Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. Анализ технологий противокоррозионной обработки питательной воды котлов. Постановка задач исследования
1.1. Теоретические представления о внутренней коррозии. Факторы, влияющие на коррозию тракта питательной воды 10
1.2. Способы противокоррозионной обработки питательной воды 27
1.3. Постановка задач исследования 47
Глава вторая. Совершенствование технологий деаэрации добавочной питательной воды котлов ТЭЦ
2.1. Основные принципы нового подхода к совершенствованию технологий деаэрации потоков питательной воды 50
2.2. Технологии атмосферной деаэрации добавочной питательной воды
2.3. Технологии вакуумной деаэрации добавочной питательной воды 58
2.4. Экономичность схем включения деаэраторов добавочной питательной воды 72
2.5. Выводы 90
Глава третья. Совершенствование технологий термической деаэрации питательной воды
3.1. Способы повышения экономичности деаэрации питательной воды 91
3.2. Эксергетический анализ эффективности технологий утилизации выпара деаэраторов питательной воды 96
33. Экспериментальное исследование термической деаэрации питательной воды котлов ., 102
3.4. Выводы 112
Глава четвертая. Анализ целесообразности применения химического дообескислороживания питательной воды
4.1. Анализ причин распространенности гидразинной обработки питательной воды на тепловых электростанциях 113
4.2. Анализ целесообразности применения гидразина для химического дообескислороживания питательной воды ТЭЦ 115
4.3. Выводы 123
Глава пятая. Роль вакуумной системы турбоустановки в организации противокоррозионного режима тракта питательной воды
5.1. Анализ способов выявления неплотностей вакуумной системы турбоустановок 124
5.2. Разработка способа контроля герметичности вакуумной системы турбоустановок 146
53. Выводы 157
Заключение 158
Список литературы 161
Приложения 172
- Способы противокоррозионной обработки питательной воды
- Технологии атмосферной деаэрации добавочной питательной воды
- Эксергетический анализ эффективности технологий утилизации выпара деаэраторов питательной воды
- Анализ целесообразности применения гидразина для химического дообескислороживания питательной воды ТЭЦ
Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность противокоррозионной обработки питательной воды в значительной мере определяет надежность и экономичность работы тепловых электрических станций. Особенно остро этот вопрос встает в настоящее время из-за значительного износа оборудования и нехватки средств для его замены.
Наиболее эффективным средством снижения интенсивности внутренней коррозии оборудования и трубопроводов конденсатно-питательного тракта электростанций служит термическая деаэрация. Нередко деаэрацию дополняют введением химических реагентов - ингибиторов коррозии, призванных снизить содержание растворенных в воде коррозионно-активных газов до нормативных пределов. Однако на большинстве отечественных ТЭЦ противокоррозионная обработка потоков питательной воды недостаточно надежна и экономична.
Пониженная надежность способов снижения интенсивности внутренней коррозии связана со значительными присосами воздуха через неплотности вакуумной системы турбоустановок, с применением для деаэрации потоков с недостаточной для эффективной дегазации воды температурой, с неэффективной работой газоотводящих устройств. К причинам, снижающим экономичность противокоррозионной обработки питательной воды, относятся использование для вакуумной и атмосферной деаэрации воды высокопотенциальных теплоносителей, потери теплоты вьшара деаэраторов, затраты на необоснованное применение реагентов для химического дообе-скислороживания питательной воды.
В настоящей диссертации обобщены выполненные автором разработки по повышению надежности и экономичности технологий противокоррозионной обработки питательной воды котлов ТЭЦ.
Работа выполнена в рамках программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма «Топливо и энергетика», тема № 01.01.025).
