Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния проблемы в области деаэрации воды 9
1.1. Физико-химические основы термической деаэрации воды 9
1.1.1. Влияние растворенных в воде газов на коррозию теплоэнергетического оборудования 9
1.1.2. Водные растворы коррозионно-активных газов 13
1.1.3. Массообмен в двухфазной среде при термической деаэрации 18
1.2. Технологии десорбции коррозионно-активных газов в термических деаэраторах 25
1.3. Химические методы удаления кислорода из воды 43
1.4. Выводы 50
1.4. Постановка задач исследования 50
ГЛАВА 2. Исследование режимов работы и модернизация вакуумных деаэраторов самарской ТЭЦ 52
2.1. Вакуумные деаэраторы Самарской ТЭЦ. Общие сведения 53
2.2. Обследование вакуумных деаэраторов Самарской ТЭЦ до их реконструкции 59
2.3. Тепловой расчет вакуумного деаэратора ДВ-800 ст. № 5 при расходе химочищенной воды 800 т/ч и 1100 т/ч 63
2.4. Программа тепловых испытаний вакуумных деаэраторов сетевой воды Самарской ТЭЦ 74
2.5. Результаты испытаний ДВ-800 ст. № 5 Самарской ТЭЦ после его реконструкции 77
2.6. Экономический анализ модернизации вакуумных деаэраторов подпитки теплосети Самарской ТЭЦ 81
2.7. Выводы 92
ГЛАВА 3. Очистка воды от растворенного кислорода с использованием каталитического его восстановления на палладиевом катализаторе 95
3.1. Физико-химические основы каталитического обескислороживания воды 95
3.2. Описание экспериментальной установки 98
3.3. Расчет стехиометрического расхода водорода для обескислороживания воды 100
3.4. Последовательность проведения испытаний 104
3.5. Результаты экспериментальных исследований 106
3.6. Анализ результатов экспериментов 123
3.7. Выводы 130
ГЛАВА 4. Разработка технического решения по применению фильтров для каталитического обескислороживания основного конденсата и питательной воды турбин ТЭС 131
4.1. Методика экономического расчета потерь металла трубопроводов тракта основного конденсата и питательной воды турбин ТЭС при внедрении фильтров для каталитического обескислороживания воды 132
4.2. Характеристика оборудования турбинного цеха Самарской ТЭЦ 135
4.3. Обследование оборудования турбинного цеха Самарской ТЭЦ.. 139
4.4. Расчет потерь металла трубопроводов питательной воды турбин Самарской ТЭЦ от внутренней кислородной коррозии 142
4.5. Выбор оборудования и режима его работы при внедрения фильтров для каталитического обескислороживания воды для очистки основного конденсата и питательной воды турбин Самарской ТЭЦ 144
4.6. Расчет потерь металла трубопроводов турбин Самарской ТЭЦ после установки фильтров для каталитического обескислороживания воды. Расчет расхода левоксина 149
4.7. Расчет экономической эффективности внедрения фильтров для каталитического обескислороживания воды на Самарской ТЭЦ 155
4.8. Выводы 160
Основные выводы 162
Список литературы 163
Приложения 177
- Влияние растворенных в воде газов на коррозию теплоэнергетического оборудования
- Тепловой расчет вакуумного деаэратора ДВ-800 ст. № 5 при расходе химочищенной воды 800 т/ч и 1100 т/ч
- Расчет стехиометрического расхода водорода для обескислороживания воды
- Расчет потерь металла трубопроводов питательной воды турбин Самарской ТЭЦ от внутренней кислородной коррозии
Введение к работе
Актуальность работы. Надёжная работа тепловых электрических станций и систем теплоснабжения обеспечивается, прежде всего, отсутствием внутренней коррозии конструкционных материалов оборудования и трубопроводов. К числу факторов, вызывающих внутреннюю коррозию, относится присутствие в воде коррозионно-активных газов: кислорода и диоксида углерода.
Отрицательными последствиями внутренней коррозии являются сокращение времени эксплуатации оборудования и трубопроводов тепловых сетей, ТЭС и котельных, значительное снижение мощности источников тепловой и электрической энергии за счет прямых потерь, включающих стоимость замены про-корродировавших конструкций и оборудования и косвенных потерь (простои, потеря мощности, загрязнение продукции и др.).
