WinNavigator

Frigate

Norton Commander

WinNC

Dos Navigator

Servant Salamander

Turbo Browser

Winamp, Skins, Plugins

Необходимые Утилиты

Текстовые редакторы

Юмор

File managers and best utilites

Продувка барабанных котлов ТЭС и котельных. Продувка котлов

Условия образования накипи. Продувка паровых котлов

Обновлено 06.03.2012 15:54 Автор: Administrator 02.03.2012 15:46

Условия образования накипи. Продувка паровых котлов

При испарении воды концентрация солей, находящихся в ней, непрерывно увеличивается. Если соли не удалять из котла, то при определённой концентрации их в воде они выпадают из раствора и отлагаются на поверхности нагрева в виде накипи. При нагревании до 80 - 100 °С растворённые в воде бикарбонаты Са и Mg (Са(НСОз)г , Mg(HC03)2) разлагаются, образуя шлам, и осаждаются в нижних точках котла (нижние барабаны и коллектора).

Накипь сосредотачивается на наиболее теплонапряжённых поверхностях экранных и кипятильных труб и барабанов котла. Накипь проводит тепло в 40 раз (от 20 до 100 в разных котлах) хуже, чем железо, поэтому при работе с накипью увеличивается расход топлива и снижается надёжность работы поверхностей нагрева котла. (Сажа проводит тепло в 400 раз хуже).

Зависимость перерасхода топлива от толщины накипи

Толщина накипи, мм

Среднее значение перерасхода топлива, %

2,8

4,2

5,5

6,7

7,8

8,5

9,3

Из - за малой теплопроводности накипи металл кипятильных и экранных труб плохо охлаждается и подвергается сильному перегреву, в результате чего уменьшается его прочность. Это приводит к появлению отдулин, трещин, разрыву труб и даже к взрыву барабанов, котлов.На современных водотрубных котлах работа котла при условии образования накипи недопустима. Котлы должны работать в безнакипном режиме.Продувка паровых котловДля поддержания допустимого солесодержания котловой воды производится продувка котлов.Продувкой называется отвод из котла вместе с котловой водой посторонних примесей (солей, шлама, щелочей, взвешенных веществ и др.) при одновременной замене продуваемой воды питательной. Продувка бывает периодическая и непрерывная.Периодическая продувка производится через определённые промежутки времени и предназначается для удаления шлама из нижних точек котла: барабана, коллекторов экранов и др.. Она производится кратковременно, но с большим сбросом котловой воды, которая увлекает и выносит наружу шлам. Продувка производится в расширитель, предназначенный для охлаждения воды перед сбросом её в канализацию.Непрерывная продувка обеспечивает постоянный отвод растворённых солей постоянной жёсткости для поддержания их допустимой концентрации. Непрерывная продувка производится, обычно, из верхнего барабана и регулируется игольчатым вентилем. Вода отводится в расширитель (сепаратор), где происходит отделение пара от воды. И пар, и вода используются для подогрева сырой или химически очищенной воды (используется их тепло).Сроки и длительность продувок устанавливаются инструкцией или начальником котельной (по указаниям лаборатории).

vkotle.ru

Продувка барабанных котлов ТЭС и котельных

Продувка, т. е удаление из цикла части воды с наибольшими концентрациями примесей, осуществляется только для барабанных котлов ТЭС и ТЭЦ.

Для котлов ТЭС и ТЭЦ разомкнутая, непрерывно производимая продувка является важным средством поддержания нормального водного режима. Разделение пароводяной смеси в барабанах приводит к незначительному уносу примесей с насыщенным паром и концентрированию их в циркулирующей кипящей воде. Это может вызвать превышение допустимых концентраций примесей и к образованию значительных твердых отложений на теплообменных поверхностях. Поэтому необходимо организовать постоянное выведение примесей из этих контуров.

Для уменьшения энергетических потерь выведение примесей целесообразно производить из водяного объема котла. При этом резко уменьшается расход воды на продувку, так как концентрация любой примеси в котловой воде всегда больше, чем в питательной. Смешение параллельных потоков в барабанах подсказывает и наиболее благоприятное место для организации такой продувки воды – водяной объем барабана (рис. 4.1).

