Застосування корекційної обробки при організації водно-хімічного режиму на ТЕС із барабанними
К.т.н. Л.Г. Васіна, провідний науковий співробітник, к.т.н. А.В. Богловський, старший науковий співробітник, кафедра «Технології води та палива» Московського енергетичного інституту (ТУ); к.т.н. О.В.Гусєва, провідний спеціаліст, ТОВ "НВФ Траверс", м. Москва;
С.В. Сидорова, провідний інженер, кафедра «Теплових електричних станцій» Московського енергетичного інституту (ТУ)
В даний час на теплових електростанціях з барабанними котлами основним водно-хімічним режимом (ВХР) є режим з дозуванням аміаку в конденсатно-живильний тракт та фосфатування котлової води. Однак для неблочних електростанцій з поперечними зв'язками в теплових схемах, різнорідними конструкційними матеріалами і великими витратами пари, що спрямовується промисловим споживачам, такий режим у ряді випадків не є оптимальним. Небезпека аміачної корозії мідних сплавів конденсатного тракту та агресивність зворотного конденсату значно ускладнюють організацію ВХР. Додаткова складність виникає на станціях з барабанними котлами середнього тиску, де додаткова вода, що обробляється за схемою коагуляція - двоступінчасте Na-катіонування, також має високу агресивність. Прикладом такої станції може служити Закамська ТЕЦ-5, де висока агресивність води по всьому тракту водопідготовчої установки (ВПУ) призводила до інтенсивної корозії обладнання, осадження продуктів корозії на стінках трубопроводів і подальшого винесення їх у пароводяний тракт, особливо при перемиканнях у схемах хімцеху та КТ .
Аналіз водно-хімічного режиму станції
Закамська ТЕЦ-5 оснащена чотирма турбогенераторами (ПТ-25/30-2,9/1,2);Р-15-29/7; ПТ-29/35-2,9/1,0; Р-14-29/10) та шістьма котлами (№ 1-4 - ЛМЗ, продуктивністю по 200 т/год; № 5 - ТПК-3, продуктивністю 180 т/год; № 6 - ТО-3, продуктивністю 200 т/год; год). Станція має два виробничі відбори: 1 і 0,6 МПа. До останнього часу у балансі поживної води конденсат турбін
становив 25-30%, конденсат бойлерів – 1819%, конденсат споживачів – 14-18% та хімочищена вода (ХОВ) – 30-35%.
3,5-8 мг/л і підвищуючи pH
7-7,5, дещо зменшує агресивність води. Однак пом'якшення (видалення іонів жорсткості) знову призводить до суттєвого збільшення агресивності води аж до точки введення аміаку.
Зміна корозійної агресивності води за стадіями обробки якісно можна характеризувати зміною індексу стабільності 1ст або індексу Ланжельє, який визначається співвідношенням:
де pH0 - виміряне значення pH досліджуваної води; pHS - значення pH, що відповідає стану насичення води карбонатом кальцію.
Результати розрахунку зміни індексу стабільності трактом ВПУ зведено в табл. 1.
Як випливає з результатів розрахунку, значення 1ст на всіх етапах обробки залишаються негативними на рівні нижче -0,5, що за існуючою класифікацією відповідає сильно агресивній воді. Понад те, навіть після корекційної обробки ХОВ аміаком вода залишається корозійно-агресивною. Згідно з даними роботи [3] при вказаних значеннях індексу стабільності швидкість корозії сталі може досягати 0,5-1 мм/рік, що і було причиною
У табл. 2 наведено результати аналізу цих відкладень.
Аналіз причин незадовільного стану ВХР станції вказує на необхідність зниження агресивності води трактом ВПУ Оскільки оброблювана вода агресивна по всьому трактуВПУ, бажана її корекційна обробка вже одразу після освітлювачів. Однак дозування лугу у воду після коагуляції, по-перше, викличе перехід зважених і колоїдних домішок, що виносяться з освітлювача, в розчинні форми, збільшуючи концентрацію у воді алюмінію і заліза, а по-друге, вимагатиме значної витрати лугу на нейтралізацію вільної вуглекислоти. Аналогічно цьому і при обробці освітленої води після механічних фільтрів витрата лугу на нейтралізацію СО2 буде значною (до 40 мг/л і більше, залежно від режиму коагуляції). У зв'язку з цим найбільш підходящим варіантом введення їдкого натру NaOH є його дозування декарбонізовану воду. Для доведення рН декарбонізованої води до необхідних значень (1ст
На малюнку наведено розрахункові залежності pH від дози лугу для різного залишкового вмісту вуглекислоти та лужності декарбонізованої води.
