – чистый отсек (ч.о.), так как в ней минимальное солесодержание котловой воды; последний отсек – солевой отсек (с.о).

Для схемы трёхступенчатого испарения

С_ПВ < С_КВI < С_КВII < С_{КВIII →} С_ПI < С_ПII < С_ПIII

Основное количество пара вырабатывается в чистом отсеке (n_I=70-90%), а остальное в последующих ступенях (n_II+n_III=30-10%).

Схемы двухступенчатого испарения

Применяются два вида схем двухступенчатого испарения:

а) схема двухступенчатого испарения с солевыми отсеками в торцах барабана (разделение отсеков осуществляется перегородками с переливной трубой).

б) схема двухступенчатого испарения с солевыми отсеками в выносных циклонах (чистый отсек–барабан; солевой отсек питается из выносного циклона).

где: - паропроизводительность чистого отсека, %;

- паропроизводительность солёвого отсека, % (+=100%).

Переток котловой воды из предыдущего отсека в последующий происходит за счет разницы уровней.

В качестве примера, примем: Р = 1%;,;

= =0 - условно пренебрегаем растворимостью солей в паре.

Уравнения материального солевого баланса:

для первой ступени -

.

для второй ступени -

В результате получили, что при принятых допущениях, солесодержание продувочной воды не зависит от числа ступеней испарения, а определяется только величиной продувки (Р). Общее солесодержание пара определяется как средневзвешенное, а пара полученного в первой и второй ступенях – по уравнению Стыриковича.

Схема трехступенчатого испарения

Эффективность ступенчатого испарения возрастает с увеличением числа ступеней. Однако, это нарастание с ростом числа ступеней затухает; на практике более трех ступеней испарения не применяется. При трехступенчатой схеме чистый и второй отсеки организуются в барабане, а третья ступень или солевой отсек в выносных циклонах.

- паропроизводительность котла

Уравнение баланса солей по ступеням:

1-ступень:

2-ступень:

.

3-ступень:

.

Общее солесодержание пара определяется как средневзвешенное.

Водный режим прямоточных котлов.

В прямоточном котле отсутствует возможность вывода солей из тракта котла. Поэтому предъявляются более жесткие требования к качеству питательной воды. Растворенные примеси улавливаются в блочной обессоливающей установке (БОУ). Оставшиеся примеси выделяются в виде накипи в тракте котла или выносятся паром в турбину.

Емкость котла по накоплению отложений значительно выше, чем емкость турбины. Удаление отложений из пароводяного тракта котла осуществляется путем водной холодной и горячей отмывки тракта при каждом пуске котла. И путем кислотной отмывки нерастворимых в воде соединений во время плановых ремонтов.

Для прямоточных котлов основной задачей водного режима является снижение коррозии металла элементов пароводяного тракта и повышение теплопроводности отложений.

Применяются следующие водные режимы.

1. Гидразинно-аммиачный. (см. химический метод удаления и).В воду дозируют гидразингидрат или гадразинсульфат. Количество данных реагентов около 0,1. Скорость реакции значительно усиливается прии в присутствии медесодержащих элементов.

Кислородо-нейтральный. После БОУ имеем практически нейтральную воду с pH=7; в данной воде воздействие кислорода на металл зависит от его концентрации. При малых концентрациях кислорода он усиливает коррозию. При повышенных концентрациях ведет к образованию на поверхности металла защитной пленки из магнетита () и гематита () железа.Пленка препятствуют дальнейшему протеканию коррозии. Для повышения концентрации кислорода в воду дозируется кислород или перекись водорода () в количестве до. Оптимальная концентрация кислорода в воде составляет. При больших концентрациях образуется в основном окисная пленка из магнетита железа (), которая отшелушивается от поверхности металла и и не защищает его от протекания коррозии.

Нейтральный водный режим требует:

-полного отсутствия в котельной воде ;

-отсутствия в тракте элементов из меди и ее сплавов.

Достоинства:

-значительно сокращаются затраты на реагенты;

-увеличивается межрегенерационный период фильтров БОУ.

Комплексонный водный режим.

Сущность данного способа состоит в повышении теплопроводности железоокисных отложений путем добавки комплексонов. В качестве комплексона используется этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭТДК), которую дозируют в питательную воду, предварительно обработанную и, при температуре 100-200°С. При этом продукты коррозии переходят в комплексонаты железа. Хорошо растворимые в воде комплексонаты железа далее по ходу среды под действием высокой температуры разлагаются с образованием выпадающего на внутренней стенке труб плотного слоя магнетита. Последний обладает высокой теплопроводностью, что способствует замедленному росту температуры стенки металла и защищает металл от коррозии.

Дозировка комплексонов ведется автоматически в питательную воду после деаэратора и существенно улучшает режим работы теплонапряженного НРЧ, увеличивает межпромывочный период до плутора лет.

Образующиеся в процессе термического разложения комплексонов газообразные продукты вместе с паром из котла транзитом проходят турбину и удаляются из цикла отсосом из конденсатора.

Недостатки данного метода, также как и гидразинно – аммиачного большие затраты на реагенты и сокращение межрегенерационного периода работы фильтров БОУ.