Рис. 5.1. Схема баланса расходов и примесей для котлов ТЭС и ТЭЦ в отсутствие ступенчатого испарения и промывки пара

Для оценки водного режима котла важны концентрации, которые устанавливаются в его водяном объеме. Из рис. 5.1 следует, что питательная вода с малыми концентрациями примесей поступает в водяной объем, где смешивается с циркулирующей водой с максимальными концентрациями (s >> sпв).

Концентрации примесей в водяном объеме sв тем ближе к концентрации в продувочной воде sпрод,чем больше кратность циркуляции Кцв системе. Обычно Кц =5…10, причем Кц тем меньше, чем выше давление в системе. Для систем с принудительной циркуляцией Кцменьше, чем для естественной циркуляции.

Насыщенный пар получается из воды с концентрацией примесей sв, которая меньше sпрод (из-за непрерывного поступления питательной воды с наименьшей концентрацией, sпв). Как показывает расчет по уравнению

(5.23)

результаты которого представлены на рис. 5.2, с достаточной для практики точностью можно считать sв ≈ sпрод, и все расчеты вести относительно sпрод. В связи с этим расчеты водного режима существенно упрощаются, так как из баланса примесей в парообразующей системе определяется именно значение sпрод (см. рис. 5.1).

Рис. 5.2. Зависимость концентрации котловой воды от кратности циркуляции при р = 1 %, т.е. sпрод/sпв = 100

При расчетах водного режима необходимо иметь в виду два важных обстоятельства. Во-первых, излагаемые далее расчетные уравнения действительны только для примесей, не претерпевающих термических преобразований в котле и в предшествующем тракте. Поэтому такие расчеты точны для хлоридов, кремниевой кислоты и катиона натрия. В отношении жесткости они условны в связи с термическим разложением бикарбонатов и даже карбонатов. В связи с этим кратности концентраций sпрод/sпв, наблюдаемые в эксплуатации по хлоридам и по жесткости, никогда не совпадают. Во-вторых, приводимые ниже балансовые соотношения составлены для условий как отсутствия образования твердых отложений в парообразующей системе (например, труднорастворимых естественных примесей и продуктов коррозии), так и отсутствия дополнительного поступления примесей из парообразующей системы (например, за счет ее коррозии).

Для оценки водного режима важно знать не только концентрации примесей, но и время их пребывания в водяном объеме, т.е. время воздействия на них высоких температур.

Значение непрерывной продувки для ТЭС и ТЭЦ устанавливают для каждой системы на основе проведения теплохимических испытаний. Продувка представляет собой определенную энергетическую потерю в связи с дросселированием ее до давления в деаэраторе. Поэтому максимальное ее значение ограничивается. По ПТЭ, она должна быть не менее 0,5 % и не более 1 % при химическом или термическом обессоливании. При восполнении потерь химически очищенной водой продувка может быть увеличена, но не более чем до 3 %. Для условий ТЭЦ с большой безвозвратной отдачей пара на производство, а также при высокой минерализации исходной воды продувка может быть допущена до 5 %. Теплота продувочной воды используется в регенеративной системе, например для подогрева питательной воды испарителей, или иногда в системе водоподготовки для подогрева исходной воды и т. п.

Непрерывная продувка для котлов ТЭС и ТЭЦ автоматизируется. Применяется двухимпульсная система – от уровня воды в барабане и от соотношения расходов пара и питательной воды. Применявшаяся ранее трехимпульсная система (еще и по общему солесодержанию продувочной воды) была целесообразна только в условиях высоких солесодержаний, которые следовало ограничивать, чтобы не вызвать вспенивания котловой воды. В современных условиях солесодержания продувочной воды относительно невелики и трехимпульсную систему, более сложную и дорогую, не применяют.

Вывод непрерывной продувки в отсутствие ступенчатого испарения выполняется из верхних слоев водяного объема барабана с повышенным содержанием поверхностно-активных веществ обычно сборной трубой с отводами по длине барабана. Расположение ее по сечению барабана выполняют, во-первых, в области наивысших концентраций примесей и тем самым в стороне от подачи питательной воды и, во-вторых, на достаточном расстоянии от вводов тех или иных корректирующих реагентов.

На линии непрерывной продувки предусматривают отборник пробы с холодильником для контроля содержаний примесей (см. рис. 5.1). Расход котловой воды по пробоотборной линии составляет довольно большую долю от обычного расхода продувочной воды. Это означает, что даже в отсутствие поступления котловой воды в расширитель продувка котла происходит. Поэтому значение минимально необходимой продувки, расход которой замеряют перед расширителем, равно 0,2–0,3 %. Полное же значение р, входящее в расчетные соотношения, больше.

