Водно-химические режимы прямоточных котлов.

Гидразинно-аммиачный водный режим (ГАВР) рекомендуется на энергетических блоках, в которых трубки конденсатора и ПНД выполнены из медьсодержащих сплавов (латуни).

В воде конденсатного тракта за счет присосов воздуха в конденсаторе и на всасе конденсатного насоса растворены кислород и углекислота. Термическая деаэрация не обеспечивает полного удаления кислорода и углекислоты, поэтому ее дополняют химической обработкой питательной воды.

В конденсат (после БОУ) или в питательную воду (после деаэратора) подают (рис.12.1) гидразин-гидрат (N₂H₄∙H₂O), который вступает в реакцию с кислородом с образованием в результате азота и воды. Для обеспечения полного связывания кислорода гидразин вводят в количестве, превышающем стехиометрическое значение. Оставшийся в воде избыточный гидразин (20…60 мкг/кг перед котлом) практически полностью разлагается в котле с образованием аммиака, азота и воды.

Углекислота находится в воде в виде молекул СО₂ (растворенный газ) и раствора углекислоты Н₂СО₃. Углекислота нейтрализуется дозируемым в питательную воду аммиаком, который вводится в количестве, обеспечивающем как нейтрализацию СО₂ так и создание избытка гидроксида аммония, повышающего рН среды до 9,1 ± 0,1.

Значение показателя рН = 9,1 ± 0,1 рекомендуется при наличии в конденсатном тракте латунных трубок, но при этом не подавляется полностью ни коррозия стали, ни коррозия латуни. В результате в котел поступают оксиды железа и меди, где происходит их отложение в НРЧ. При ГАВР в котле не образуется защитных пленок, и металл корродирует. Недостатки ГАВР заметно проявились при переходе на сжигание в котлах мазута с высокими тепловыми потоками. Рост температуры стенки в НРЧ достигает 10…15°С за 1000 ч работы; внутренние отложения увеличиваются за 1000 ч на 20…30 г/м² в газомазутных котлах или на 15…20 г/м² в пылеугольных котлах; при отложениях 250…400 г/м² приходится выполнять химические очистки поверхностей нагрева. На газомазутных котлах межпромывочный период составляет 7000…10000 тыс. ч, а в некоторых случаях и меньше (4…6 месяцев, т.е. через 3000…4500 ч).

Гидразинный водный режим (ГВР) (нейтрально-восстановительный ВХР) применяется при наличии медьсодержащих сплавов в конденсатном тракте (рис.12.1). Гидразин вводится после БОУ (перед ПНД), в питательной воде поддерживается рН = 7,7…0,2 (за счет гидразина и работы ионитовых фильтров БОУ). При этом обеспечивается: снижение концентрации соединений меди более чем в 2 раза (до 2 мкг/кг); содержание железа в питательной воде не более 10 мкг/кг; восстановление оксидов железа и перевод их в магнетит; удлинение межпромывочного периода в газомазутных котлах до 15 000 ч; уменьшение заноса проточной части турбины.

Высокощелочной режим применяется на блоках, где отсутствуют трубки из латуни. Это разновидность гидразинно-аммиачного режима. За счет ввода аммиака поддерживается рН = 9,5…9,6, при этом скорость коррозии железа мала. Для реализации этого режима в фильтрах смешанного действия БОУ требуются специальные катиониты (в NH₄-фоpмe). Высокие концентрации аммиака в воде способствуют переходу в пар и выносу в турбину хлоридов и сульфатов, которые вызывают коррозионное растрескивание под напряжением элементов турбины.

Нейтрально-окислительный водно-химический режим (НОВР) широко распространен на блоках СКД, в ПНД которых применяются трубки из нержавеющей аустенитной стали (вместо латунных). После БОУ турбинный конденсат приближается к теоретически чистой нейтральной воде, электропроводность которой 0,04…0,06 мкСм/см. Такая вода почти не содержит ионогенных примесей, и электрохимические процессы в ней заторможены. Содержащийся в обессоленной воде кислород играет неоднозначную роль: при малой концентрации (менее 30 мкг/кг) кислорода обессоленная вода является корро-зионно-агрессивной средой; при увеличении концентрации кислорода скорость коррозии резко снижается, а при концентрации свыше 200 мкг/кг на поверхности металла образуется сплошная защитная оксидная пленка из магнетита Fe₃O₄ и гематита Fe₂O₃. Оксидные пленки обеспечивают длительное, устойчивое состояние стали, защищают от дальнейшей коррозии. При останове оборудования консервация его не требуется. Ухудшение качества воды (электропроводность свыше 0,2…0,3 мкСм/см) вызывает значительный рост скорости коррозии.