Защита оборудования и трубопроводов тепловых электростанций и систем теплоснабжения от внутренней коррозии является одной из актуальнейших проблем теплоэнергетики.
Поэтому при эксплуатации оборудования и трубопроводов тепловых электростанций и систем теплоснабжения большое внимание уделяется водно-химическому режиму, одним из показателей которого является низкое содержание коррозионно-активных газов в питательной, добавочной и подпиточной воде и их производных - парах и конденсатах.
В отечественной и зарубежной теплоэнергетике основным методом противокоррозионной обработки питательной воды котлов тепловых электрических станций и подпиточной воды систем теплоснабжения является термическая деаэрация. Термический метод реализуется при высоком потреблении теплоты для подогрева воды с применением сложных металлоёмких конструкций - деаэраторов. Однако в деаэраторах невозможно получить полного удаления кислорода из воды и требуется её доочистка. Кроме того, многие деаэраторы, при приближении их нагрузки к номинальной, не обеспечивают стабильного выполнения норм ПТЭ и ГОСТ по остаточной концентрации кислорода в деаэри-
5 рованной воде из-за малого времени контакта паровой и водяной сред, а также невозможности достижения температуры насыщения.
В связи с этим в качестве дополнительной процедуры доочистки от кислорода питательной и подпиточной воды на ТЭЦ и в котельных применяют метод ее коррекционной обработки химическими реагентами, обладающими восстановительными свойствами. Преимуществом восстановителей является то, что они могут устранить или ослабить практически все виды коррозии металлов. В тоже время все известные способы с применением химических реагентов связаны с изменением состава водной среды, что не всегда допустимо. Они имеют также ряд технологических ограничений. К ним относятся: зависимость качества очищенной воды от присутствия катализатора, в качестве которого могут быть окислы металлов, токсичность большинства используемых реагентов, влияние температуры на скорость реакции реагента с кислородом, переизбыток реагентов, нежелательное присутствие взвешенных твёрдых частиц в конечном продукте.
Учитывая изложенное, совершенствование технологий очистки воды от коррозионно-активных газов на ТЭС является актуальным как в научном, так и в практическом соотношениях.
Цель работы - совершенствование технологий очистки воды от коррозионно-активных газов на тепловых электрических станциях.
Задачи исследований. Поставленная цель реализуется путем решения ряда взаимосвязанных задач, среди которых к числу наиболее приоритетных относятся следующие: обследование и анализ режимов работы вакуумных деаэраторов подпитки теплосети Самарской ТЭЦ, выявление причин неэффективной работы деаэра-ционных установок; совершенствование конструкции вакуумного струйно-барботажного деаэратора типа ДВ, и реконструкция деаэратора ДВ-800 ст. № 5 Самарской ТЭЦ; натурные испытания модернизированного вакуумного деаэратора ДВ-800 ст. № 5 Самарской ТЭЦ после проведения реконструкции; анализ экономической эффективности модернизации вакуумных деаэраторов подпитки теплосети на примере Самарской ТЭЦ; разработка экспериментальной установки по каталитическому обескислороживанию химически очищенной воды на тепловых электрических станциях, в которой используется неэнергоёмкий, экологически чистый метод очистки воды от растворённого кислорода путем каталитического его восстановления на палладиевом (Pd) катализаторе с образованием воды; проведение экспериментальных исследований на опытной установке по каталитическому обескислороживанию воды; анализ влияния расхода водорода на процесс очистки; разработка рекомендаций по внедрению фильтров для каталитического обескислороживания воды в тракте основного конденсата на примере турбин Т-100/120-130 и ПТ-60-130/13 Самарской ТЭЦ, выполнение анализа экономической эффективности данного решения.
Научная новизна.
Проведены экспериментальные исследования по удалению из воды растворенного кислорода путем каталитического его восстановления на палладиевом катализаторе. Показано, что в установке на базе каталитического метода осуществляется эффективное обескислороживание воды и конденсата с температурой до 40С.
Получена эмпирическая зависимость для определения действительного расхода водорода, необходимого для полного удаления растворенного кислорода из воды при использовании метода каталитического обескислороживания воды на палладиевом катализаторе.
Разработаны научно-обоснованные технические решения по очистке от растворенного кислорода основного конденсата и питательной воды турбин ТЭС с использованием фильтров для каталитического обескислороживания воды; даны рекомендации по выбору устанавливаемого оборудования и режимам его работы.