Наряду с непрерывной продувкой предусматривают периодическую продувку, которая выполняется из всех нижних точек контура (рис. 5.3.). Режим такой продувки регламентируется специальной инструкцией на каждой станции. Основное ее назначение - вывод шлама, обычно оседающего в нижних точках. Периодическую продувку проводят кратковременно (3–5 мин), поочередно (по одному) из каждого нижнего коллектора. Одновременная продувка из двух, а тем более из большего количества коллекторов не допускается, так как она может привести к опорожнению барабана котла.

Рис. 5.3. Схема периодической продувки котлов ТЭС и ТЭЦ:

1 – нижние коллекторы; 2 – холодильник отбора пробы воды периодической продувки

Периодическая продувка в системе электростанции не используется и целиком сбрасывается. На сбросах периодической продувки отборы и холодильники к ним обычно не предусматриваются. Однако установка таких пробоотборных точек целесообразна, так как позволяет характеризовать шламовый режим котла и находить оптимальный режим периодических продувок.

Водный режим котла

В барабанных котлах с естественной и многократной принудительной циркуляцией для исключения возможности образования накипей необходимо, чтобы концентрация солей в воде была ниже критической, при которой начинается их выпадение из раствора. С целью поддержания требуемой концентрации солей из котла продувкой выводится некоторая часть воды и вместе с ней удаляются соли в таком количестве, в каком они поступают с питательной водой. В результате продувки количество солей, содержащееся в воде, стабилизируется на допустимом уровне, исключающем их выпадение из раствора. Применяют непрерывную и периодическую продувки котла. Непрерывная продувка обеспечивает равномерное удаление из котла накопившихся растворенных солей и осуществляется из места наибольшей их концентрации в верхнем барабане. Периодическая продувка применяется для удаления шлама, осевшего в элементах котла, и производится из нижних барабанов и коллекторов котла через каждые 12-16 ч.

Схема непрерывной продувки котлов показана на рис. 12.5. Вода непрерывной продувки подается в расширитель, где поддерживается давление меньшее, чем в котле. В результате часть продувочной воды испаряется и образовавшийся пар поступает в деаэратор. Оставшаяся в расширителе вода удаляется через теплообменник и после ее охлаждения сливается в дренажную систему.

Непрерывная продувка р, %, устанавливается по допустимой концентрации в воде котла растворимых примесей, чаще всего по общему солесодержанию, и выражается в процентах паропроизводительности котла:

где Dnp и D - расходы продувочной воды и номинальная паропроизводительность котла, кг/ч.Расход питательной воды Dn.в. При наличии непрерывной продувки составляет

Количество воды, удаляемое непрерывной продувкой, устанавливается из уравнения солевого баланса котла

где Dn.в - расход питательной воды, кг/ч; Sn.в, Sn и Snp - солесодержания питательной воды, пара и продувочной воды, кг/кг; 50 Тл - количество веществ, отлагающихся на поверхностях нагрева, отнесенное к 1 кг получаемого пара, мг/кг.

В котлах низкого и среднего давления количество солей, уносимых паром, незначительно, и член DSn в уравнении (12.3) можно приравнять нулю.Нормальный водный режим котла не допускает отложение солей на поверхностях нагрева, и член DS0 в этом уравнении также должен быть равен нулю. Тогда количество воды, удаляемое с продувкой,

Подставляя значение Dпв из выражения (12.2) с учетом формулы (12.1), определяем продувку, %,

В котлах высокого давления уносом паром примесей вследствие растворимости в паре гидроксидов металлов и SiО2, а также отложением их пренебрегать нельзя и величину продувки следует определять с учетом члена DS и уравнения (12.3) по формуле

Применение непрерывной продувки, являющейся основным средством поддержания требуемого качества воды барабанного котла, связано с увеличением расхода питательной воды и тепловыми потерями. На каждый килограмм продувочной воды расходуется теплота, кДж/кг,

где hnp и hп.в - энтальпии продувочной и питательной воды, кДж/кг; % - КПД котла.

Правилами технической эксплуатации непрерывная продувка при питании котла смесью конденсата и обессоленной воды или дистиллята должна быть не более 0,5; при добавке к конденсату химически очищенной воды - не более 3; если потери пара, отбираемого на производство, превышают 40 % - не более 5 %.

