Энергетика. ТЭС и АЭС

Всё о тепловой и атомной энергетике

Водно-химические режимы прямоточных котлов сверхкритического давления

Сверхкритические параметры пара соответствуют давлению выше 22,1 МПа.

При этом давлении вода в точке фазового перехода при нагреве непосредственно переходит в перегретый пар, минуя стадию кипения, и скрытая теплота парообразования равна нулю. Единственно возможным типом парогенератора при СКД является прямоточный котел. В нем осуществляется одноразовое движение среды через экономайзер, топочные экраны и пароперегревательные поверхности нагрева, рециркуляция среды отсутствует. Главные конструктивные отличия прямоточных котлов СКД от барабанных докритического давления – отсутствие барабана и особенности экранирования топочной камеры. В остальном их конструкции весьма схожи.

Задача ВХР блоков СКД – организация такого водного режима эксплуатации парогенераторов, чтобы максимальная температура металла была бы ниже температуры окалинообразования на наружной поверхности трубы и температуры изменения структуры металла.

Факторы, влияющие на надежность парогенерирующих элементов котла, условно можно разделить на две группы:

  1. Факторы, влияющие на наружную поверхность экранных труб (процесс горения, окалинообразование, наружное загрязнение, высокотемпературная коррозия и т.д.).
  2. Факторы, влияющие на внутренние поверхности экранных труб (внутренние отложения, условия теплообмена, массовая скорость, энтальпия потока и т.д.).

Все эти факторы влияют на температуру стенки металла трубы. Ее повышение до 600 °С приводит к изменению структуры металла и разрыву экранных труб.

В настоящее время прямоточные котлы СКД являются основой развития мировой теплоэнергетики. Но при этом необходимо учитывать то, что прямоточность системы котла делает отложения практически неизбежными, что приводит к необходимости обеспечения исключительно жестких требований к качеству питательной воды. Данная проблема была успешно решена за счет глубокого трехступенчатого обессоливания подпиточной воды и установки после конденсатора блочной обессоливающей установки (БОУ) для тщательной очистки турбинного конденсата от продуктов коррозии и растворенных солей. Гораздо сложнее решался вопрос о коррекционной обработке питательной воды для защиты конструкционных материалов пароводяного тракта энергоблоков от коррозионных разрушений, в результате которых основными примесями в теплоносителе являются уже не соли, а продукты коррозии (в основном оксиды железа и меди). Даже при их малом содержании в питательной воде блоков СКД (10-12 мкг/кг) происходит постепенное накопление оксидов, особенно в нижней радиационной части котла, которая несет наибольшие тепловые нагрузки, часть этих примесей с паром поступает в проточную часть турбин.

Для уменьшения скорости коррозии на конденсатнопитательном тракте и поверхностях нагрева котла кроме тщательной очистки воды необходимо и ее кондиционирование тем или иным реагентом, т.е. создание оптимального ВХР. Функция кондиционирующего реагента сводится обычно к пассивации поверхности металла, т.е. к созданию защитных оксидных пленок. Задача эта относительно проста при наличии в контуре только одного металла, например, стали и значительно осложняется, если в тракте имеется второй металл с иными электрохимическими характеристиками.

При наличии в тракте энергоблока двух конструкционных материалов – стали и латуни – необходимо было реализовать такой ВХР, который благоприятно действовал на латунь и сочетался бы со свойствами стали, не принося ей вреда.

Первоначально на советских энергоблоках СКД был принят слабоаммиачный режим. Опыт эксплуатации показал, что данный режим не является оптимальным не только для меди, но и для стали, которая для надежной защиты требует работы при потенциалах, отвечающих более щелочной среде, т.е. при более высоких значениях рН ≥ 9,5.

Во второй половине 60-х годов в результате испытаний, проведенных непосредственно на действующих блоках СКД, рядом авторов была установлена взаимосвязь концентрации железа в питательной воде со значением ее рН при дозировании в питательный тракт аммиака. По мере повышения рН от 9,0 до 9,6 концентрация железа в питательной воде снижалась от 10 до 1-2 мкг/кг. Этот результат в сочетании с применением гидразина в качестве поглотителя растворенного в воде кислорода был подтвержден последующей эксплуатацией на гидразионно-аммиачных водных режимах (ГАВР) многочисленных блоков СКД на ТЭС различных стран.

