Водное хозяйство и водный режим паровых и водогрейных котлов. Водный режим котла
Глава 5. Водный режим паровых котлов
5.1. Водоподготовка
Эффективность работы энергетической установки и ее эксплуатационная надежность зависят от качества используемой котлом воды.
Различают котловую, питательную и добавочную воды. Вода, циркулирующая в котле, называется котловой, а подаваемая в котел в процессе его работы – питательной. В качестве питательной воды обычно используют конденсат пара, который отработал в турбине и паровых вспомогательных механизмах. С этой целью конденсат собирается и возвращается в паровой Котел, таким образом, цикл использования воды поддерживается замкнутым. Для восполнения утечек пара и воды в замкнутый цикл вводят добавочную воду (дистиллят), приготовляемую в испарительных установках из морской воды.
В котловой воде при ее испарении накапливаются соли, которые поступают в котел с питательной водой и не покидают его вместе с уходящим из котла паром. Повышение концентрации раствора солей в котловой воде приводит к появлению на внутренних поверхностях нагрева плотной или рыхлой накипи. Из-за образовавшейся в трубах накипи, имеющей сравнительно низкую теплопроводность, ухудшается охлаждение труб изнутри, они могут перегреться («перегореть») и потерять прочность, что, как правило, приводит к их разрыву.
Водный режим котлов необходимо организовать так, чтобы все соли, попавшие в котел с питательной водой и склонные к накипеобразованию, выделялись в воде только в виде легкоподвижного неприкипающего шлама, то есть взвесей, удаляемых из котла с продуваемой периодически или непрерывно водой. Процесс периодического или непрерывного продувания котловой воды должен сопровождать работу любого парового котла, чтобы не допустить появления накипи. Образование в котле твердой накипи следует рассматривать как предаварийное состояние.
Под воздействием воды, пара и пароводяной смеси металлическая поверхность нагрева внутри трубы подвергается коррозии. Окислителями в этом процессе являются растворенные в воде кислород и углекислый газ. Коррозия внутренних поверхностей нагрева обусловлена в основном электрохимическими процессами. При электрохимической коррозии окисление вызвано переходом ионов металла в раствор (котловую воду) и накоплением в металле эквивалентного количества электронов. В результате появляется разность потенциалов и так называемый «коррозионный» ток. Чем больше в воде растворенных примесей, тем больше коррозионный ток и выше скорость коррозии металла.
Если температура стенки выше 250°С, то на ее поверхности образуется плотная оксидная пленка, которая препятствует развитию коррозии. Образованию такой пленки способствует щелочность воды. Кислород и углекислый газ снижают прочность защитной пленки, вызывают появление локальных язвин, особенно в местах соединений отдельных деталей. При значениях температуры более 500°С наблюдается химическая коррозия поверхности нагрева, при которой окислителем является водяной пар.
Наличие примесей в котловой воде способствует набуханию уровня и вспениванию воды в пароводяном коллекторе. В этом случае пар, выходя из коллектора, может захватить и увлечь за собой капельки воды, а вместе с ними и содержащиеся в них соли. Уносимые паром соли в итоге откладываются в пароперегревателе, трубопроводах, арматуре и даже на лопатках турбины, ухудшая их работу.
Для предотвращения уноса влаги и растворенных в ней солей необходимо: 1) погасить в пароводяном коллекторе котла кинетическую энергию струй пароводяной смеси, выходящих из подъемных труб; 2) создать равномерный выход пара через зеркало испарения; 3) обеспечить строго вертикальное движение пара в паровом пространстве с минимально возможной скоростью; 4) осуществить сепарацию пара и промывку его чистой питательной водой.
Первые две задачи решаются путем установки ниже уровня воды в коллекторе дырчатого щита с отверстиями диаметром 10–20 мм. Щит создает дополнительное сопротивление движению пара, способствует образованию паровой подушки, в которой гасится кинетическая энергия пароводяных струй. Третье условие обеспечивается установкой потолочного паросборного дырчатого щита с диаметром отверстий 10 мм, выравнивающего сбор пара по длине коллектора. Четвертая задача выполняется путем размещения в паровом пространстве коллектора сепарационного устройства и специального щита, образующего каскад воды. На щит подают около половины вводимой в коллектор питательной воды, которая растекается по его поверхности ровным слоем. Пар подается под щит и проходит через слой стекающей питательной воды. При этом капли котловой воды, содержавшиеся в паре, уносятся питательной водой. Вместо них пар захватывает капли питательной воды, в которой солей значительно меньше, и направляется в сепаратор, где отделяется от влаги. В итоге пар, выходящий из коллектора котла, очищается. Специальная химическая служба контролирует чистоту пара отбором проб.