При указанных нормах продувки и частичном использовании теплоты продувочной воды потери теплоты с продувкой составляют 0,1-0,5 % теплоты топлива. В целях уменьшения потерь теплоты с продувкой следует стремиться к уменьшению количества выводимой из котла воды. Эффективным методом снижения продувки является ступенчатое испарение воды. Сущность ступенчатого испарения или ступенчатой продувки состоит в том, что испарительная система котла разделяется на ряд отсеков, соединенных по пару и разделенных по воде. Питательная вода подается только в первый отсек. Для второго отсека питательной водой служит продувочная вода из первого отсека. Продувочная вода из второго отсека поступает в третий отсек и т. д.

Продувку котла осуществляют из последнего отсека- второго при двухступенчатом испарении, третьего - при трехступенчатом испарении и т. д. Так как концентрация солей в воде второго или третьего отсека значительно выше, чем в воде при одноступенчатом испарении, для вывода солей из котла требуется меньший процент продувки. Применение ступенчатого испарения эффективно также как средство уменьшения уноса кремниевой кислоты вследствие высокой гидратной щелочности, возникающей в солевых отсеках. Системы ступенчатого испарения и продувки обычно выполняют из двух или трех отсеков. В настоящее время в большинстве барабанных котлов среднего и высокого давления применяется ступенчатое испарение. Повышение солесодержания воды при нескольких ступенях испарения происходит ступенями и в пределах каждого отсека устанавливается постоянным, равным выходному из данного отсека. При двухступенчатом испарении система делится на две неравные части - чистый отсек, куда подается вся питательная вода и вырабатывается 75-85 % пара, и солевой отсек, где вырабатывается 25-15% пара.

На рис. 12.6, а показана схема испарительной системы с двухступенчатым испарением с солевыми отсеками, расположенными внутри барабана котла, в его торцах, а на рис. 12.6,б - с выносными циклонами, которые вместе с включенными в них экранами образуют солевые отсеки котла. При двухступенчатом испарении относительная суммарная паропроизводительность солевых отсеков, %, необходимая для обеспечения заданного солесодержания воды в чистом отсеке, при отсутствии переброса воды в него из солевых отсеков, определяется из выражения

где nи - паропроизводительность солевых отсеков, %; Sn.в и Sвl - солесодержание питательной воды и воды в чистом отсеке, кг/кг; р - продувка из солевого отсека, %. Оптимальная паропроизводительность солевых отсеков при двухступенчатом испарении и продувке, определяемой допустимым общим солесодержанием в паре, при продувке в 1 % равна 10-20 %, а при продувке в 5 % она составляет 10-30%.

При двухступенчатом испарении общее солесодержание пара, мг/кг, определяется по формуле

где Snt = C,Sn, мг/кг; Sn„ = С/Сц-ь мг/кг; здесь

Kl и Кll - коэффициенты выноса солей из первой и второй степеней испарения; при низких и средних давлениях Кl = ftil = 0,01/0,03 %; Cl - кратность концентраций в чистом отсеке и питательной воде. Концентрация солей в воде чистого отсека, мг/кг,

Концентрация солей в продувочной воде, мг/кг,

Кратность концентраций между солевым и чистым отсеками в отсутствие переброса воды из солевого отсека при двухступенчатом испарении.

Для системы с трехступенчатым испарением общее солесодержание пара, концентрация солей в отсеках и продувочной воде, а также кратность концентраций определяются по уравнениям, аналогичным приведенным.

В случае применения - промывки пара второй и третьей ступеней испарения водой чистого отсека общее солесодержание насыщенного пара определяется по формуле

Допустимые предельные значения солесодержания, кремнесодержания и щелочности воды в барабанных котлах зависят от их конструкции, давления пара и пр. Избежать появления накипи на поверхностях нагрева барабанного котла только путем улучшения качества питательной воды и продувки котла не всегда удается. Дополнительно применяют коррекционный метод обработки воды в котле, при котором соли Са и Mg переводят в соединения, нерастворимые в воде. Для этого вводят в воду реагенты - коррекционные вещества, анионы которых связывают и осаждают в виде шлама катионы кальция и магния.

