Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Поведение примесей в пароводяном тракте ТЭС и постановка задачи исследований
1.1. Источники поступления примесей в пароводяной тракт ТЭС 6
1.2. Образование отложений в паровых турбинах 7
1.3. Коррозионные повреждения проточной части паровых турбин 23
1.4. Основные ВХР, используемые на ТЭС с барабанными котлами высоких параметров 29
1.5. Постановка задачи исследований 39
Глава 2. Описание установки для подготовки добавочной воды Улан-Баторской ТЭЦ
2.1. Схема водоподготовительной установки 41
2.2. Влияние качества добавочной воды на качество питательной воды и пара 47
Глава 3. Анализ количества и состава отложений в проточной части турбин ПТ-25-90/10М (ст.№5 и ст.№8) Улан-Баторской ТЭЦ-3 54
Глава 4. Совершенствование режимов и технологии обессоливания ВПУ Улан-Баторской ТЭЦ-
4.1 Предложение по оптимизации работы ВПУ 70
4.2. Предложения по использованию растворов NaCl и NaOH для восстановлении обменной емкости сильноосновного анионита АВ-17-8 84
4.3.Оптимизация ВХР на Улан-Баторской ТЭЦ-3 91
Глава 5. Повышение надежности эксплуатации ВПУ
5.1. Общее положение 97
5.2. Описание комплексных тренажеров по эксплуатации двухкамерных механических фильтров и ионообменных фильтров 97
Выводы 101
Литература 103
Приложения 112
- Образование отложений в паровых турбинах
- Влияние качества добавочной воды на качество питательной воды и пара
- Предложения по использованию растворов NaCl и NaOH для восстановлении обменной емкости сильноосновного анионита АВ-17-8
- Описание комплексных тренажеров по эксплуатации двухкамерных механических фильтров и ионообменных фильтров
Введение к работе
По данным зарубежных исследователей процессы коррозии и образования отложений в пароводяном тракте тепловых электростанций являются основной причиной снижения надежности и повышения стоимости пара и электроэнергии. Самая высокая составляющая стоимости - возмещение пара и электроэнергии, которая в США до середины 1998 года составляла 100 дол за 1 МВт, а в настоящее время достигла 7000 дол за 1 МВт. Поэтому решение задач, направленных на снижение интенсивности указанных выше процессов, имеет первостепенное значение. Одна из них - поддержание качества воды и пара на уровне, соответствующем нормам технологического проектирования.
Качество пара и питательной воды напрямую зависит от качества добавочной воды. Современные водоподготовительные установки позволяют получать добавочную воду с низкой концентрацией примесей, однако нередко качество добавочной не соответствует нормируемым показателям. Ухудшение качества добавочной воды влияет на качество питательной воды и получаемого пара. В частности, в воде могут присутствовать органические примеси, кремниевая кислота в повышенных концентрациях и другие соединения, которые переходят в пар. Повышенное содержание примесей в паре приводит к образованию отложений в проточной части турбин и интенсификации коррозионных процессов. Эти процессы снижают мощность турбин и надежность работы. Но и при высоком качестве добавочной воды в проточных частях турбин образуются коррозионно-агрессивные середы. Поэтому совершенствование способов подготовки добавочной воды, повышающих её качество, имеет большое практическое значение. При эксплуатации энергетического оборудования большое значение имеет и квалификация обслуживающего персонала. Поэтому развитие тренажерной базы для проведения тренировок персонала, особенно в нестандартных ситуациях, позволяет повысить надежность обслуживания оборудования. В настоящее время выбор оптимального водно-химического режима (ВХР) для паровых стационарных котлов с естественной циркуляцией является весьма актуальной задачей. Применяемые традиционные технологии ведения ВХР барабанных котлов, такие как обработка питательной воды гидразином и аммиаком и котловой воды фосфатами, имеют ряд существенных недостатков. К ним относятся: высокая токсичность гидразина-гидрата, не достаточно эффективная защита от отложений и коррозии всего оборудования пароводяного тракта, особенно на ТЭС с разнородными конструкционными материалами, применение нескольких реагентов для коррекционной обработки теплоносителя, необходимость использования дополнительных реагентов для защиты от стояночной коррозии при ремонтах и простоя оборудования. Поэтому проводятся работы, цель которых состоит в использовании более оптимальных водно-химических режимов. Один из путей в решении этого вопроса - применение пленкообразующих аминов, в частности, хеламина. Перевод барабанных котлов ТЭС на хеламинный водно-химический режим позволяет:
- обеспечить надежную защиту от коррозии не только поверхностей нагрева котла, но и пароперегревателей, проточной части турбины и регенеративных подогревателей и всего конденсатно-питательного тракта в целом при стационарной работе оборудования;
- снизить загрязненность поверхностей нагрева за счет перевода неорганических примесей в тонкодисперсный шлам, который выводится из котла с продувкой;
- осуществлять консервацию всего тепломеханического оборудования в процессе работы без использования дополнительных реагентов;
- упростить операции по пуску и останову оборудования;
- использовать только один реагент для коррекции ВХР вместо двух.