Наведені залежності показують, що для досягнення необхідних значень pH декарбонізованої води (7,9-8) при різних значеннях лужності та вмісту СО2 дози NaOH можуть змінюватись більш ніж у 2-3 рази. Враховуючи, що зміна витрати декарбонізованої води також потребує зміни подачі лугу, було розроблено та реалізовано автоматичну систему дозування лугу.
Відповідно до цієї схеми управління подачею лугу здійснюється частотним перетворювачем з програмованим контролером за двома аналоговими сигналами (4-20 мА). Перший, основний сигнал формується в контролері як співвідношення витрати лугу і витрати води (за даними витратоміра, встановленого до точки введення лугу); другий, що коригує, надходить від pH-метра, встановленого після точки введення лугу. Система керування насосами-дозаторами підтримує задане співвідношеннявитрати лугу до витрати води з корекцією цього співвідношення залежно від pH обробленої води (або відхилення від заданого значення pH).
Наступні пуско-налагоджувальні випробування та експлуатація вузла підлужування загалом підтвердили стійкість підтримки pH декарбонізованої води на заданому рівні: відхилення не перевищували ±(0,1-0,15), хоча при значних коливаннях витрати спостерігалася природна при пропорційному регулюванні інерційність системи.
При низьких значеннях концентрації кисню у поживній воді та стійкому підтриманні pH на нормованому рівні підвищену інтенсивність корозії вуглецевої сталі можна пояснити відсутністю щільної захисної плівки магнетиту на поверхні металу або її руйнуванням під шаром пухких відкладень [2]. Крім того, через високий коефіцієнт розподілу аміаку між парою та водою (
13), а, отже, його зниженої концентрації в конденсатах, підвищення pH конденсатів на станції було передбачено додаткове амінування безпосередньо потоків добірної пари. Виключити необхідність додаткового амінування можна за рахунок застосування замість аміаку менш летких амінів, наприклад, морфоліну. Морфолін характеризується коефіцієнтом розподілу, що дорівнює приблизно 0,4, тобто. при випаровуванні води або конденсації пари більша його частина залишається у водній фазі (або переходить у неї). Проте необхідне корекційної обробки води кількість морфолина значно перевищують кількість аміаку [6]. З урахуванням його вищої вартості деяких станціях реалізується так званий морфоліно-аміачний водний режим. Застосування такого режиму в умовах Закамської ТЕЦ, де як додаткова використовується пом'якшена вода, і тому потрібні вищі дози лужних реагентів,економічно недоцільно. Крім того, будуть потрібні і додаткові, досить тривалі дослідження його ефективності.
Впровадження корекційної обробки
Останнім часом за кордоном все більшого поширення знаходять водно-хімічні режими із застосуванням для захисту від корозії плівкоутворюючих амінів різного складу, що випускаються під загальною маркою «Хеламін» [7]. Утворюючи захисну гідрофобну плівку на поверхні металу, хеламін суттєво знижує швидкість корозії. Однак ефективність використання цього реагенту залежить від багатьох факторів (якості поживної води, режиму роботи обладнання, стану теплообмінної поверхні, наявності на ній відкладень та ін.), і в кожному конкретному випадку потрібно спеціальне опрацювання питання. Використання хеламіну, крім того, значно збільшує експлуатаційні витрати. У зв'язку з цим як коригувальний реагент було вирішено використовувати значно дешевший вітчизняний реагент Амінат ПК-2, що є водним розчином суміші летких амінів: диметиламіноетанолу, циклогексиламіну і морфоліну.