Для обеспечения надежной работы котла производят вне- и внутрикотловую обработку воды, продувку котла и сепарацию пара.
Требования к качеству котловой воды зависят от назначения котла и рабочего давления пара. Основными показателями качества воды являются: общее солесодержание, содержание хлоридов, общая жесткость, щелочность, щелочное, фосфатное и нитратное числа, концентрация водородных ионов, содержание газов.
Общим солесодержанием называется сумма всех содержащихся в воде солей в миллиграммах на 1 кг воды (мг/кг). Содержание хлоридов (хлористых солей NaCl, MgCl, CaCl и др.) выражают в миллиграммах хлориона в 1 кг воды.
Общая жесткость определяется количеством растворенных в воде солей кальция и магния, которые являются основными накипеобразующими веществами. Количественно жесткость характеризуется суммарной концентрацией ионов кальция и магния, выраженной в миллиграмм-эквивалентах на 1 кг воды (мг-экв/кг). Миллиграмм-эквивалент – это количество вещества, соответствующее его атомной массе. Принятый за единицу жесткости 1 мг-экв/кг соответствует содержанию 0,02 мг кальция и 0,012 мг магния в 1 кг воды.
Щелочность воды обусловлена введением в нее химических соединений (реагентов) с целью уменьшения жесткости, а следовательно, накипеобразования. Показателем щелочности служит щелочное число, под которым понимают количество кислоты, необходимой для нейтрализации раствора, пересчитанное на концентрацию щелочи NaOH в мг/кг воды. О щелочности воды можно судить также по фосфатному и нитратному числам и концентрации водородных ионов. Фосфатное число характеризует количество фосфорного ангидрида РО4 , а нитратное – содержание в воде NaNO3 в мг/кг. Концентрацию водородных ионов определяет водородный показатель рН. Чистая нейтральная вода при температуре 22°С имеет рН = 7. Если рН < 7, то вода имеет щелочную реакцию; если рН > 7, то кислотную.
Содержание газов показывает концентрацию в воде кислорода и углекислого газа в мг/кг. Кислород – основной коррозионный агент, вызывающий коррозию поверхностей нагрева котла. Углекислый газ способствует активизации коррозионных процессов, влияет на процессы водоподготовки. Растворимость газов в воде зависит от давления газа над водой и температуры воды. С ростом давления растворимость газов в воде повышается, а с увеличением температуры – уменьшается. При кипении воды растворимость кислорода стремится к нулю.
Нормы качества воды для котлов морских судов приведены в табл. 5.1. Таким образом, основные задачи водоподготовки и водного режима котлов заключаются в устранении накипеобразования, снижении коррозионного воздействия, уменьшении солевого уноса.
Таблица 5.1
studfiles.net
Водное хозяйство и водный режим паровых и водогрейных котлов.
Лекции по ТГУ.
Элементы котельных установок.
Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или воды.
Основные элементы котельной установки – котел, топка, питательные устройства, устройства топливопередачи и автоматического регулирования
Котел – это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов сгорания топлива передается воде. В результате чего в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных нагревается до требуемой температуры.
Топочное устройство – служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту нагретых газов.
Питательные устройства – (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.
Тягодутьевое устройство – состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов, дымовой трубы, с помощью которых обеспечивается подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.
Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер, воздухонагреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды, приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.
Классификация котельных установок.
Котельные установки в зависимости от типа потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные.
По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые и водогрейные.
Энергетические котельные установки – вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегетами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.
Производственно-отопительные котельные установки – (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Отопительные котельные установки – (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции жилых и производственных помещений.
В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные разделяются на местные (индивидуальные), групповые и районные.
Местные отопительные котельные – обычно оборудуются водогрейными котлами с нагревом воды до t<=1150C, или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.
Групповые отопительные котельные – обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Такие котельные оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами, как правило, большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специальных зданиях.
Районные отопительные котельные – предназначены для теплоснабжения крупных жилых массивов; их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.
Правильная организация водяного режима котла имеет очень большое значение для его бесперебойной и экономичной работы.
Наличие примесей в воде (питательной) приводит к образованию отложений на поверхности нагрева котлов и к разрушению их нормальной работы, ухудшению качества пара и воды и к интенсивному протеканию коррозионных процессов, могущих в сравнительно короткое время вывести из строя оборудование.