Разработана методика экономического расчета потерь металла трубо-
7 проводов систем теплоснабжения, тракта основного конденсата и питательной воды турбин ТЭС при внедрении фильтров для каталитического обескислороживания воды.
Практическая значимость работы.
Внедрена конструкция модернизированного вакуумного деаэратора номинальной производительностью 800 т/ч на основе серии ДВ (НПО ЦКТИ -СЗЭМ).
Разработаны рекомендации по внедрению фильтров каталитического обескислороживания воды для очистки основного конденсата турбоагрегатов.
Практическая реализация результатов работы.
На Самарской ТЭЦ внедрен модернизированный вакуумный деаэратор горизонтального типа производительностью 800 т/ч на основе серии ДВ конструкции НПО ЦКТИ - СЗЭМ для удаления коррозионно-активных газов из подпиточной воды тепловых сетей на ТЭЦ, ГРЭС и в котельных установках. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» при подготовке специалистов по направлению «Теплоэнергетика».
Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается экспериментальной проверкой предложенных научно-технических решений в составе действующего оборудования ТЭС. Достоверность результатов численных расчетов подтверждается использованием фундаментальных законов технической термодинамики и тепломассообмена, применением широко апробированных методик расчета энергетических установок, сходимостью расчетных данных и характеристик процессов деаэрации с результатами экспериментальных исследований.
Автор защищает.
Конструкцию и результаты экспериментальных исследований модернизированного вакуумного деаэратора номинальной производительностью 800 т/ч на основе серии ДВ (НПО ЦКТИ - СЗЭМ).
Результаты натурного и численного экспериментов по исследованию
8 эффективности каталитического обескислороживания воды на опытной установке Новокуйбышевской ТЭЦ-1.
Методику экономического расчета потерь металла трубопроводов тепловых сетей, тракта основного конденсата и питательной воды турбин ТЭС при внедрении фильтров для каталитического обескислороживания воды.
Научно-технические решения применения фильтров для каталитического обескислороживания основного конденсата и питательной воды турбин ТЭС.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в выполнении натурных испытаний вакуумных деаэраторов подпитки теплосети на Самарской ТЭЦ, проведении расчетов, математической обработке, анализе и обобщении полученных результатов, выработке практических рекомендаций.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: XI Международном симпозиуме «Энергоресурсо-эффективиость и энергосбережение в Республике Татарстан» (г. Казань, 2008 г.); 66-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР за 2008 г. «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика.» (г. Самара, 2009 г.); XV международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (г. Саратов, 2009 г.); Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Наука, технологии, инновации» (г. Новосибирск, 2009 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ (3 статьи, 4 полных текста докладов, тезисы 6-ти докладов).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенных на 163 страницах машинописного текста, содержит 47 иллюстраций, 20 таблиц, список литературы из 155 наименований и приложения. Общий объем работы составляет 185 страниц.
Влияние растворенных в воде газов на коррозию теплоэнергетического оборудования
Коррозией металлов называют процесс разрушения металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой [26]. Основным рабочим телом, контактирующим с металлом трубопроводов и теплоэнергетического оборудования, является вода. Процессы коррозионного разрушения теплоэнергетического оборудования усугубляются присутствием в воде растворенных коррозионно-активных газов, таких как кислород ( диоксид углерода СО2 (свободная углекислота), аммиак ЫНз.
Кислород О2 и азот А попадают в воду вследствие контакта ее с атмосферным воздухом. В природных поверхностных и подземных водах, поступающих в теплоэнергетические установки для использования в качестве теплоносителя, диоксид углерода присутствует обычно в количествах, превышающих равновесное с атмосферным воздухом (иногда в несколько раз). Свободный диоксид углерода поступает в воду как конечный продукт биохимических процессов окисления органических веществ, содержащихся в водоемах и почве. Насыщение артезианской воды свободным диоксидом углерода обычно происходит в результате химических реакций в горных породах, через которые проходит вода. В результате обработки воды подкис-лением или водород-катионированием концентрации С02 в воде резко увеличиваются. Водород, содержащийся в воде, обычно является продуктом коррозии металла оборудования. Аммиак NH3 может содержаться в исходной воде в виде примеси или вводится в химически очищенную или питательную воду при аммонировании, аммоний-катионировании или присадке сульфата аммония. Сернистый ангидрид S02 и сероводород H2S могут попадать в пароводяной цикл станции с исходной водой или в результате разложения сульфита натрия при использовании этого реагента для химического обескислороживания воды [9].