Нейтрально-кислородный водный режим (НКВР) применяется, когда питательная вода имеет высокую чистоту (электропроводность меньше 0,3 мкСм/см). В конденсат дозируется кислород с концентрацией 200…800 мкг/кг. Выпар из деаэратора открыт для удаления углекислоты, при этом удаляется и часть кислорода. В этом случае в питательную воду добавляется кислород в количестве 100…400 мкг/кг. Концентрация O₂ должна быть такой, чтобы кислород израсходовался до участков пароперегревателя из аустенитной стали. Для поддержания нейтрального значения рН = 7 в питательную воду дозируется аммиак в небольших количествах (30…60 мкг/кг). Возможен режим с подщелачиванием воды (аммиаком) до рН = 8. Подачу газообразного кислорода в воду трудно автоматизировать.

Режим НКВР обеспечивает содержание железа в питательной воде ниже нормативного значения (в среднем 5…7 мкг/кг, на некоторых электростанциях 1…2 мкг/кг), при этом масса отложений снижается в 3…5 раз (90…150 г/м² за 10 000 ч работы), а скорость роста температуры стенки трубы в НРЧ не превышает 3…5 °С за 1000 ч, температура металла уменьшается. Химическую очистку поверхностей нагрева выполняют в капитальный или расширенный текущий ремонт. Отказ от дозирования гидразингидрата и больших количеств аммиака удешевляет и упрощает эксплуатацию блока, увеличивает межрегенерационный период фильтров БОУ.

Вместо газообразного кислорода для дозирования в воду применяются и другие окислители. В частности, на ряде электростанций используется раствор переоксида водорода Н₂О₂, подачу которого можно автоматически регулировать в зависимости от расхода питательной воды. Концентрация Н₂О₂ составляет 220…280 мкг/кг. При этом на поверхности металла (стали) образуется оксидная пленка из малых кристаллов округлой формы, без трещин, обладающая хорошими защитными свойствами. Рост отложений в НРЧ составляет 60…90 мкг/м₂ за 10 000 ч, термическое сопротивление их примерно в 8 раз меньше, чем при режиме ГАВР, поэтому температура стенки растет медленно (до 1…2°С за 1000 ч).

При переводе блоков СКД с режима ГАВР на режим НОВР необходимо оснастить подогреватель ПНД трубками из аустенитной стали; обеспечить плотность конденсаторов турбин, высокое качество обессоленной и питательной воды; провести эффективную химическую очистку поверхностей котла, деаэратора и конденсатно-питательного тракта от отложений меди и других соединений.

Комплексонный водно-химический режим (КВР) организуется на базе гидразинно-аммиачного водного режима. Кроме традиционной гидразинно-аммиачной обработки конденсата и питательной воды на всас бустерных насосов (после деаэратора) подается раствор комплексона аммонийной соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК или ЭДТУ).

Аммонийная соль ЭДТК образует со всеми катионами питательной воды (железа, меди, цинка, кальция, магния и др.) комплексонаты, обладающие высокой растворимостью в воде. Расчет концентрации комплексона С_компл при СКД ведут по стехиометрическим соотношениям по концентрации в питательной воде оксидов железа C_п.в.^Fe, меди C_п.в.^Cu и цинка C_п.в.^Zn.

(12.1)

При температуре 250…330 °С происходит интенсивный термолиз комплексонатов железа (разложение при высокой температуре). При термическом разложении комплексонатов железа в условиях контакта их со сталью на ее поверхности образуется пленка магнетита, плотно сцепленная со сталью и обладающая защитными свойствами. Пленка защищает сталь от общей коррозии. Образование защитной пленки магнетита происходит при отсутствии комплексонатов других катионов, поэтому требуется высокое качество питательной воды, 100%-ная конденсатоочистка. Процесс термолиза зависит только от температуры и не зависит от тепловой нагрузки. Поэтому образование оксидной пленки происходит на обогреваемых и необогреваемых трубах, равномерно по периметру обогреваемой трубы. Зона термолиза комплексоната железа включает последний ПВД (ПВД-8), экономайзер, подвесные трубы, начало НРЧ.

Основная масса оксидов железа (до 80%) выпадает на участках до НРЧ с относительно низкими тепловыми потоками (рис.12.2). При этом в НРЧ количество отложившихся оксидов железа уменьшается в 3-4 раза по сравнению с ГАВР (∆С_Fe = 2…3 мкг/кг вместо 8…10 мкг/кг).

Отложения образуют плотный слой с теплопроводностью λ = 2…3 Вт/(м∙К) - в 3…4 раза выше теплопроводности при режиме ГАВР. В результате этого рост температуры стенки трубы НРЧ составляет за 1000 ч менее 5°С и межпромывочный период увеличивается.