Вода, получаемая из источника водоснабжения, проходит систему предварительного подогрева, очистки от механических и растворенных химических и газообразных примесей, направляется в котел и затем в виде пара (насыщенного или перегретого) или горячей воды поступает потребителю.
В цикле котлоагрегата вода на различных стадиях процесса имеет различные названия:
1) исходная вода, получаемая непосредственно из источников водоснабжения (река, водопровод, артезианская скважина) и подвергаемая дальнейшей обработке.
2) добавочная подпиточная вода – специально приготавливаемая в установках химической очистки воды и предназначенная для питания котла дополнительно к возвращаемому конденсату.
3) питательная вода – подаваемая питательными насосами, она является смесью возвращаемого конденсата и подпиточных вод.
4) котловая вода – вода, циркулирующая в контуре котла.
Природные воды содержат нерастворимые (механические) примеси в виде ила, песка, глины, микроорганизмов; коллоидно-растворенные вещества и различные растворенные соли и газы.
Поэтому без предварительной очистки они не пригодны для питания паровых и водогрейных котлов. Это связано с тем, что песок, глина, ил могут оседать в трубах поверхностей нагрева в виде шлака и грязи и приводить к закупорке и пережогу кипятильных труб.
Растворимые в воде примеси образуют в процессе работ котла на внутренних стенках труб отложения (накипь), которые проводят тепло в 80 – 100 раз хуже стали, что ухудшает теплообмен и вызывает пережог топлива на 5 – 8 %, а при толщине отложений около 1мм вызывает значительное повышение температуры наружной стенки трубы, что может привести к перегреву, образованию вспучин и разрывов капиллярных труб.
Растворимые в воде газы (кислород, углекислый газ) вызывают коррозию внутренних поверхностей нагрева, возрастающую с увеличением рабочего давления.
Качество исходной подпиточной, питательной и котловой воды характеризуется: количеством взвешенных частиц, сухим остатком, общим солесодержанием, жесткостью, щелочностью, содержанием кремниевой кислоты, концентрацией водородных ионов, содержанием коррозионно-активных газов.
К взвешенным частицам относятся механические примеси, удаляемые из воды путем фильтрования, количество их выражается в мг/кг.
Сухой остаток – получается испарением отфильтрованной воды при T=378-383 0К. он указывает на количество растворенных в воде веществ и измеряется также в мг/кг.
Окисляемость характеризуется содержанием в воде органических веществ и расходом окислителя (марганцовокислого калия KMnO4) на разрушение органических веществ при анализе воды. Органические вещества, попадающие в воду, вспенивают ее и ухудшают качество пара.
На жесткость воды влияет суммарное содержание солей кальция и магния в воде, являющихся накипеобразователями.
Различают общую жесткость Жо, характеризуемую содержанием всех солей кальция и магния (хлоридов, сульфатов, бикарбонатов, нитратов, силикатов).
Карбонатную (временную) жесткость Жк, обусловленную наличием бикарбонатов кальция и магния, разлагающихся при нагревании и кипячении с выделением рыхлых осадков (шлема), оседающих в нижних частях парогенератора и удаляемых при периодической продувке.
Некарбонатную (постоянную) жесткость Жнк, обусловленную присутствием в воде всех остальных солей кальция магния.
Общая жесткость это сумма карбонатной и некарбонатной жесткости Жк + Жнк =Жо. единица измерения жесткости - мгэкв./кг.
Щелочность характеризуется концентрацией в воде гидроксильных OH-, бикарбонатных 
, карбонатных 
, силикатных
, и
ионов, а также солей некоторых слабых органических кислот, называемых гуматами.
Щелочность бывает: карбонатная, бикарбонатная, гидратная и общая. Щобщ = Щк + Щб + Щг
Среда: при рН0 – кислая; при рН=7 – нейтральная; при рН14 – щелочная.
Кремнесодержание характеризуется концентрацией в воде различных соединений кремния, находящихся в молекулярной или коллоидной форме, и условно пересчитывается на SiO2 (мг/кг).
Содержание растворенных газов (O2, N2, CO2, иногда h3), в основном определяет коррозионные свойства воды.