Коррозионная активность воды зависит в основном от содержания в ней растворенного кислорода. В результате окисления железа образуются продукты коррозии - окислы железа, называемые железным шламом.
Агрессивными газами являются также углекислота, сероводород, аммиак и свободный хлор. Углекислота способствует кислородной коррозии тем, что препятствует образованию защитного слоя окислов металла. Свободная углекислота снижает щелочность воды, что также благоприятствует коррозии. При высокой температуре (выше 100 С) и отсутствии кислорода в воде свободная углекислота является активным коррозионным агентом. Азот и водород являются инертными газами, безопасными в отношении коррозии металла. Их удаление желательно лишь с точки зрения снижения общего содержания в паре неконденсирующихся газов.
Некоторые газы, такие как аммиак и сернистый ангидрид, в зависимости от условий эксплуатации и концентрации их в воде могут быть коррозионно-опасными и подлежащими удалению или же, наоборот, полезными при связывании С02 аммиаком или кислорода сернистым ангидридом.
Коррозионное воздействие кислорода и диоксида углерода тесно взаимосвязано с действием других коррозионных факторов: величиной рН, солесодержанием, скоростью движения и температурой воды, видом корродирующего металла. На рис. 1.1 приведена зависимость скорости коррозии от концентрации кислорода в воде по данным Всероссийского теплотехнического института [125]. Как видно из рис. 1.1, ско рость коррозии стали пропорциональна концентрации кислорода в воде. Так, при увели чении содержания кислорода в воде от 4 до 8 мг/дм количество железа, перешедшего в железный шлам с одного м2, увеличивается с концентрации кислорода в воде в 2 раза скорость коррозии тоже возрастает в 2 раза. Для кислорода характерно двоякое влияние на процесс коррозии. С одной стороны, кислород как пассиватор приводит к ослаблению коррозии вследствие образования защитной пленки на поверхности металла, окисления обнаженных участков поверхности и образования пассивирующих адсорбционных слоев. Слой магнетита в защитной пленке должен быть плотным и иметь толщину (400 - 1000)10-10 м. Слои оксидов с большей толщиной (5000 - 10000) 10 м имеют пониженную механическую прочность. С другой стороны, кислород как активный деполяризатор вызывает усиление коррозии вследствие деполяризации катодных участков. При увеличении концентрации кислорода в растворе скорость коррозии сначала увеличивается, однако затем защитное действие кислорода становится преобладающим и интенсивность общей коррозии уменьшается.
Наиболее опасна локальная коррозия теплоэнергетического оборудования. Выделяют несколько типов локальной коррозии. Один из ее видов -питтинговая (точечная) или язвенная коррозия. Питтинговая коррозия главным образом характерна для пассивирующихся в данной среде металлов и металлов, покрытых устойчивой защитной пленкой с порами. При уменьшении вероятности общей коррозии возрастает интенсивность местной коррозии (разрушения идут вглубь, образуются язвины), поскольку возрастает площадь катодных участков и уменьшается площадь анодных. Другой вид локальной коррозии - щелевая коррозия (щели - затесненные участки металла, такие как заклепочные швы, вальцовочные соединения, щели в движущихся механизмах). При щелевой коррозии образуются пары неравномерной аэрации с неодинаковой скоростью подвода кислорода к различным участкам поверхности. Щели в данном случае являются плохо аэрируемыми поверхностями. В результате возникает гальваническая пара: щель - анод, а открытая, омываемая раствором поверхность металла - катод. В результате постепенного накопления в щели продуктов коррозии и их гидролиза происходит снижение рН раствора внутри щели, что приводит к активизации анодного процесса.
Тепловой расчет вакуумного деаэратора ДВ-800 ст. № 5 при расходе химочищенной воды 800 т/ч и 1100 т/ч
Увеличение поверхности контакта фаз, способствующее десорбции газов, достигается путем тонкого раздробления воды на струи, пленки и капли или пропускания пара в виде мелких пузырьков через слой деаэрируемой воды (барботаж).