ЛЕКЦИЯ №27

Процессы на внешней стороне поверхностей нагрева

1. Образование внешних отложений.

2. Абразивный износ.

3. Коррозия.

Механизм образования отложений.

Минеральная часть топлива в процессе сжигания превращается в шлак и золовые частицы. Поведение золовых частиц в газоходе и топке зависит от химического состава и физических свойств топлива (температура плавления, вязкость, коэффициент теплопроводности, и т.д.).

Легкоплавкие компоненты золы имеют температуру плавления . К ним относятся хлориды (), сульфаты (). В зоне высоких температур данные компоненты находятся в парообразном состоянии. При снижении температуры газов они могут конденсироваться на поверхности труб.

Среднеплавкие компоненты имеют температуру плавления 900-1100°С; к ним относятся (пирит),,. Данные компоненты образуют первичный липкий слой на экранах и ширмах, если их касается факел.

Тугоплавкие компоненты имеют температуру плавления 1600-2800°С.

К ним относятся окислы кремния ,. Эти компоненты проходят зону горения без изменения своего агрегатного состояния. Ввиду малых размеров частиц данных компонентов они, в основном, уносятся с золой.

В зоне температуры газов 700-800°С на поверхности труб конденсируются легкоплавкие соединения, образуя первичный липкий слой. На него налипают твердые частицы из среднеплавких и тугоплавких компонентов. Смесь затвердевает и образуется плотный первичный слой отложений, крепко сцепленный с поверхностью труб. Температура наружной поверхности слоя повышается, при этом конденсация прекращается. Далее на шероховатую наружную поверхность данного слоя попадают мелкие частицы тугоплавкой золы, образуя внешний сыпучий слой отложений.

В топочной камере в зоне контакта высокотемпературных газов с экранированными трубами могут появляться быстро нарастающие отложения из частиц золы и шлака, находящихся в размягченном или полужидком состоянии, которые затем охлаждаются и прочно схватываются с поверхностью труб. Имеет место процесс шлакования. Шлаковые наросты могут достигать веса нескольких тонн.

Особое внимание следует обратить на соединение окислов кальция в минеральной части топлива. При содержании CaO>40% (Березовские Б2) возникают неблагоприятные условия по загрязнению труб: (гипс). Гипс является связующим и ведут к образованию плотных отложений, крепко связанных с поверхностью труб. Спекшиеся отложения могут перекрывать межтрубные промежутки величиной до 400мм. Горизонтальные и слабонаклонные трубы загрязняются сильнее, чем вертикальные.

При организации топочного режима Березовских углей необходимо иметь температуру газов в поворотной камере не выше 800-850°С.

Для ограничения температуры газов в поворотной камере блоки 300МВт с котлами П-59 Рязанской ГРЭС, которые были рассчитаны на сжигание подмосковного угля марки Б2 и переведены на сжигание канско-ачинских углей данного месторождения, перемаркированы на пониженную нагрузку - 260 МВт. В 2001-2002 годах выполнена модернизация их топок на вихревое низкоэмиссионное сжигание, позволившая понизить уровень ядра факела и температуру газов за топкой. В результате были сняты ограничения по максимальной бесшлаковочной нагрузке на Березовских углях.

В зоне температур газов (конвективная шахта котла) наиболее распространены сыпучие отложения. Плотный подслой здесь отсутствует (конденсация паров щелочных металлов завершилась).

Сыпучие отложения образуются, в основном, на тыльной стороне труб по отношению к направлению движения потока газов. На лобовой части только при w <= 5 м/с и наличии в потоке тонкой летучей золы

На процесс образования сыпучих отложений оказывает влияние размер золовых частиц. По размеру частицы классифицируются на 3 группы:

1). . Данные частицы обладают минимальной инерцией, движутся по линиям тока. Следовательно, вероятность их осаждения невелика.

2). . Эти частицы обладают большой кинетической энергией, и при контакте с отложениями разрушает их.

3). . Данные частицы образуют основную часть сыпучих отложений.

Величина слоя отложений зависит от скорости оседания фракции третьей группы и скорости разрушения слоя крупными частицами второй группы.

Сыпучие отложения на поверхности труб ухудшают теплообмен, что учитывается коэффициентом загрязнения.

Величина сыпучих отложений определяется также расположением труб в пространстве (шахматное или коридорное - в 1,7 – 3,5 раза) и практически не зависит от концентрации золовых частиц.

Разрушающее воздействие крупных частиц на слой пропорционально скорости потока в 3-й степени. При загрязнение резко усиливается, поэтому при проектировании котловвыбирается 5-6 м/с приD =0,5D.

При сжигании мазутов и особенно высокосернистых мазутов на поверхности нагрева при образуются липкие отложения изи сульфитов. Плотные отложения стекловидного характера имеют состав. Отложения имеют тенденцию к быстрому росту; снижению теплообмена; увеличению сопротивления газового тракта. В результате снижается КПД котла и снижается продолжительность работы котла между очистками. СоединенияV и S имеют, кислую основу, поэтому добавки к мазуту щелочных соединений приведут к образованию более рыхлых отложений. Аналогичный эффект имеем при приближении коэффициента избытка воздуха в топке - .