Образование отложений в паровых турбинах
Коррозионные повреждения проточной части турбин и образование отложений в них являются основными причинами, приводящими к снижению экономичности и надежности эксплуатации паротурбинных установок [4-7]. Например, наличие отложений, состоящих из продуктов коррозии меди, в ЦВД паровых турбин приводит к снижению мощности [8,9]. Отложения кремниевой кислоты также снижают мощность паровых турбин. Так, на одной из тепловых электростанций США паровая турбина мощностью 48МВт имела большое количество отложений, состоявших из соединений SiC 2; эти отложения в основном были отмечены на 27-36 ступенях. В результате образования отложений в течение двух недель давление в регулирующей ступени значительно повысилось. Причина образования отложений - наличие Si02 в добавочной воде [5]. Аналогичные отложения S1O2 наблюдались на Южно-Сахалинской ТЭЦ [10,11], что приводило к частым остановам турбин и необходимости проведения отмывок их растворами щелочи.
Известно, что паровая турбина является наиболее чувствительным к отложениям элементом оборудования тепловых электростанций. Если котлоагрегат большой мощности может, как правило, работать без существенного снижения надежности и экономичности при наличии на его поверхностях 100 кг и более отложений, то турбина мощностью 300-500 МВт может существенно снизить свою экономичность и мощность при отложениях на лопатках всего нескольких килограммов [7]. Следует отметить, что существенное влияние на работу турбины в первую очередь оказывают отложения, образующиеся на активно омываемых поверхностях направляющих и рабочих лопаток, чистота которых определяет к. п. д. и мощность турбины. При этом наибольшее влияние оказывают отложения в головной части турбины, где плотностьв регулирующей ступени и располагаемой мощностью турбин показано на рис.1.1, из которого видно, что 1 кг отложений повышает давление в регулирующей ступени на 8 МПа или на 5%, 2 кг увеличивают занос на 10% и вызывает ограничение располагаемой мощности турбин до 270 МВт [8,9]. Данные рис.1.1 не только показывает важность борьбы с заносом проточной части турбин, но и могут служить критерием для нормирования качества пара и оценки экономической целесообразности мероприятий, осуществляемых в целях совершенствования водного режима. Перегретый пар, поступающий в турбину, содержит примеси преимущественно в растворенном виде, но часть примесей, в основном продукты коррозии железа, могут находиться в виде мелко дисперсной фазы. При движении пара по проточной части турбины происходит изменение его параметров (температура, давление), поэтому растворимость примесей изменяется и с уменьшением давления и температуры на поверхностях проточной части турбины образуются отложения.