Целью работы является совершенствование схем и технологий противокоррозионной обработки потоков питательной воды. Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи: проанализированы основные причины недостаточной эффективности защиты от коррозии конденсатно-питательного тракта ТЭЦ; сформулирован новый подход к разработке технологий противокоррозионной обработки потоков питательной воды; разработана методика расчета энергетической эффективности схем подогрева потоков добавочной питательной воды на ТЭЦ; разработаны технологии деаэрации добавочной питательной воды, позволяющие повысить надежность и экономичность тепловых электростанций; разработаны технологии повышения экономичности обработки воды в деаэраторах избыточного давления путем более полной утилизации выпара этих деаэраторов; разработана методика расчета энергетической эффективности технологий отвода и утилизации выпара деаэраторов избыточного давления, с помощью которой выполнена эксергетическая оценка разработанных технологий; экспериментально доказана возможность деаэрации питательной воды с обеспечением остаточного содержания растворенного кислорода менее 10 мкг/дм ; проанализирована обоснованность применения гидразина для химического дообескислороживания питательной воды ТЭЦ; - разработан способ контроля герметичности вакуумных систем турбоустановок.
Схема решения проблемы показана нарис. 1.15.
Основные методы научных исследований. В работе использованы методы вычислительной математики, химии и физики, эксергетический метод термодинамического анализа теплоэнергетических установок, методы технико-экономических расчетов в энергетике, эвристические методы поиска новых технических решений. Для расчетов и построения графических зависимостей использовался пакет прикладных программ Microsoft Excel.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Сформулирован новый подход к совершенствованию противокоррозионной обработки питательной воды ТЭЦ, основанный на использовании в качестве критериев эффективности величины остаточного содержания растворенного кислорода и экономичности обработки питательной воды. В рамках этого подхода создана серия высокоэкономичных способов деаэрации добавочной питательной воды котлов ТЭЦ и выполнен их технико-экономический анализ путем оценки величины удельной выработки электроэнергии за счет отборов пара на подогрев и обработку добавочной питательной воды; разработана серия решений, позволяющих повысить экономичность деаэрации питательной воды котлов путем более полной утилизации выпара термических деаэраторов избыточного давления и выполнен эксергетический анализ, обосновывающий целесообразность применения новых решений
Разработан новый высокоэффективный способ контроля герметичности вакуумных систем турбоустановок тепловых электрических станций.
Экспериментально доказана возможность глубокого обескислороживания питательной воды котлов ТЭЦ в термических деаэраторах современных конструкций с достижением остаточного содержания кислорода 3-5 мкг/дм3, что позволило сделать вывод о целесообразности отказа на отечественных ТЭЦ от традиционно применяемой гидразинной обработки питательной воды.
Новизна созданных решений подтверждена 30-ю патентами Российской Федерации на изобретения.
Достоверность результатов работы обусловлена применением современных методов и средств теоретических и экспериментальных исследований, проведением эксперимента в реальных промышленных условиях, практической проверкой предложенных решений на действующих теплоэнергетических предприятиях, патентной чистотой разработанных решений.
Практическая ценность работы. Результаты выполненных исследований и разработанные на их основе решения позволяют обеспечить надежную защиту оборудования и трубопроводов тепловых электростанций от внутренней коррозии. Результаты работы могут использоваться эксплуатационными и проектными организациями при определении плотности вакуумных систем турбоустановок, при выборе технологий противокоррозионной обработки питательной и добавочной питательной воды котлов ТЭЦ.
Реализация результатов работы. На Ульяновской ТЭЦ-3 внедрены рекомендации по поддержанию необходимой для эффективной деаэрации питательной воды температуры и снижению расхода выпара термических деаэраторов. На Саратовской ТЭЦ-5 и Тольяттинской ТЭЦ приняты к использованию рекомендации по отказу от гидразинного дообескислорожи-вания питательной воды. На Ульяновской ТЭЦ-1 применены рекомендации по контролю герметичности вакуумной системы турбоустановки.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Новый подход к совершенствованию технологий противокоррозионной обработки воды и разработанные в рамках этого подхода технологии деаэрации потоков питательной воды.
Методика расчета энергетической эффективности схем подогрева потоков добавочной питательной воды на ТЭЦ.
Способ контроля герметичности вакуумных систем турбоустановок ТЭЦ.