Таким образом, обработка воды в общем случае предусматривает:
удаление взвешенных частиц
снижение жесткости
поддерживание определенной величины щелочности
снижение общего солесодержания
удаление коррозионно-активных газов.
studfiles.net
Водный режим котлов
Водный режим котлов
Схемы ступенчатого испарения воды в паровом козле. Ступенчатое испарение позволяет получать пар требуемого качества при сниженном количестве продувочной воды, для чего в верхнем барабане 2 котла устанавливают перегородки 4 с отверстиями, которые разделяют водяной объем барабана на ряд уменьшающихся отсеков - ступеней (рис. 6,а), а паровое пространство остается общим. Обычно барабан разделяют на три отсека - два торцевых меньших размеров и один средний большего размера. Поверхность нагрева котла, подсоединенная к каждому из отсеков, должна иметь самостоятельный циркуляционный контур.
Вся питательная вода подается в первый - средний отсек, над которым размещен штуцер с вентилем для отвода пара из барабана. Через отверстия в перегородках проходит вся продувочная вода, которая в концевых отсеках(циркуляционных контурах)должна превратиться в пар. При этом по направлению к концевым отсекам концентрация солей в котловой воде увеличивается, а количество получаемого пара уменьшается. Основное количество пара получается в среднем чистом отсеке, в котором за счет большой продувки (равной расходу котловой воды в крайних отсеках) образуется пар с более низким солесодержанием.
Рис. 6. Схемы ступенчатого испарения:
а - размещение второй ступени испарения с двух торцов барабана, б - двухступенчатое испарение с выносными циклонами; 1 - питательная магистраль, 2 - барабан котла, 3 - паропровод для отбора пара, 4 - перегородки, 5 - тру ба для продувки, 6 - экраны, 7 - выносные циклоны.
Рис. 7. Схема непрерывной продувки:
1 - расширитель, 2 - труба для подвода котловой воды в расширитель от других котлов, 3 и 7 - регулировочные вентили, 4 - предохранительный клапан, 5 - пар из расширителя, 6 - манометр, 8 - отключающие вентили на линии непрерывной продувки, 9 - верхний барабан котла, 10 и 12 - поверхностные охладитель проб котловой воды и теплообменник, 11 - дренаж, 13 - охлаждающая вода, 14 и 15 - трубы для подвода в барботер воды периодической продувши охлаждающей, 16 - барботер
На рис. 6,б показана схема испарения с выносными циклонами 7, в которые поступает котловая вода с повышенной концентрацией солей, откуда они удаляются продувкой. Сухой остаток котловой воды в чистом отсеке должен быть не выше 1500 мг/л.
Вода непрерывной продувки подается в расширитель 1 (рис. 7), в котором давление ее падает до атмосферного. В результате часть воды испаряется и образовавшийся пар 5 поступает в деаэратор, где тепло его используется. Оставшаяся вода проходит в сливной колодец через теплообменник 12, где также используется часть тепла продувочной воды.
Для соблюдения установленных норм качества пара осуществляют периодическую или непрерывную продувку, т. е. часть воды из паровых котлов выпускают и заменяют ее питательной водой. Периодическая продувка при наличии непрерывной служит для выпуска шлама. Непрерывную продувку в барабанных котлах выполняют из верхних барабанов 9 (см. рис. 7), где концентрируется наибольшее количество солей, а периодическую - из нижних барабанов или коллекторов-грязевиков и нижних коллекторов-экранов.
Непрерывная продувка должна обеспечивать при работе котла постоянный вывод избытка солей из котловой воды. Котловая вода непрерывной продувки из барабана 9 отводится в аппарат, называемый сепаратором непрерывной продувки, в котором происходит расширение воды и отделение пара. Из сепаратора пар (выпар) отводится в деаэратор питательной воды, а горячая вода, содержащая соли, - в дренаж 11 или используется для подогрева сырой воды.
Образование накипи. Накипь образуется в котле из-за накапливания солей при испарении воды, в результате чего из котловой воды выпадают в осадок те соли, для которых будет достигнут предел их растворимости. Эти соли, вступая в химические реакции, образуют труднорастворимые соединения, дающие плотный осадок.
В зависимости от состава солей, находящихся в воде, различают накипь: силикатную - с повышенным содержанием кремния, плотную, трудно удаляемую при очистке котла; сульфатную - с содержанием сернокислого кальция более 50%, рыхлую, сравнительно легко удаляемую; карбонатную - с преимущественным содержанием углекислого кальция и магния, легко удаляемую; смешанную, в которой нет ярко выраженного преобладания тех или иных солей.