В котлах при давлении более 1,6 МПа в качестве корректирующего реагента применяют тринатрийфосфат Na3PО4l2h3О. При введении этого реагента происходит реакция с кальциевыми и магниевыми соединениями:

Получившиеся вещества: Са3(РO4)2, Са(ОН)2 и Na2SO4 - обладают малой растворимостью и выпадают в виде шлама, удаляемого периодической продувкой. При питании котлов конденсатом с добавкой химически очищенной воды создают фосфатно-щелочной водный режим котла, при котором сохраняется свободная щелочность. При добавке к конденсату дистиллята и химически обессоленной воды поддерживают чисто фосфатный водный режим котла при отсутствии свободной щелочности. Рекомендуется следующий избыток РО в воде: у котлов без ступенчатого испарения 5- 15; у котлов со ступенчатым испарением в чистом отсеке 2 - 6 и в солевом отсеке - не более 50 мг/кг.

Для коррекции качества воды барабанных котлов с давлением выше 6,0 МПа в последнее время в ряде случаев в питательную воду дозируются либо аммиак с гидразином, либо комплексон.

Гидразинно-аммиачный водный режим котла, оставшийся после термической деаэрации кислород связывается гидразином. Остатки углекислоты связываются дозируемым в питательную воду аммиаком, который полностью нейтрализует СО2 и повышает pH среды до 9,1 ± 0,1, что способствует уменьшению скорости коррозии. Комплексонный водный режим котла кроме аммиака и гидразина в питательную воду вводит комплексон - обычно этиленднаминтетрауксусную кислоту (ЭДТК). Это приводит к повышению теплопроводности отложений и перемещению их в менее теплонапряженные поверхности (экономайзер). При 80-90 °С водные растворы ЭДТК и аммиака образуют трехзамещенную аммонийную соль ЭДТК, которая взаимодействуя с продуктами коррозии железа (при 110°С-гемиоксидом железа), образует хорошо растворимые в воде комплексонаты железа, которые под действием более высокой температуры по ходу среды разлагаются с образованием выпадающего на внутренней стороне труб плотного слоя магнетита, защищающего металл от коррозии.

В прямоточных котлах, не имеющих продувки, все поступающие в него с питательной водой минеральные примеси кристаллизуются на поверхности, образуя отложения накипи, или выносятся паром из котла. Соответственно солевой баланс прямоточного котла имеет вид

На стенкаx поверхности нагрева частично отлагаются соли жесткости и продукты коррозии металла в области, где их минимальная растворимость при данном давлении меньше, чем концентрация этих соединений на входе в котел. При этом допустимая концентрация данного соединения в питательной воде определяется допустимой интенсивностью отложений в котле на единицу массы поступающей воды:

где Сдоп- допустимая концентрация данной примеси в воде; Смин - минимальная растворимость при данном давлении; Сминдоп - допустимые отложения в котле. Выше были показаны зависимости растворимостей различных минеральных примесей от температуры воды. Сопоставление концентраций отдельных соединений в питательной воде с характеристиками их растворимости дает возможность определить, будут ли образовываться отложения, а при их наличии - место начала отложений и скорость их роста.Скорость роста отложений, кг/(м2*год), определяется исходя из уравнения изменений энтальпии и растворимости примесей по длине трубы по формуле

т. е. интенсивность роста отложений пропорциональна про изводной растворимости по энтальпии и средней плотности теплового потока на внутренней поверхности трубы. В котлах высокого давления отложение солей начинается тогда, когда влагосодержание пара уменьшается до 50 - 20 %, и заканчивается при перегреве пара на 20 - 30°С. Наибольшее отложение примесей происходит в области, где влажность пара менее 5 - 6 %.

В прямоточных котлах при высоком и сверхкритическом давлении растворимость ряда соединений, в том числе кремнекислоты и хлорида натрия, достаточно велика, и их концентрация не доходит до состояния насыщения в котле. Эти примеси выносятся вместе с паром и почти не отлагаются на поверхности нагрева. Поэтому допустимая концентрация кремнекислоты и хлорида натрия в питательной воде определяется только условиями надежной работы турбин, в проточной части которых при снижении давления пара возможно образование отложений.

Осевшие в трубах котла соли устраняют в периоды остановки водной и кислотной промывкой. Водную промывку осуществляют при очередной остановке котла водой с температурой 100°С. Кислотная промывка производится через каждые 2-3 года слабым раствором хромовой или соляной кислоты.

kotel-kv-300.ru