В современных турбинах перегретого пара с одним или даже двумя промперегревами зона влажного пара очень ограничена и охватывает лишь давления ниже примерно 0,5 бар. При таких низких давлениях растворимость практически всех соединений в паре незначительна (десятые, сотые доли микрограмма на килограмм), поэтому подавляющая масса всех примесей должна выпадать из парового раствора. Это хорошо видно из рис.1.2[7], где показано изменение параметров пара и растворимости ряда соединений, присутствующих в паре, по ступеням турбины сверхкритического давления (СКК 300-240). Из рис. 1.2 следует, что для ряда соединений, характеризующихся слабой растворимостью в паре и сильной зависимостью растворимости от плотности пара (СиО, Mg(OH)2, СаБОд), растворимость падает до десятых долей микрограмма на килограмм уже в пределах цилиндра высокого давления турбины, где эти соединения и должны кристаллизоваться. Значительно лучше растворимый хлорид натрия при концентрации его в паре, отвечающем нормам, достигает насыщения в начале цилиндра среднего давления и только при значительномухудшении качества пара (CNaCl=l 00-200 мкг/дм3)- в конце цилиндра высокого давления при давлениях 90-60 бар. Кремнекислота достигает насыщения при ухудшенном качестве пара (CSiC = 200мкг/дм3) в зоне давлений несколько ниже 10 бар, и в соответствии с более слабой
Влияние качества добавочной воды на качество питательной воды и пара
Анализ качества питательной воды показывает (табл.2.5) , что жёсткость , Si02 , 02, Fe, Си и NH4OH соответствует нормам ПТЭ [13], а рН питательной воды выше установленных норм и достигает значении 9,40-9,46, что может привести к резкому повышению скорости коррозии латуни, особенно в присутствии аммиака и кислорода [72-74].
Анализ качества добавочной и питательной воды за период 2000-2004 год позволил выявить взаимосвязь между отдельными показателями качества добавочной и питательной воды. Во первых, была установлена взаимосвязь между удельной электропроводимостью питательной воды (Хп.в) и количеством добавочной воды: из данных приведенных на рис.2.1, видно, что с повышением количества добавочной воды %н питательной воды возрастает.
Кроме того, получены зависимости Хп.в и рН питательной воды (рН пв)от электропроводности (Хд.в ) и рН добавочной воды (рНд.в) (рис 2.2 и 2.3) которые также показывает, что указанные параметры в значительной степени определяются качеством добавочной воды. Следует отметить, что по нормам, установленным Главным управлениям топливноэнергетической промышленности Монголии, удельная электропроводимость питательной воды не должна превышать 2,0
По проекту количество добавочной воды, используемой для подпитки котлов, должно быть не более 12%; в настоящее время на ТЭЦ-3, добавок обессоленной воды достигает 20-25%.
Повышение количества добавочной воды ухудшает качество пара. Так было установлено, что с увеличением количества добавочной воды удельная электропроводимость (%н) пара возрастала с 1,4 мкСм/см при добавке 20,5% до 1,9 при добавке 24,5% (рис.2.4).
Анализ качества котловой воды показывает, что нормы по содержанию фосфатов в котловой воде чистого и соленого отсеков, значениям рН и соотношению Щф фДЦоб выдерживаются.(табл 2.6.)
Таким образом, имеющиеся данные по качеству воды и пара на Улан-Баторской ТЭЦ-3 показывает ухудшение качества добавочной воды или повышение ее добавка приводит к изменению показателей качества питательной воды и пара.
Для оптимизации водно-химического режима на Улан-Баторской ТЭЦ-3 необходимо устранить причины, приводящие к высоким значениям рН добавочной воды: неудовлетворительная работа Н-катионитных фильтров (фильтры отключаются при большом " проскоке" ионов натрия), плохая работа деаэратора и анионитных фильтров. Поэтому в первую очередь необходимо усовершенствовать работу водоподготовительной установки, особенно, анионитных фильтров. Следует проанализировать существующие режимные карты работы всех фильтров - пересмотреть показатели качества воды, при которых фильтры выводятся на регенерацию, а также режимы их отмывки, и выдать рекомендации по составлению новых режимных карт. Турбины, установленные на Улан-Баторской ТЭЦ-3 имеют номинальную мощность 25 МВт. Продолжительность работы турбин между капитальными ремонтами составляла 13824 час для турбины №5 за период 1998-2000г и 18327час для турбины №8 за период 2002-2004г. Средняя мощность турбин №5 и №8 была ниже номинальной соответственно на 14% и 19%. В течение указанного периода работы турбины останавливались и пускались в среднем 1 раз за 8 суток (табл.3.1).