Результаты экспериментального исследования деаэратора питательной воды, обосновывающие целесообразность отказа от химического дообескислороживания питательной воды ТЭЦ и необходимость корректи-ровки нормативных документов, регламентирующих температурный режим деаэрации воды.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены: на 2-й, 3-й и 4-й Российских научно-технических конференциях «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (УлГТУ, 2000, 2001, 2003 гг.), на 34-37 СНТК УлГТУ (2000-2003 гг.), на 37-й и 38-й НТК ГШС УлГТУ (2003, 2004 гг.), на Х-й Международной научно-технической конференции «Бенардосовские чтения» (ИГЭУ, 2001 г.), на 9-й и 10-й Международных НТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, 2003, 2004 гг.), на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (СГТУ, 2003 г.) на заседаниях постоянно действующего научного семинара научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ (Ульяновск, 2000-2004 гг.). В 2003 г. разработка технологий деаэрации питательной воды ТЭЦ отмечена дипломом Российской научно-технической выставки «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 печатных работ, в том числе 2 монографии - учебных пособия, 8 статей и 8 полных текстов докладов, тезисы 2 докладов, 30 изобретений.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на 160 страницах машинописного текста, содержит 55 иллюстраций, 7 таблиц, список литературы из 127 наименований, приложения. Общий объем работы составляет 173 страницы.
Способы противокоррозионной обработки питательной воды
Основными потоками, составляющими питательную воду ТЭЦ, являются основной конденсат турбин, добавочная питательная вода котлов, а также конденсаты различных подогревателей.
Причинами повышенного содержания коррозионно-агрессивных газов в основном конденсате могут быть низкая деаэрирующая способность конденсатора или присосы воздуха через неплотности вакуумной системы турбоустановки.
Добавочная питательная вода предназначена для восполнения имеющих место при эксплуатации тепловых электростанций внутристанционных потерь и внешних потерь пара и конденсата при отпуске пара на технологические нужды предприятий. Эта вода оказывается насыщенной кислородом и свободной углекислотой в результате контакта с атмосферным воздухом.
Существуют различные способы удаления растворенных в воде коррозионно-агрессивных газов. В основе сталестружечного метода [25] лежит процесс электрохимической коррозии с кислородной деполяризацией стальных или чугунных стружек, в которые иногда для усиления гетерогенности вводят электроугольные электроды или смешивают стальные стружки с чугунными. Этими веществами загружают фильтры и пропускают очищаемую воду при температуре 70-75 С. Добавка чугунных стружек или электроугольных электродов активизирует реакцию, что позволяет снизить подогрев до 50 С. Кислород, растворенный в воде, взаимодействуя с железом стружек, восстанавливается, образуя гидроксид железа (Ш), по схеме 2Fe+1,5 02+3H20 2Fe(OH)3. При скорости фильтрации 15-20 м/ч достигается обескислороживание воды до ОД-0,2 мг 02/кг. Расход q восстановителя кислорода Fe при условии использования массы загружаемой стружки на 50% определяют из уравнения q=5co2 г/т воды, где со2 - концентрация растворенного кислорода в воде. Недостатком метода является трудность перегрузки фильтров и забросы коллоидных частиц окислов железа в тракт питательной воды [58].
Десорбционный метод, разработанный в ВТИ профессором П.А. Аколь-зиным и В.В. Глушко, заключается в смешении воды с газом и последующей сепарации смеси, при которой по закону Генри растворенный кислород де-сорбируется и уносится вместе с введенными газами. Газ для смешения представляет собой воздух или дымовой газ, пропущенный через прямоточный реактор состоящий из трубы, заполненной древесным углем. Реактор встроен в топочный объем и омывается топочными газами. При температуре 500-700 С происходит взаимодействие кислорода воздуха с углеродом древесного угля, и кислород восстанавливается до СО и до СО2 по схеме С+02 С02; 2С+02- С0. Полученная газовая смесь, полностью лишенная кислорода, используется для десорбции путем смешения с водой. Достаточной для успешного протекания процесса считают температуру воды 40 С. Расход древесного угля при условии фактического использования его на 50% и протекания реакции до СО считают q 5co2 г т воды, где со2 - концентрация растворенного кислорода в воде.