В целях улучшения условий выделения газов из воды необходимо максимально приблизить все частицы потока деаэрируемой воды к поверхности раздела фаз, с тем, чтобы растворенные газы могли быстро переходить из воды в паровую фазу. Чем больше поверхность раздела вода - пар, через которую происходит десорбция газов, тем быстрее система приближается к равновесию, т. е. тем полнее из воды удаляются растворенные газы. Это достигается усилением турбулентности потока воды путем ее распыливания, разбрызгивания или сливания через мелкие отверстия и перегородки для разделения ее на мелкие капли, тонкие струйки или пленки, что значительно увеличивает поверхность воды и облегчает удаление из нее газов. Увеличение поверхности соприкосновения воды с паром может быть достигнуто также путем пропускания греющего пара в виде мелких пузырьков через слой деаэрируемой воды (барботирования). С ростом скорости греющего пара увеличивается динамическое воздействие парового потока на деаэрируемую воду, что способствует повышению эффективности термической деаэрации. С увеличением средней температуры деаэрируемой воды или температуры исходной воды снижаются вязкость и поверхностное натяжение воды, и увеличивается коэффициент диффузии кислорода в ней, вследствие чего повышается значение коэффициента десорбции (массопередачи) и в конечном итоге уменьшается остаточное содержание кислорода в деаэрированной воде.
Для обеспечения глубокой и стабильной дегазации воды в реальных конструкциях важно иметь верное представление о механизме переноса газа между водяной и паровой фазами при отсутствии равновесия между ними. Взаимодействие между газом и жидкостью можно организовать двумя способами: распределением жидкости в газе (пленочные, насадочные, струйные и капельные аппараты) и газа в жидкости (барботажные аппараты). Однако определение поверхности контакта фаз в реальных массообменных аппаратах представляет значительную трудность. В связи с этим часто пользуются условными коэффициентами массопередачи, отнесенными к единице рабочего объема аппарата или к его рабочей поверхности десорбирующего элемента, например насадки или пенной решетки. Связь между объемным Kv и поверхностным К коэффициентами десорбции выражается как: где b - удельная поверхность контакта фаз, приходящаяся на единицу рабочего объема аппарата.
В процессе массопередачи между фазами возникают сопротивления переносу массы. При удалении из воды труднорастворимых газов (02, С02, N2) основное сопротивление сосредоточено в жидкой фазе, а сопротивлением паровой фазы можно пренебречь.
Представления о межфазной турбулентности [92] позволяют объяснить процесс массопередачи, возникающий при десорбции коррозионно-активных газов в термических деаэраторах. В двухфазном потоке имеет место как молекулярный, так и турбулентный обмен. В зависимости от гидродинамических условий тот или иной процесс является преобладающим. При движении каждой фазы с различными по величине и направлению скоростями создаются условия для возникновения межфазной турбулентности. Жидкость подтормаживает противоположно направленный поток газа, вследствие чего у граничной поверхности образуются пары сил, вращающие слои потоков. Это вызывает бурное завихрение пограничных слоев фаз и беспорядочный распад поверхности раздела на большое число вихрей. Интенсивное вихреобразование ведет к значительному росту и быстрому обновлению поверхности контакта фаз в единице объема. При этом вихри пронизывают обе фазы, вызывая эмульгирование жидкости и образование при относительно высокой скорости газа подвижной газожидкостной смеси. Этот поток несет с собой бесчисленное множество элементарных вихрей из газовых и жидкостных частиц, в которых и протекает массообмен. Разрушение поверхности раздела и последующее проникновение газовых вихрей в поток жидкости сопровождается резким возрастанием количества переносимой массы. Существенным фактором, облегчающим вихреобразование, является изменение поверхностного натяжения за счет локального изменения концентраций и температур на поверхности контакта фаз.
Теория массопередачи на основе представлений о межфазной турбулентности позволяет охарактеризовать основные режимы движения потоков для пленочных и насадочных деаэраторов. При малых плотностях орошения и небольших скоростях газа наблюдается капельное движение жидкости и происходит молекулярный обмен. С увеличением скоростей потоков наступает струйное и пленочное движение жидкости, при котором взаимодействие между фазами осуществляется на поверхности пленки жидкости. В этом случае характер движения соответствует промежуточной области обмена. Турбулизация жидкостной пленки возникает при дальнейшем повышении скорости газового и водяного потоков. Затем наблюдается начало подвисания жидкости в аппарате. Этот режим характеризуется турбулентной природой обмена. Значительный рост скоростей потоков приводит к диспергированию газовой фазы в жидкости. Наступает режим эмульгирования, отвечающий области свободно развитой турбулентности. Этот режим является предельным, так как дальнейшее накопление жидкости в аппарате ведет к его захлебыванию и обращенному движению жидкости.