Химический анализ отложений проточной части турбин №5 и №8 представленный в таблицах 3.2-3.3 и на рис 3.1-3.11 позволил установить, что они в основном состоят из солей натрия. Приведенные данные показывают количественный и качественный состав отложений по ступеням турбин; так, наибольшее количество отложений в ЦВД турбины №5 наблюдалось на 3-5-й ступенях, а в турбине №8 на 2 - 7-й ступенях.
Максимальное количество отложений в ЦСД турбины №5 было отмечено на 9-й ступени, а в турбине №8 на 11-й ступени. Количество отложений в ЦНД турбины №5 было меньше, чем в ЦВД, а в турбине №8 оно было примерно таким же, как в ЦВД (рис 3.1). В ЦВД основное количество отложений находилось в виде Ыа2СОз (-64% в турбине №5 и 33.7% в турбине №8). Количество отложений Na2C03 снижалось по мере расширения пара в турбине, и в ЦНД турбины №5 было равно 11.8%, а в ЦНД турбины №8 - 9.1% (рис 3.2).
Отложения, состоявшие из NaHC03 в ЦВД, турбин практически отсутствовали, но их количество резко увеличивалось в ЦСД, а затем снижалось в ЦНД (рис 3.3).
Следует отметить, что количество отложений, состоявших из NaHCCb, было значительно меньше, чем Na2CC 3.
Содержание NaCL в отложениях было максимальным в ЦСД (9.7% в турбине №5 и -16.7% в турбине №8); в ЦВД NaCL в отложениях практически отсутствовал; в ЦНД его содержание было ниже, чем в ЦСД (рис 3.4).
Количество отложений, состоявших из СаО и MgO, увеличивалось по мере движения пара по проточной части турбин; оно было максимальным в ЦНД и составило 10% от общего количества отложений в турбине №5 и 7% в турбине №8 (рис 3.5).
Предложения по использованию растворов NaCl и NaOH для восстановлении обменной емкости сильноосновного анионита АВ-17-8
Вода природного источника всегда содержит некоторое количество взвешенных и растворенных веществ органического и минерального происхождения. В системах водоподготовки органические вещества обычно не полностью удаляются и поступают с добавочной водой в пароводяной тракт, где их присутствие вызывает коррозионное повреждение оборудования ТЭС [79].
Поглощение органических веществ анионитами определяется действием двух различных сил:электростатическим взаимодействием положительно заряженной матрицы анионита с отрицательно заряженным анионом органической кислоты (силы Кулона), что аналогично типичным ионообменным процессам; межмолекулярным притяжением (силы Ван-дер-Ваальса) между ароматическими циклами, входящими в состав структуры анионита и молекулы органических загрязнений.
Значение сил Ван-дер-Ваальса зависит от химической природы матрицы анионита. Аниониты на полистирольной основе характеризуются гидрофобностыо матрицы, поэтому силы притяжения для них имеют большое значение. При синтезе специальных анионитов на полиакриловой основе с гидрофильными свойствами матрицы (типов Амберлайт ЖА-672 и Пьюролайт А-860) молекулярные силы притяжения в рассматриваемой системе из-за прослойки воды получаются существенно меньшими, чем для полистирольных анионитов. Это облегчает удаление поглощенных органических загрязнений из акриловых анионитов и дает возможность большего накопления органики в анионите за межрегенерационный период.