Накипь и шлам плохо проводят тепло (в 20-30 раз хуже железа). Особенно вредно масло, так как теплопроводность его в 20 раз меньше теплопроводности накипи и в 200-600 раз меньше теплопроводности железа. Поэтому использование воды, содержащей масло свыше допустимых норм, запрещается.
Накипь, отлагающаяся на стенках барабана котла и труб, препятствует их охлаждению. Температура труб повышается, в результате чего под давлением пара на них могут образовываться отду лины и даже разрывы. При загрязненной поверхности нагрева работа котла неэкономична, температура уходящих газов увеличивается, что приводит к снижению кпд котла и перерасходу топлива.
Внутренняя коррозия металла котельных агрегатов. Коррозия металла всегда начинается с поверхности и постепенно проникает вглубь. Иногда не вся поверхность металла поражается, а лишь отдельные участки в виде пятен, язвин и точек различной величины. Разъедание стенок котла может происходить от воздействия на них растворенных в питательной воде кислорода, двуокиси углерода, водорода, едкого натра и пр.
Кислородная коррозия происходит в трубах водяных экономайзеров под действием кислорода и двуокиси углерода, растворенных в воде. Для устранения ее необходима тщательная деаэрация питательной воды.
Щелочная коррозия происходит в испарительных поверхностях нагрева под действием едкого натра при высокой концентрации его в котловой воде и высокой температуре.
Разновидностью щелочной коррозии является межкристаллитная коррозия - каустическая хрупкость, возникающая в вальцованных и заклепочных соединениях под влиянием местных механических напряжений при наличии высокой щелочности котловой воды. В результате происходит снижение механической прочности металла и образование в нем трещин. Для уменьшения агрессивных свойств котловой воды необходимо поддерживать в ней определенное соотношение концентрации гидратной щелочи и других ионов.
boiler-equipment.kz
Водный режим прямоточных паровых котлов
Паровые котлы ТЭС
Исходным положением в организации водного режима прямоточных котлов является отсутствие продувки. Поэтому все поступающие с питательной водой примеси, а также примеси, переходящие в рабочую среду вследствие коррозии самого котла и питательного тракта за конденсатоочисткой, частично отлагаются на поверхностях нагрева, частично уносятся в турбину. При этом следует учитывать, что в турбине допустимы лишь очень незначительные отложения. Емкость котла по допустимому накоплению отложений в десятки раз больше соответствующей емкости турбины, и поэтому котел до - критического давления может рассматриваться как своего рода «ловушка» примесей, предотвращающая их поступление в турбину. В этих условиях концентрация примесей в питательной воде может быть несколько выше, чем в перегретом паре, в соответствии с допустимым количеством отложений в котле. Допустимые отложения в котле зависят от их распределения по тракту, тепловой нагрузки в месте отложений и теплопроводности, а также от запаса надежности поверхности нагрева, т. е. допустимого повышения температуры металла сверх рабочей его температуры по условиям ползучести и окалинообразования. При прочих равных условиях допустимые отложения в сильной степени зависят от тепловой нагрузки, что следует учитывать при выборе участка газового тракта для размещения зоны отложений. Зоной отложений является конечный участок испарительного тракта. Она не должна располагаться в области интенсивного обогрева. Зона отложений зависит от давления. Чем выше давление, тем больше зона отложений, и ее начало сдвигается в сторону меньшего паросодержания потока.
С переходом на сверхкритическое давление, увеличением единичной мощности котлов и возрастанием в связи с этим тепловых нагрузок топочных экранов резко повысилась их чувствительность к отложениям. Поскольку отложения нежелательны ни в турбине, ни в котле, питать прямоточные котлы необходимо водой с минимальными загрязнениями. Практически это свелось к очистке всего турбинного конденсата в БОУ. Этим обеспечивается почти полное отсутствие солевых и кремнекислых отложений и в котле, и в турбине. На первый план выдвинулась проблема борьбы с поступлением и образованием отложений продуктов коррозии конструкционных материалов, в первую очередь окислов железа.
Общепринятым методом повышения коррозионной стойкости оборудования является выбор соответствующих материалов для его изготовления. В качестве основного конструкционного материала для изготовления поверхностей нагрева применяют перлитные стали. Наряду с большими достоинствами (дешевизна, технологичность, простота в эксплуатации) перлитные стали обладают серьезным недостатком — в пределах водопарового тракта они подвержены интенсивной коррозии.