Расчет стехиометрического расхода водорода для обескислороживания воды
В аппаратах этого типа деаэрируемая вода в виде тонкой пленки стекает по поверхности насадки сверху вниз, а пар движется снизу, т.е. имеет место противоток. Насадка обычно выполняется из листов различной формы, собираемых в пакеты. При значительной высоте насадки жидкость отжимается к периферийной части деаэратора, а пар проходит в середине его. Для исключения возникающих при этом перекосов в распределении воды и пара по поперечному сечению аппарата между пакетами делаются разрывы с тем, чтобы собрать жидкость и вновь направить ее на орошение насадки по центру. Для обеспечения равномерного орошения деаэратора водой по всей высоте пакеты располагаются относительно друг друга так, чтобы направление движения пленки менялось на 45 или 90 [92].
Струйные деаэраторы представляют собой аппараты, в которых вода системой дырчатых тарелок разделяется на струи, стекающие каскадом сверху вниз. Навстречу струям воды движется пар. Характер обтекания паром струй приближается к поперечному. Расположение нескольких тарелок по высоте колонки увеличивает общее время пребывания воды в ней. Деаэраторы струйного типа атмосферного и повышенного давлений широко распространены на тепловых электростанциях.
Многолетний опыт эксплуатации и исследования серийных одноступенчатых деаэраторов отечественного производства с высокими струйными колонками показали, что они не обеспечивают требуемого качества питательной воды согласно ПТЭ и техническим требованиям ГОСТ. К основным недостаткам струйных деаэраторов атмосферного и повышенного давления относятся следующие: - большая общая высота деаэраторной установки, достигающая 8 м; - повышенная металлоемкость и сложность внутренних устройств деаэратора; - компоновка струйной колонки в центре бака-аккумулятора и подвод греющего пара непосредственно в нижнюю часть колонки не обеспечивают вентиляции парового объема бака; - обилие фланцевых соединений на подводящих штуцерах, а также неудачное расположение у колонок повышенного давления фланцевого разъема в средней их части резко увеличивают продолжительность и трудоемкость ремонтов; - при номинальной нагрузке колонки допускают нагрев воды только на 10-15 С; - эффективность деаэраторов резко понижается даже при небольших перегрузках {10-15% сверх номинальной производительности); - низкая эффективность десорбции газов при струйном дроблении воды; - на эффективность работы деаэраторов сильно влияет величина добавки химически очищенной воды: при значительных добавках ее в деаэрированной воде появляются проскоки кислорода и углекислоты, а в колонке возникают гидравлические удары. По этим причинам деаэраторы данного типа малопригодны к установке на ТЭЦ и в промышленных котельных, работающих со значительными расходами воды при сильно меняющихся режимах. Однако на блочных ТЭС с докритическим и сверхкритическим давлением пара и крупных промышленных ТЭЦ, применяющих методы глубокого химического обессоливания добавочной воды, отпадает вопрос о разложении бикарбонатов и удалении «связанной» углекислоты, а применение деаэрирующего конденсатосборника в турбоустановках мощностью 300, 500 и 800 МВт значительно уменьшает исходные концентрации кислорода в воде, поступающей в термический деаэратор. В связи с этим для ТЭС, где парогенераторы питаются химически обессоленной водой, применяются одноступенчатые деаэраторы с давлением в колонке 0,7 МПа, в которых при начальном содержании кислорода в деаэрируемой воде до 1 мг/кг в диапазоне изменения производительности от 170 до 590 т/ч и нагреве воды от 11 до 25 С удается получать остаточное содержание кислорода в деаэрированной воде не выше 10 мкг/кг. Распылительные деаэраторы В распылительных деаэраторах распыливание воды осуществляется с помощью форсунок, клапанов и других устройств. В 70-80-е годы работы по созданию таких деаэраторов велись Ярославским политехническим институтом [21]. Основными недостатками форсуночных распылительных деаэраторов ЯрПИ являются низкая массообменная и энергетическая эффективность из-за принятой в аппаратах прямоточной схемы движения потоков теплоносителей, а также трудность регулирования нагрузки деаэраторов: значительное изменение нагрузки может быть осуществлено только при изменении диаметров сопел. По этим причинам деаэраторы ЯрПИ не получили сколько-нибудь заметного распространения в отечественной теплоэнергетике.