Исследования анионитов типов Амберлайт и Пьюролайт позволили определить предельную органопоглощающую способность анионитов, восстанавливающуюся при традиционной регенерации, в зависимости от состава и структуры матрицы. Так, предельная органическая нагрузка на сильноосновный полистирольныи анионит гелиевого типа не должна превышать 0,25 г02/дм3 по перманганатной окисляемости, на сильноосновный анионит макропористой структуры - 1,0 г02/дм3 и на слабоосновный анионит гелиевого типа на акриловой основе - 6,0 г02/дм . Приведенные данные позволяют определить длительность фильтроцикла анионитного фильтра, служащего для удаления органических загрязнений.
Некоторые аниониты в процессе эксплуатации стареют вследствие окисления кислородом, растворенным в воде. Это приводит к снижению обменной емкости анионитов, увеличению расходов реагентов и воды на собственные нужды, повышению солесодержания обессоленной воды. Наблюдение за содержанием органических веществ на различных стадиях обессоливания воды показывает, что часть их поглощается значительной ионитами [79-82].
Часть органических веществ, обладающих основными свойствами задерживается в Н- катионитовых фильтрах первой ступени. Другая их часть, имеющая кислый характер, остается в анионитовых фильтрах. При регенерации как тех, так и других фильтров происходит удаление задержанных органических веществ. Из опыта эксплуатации обессоливающей установки ГРЭС-19 Мосэнерго[81] следует, что на различных стадиях обессоливания воды при окисляемости исходной воды 3.3 мг02/ дм снижение окисляемости к исходной воде после Н-катионитных фильтров первой ступени составляет 21.2%. После слабоосновных анионитовых фильтров снижение окисляемости к исходной воде достигло 86.3%, а после Н- катионитовых фильтров второй ступени окисляемость не изменилась. После сильноосновных анионитных фильтров второй ступени снижение окисляемости к исходной воде достигло 95%. Наибольшая часть органических примесей удалялась на слабоосновных анионитных фильтрах; на сильноосновных анионитных фильтрах снижение окисляемости за фильтроцикл не превышало 8.7%. [81].
Применяемые при глубоком обессоливании воды сильноосновные аниониты сорбируют из воды органические соединения, в результате чего обменная емкость анионита по аниона, особенно по S1O2, растворенным в воде, снижается. Сорбция эта носит практически необратимый характер. При регенерации раствором щелочи лишь небольшая часть сорбированных органических примесей удаляется из анионита. Несколько больший процент органических соединений удаляется при обработке его 10%-ным раствором NaCl, подщелоченным едким натром до рН= 10-10,5 [83].
Метод удаления органических примесей с использованием раствора NaCl состоит в следующем. Сначала через фильтр пропускают сверху вниз два три объема 8-15%-ного раствора NaCl с температурой 40-50С со скоростью 2-4 и/ч, затем сутки выдерживают анионит в растворе соли после чего этот раствор дренируют из фильтра. Затем через фильтр пропускают новые порции раствора NaCl, иногда с добавкой 4%-ного раствора NaOH при той же скорости. При повторной промывке расходуют три-четыре объема раствора. Отмывку водой ведут до полного обесцвечивания и концентрации, избыточных хлор-ионов в сбрасываемой отмывочной воде не более 10-20 мг/дм . Следующий этап обработки анионита состоит в регенерации либо двойным количеством едкого натра или проводят регенерацию дважды с промежуточной отмывкой. После окончательной отмывки фильтр включают в работу. Первые порции сбрасываемого раствора NaCl бывают окрашены в темно-красный или темно-бурый цвета. Необходимо отметить, что при такой обработке
Описание комплексных тренажеров по эксплуатации двухкамерных механических фильтров и ионообменных фильтров
Для подготовки обслуживающего персонала предложен тренажер, который, разработан применительно к ВПУ (осветление и обессоливание воды) производительностью 150 м /ч, в соответствии с производственной инструкцией и другими нормативными документами Улан-Баторской
ТЭЦ -3. Этот тренажер позволяет выработать и поддерживать навыки обслуживания оборудования водоподготовительной установки; с его помощью контролируется знание положений инструкции и режимных карт.