В [29] в качестве десорбирующего агента предложено применять продукты сгорания природного газа. Недостатком процесса является обогащение воды углекислым газом, образующимся в реакторе и растворяющимся в воде.
В настоящее время на тепловых электрических станциях в качестве основного средства снижения коррозионной агрессивности потоков питательной воды применяются термические деаэраторы [125].
Термической деаэрацией называется процесс удаления растворенных коррозионно-активных газов (кислорода ( и диоксида углерода СО2) из воды. Термическая деаэрация представляет собой сочетание процессов теплообмена (нагрева деаэрируемой воды до температуры насыщения) и массообмена (удаления коррозионно-агрессивных и инертных газов из обрабатываемой воды в паровую среду). В качестве десорбирующего агента применяют пар. Статика десорбции растворенных в воде коррозионно-активных газов определяется условиями равновесия между газами и жидкостью.
Технологии атмосферной деаэрации добавочной питательной воды
В рамках нового подхода разработаны и запатентованы технологии противокоррозионной обработки добавочной питательной воды в атмосферных и вакуумных деаэраторах.
Применение наиболее распространенных деаэраторов атмосферного давления для деаэрации добавочной питательной воды не всегда эффективно из-за малой производительности атмосферных аппаратов и пониженной экономичности деаэрации из-за невозможности использования самых низкопотенциальных отборов турбины. Однако в отличие от схем подготовки подпиточной воды теплосети, где применение вакуумных деаэраторов взамен атмосферных позволяет исключить значительные потери конденсата греющего пара, особенно в открытых системах теплоснабжения [71], вакуумная деаэрация добавочной питательной воды не дает этих преимуществ, поскольку деаэрированная вода возвращается в цикл станции. Поэтому для противокоррозионной обработки добавочной питательной воды одинаково часто применяются и атмосферные, и вакуумные деаэраторы. На ТЭЦ с турбинами ПТ-60-130/13 подогрев исходной воды перед атмосферным деаэратором можно осуществлять паром теплофикационного отбора (вариант ДА-1). На многих отечественных тепловых электростанциях в качестве греющего агента и для атмосферных деаэраторов, и для подогревателей исходной добавочной питательной воды применяется пар производственного отбора (вариант ДА-2), что существенно понижает экономичность работы станций. С целью повышения экономичности технологий атмосферной дегазации добавочной питательной воды на ТЭЦ с современными турбинами разработаны решения, основной особенностью которых является применение для нагрева исходной воды низкопотенциальных теплоносителей: конденсата пара регенеративного отбора (вариант ДА-3) [106,107], конденсата сетевого подогревателя (вариант ДА-4) и пара нижнего отопительного отбора (вариант ДА-5) [82]. Пример реализации решения [106] представлен на рис. 2.1.
Схема подготовки добавочной питательной воды в атмосферном деаэраторе: 1 — котел; 2 — турбина; 3 - подогреватели низкого давления; 4 - тракт основного конденсата; 5 — подогреватель исходной воды; 6 — обессоливающая установка; 7 - атмосферный деаэратор
Особенностью схемы, представленной на рис. 2.1, является подогрев исходной добавочной питательной воды перед атмосферным деаэратором конденсатом пара регенеративного подогревателя, перед которым в тракт основного конденсата турбины подают охлажденный конденсат регенеративного подогревателя.
Применение этой схемы позволяет добиться эффективной атмосферной деаэрации добавочной питательной воды при использовании низкопотенциального источника тепла, и, тем самым, увеличить выработку электроэнергии на тепловом потреблении.
Создание эффективных и экономичных технологий вакуумной деаэрации добавочной питательной воды можно условно разбить на три этапа: 1) разработка схем подачи греющего агента в вакуумные деаэраторы добавочной питательной воды; 2) разработка способов подогрева исходной воды перед вакуумным деаэратором добавочной питательной воды и 3) комплексное использование низкопотенциальных источников теплоты и для подогрева исходной воды, и в качестве греющего агента в вакуумном деаэраторе.