В целях снижения коррозии внутренние поверхности низкотемпературной части энергетического оборудования защищаются антикоррозионными покрытиями. К ним относятся: внутренняя поверхность деаэраторных баков атмосферного типа, выхлопных патрубков турбин, корпусов конденсаторов и вакуумных подогревателей низкого давления, трубопроводов к бакам запаса конденсата и самих баков, а также водоподготовительное оборудование. Ограничение коррозии высокотемпературной и теплообменной части оборудования достигается соответствующей организацией водного режима J
(Тидразинно-аммиачиый водный режим. Термическая деаэрация не обеспечивает полного удаления кислорода и углекислоты из турбинного конденсата. Концентрация остаточного кислорода может составлять до 10 мкг/кг. Присутствует в конденсате и остаточная углекислота. Поэтому термическую деаэрацию дополняют химической обработкой питательной воды.
Оставшийся после термической деаэрации кислород связывают гидразином N2h5. В отсутствие примесей в воде реакция протекает так:
N2h5 + 02-^N2 + 2h30. (15.1)
В питательной воде всегда содержатся примеси окислов железа и меди. Их присутствие ускоряет связывание кислорода гидразином [46].
Для гарантии полного связывания кислорода обеспечивают подачу гидразина на всас питательных насосов в количестве, превышающем стехиометрическое значение в соответствии с формулой (15.1), и таким образом создают избыток N2h5 в количестве 0,02— 0,03 мг/кг.
Углекислота может находиться в воде в виде молекул С02 (растворенный газ) и Н2СОз (раствор) :
С02 + Н20^Н2С03. (1542)
Углекислота связывается дозируемым в питательную воду аммиаком. Аммиак вводят в количестве, обеспечивающем полную нейтрализацию С02 с образованием карбонатов аммония и создание небольшого избытка гидроокиси аммония, повышающего рН среды. Таким образом, гидразингидрат обеспечивает связывание остатков кислорода после деаэраторов, а аммиак — выдерживание регламентированного ПТЭ [6J значения рН = 9,1±0,1.
Водный режим, базирующийся на обработке питательной воды гидразингидратом и аммиаком, получил название гидразинно-амми - ачного. Это — традиционный водный режим, до недавнего времени он выполнялся практически на всех энергетических блоках СКД.
Температура рабочей среды на выходе из НРЧ обычно достигает 380—390°С. Температура стенки наружной поверхности труб в этой зоне примерно на 100JC выше и достигает 490—500°С. Опытом эксплуатации установлено, что при гидразинно-аммиачном водном режиме температура труб НРЧ газомазутных котлов повышается на 10—12°С ежемесячно. Поэтому для поддержания температуры стенки на допустимом уровне отложения необходимо удалять через каждые 4—6 мес химическими промывками.
Нейтральный водный режим. В целях получения чистой питательной воды все энергетические блоки оборудованы БОУ. После очистки в БОУ турбинный конденсат приближается к теоретически чистой—нейтральной воде, электропроводность которой 0,04— 0,06 мкСм/см, а значение рН около 7. Такая практически чистая вода почти не содержит ионогенных примесей, и потому все электрохимические процессы заторможены.
В зависимости от концентрации кислород в нейтральной воде может оказывать различное воздействие на металл. При малых концентрациях кислород усиливает коррозию металла. При повышенных концентрациях кислорода на поверхности металла образуется сплошная защитная пленка из магнетита Fe304 и гематита Fe203. Поэтому для защиты металла от дальнейшей коррозии предложено дозировать в воду такое количество кислорода (около 200 мкг/кг), которое обеспечивало бы образование пассивирующей сплошной защитной окисной пленки. Скорость коррозии перлитной стали в этих условиях приближается к интенсивности коррозии аустенигной стали.
Способность кислорода при повышенном его содержании образовывать прочную защитную окисную пленку положена в основу организации кислородно-нейтрального водного режима прямоточных котлов. Для организации нейтрального водного режима в питательную воду дозируют газообразный кислород 02. В ряде случаев дозируют перекись водорода Н202. Нейтральный водный режим требует очень чистой, не содержащей С02 питательной воды, электропроводность которой не должна превышать 0,2 мкСм/см.
Достоинства нейтрального водного режима: отказ от дорогостоящей коррекционной обработки питательной воды гидразингидратом и аммиаком, значительное увеличение в связи с этим межрегенерационного периода фильтров БОУ, меньшая скорость образования железоокисных отложений на высокофорсированных поверхностях НРЧ, возможность применения перлитных сталей для изготовления поверхностей нагрева. Нейтральный водный режим требует высокой культуры эксплуатации, обеспечивающей предельно низкую электропроводность питательной воды. Он требует отсутствия в питательном тракте элементов из меди и медьсодержащих сплавов. Такой режим выдерживается на многих блоках СКД на протяжении нескольких лет.