Тренажер по эксплуатации водоподготовительной установки,работающей по схеме двухкамерные механические фильтры и обессоливание по схеме последовательного ионирования на Н-катионитных фильтрах первой и второй ступени, загруженных катионитом КУ-2-8, декарбонизации и ступенчатого ионирования на анионитных фильтрах первой и второй ступеней, загруженных сильноосновным анионитом АВ-17-8, состоит из текстовой и графической частей. Тренажер реализуется на персональном компьютере в оболочке ТВТ Shell. Работа на тренажере осуществляется в двух направлениях:1) выбор правильных ответов из предложенных (включающих ошибочные), основанных на сведениях, содержащихся в станционной инструкции; 2) управление арматурой, насосами, вентилятором, отбором и анализом проб для реализации конкретных эксплуатационных режимов с использованием технологических схем химцеха. Оборудование, на котором не производится каких-либо операций находится условно в нерабочем состоянии. При правильном ответе на предложенное задание или вопрос конкретная технологическая операция считается законченной и предлагается к выполнению следующее задание. В процессе работы тренажера при контроле различных операций при обслуживании оборудования принимается:1) появление капли из открытого воздушника означает, что фильтр заполнен; 2) заполнение емкости (бака, фильтра) при открытом воздушнике может контролироваться соответствующим вопросом; 3) значение концентраций может оцениваться постановкой вопроса; 4) степень открытия регуляторов выявляется последующим вопросом; 5) при отсутствии в составе схемы арматуры или оборудования (например, расположенного в других цехах) необходимость воздействия на них акцентируется соответствующим вопросом. Все действия персонала (правильные и неверные) фиксируются в итоговом протоколе. Для вызова на экран рисунка, необходимо использовать курсор. В данном тренажере используется технологическая схема обессоливающей установки воды (рис.5.1).Текстовая часть тренажера показана в приложении 2. 1. В результате обследования ВХР Улан-Баторской ТЭЦ-3 установлено, что качество добавочной воды по ряду показателей не соответствует нормируемым значениям. 2. Экспериментальным и расчетным путем показано, что причиной повышенных значений рН добавочной воды является наличие в ней карбонат ионов. 3. Определен количественный и качественный состав отложений и распределение их по проточной части турбин ПТ-25-90/І0М показавший, что основное количество отложений состоит из ЫагСОз 4. Установлено, что степень осаждения кремниевой кислоты в проточной части турбин ПТ-25-90/10М составляет 0,5-0,6% от общего количества SiC 2, поступающего с паром.
Для улучшения качества добавочной, питательной воды и пара предложено заменить загрузку анионитных фильтров первой ступени -вместо сильноосновного анионита АВ-17-8 использовать слабоосновной анионит, что позволит повысить эффективность работы анионитных фильтров второй ступени.6. Для восстановления обменной емкости сильноосновного анионита АВ-17-8 и удаления из него органических примесей предложено проводить регенерацию фильтров с использованием растворов NaCl и NaOH. Проведенные технико-экономические расчеты показывают, что фильтроцикл увеличится со 188 до 264 часов, расход реагента уменьшатся на 33%. 7. Разработана новая режимная карта работы ВПУ для схемы, при которой анионитные фильтры первой ступени загружены слабоосновным анионитом.8. Предложено заменить используемый на ТЭС водно-химический режим на режим с дозированием хеламина в питательную воду. Перспективность перехода к хеламинному водно-химическому режиму подтверждена технико-экономическим расчетом, показывающим, что экономия составит 1.185 тыс. руб. в год.9. Разработана программа тренажера для обучения и тренировок персонала химцеха применительно к технологической схеме ВПУ на Улан-Баторской ТЭЦ-3, что позволить повысить квалификацию обслуживающего персонала.