Гидразин выполняет функцию связывания кислорода, концентрация которого строго лимитируется наличием меди в тракте; аммиак, являющийся слабым летучим основанием, вводился для поднятия рН среды, так как в щелочной среде растворимость оксидов металлов снижается. Вводить для подщелачивания сильную щелочь в конденсатно-питательный тракт прямоточных котлов, естественно, было нельзя.

Однако опыт эксплуатации показал, что гидразинно-аммиачный водный режим и при более высоком значении показателя рН не является оптимальным ни для железных, ни тем более для медных частей тракта. Причиной является исчезновение оксидных пленок меди на ее поверхности, вследствие образования медно-аммиачных комплексов — аммиакатов, с довольно высокой растворимостью в воде. Растворимые аммиакаты меди различного состава становятся преобладающими формами существования меди уже начиная с рН>6, и, следовательно, аммиак не является защитным реагентом для меди в присутствии даже очень небольших концентраций кислорода. Недостаточно пригоден для медных сплавов и чисто гидразинный режим, так как гидразин при повышенных температурах нестоек и подвергается термолизу с образованием того же аммиака. Сам гидразин также является комплексообразователем для меди, хотя эти комплексы являются менее прочными, чем аммиакаты. Осложнялась работа проточной части турбин в связи с усиленным выносом с паром коррозионно-агрессивных анионов, в первую очередь хлоридов. Кроме того высокоаммиачный режим требовал, естественно, полного отказа от сплавов на основе меди и работы конденсатоочистки в менее эффективном режиме “аммонекс-процесса”.

Гидразин, наконец, мало пригоден с экологической точки зрения, а это становится все более важным. Он обладает токсичностью, в частности, канцерогенностью, и потому всё больше теряет свое, когда-то уникальное для защиты металлов значение. Подавляющее большинство разработанных западными фирмами заменителей гидразина также содержат функциональные группы с азотом и, следовательно, в процессе термолиза также выделяют опасный для медных сплавов аммиак.

Кроме режима повышенного аминирования были попытки эксплуатации энергоблоков СКД на восстановительном водном режиме. При данном режиме коррекцию питательной воды вели только гидразином, который является достаточно надежным ингибитором коррозии для латуни и аустенитной стали, а также сталей, используемых для трубных системы ПНД. Показатель рН для питательной воды необходимо было поддерживать в пределах 7,7±0,2.

Опыт эксплуатации показал ряд преимуществ данного режима для оборудования конденсатно-питательного тракта, БОУ, но, за счет снижения показателя рН, в проточной части турбин столкнулись с развитием активной коррозии металла лопаток, особенно в ЧНД.

Были попытки использования для энергоблоков СКД комплексонного режима, но и он широкого применения не получил.

Начиная с середины 70-х годов, переход отечественных прямоточных энергоблоков сверхкритических параметров на окислительный водно-химический режим в большинстве случаев оказался буквально «спасительным». Было решено много проблем, связанных с основными задачами водно-химического режима не только котлов (что тогда казалось главным), но и турбин по минимизации коррозии и отложений. Повреждения при единственном до середины 70-х годов слабоаммиачно-гидразинном режиме (рН= 9,1 +0,1) парогенерируюших труб (главным образом, наиболее теплонапряженных НРЧ) были действительно существенными и нужно было переходить либо на окислительный (кислород, воздух), либо на принятый тогда в США высокоаммиачный ГАВР (рН >9,6) «Аммонекс». Тогда советская энергетика пошла по первому пути, что оказалось единственно правильным решением, но при выполнении ряда условий: электропроводность питательной воды должна быть не более 0,3 мкСм/см, требовалось отсутствие в конденсатно-питательном тракте сплавов на основе меди, полное отсутствие органики (и галогенопроизводных органики). Американские энергетики к этому выводу, пришли лишь в начале 90-х годов, причем, главным образом, по причине повреждений не столько котлов, сколько турбин.

Группа компаний U2B занимается изготовлением и продажей упаковки, пищевых контейнеров, пленки и других сопутствующих товаров. U2B имеет широкую известность на рынке оборудования и материалов для упаковки.

Читайте также:

Updated: 30.01.2015 — 20:52
Энергетика. ТЭС и АЭС © 2012 Использование материалов с сайта разрешается при наличии на него активной ссылки без тегов nofollow и noindex.
Adblock detector