Циклогексиламін, як і аміак, може використовуватися для корекції pH, будучи сильнішою основою, а його коефіцієнт розподілу становить приблизно 13,5. Спільне застосування морфоліну і циклогексиламіну дозволяє варіювати за необхідністю коефіцієнт розподілу, змінюючи їх співвідношення в реагенті, що дозується. При цьому збільшення частки морфоліну призводить до підвищення ефективності підлужування конденсатів. Диметиламіноетанол також є летючим аміном, проте з компонентів, що входять до Амінату ПК-2, мабуть, тільки він може виявляти скільки-небудь помітну схильність до сорбції на теплообмінній поверхні. Маючи у своєму складі, поряд зкатіоноактивною N-групою, групу -OH, диметиламіноетанол може сорбуватися на поверхні металу за рахунок утворення координаційних поверхневих сполук [8]. Крім того, ця сполука може мати певні стабілізуючі властивості щодо продуктів корозії заліза, перешкоджаючи їх осадженню на поверхні металу. Слід також зазначити, що застосування даного вітчизняного реагенту навряд чи може вплинути на швидкість корозії мідьвмісних сплавів конденсатного тракту станції. При аміачному водному режимі станції і низьких концентраціях кисню в конденсатному тракті (
Перший досвід застосування реагенту на котлах низького і середнього тиску замість аміаку дозволив істотно знизити швидкість корозії. Однак для досягнення ефекту на цих котлах потрібно дозувати реагент у кількості від 20 мг до 30 мг/л. Підвищені дози, на нашу думку, були пов'язані, перш за все, з необхідністю підтримки рН на рівні 9. Для цього, як уже зазначалося, необхідні більші, ніж при аміачному режимі, концентрації реагенту в поживній воді. Для зниження витрат реагенту, тобто. для підвищення економічності технології було вирішено організувати спільне дозування аміаку та Амінату ПК-2 з використанням наявного на ТЕЦ обладнання для дозування аміаку.
Приготування робочого розчину аміаку та реагенту здійснювалося в баках-мірниках аміаку. Зважаючи на те, що від точності їх дозування залежить стабільність ВХР станції, управління роботою насосів-дозаторів також було автоматизовано з використанням частотного перетворювача та програмованого контролера за двома аналоговими сигналами - від pH-метра та витратоміра. Для зниження інерційності системи регулювання, на відмінувід схеми підлужування декарбонізованої води, у контролері було запрограмовано управління з ПІД-регулюванням. При цьому аналогові сигнали 4-20 мА надходили на модуль аналогових входів контролера від перетворювачів pH-метра та витратоміра, встановлених на трубопроводах подачі додаткової води КТЦ.
1-2 мг/л, реагенту – від 5 до 8 мг/л. Слід зазначити, що припинення подачі реагенту досить швидко призводило до збільшення концентрації заліза у поживному тракті. Цей факт свідчить швидше про адсорбційний механізм дії Амінату-ПК2, ніж про утворення скільки-небудь стійкої захисної плівки.
Подальша експлуатація станції з корекційною обробкою поживної води аналізованим реагентом підтвердила надійність і стійкість ВХР. Всі основні показники ВХР перебували в межах, що нормуються, а концентрація заліза в поживній воді не перевищувала 70-80 мкг/л. Значно покращилася і якість зворотного конденсату. Показники ВХР станції зведені у табл. 3.
3-11 мкг/л. Слід також зазначити, що в результаті покращення якості зворотного конденсату частка додаткової води у балансі станції знизилася з 30-35% до 17-18%. Зниження витрати додаткової води дозволило як повністю компенсувати збільшення витрат за корекційну обробку поживної води Амінатом ПК-2, а й отримати економію витрат з допомогою скорочення витрати солі на регенерацію фільтрів у вигляді понад 2 млн крб. на рік.
1. Акользін П.А. Корозія та захист металу теплоенергетичного обладнання. М: Енерговидав, 1982.
2. Стирикович М.А., Мартинова О.І., Миропільський З.Л. Процеси генерації пари на електростанціях. М: Енергія, 1969.
3. Лапотишкіна Н.П., Сазонов Р.П. Водопідготовка та водно-хімічний режим тепловихмереж. М.: Енергоато-міздат, 1982.
4. Манькіна Н.М. Фізико-хімічні процеси у пароводяному циклі електростанцій. М: Енергія, 1977.
5. Протопопов В.С., Меньшикова В.Л., Макарова Л.В. Розрахунок кількості відкладень, що утворюються на теплопередаючій поверхні при конвективному теплообміні // Праці Моск. енерг. ін-та. 1988. вип. 166.
6. Hcmig H.E. Metall und Wasser. BRD, Essen, 1964.
7. Петрова Т.І., Фурунджієва А.В. Використанняхелами-на теплових електростанціях з барабанними котлами // Енергозбереження та водопідготовка. 2004. № 1.
8. Долматов Ю.Д., Салашенко О.Г., Гронський Р.К. та ін Взаємодія в системі оксид заліза - вода - поліелектроліт при обробці поживної води парогенераторів надвисоких тисків // Хімія та технологія води. 1983. Т. 5. №4.