Рассмотрим несколько схем, позволяющих обеспечить эффективный подогрев добавочной питательной воды при использовании современных серийных турбоустановок.
В общем случае исходную воду перед обессоливающей установкой целесообразно подогревать во встроенных или основных пучках конденсаторов турбин. Учитывая, что одним из главных требований к температурному режиму является его стабильность, независимость от сезонных изменений работы турбоустановок, следует стремиться к организации регулируемого подогрева воды в конденсаторах до ив=35-5-40 С. Такая температура исходной воды достаточна для эффективной работы обессоливающей установки, в том числе входящих в ее состав декарбонизаторов, и в случае отсутствия дополнительного подогрева обессоленной воды перед вакуумными деаэраторами - для работы деаэраторов с нагрузкой 50-60% номинальной производительности.
Если невозможно организовать достаточный регулируемый подогрев воды в конденсаторах, например, при участии турбин в регулировании электрической нагрузки, или при необходимости обеспечить работу вакуумных деаэраторов с номинальной нагрузкой, требуется дополнительный подогрев исходной и обессоленной воды.
Для осуществления дополнительного подогрева можно рекомендовать схемы, изображенные на рис. 2.2 и 2.3 [69, 70]. Эти же схемы содержат новые варианты решения задачи подогрева добавочной воды перед деаэратором повышенного давления и греющего агента перед вакуумным деаэратором. Схема подогрева добавочной питательной воды на ТЭЦ с небольшим отпуском пара на производство: 1,3— подогреватели исходной и обессоленной воды; 2 — обессоливающая установка; 4 - трубопровод греющего агента; 5 - вакуумный деаэратор; 6 - сетевой трубопровод; 7 - сетевые подогреватели; 8 - деаэратор повышенного давления; 9 - турбина; 10,11 - верхний и нижний отопительные отборы; 12 - конденсатор
Схема, представленная на рис. 2.2, предназначена для ТЭЦ с относительно небольшим расходом добавочной питательной воды. Подогрев исходной воды до температуры 30-35 С и обессоленной воды до температуры 50-55 С производится в пароводяных теплообменниках, подключенных соответственно к нижнему и верхнему отопительным отборам одной из турбин. За счет близости по значению расходов исходной и обессоленной воды пар из нижнего и верхнего отборов отбирается равномерно, что позволяет реализовать описываемую схему без понижения надежности работы проточной части турбины.
Деаэрированная вода подается в трубопровод основного конденсата турбины после первого или второго по ходу конденсата ПНД. В качестве греющего агента для вакуумной деаэрации используется основной конденсат турбины, отобранный за одним из ПНД, расположенных по ходу конденсата выше точки подключения трубопровода деаэрированной добавочной воды [92, 100].
В качестве греющего агента для вакуумной деаэрации может также применяться питательная вода из деаэратора повышенного давления [86]. Наибольшую сложность представляет создание способов подогрева больших количеств добавочной питательной воды (до 3000 мэ/ч) на ТЭЦ, снабжающих паром крупные производства химической и других отраслей промышленности. За основу решения этой задачи предложено принять использование на различных стадиях подогрева добавочной воды встроенных сетевых подогревателей теплофикационных турбин.
На электростанциях с расходом добавочной питательной воды более 1000 м3/ч применима схема, представленная на рис. 2.3. В соответствии с этой схемой сетевые подогреватели одной из турбин ТЭЦ выделяются для подогрева деаэрированной добавочной воды [88]. Основная масса нагретой воды поступает в деаэраторы повышенного давления, а часть ее после верхнего сетевого подогревателя служит греющим агентом в вакуумном деаэраторе и водоводяных подогревателях исходной и обессоленной воды.