Комплексонный водный режим. При железоокисных отложениях температура металла поверхности нагрева определяется интенсивностью обогрева и свойствами отложений, главным образом их теплопроводностью. Чем выше пористость отложений, тем ниже теплопроводность.
Улучшение температурного режима поверхностей нагрева может быть достигнуто двумя путями: повышением теплопроводности отложений и принудительным перемещением максимального количества отложений из НРЧ в менее теплонапряженные поверхности нагрева (например, в экономайзер).
Изменение закономерностей формирования железоокисных отложений и их свойств достигается при комплексонном водном режиме. Сущность комплексон'ного режима, предложенного и разработанного Т. X. Маргуловой и др., заключается в том, что в питательную воду, кроме аммиака и гидразингидрата, дозируемых в тех же количествах, что и при традиционном водном режиме, непрерывно вводят после деаэратора также комплексоны в количестве, эквивалентном содержанию железа и меди в воде. Комплексоны — это соединения, отличительная особенность которых— способность образовывать с различными катионами (Са, Mg, Fe, Си) водорастворимые вещества.
В качестве комплексона обычно применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту ЭДТК (сухой продукт).
При температуре 80—90°С получают водный раствор этой кислоты. Сюда же добавляют водный раствор аммиака Nh4 + h30 = = Nh5OH. При этом образуется трехзаме- щенная аммонийная соль ЭДТК, которая, взаимодействуя с продуктами коррозии железа [при температурах 100—200°С — гидрозакисью Fe(OH)2], дает комплексонатыжелеза. Хорошо растворимые в воде комплексонаты железа далее по ходу среды под действием высокой температуры разлагаются с образованием выпадающего на внутренней стенке труб плотного слоя магнетита. Последний защищает металл от коррозии.
Наиболее интенсивное разложение комп - лексонатов железа происходит при температурах 250—300°С, характерных для последних ступеней ПВД и экономайзера, в связи с чем следовало бы ожидать полного термического разложения (термолиза) в пределах именно этих элементов тракта. Однако в питательном тракте на участке ПВД — экономайзер рабочая среда движется с заметной скоростью — соответственно 3—5 и 1—2 м/с. Кроме того, в котлах СКД значительна скорость роста температуры рабочей среды по тракту (около 100°С/мин). По обоим обстоятельствам процесс термолиза комплексонатов в экономайзере не успевает завершиться, а заканчивается частично уже в следующем элементе тракта — НРЧ. Поэтому в котлах СКД желе- зоокисные отложения распределяются следующим образом: в водяном экономайзере около 80% и около 20% в НРЧ. При дозировке комплексона отложения в НРЧ более плотные, их теплопроводность выше, что способствует замедленному росту температуры стенки во времени и позволяет увеличить межпромывочный период до полутора лет.
Дозировку комплексонов следует производить автоматически в соответствии с нагрузкой энергоблока. Аммонийная соль ЭДТК и аммиак подаются в рабочую среду после деаэратора, гидразин — после БОУ. Содержание в питательной воде дозируемых веществ при комплексонном водном режиме: доза комплексонов Зрасч = 80 мкг/кг; Nh4 = = 700-ь800 мкг/кг; N2h5=20 мкг/кг; рН=9,1.
Образующиеся в процессе термического разложения комплексонов газообразные продукты вместе с паром из котла транзитом проходят через турбину и удаляются из цикла отсосом из конденсатора. Комплексонный водный режим наряду с достоинствами, характерными для «нейтрального» водного режима (увеличение межпромывочного периода), обладает и недостатками гидразинно-аммиачно - го водного режима (увеличение нагрузки на БОУ в связи с необходимостью удаления больших количеств аммиака и расходованием больших количеств реагентов для регенерации фильтров).
Нормальному (неаварийному) останову котла (блока) предшествует его разгрузка. При останове в резерв на короткое время (например, на ночь) стремятся в наибольшей степени сохранить тепловое состояние оборудования, в связи с чем …
Рассматриваемые режимы можно разделить на три основных этапа: подготовительные операции, собственно растопки котла и повышение нагрузки до заданной. Рассмотрим их применительно к наиболее современному оборудованию — блочным установкам. В течение …
В соответствии с тепловой схемой АЭС пар вырабатывается либо непосредственно в ядерных реакторах кипящего типа, либо в парогеиераторах-теплообменни - ках, в которых осуществляется передача теплоты от теплоносителя, поступающего из реактора, …
msd.com.ua
43 Водно-химический режим прямоточных котлов.