Щелевые деаэраторы (ДЩ) разработаны Многопрофильным объединением «Кварк» и предназначены для удаления из жидкости растворенных газов, в том числе коррозионно-активных кислорода 02 и диоксида углерода СОъ Щелевые деаэраторы могут применяться для работки питательной и подпиточной воды [147].
Отметим, что существующая в печати информация МО «Кварк» носит очевидно рекламный характер, что не позволяет использовать ее как вполне достоверную. Так, нельзя доверять даже утверждению о 4-20-кратном преимуществе щелевых деаэраторов перед обычными деаэраторами в весе, т.к. вес ДЩ-300 составляет 650 кг, а ДА-300 - 1200 кг, т.е. ДЩ-300 легче ДА-300 менее чем в 2 раза.
Технически некорректным является утверждение о возможности эффективной работы атмосферных щелевых деаэраторов с температурой 95-99С. Представляемая как преимущество работа деаэраторов без нагрева воды в них в действительности является существенным недостатком, т.к. требует значительного подогрева недеаэрированной воды перед деаэратором. Это снижает надежность подогревателей исходной воды и деаэрационной установки в целом. Кроме того, для эффективной десорбции коррозионно-активных газов в щелевых аппаратах необходимо поддерживать достаточно высокое давление воды перед деаэратором (величина которого не указывается в рекламных материалах), а следовательно, требуются дополнительные энергетические затраты на деаэрацию.
Проверка щелевых деаэраторов на ряде котельных показала, что эти аппараты по эффективности уступают традиционным видам деаэраторов [136].
Для обеспечения глубокого и устойчивого удаления из питательной воды кислорода, свободной и связанной углекислоты в широком диапазоне изменения температур и расходов исходной воды в теплоэнергетике значительное применение нашли комбинированные деаэраторы, имеющие две и три ступени деаэрации воды. Наибольшее распространение на тепловых электрических станциях нашли двухступенчатые деаэраторы, сочетающие пленочный, струйный или капельный метод распределения жидкости в паре с барботажем, в частности, аппараты струйно-барботажного типа.
Расчет потерь металла трубопроводов питательной воды турбин Самарской ТЭЦ от внутренней кислородной коррозии
Основными факторами, влияющими на интенсивность внутренней коррозии оборудования и трубопроводов тепловых сетей, являются величина рН, содержание в сетевой воде ионов-активаторов (сульфатов, хлоридов) и растворенных в сетевой воде коррозионно-агрессивных газов (кислорода ( и диоксида углерода С02). Работами ВТИ показано, что повышение величины рН сетевой воды до 9,5-10,5 позволяет резко уменьшить повреждаемость трубопроводов систем теплоснабжения от внутренней коррозии. Это подтвердили результаты промышленного испытания режима повышенного рН (рН=9,9-10,0) в районе № 7 Теплосети Мосэнерго, проводимого с 1991 г. [10]. Понижение интенсивности внутренней коррозии было связано с образованием защитных пленок на внутренней поверхности трубопроводов. Однако при концентрации кислорода в сетевой воде 15-20 мкг/дм3 полного прекращения коррозии добиться не удалось. Таким образом, даже при столь высоких рН кислород продолжает оказывать стимулирующее действие на развитие процессов внутренней коррозии. Для открытых систем теплоснабжения с разбором горячей воды из тепловых сетей, где величина рН не может быть больше 9,0, роль растворенного кислорода еще более значима.
В настоящее время противокоррозионную обработку питательной воды паровых котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения производят в основном путем физической десорбции растворенных в воде газов [51]. На отечественных ТЭЦ для десорбции растворенных газов из подпиточной воды тепловых сетей применяются, как правило, струйно-барботажные вакуумные деаэраторы горизонтального типа серии ДВ производительностью 400 - 1200 м 7ч конструкции НПО ЦКТИ г. Санкт-Петербурга совместно с Саратовским заводом энергетического машиностроения (СЗЭМ). В соответствии со стандартом ГОСТ 16860-88 вакуумные деаэраторы должны обеспечивать содержание кислорода в деаэрированной воде не более 50 мкг/дм [27].