Эксергетический анализ эффективности технологий утилизации выпара деаэраторов питательной воды
Критерием для оценки энергетической эффективности различных схем использования теплоты и массы выпара целесообразно принять величину потерь эксергии выпара [4]. Этот метод основан на понятии эксергии, как максимально возможной работы, которую можно получить за счет имеющейся энергии системы в заданных условиях окружающей среды [11]. В общем виде потери эксергии с выпаром можно вычислить по формуле рпот = р „V р И вып потерь / » подезн \.J J/ где Епотерь — потери эксергии при выбросе выпара в атмосферу без какой-либо утилизации, кДж, потерь = - выгХ1вып 1о о\ еып "о)1» \.Э.Ч) Епалезн — полезно используемая эксергия выпара, кДж; Д,ы„ - количество выпара деаэратора, кг; Т0 - температура окружающей среды, принимаем среднегодовую Т0=2&3 К; i0, 1вып - соответственно энтальпии конденсата пара при температуре Т0 и насыщенного пара, содержащегося в выпаре при давлении в деаэраторе, кДж/кг; S0, SeM„ — энтропии конденсата пара при температуре Т0 и насыщенного пара, содержащегося в выпаре при давлении в деаэраторе, кДж/(кг К). Сопоставим потери эксергии в рассмотренных в п. 3.1 схемах. Первая составляющая в выражении (3.3) Епоеперь является постоянной величиной для различных вариантов использования выпара и зависит только от типа (атмосферного или повышенного давления) и производительности деаэратора.
Изменяется полезно используемая эксергия, превращенная в работу Ьвып и (или) теплоту, используемую в дальнейшем в цикле теплоэнергетической установки. 1. При использовании выпара деаэратора питательной воды в качестве греющей среды в деаэраторе добавочной питательной воды (рис. 3.1) полезное использование эксергии выпара заключается в совершении работы Ьвып пара, проходящего деаэрационную колонку и участвующего в процессе деаэрации, и в передаче теплоты Qebl/f, кДж, деаэрированной воде: ESL. DS4 giS? -5 )) + 6 (1--.). (3.6) где D A количество греющего пара атмосферного деаэратора, эквивалентное количеству выпара при давлении в деаэраторе повышенного давления, кг; i 4 ,S A — энтальпия, кДж/кг, и энтропия, кДж/(кг-К), греющего пара атмосферного деаэратора; i,Tjjf,S - энтальпия, кДж/кг, температура насыщения, К, и энтропия, кДж/(кг-К), деаэрированной воды соответственно. Количество переданной выпаром теплоты вычисляется по формуле webin — ивып\ вып д.в У- - / При расчете принято, что в качестве греющей среды используется не выпар, а эквивалентное величине нормативного выпара количество греющего пара с минимально возможным для атмосферной деаэрации давлением (0,15-0,17 МПа [46]). Требуемое количество греющего пара с давлением 0,15 МПа составляет Dn = .ДЛ_.ДА 3 8 1п 1д.в 2. Аналогично рассчитывается величина потерь эксергии при утилизации выпара в вакуумном деаэраторе (рис. 3.2) EgL = DfVtr - ig df{S B - /)) (1- )- 3-9) Эквивалентный расход пара D B определяется при давлении 0,07 МПа. Индексы «ДА» и «ДВ» указывают на тип деаэратора, в котором утилизируют выпар. 3. При отводе выпара деаэратора повышенного давления в охладитель поверхностного типа (рис. 3.4) полезное использование эксергии выпара состоит в передаче его теплоты охлаждающей воде, которая затем направляется в деаэратор. пт пов Т Епопезн — Увып0 - _йов) (3.10) fi=s«.G-0. (3-И) где /J0 » Т?06 - энтальпия, кДж/кг, и температура, К, охлаждающей воды после охладителя выпара поверхностного типа, определяемые из теплового баланса охладителя. 4. В случае применения смешивающего (контактного) охладителя выпара полезно используемая эксергия составит G- ( ,,-if"). (3.12) где і, Т - энтальпия, кДж/кг, и температура, К, смеси выпара и охлаждающей его воды после смешивающего охладителя выпара. 5. Использование выпара деаэратора повышенного давления в качестве источника пара пароструйного эжектора (рис. 3.3) позволяет снизить потери эксергии на полезн выгАгвып к к\ вып "K/J: (3.14) где івьш, ік - энтальпии выпара и конденсата выпара, кДж/кг; Тк -температура конденсата выпара после охладителя эжектора, К; Sebin,SK -энтропии выпара и конденсата выпара, кДж/(кг К). Все приведенные расчеты выполнены для выпара деаэраторов питательной воды повышенного давления.
Потери эксергии при утилизации выпара деаэратора повышенного давления: 1 - использование выпара в качестве греющего агента в атмосферном деаэраторе; 2 - использование выпара в качестве греющего агента в вакуумном деаэраторе; 3 - утилизация выпара в поверхностном охладителе; 4 - утилизация выпара в смешивающем охладителе; 5 - использование выпара в качестве рабочей среды в пароструйном эжекторе вакуумного деаэратора Из графика на рис. 3.5 следует, что наиболее полно утилизация выпара осуществляется в пароструйном эжекторе.
Сравнительно небольшие потери эксергии при утилизации выпара в охладителях связаны с тем, что энергия выпара деаэратора повышенного давления расходуется на нагрев высокопотенциального потока основного конденсата, который возвращает в цикл значительное количество эксергии (температуры основного конденсата после охладителей смешивающего и поверхностного типа близки и составляют Q 47 С).
В то же время при использовании выпара в качестве греющего агента в атмосферных или вакуумных деаэраторах, несмотря на совершаемую работу выпара в качестве десорбирующего агента, с деаэрированной водой в цикл станции возвращается малая часть эксергии (температура воды после атмосферного деаэратора 104 С, после вакуумного - 60 С).
Следует отметить, что деаэрационные установки с поверхностными охладителями по сравнению со смешивающими менее надежны вследствие значительной интенсивности коррозии и частой повреждаемости охладителей поверхностного типа, а также менее экономичны из-за наличия термического сопротивления трубных пучков охладителей.
Наименьшие потери эксергии при использовании выпара деаэратора атмосферного давления в качестве греющей среды в вакуумном деаэраторе по сравнению с затратами эксергии в охладителях выпара можно объяснить тем, что в вакуумном деаэраторе, кроме передачи теплоты, осуществляется работа выпара как десорбирующего агента при близких величинах эксергии, возвращаемой в цикл станции с теплоносителем (температура деаэрированной воды после вакуумного деаэратора 60 С, температура охлаждающей воды после охладителей 66 С).
Анализ целесообразности применения гидразина для химического дообескислороживания питательной воды ТЭЦ
Настоящий анализ выполнен по просьбе технического руководства Саратовской ТЭЦ-5 и ряда других тепловых электростанций. Наиболее подверженным коррозии является тракт основного конденсата турбины от конденсатора до деаэратора питательной воды (прежде всего, — за счет присосов воздуха в вакуумную систему турбоустановки и попадания в тракт кислорода с добавочной питательной водой). В этом тракте происходит нагрев конденсата с 30-40 С до 140-150 С. Казалось бы, гидразин должен защищать прежде всего участок тракта основного конденсата с температурами конденсата 100-150 С, тем более, что и максимум ингибирующей способности гидразина приходится на 150 С. Однако на большинстве электростанций тракт основного конденсата турбин остается без защиты, так как ввод гидразина осуществляется во всасывающий трубопровод питательных насосов.
На энергоблоках 300 МВт с прямоточными котлами сверхкритического давления имеется опыт дозирования гидразин-гидрата в конденсатопровод после конденсатоочистки или в камеру воздухоохладителя конденсатора турбины с целью защиты поверхностей нагрева, выполненных из медесодержащих сплавов, от коррозии, обусловленной наличием в конденсате кислорода и аммиака [27], В этом случае кислород связывается до деаэратора питательной воды, который служит, по существу, только емкостью запаса воды.