Термическая деаэрация позволяет снизить содержание кислорода и диоксида углерода в обрабатываемой воде до величин, допускаемых нормами Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей [99]. В качестве дополнительных средств противокоррозионной обработки воды применяются различные методы химического связывания коррозионно-активных газов с помощью аммиака, гидразина, сульфата натрия и др. [49, 51].
Постоянным источником попадания кислорода в воду тепловых сетей является подпиточная вода, содержание кислорода в которой по действующим нормам не должно превышать 50 мкг/дм как в закрытых, так и в открытых системах теплоснабжения (в сетевой воде - не более 20 мкг/дм3) [99]. Для сравнения можно привести разработанные в последние годы рекомендации для систем теплоснабжения Североевропейских стран: ( в подпиточной воде — не более 20 мкг/дм [91] и нормы, принятые Европейской Ассоциацией производителей труб для систем централизованного теплоснабжения:рН=9,5-10,0, ( в подпиточной воде - не более 20 мкг/дм3, 02 в сетевой воде - отсутствие [102].
Эффективность вакуумной десорбции кислорода зависит от условий эксплуатации деаэраторов. Обязательными условиями эффективной вакуумной деаэрации являются герметичность вакуумной системы установки, надежная работа газоотводящих аппаратов, стабильное поддержание технологически необходимого температурного режима.
Одним из основных назначений Самарской ТЭЦ является отпуск тепловой энергии городу для отопления и горячего водоснабжения жилых районов и предприятий. Горячая вода отпускается потребителям по пяти прямым магистралям и возвращается на ТЭЦ соответственно по пяти обратным. Различаются два основных режима работы теплосети: летний режим - горячее водоснабжение; зимний режим - горячее водоснабжение и отопление.
Основные потребители ТЭЦ: по горячей воде - жилищно-коммунальный сектор города Самары; по пару - АО «САМЕКО».
Режим работы ТЭЦ - круглогодичный, круглосуточный по электрическому графику, с провалами в выходные и праздничные дни технологической нагрузки по пару и горячей воде.
Схема теплоснабжения от Самарской ТЭЦ открытого типа, имеются два вида тепловой нагрузки - отопление и горячее водоснабжение. Для восполнения потерь сетевой воды в теплосети и для обеспечения ГВС потребителей Самарская ТЭЦ использует сырую воду Муниципального Предприятия «Гор-водоканал». Сырая вода на Самарскую ТЭЦ подается по двум ниткам в главный корпус, где нагревается во встроенных пучках конденсаторов турбин и в подогревателях сырой воды типа ПСВ до температуры 20-г40 С. Перед подачей в теплосеть подогретую сырую воду подвергают химводоочистке: механической очистке; умягчению в Н-катионитных фильтрах; удаление диоксида углерода в декарбонизаторах; удаление растворенного кислорода и свободной углекислоты в вакуумных деаэраторах.
Кроме того, для уменьшения коррозии в трубопроводах теплосети, в сетевой воде поддерживается оптимальное значение рН (от 8,3 до 9,0 [88]), при котором подавляется углекислотная коррозия и обеспечивается достаточная прочность защитной пленки [77].
Специальные реагенты для предотвращения коррозии в трубопроводах подпиточной и сетевой воды Самарской ТЭЦ не добавляются для выполнения норм СанПиН «Питьевая вода» [ПО], ввиду того, что теплосеть станции является открытой.
С 1976 года по мере роста подключения тепловой нагрузки по ГВС, отоплению и вентиляции к Самарской ТЭЦ в течение четырех лет были поочередно смонтированы и включены в эксплуатацию шесть вакуумных деаэраторов подпитки теплосети типа ДВ производительностью 1200 т/ч ст. №№ 2, 3, 6 и - 800 т/ч ст. Ms 1, 4, 5.
Первоначальная конструкция деаэратора была разделена на секции при помощи внутренних перегородок. То есть вакуумный деаэратор производительностью 800 т/ч состоял их двух деаэраторов производительностью по 400 т/ч, разделенных перегородкой. Вакуумный деаэратор производительностью 1200 т/ч соответственно состоял из трех секций. В результате этого каждая секция вакуумного деаэратора имела индивидуальный подвод химочищенной воды, сливной штуцер деаэрированной воды и отвод паровоздушной смеси. Установлены вакуумные деаэраторы были именно такой конструкции.