Возможность снижения содержания растворенного кислорода в питательной воде с помощью гидразина ограничена пределом 10 мкг/дм [7, 27] (рис. 4.2). Многочисленные теплохимические испытания энергоблоков на Троицкой, Конаковской, Литовской, Каширской ГРЭС и других электростанциях показали, что снизить концентрацию кислорода в питательной воде ниже 10 мкг/дм3 невозможно даже при увеличении избытка гидразина до 500 мкг/дм3 [27]. В то же время дозирование гидразина в таких количествах
Наблюдения зарубежных исследователей также свидетельствуют о том, что при налаженной работе термических деаэраторов, обеспечивающих содержание кислорода в питательной воде за ними не выше 10 мкг/дм3, восстанавливающее действие гидразина на кислород практически отсутствует [127].
Н.Н. Манькина отмечала, что эффективность гидразинной обработки следует оценивать по индикаторам коррозии, устанавливаемым в тракте питательной воды (скорость коррозии не должна превышать 0,001 г/(м2ч) и что необходимость в гидразинной обработке возникает при содержании кислорода в деаэрированной воде более 0,03 мг/дм3 [38].
«4.8.10. На котлах давлением до 70 кгс/см2 (7 МПа) при необходимости более глубокого удаления кислорода из питательной воды в дополнение к термической деаэрации можно проводить обработку питательной воды сульфитом натрия или гидразином.
На котлах давлением 70 кгс/см (7 МПа) и выше обработка конденсата или питательной воды должна производиться только гидразином, кроме котлов с кислородными водно-химическими режимами и котлов с отпуском пара на предприятия пищевой, микробиологической, фармацевтической и другой промышленности в случае запрета санитарных органов на наличие гидразина в паре».
«4.8.21. Качество питательной воды котлов с естественной циркуляцией должно удовлетворять следующим нормам: Содержание гидразина (при обработке воды гидразином) должно составлять от 20 до 60 мкг/дм3; в период пуска и останова котла допускается содержание гидразина до 3000 мкг/дм ».
Анализ содержания цитируемых пунктов ПТЭ позволяет сделать следующие выводы: 1. Обработка питательной воды котлов с естественной циркуляцией гидразином не является обязательной. Ее можно применять при необходимости более глубокого удаления кислорода из питательной воды в дополнение к термической деаэрации. Очевидно, что при надежной работе деаэраторов питательной воды с остаточным содержанием 10 мкг/дм3 такая необходимость отсутствует, поскольку гидразин не может в этом случае уменьшить концентрацию кислорода в питательной воде. 2. Второй абзац п. 4.8.10 ПТЭ, в котором говорится, что «на котлах давлением 70 кгс/см2 (7 МПа) и выше обработка конденсата или питательной воды должна производиться только гидразином», не опровергает сформулированного выше утверждения, поскольку слова «должна производиться только гидразином» касаются лишь запрета применения сульфита натрия на котлах высокого давления. Иначе говоря, при необходимости дополнения термической деаэрации химическим обескислороживанием, например, при остаточном содержании кислорода после деаэратора 20-30 мкг/дм , должен применяться только гидразин, а сульфит натрия неприменим. 3. Более того, при отпуске пара на предприятия пищевой и аналогичных отраслей промышленности гидразинную обработку применять нельзя (обратим внимание, что ПТЭ не требуют при отказе от гидразинной обработки осуществления каких-либо других мероприятий для компенсации ее отсутствия). 4. Норматив п. 4.8.21 по содержанию гидразина в питательной воде является обязательным только при применении гидразинной обработки. При отсутствии необходимости в ней учет этого норматива не требуется. Приведенный выше анализ п. 4.8.10 ПТЭ свидетельствует о том, ПТЭ не обязывали, а только разрешали применять гидразин при необходимости дополнения термической деаэрации питательной воды химическим обескислороживанием.
В то же время на многих ТЭЦ исторически сложилась многолетняя практика применения гидразина для обработки питательной воды котлов с естественной циркуляцией (без какого-либо анализа потребности в такой обработке). У части персонала сформировалось мнение, что гидразинная обработка является обязательной при эксплуатации любых котлов высокого давления.
Наряду с этим на многих электростанциях с котлами на рабочее давление 140 кгс/см2 гидразинная обработка питательной воды не применяется без какого-либо ущерба для надежности этих станций.