Основные ВХР для прямоточных котлов: гидразинно-аммиачный, гидразинный, кислородно-аммиачный и нейтрально-кислородный. При гидразинно-аммиачном водно-химическом режиме в конденсатно-питательный тракт дозируют гидразин для удаления кислорода после деаэратора и аммиак для создания определенного значения рН. При гидразинном режиме в конденсатно-питательный тракт дозируют только гидразин. Нейтрально-кислородный ВХР предусматривает дозирование в конденсатно-питательный тракт только кислорода, а кислородно-аммиачный – кислорода и аммиака. При гидразинно-аммиачном и гидразинном ВХР-ах в конденсатно-питательном тракте в качестве конструкционных материалов могут использоваться как стали, так и сплавы на основе меди. При нейтрально-кислородном и кислородно-аммиачном ВХР-ах сплавы на основе меди использовать нельзя, так как при повышении концентрации кислорода увеличивается скорость коррозии таких сплавов.
44 В чем смысл организации ступенчатого испарения в барабане котла.
Один из наиболее эффективных методов снижения потерь тепла котловой воды с непрерывной продувкой и получения более чистого пара является ступенчатое испарение. Смысл в том, что в водном объеме барабана котла создаются зоны с различным содержанием солей в котловой воде. Это достигается разделением водяного объема барабана котла с его поверхностями нагрева на отдельные отсеки. Непрерывная продувка производится из отсека с наиболее высоким солесодержанием, а отбор пара с наименьшим. Верхний барабан разделен перегородкой с отверстием (переливной трубой) на два отсека – чистый и солевой. Питательная вода поступает в чистый отсек, а солевой питается из чистого отсека через переливную трубу. В чистом отсеке образуется примерно 80% пара, в солевом 20%. Следовательно, из чистого в солевой отсек поступает 20% котловой воды, которая для чистого отсека является продувочной. Поэтому продувка чистого отсека происходит без тепловых потерь, обеспечивая низкое солесодержание котловой воды в нем. Существенным недостатком является возможность обратного перетока воды в чистый отсек при недостаточной циркуляции. Для устранения этого недостатка применяют ступенчатое испарение с выносными циклонами, которые являются солевыми отсеками. При использовании выносных циклонов в качестве сепарационного объема разность уровней в отсеках может быть выбрана достаточной по условиям предотвращения обратного перетока воды. Поэтому схемы с выносными циклонами предпочтительны, особенно при небольшой производительности солевого отсека.
45 Кризисы кипения и их влияние на накипеобразование.
Первый кризис кипения связан с переходом режима от пузырькового к пленочному. При этом происходит резкое падение теплоотдачи и рост температуры теплоотдающей поверхности. Максимальный удельный тепловой поток при пузырьковом кипении называют первым кризисом кипения. Его значение очень важно для правильного проектирования и безаварийной эксплуатации современных эффективных теплообменных аппаратов.
Второй кризис кипения происходит в начале обратного перехода от пленочного режима кипения к пузырьковому. Это происходит при минимальной тепловой нагрузке. При этом паровая пленка внезапно разрушается, и температура поверхности резко снижается. Эта минимальная тепловая нагрузка при пленочном кипении называется второй критической плотностью теплового потока, соответствующий ей температурный напор отвечает минимальной точке на кривой кипения.
Несомненный интерес представляют результаты исследований накипеобразования в испарительных трубах. Они свидетельствуют, что в том месте трубы, где наблюдается нарушение нормальной теплоотдачи (скачок температуры стенки), одновременно происходит интенсивное накипеобразование на поверхности нагрева, хотя в зонах более низких и более высоких паросодержаний это явление не наблюдается.
studfiles.net
2.6. Водный режим паровых котлов
Вода, используемая на судне, должна удовлетворять определенным требованиям, так как от ее качества зависит эксплуатационная надежность и эффективность работы энергетической установки. В судовых условиях различают воду питательную, котловую, дистиллят (от испарителей), добавочную, пресную, забортную.
Питательная вода представляет собой конденсат отработавшего пара. Количество добавочной воды определяется назначением, типом, параметрами и техническим состоянием энергетической установки. В дизельных установках потери пара и конденсата составляют ≈ 5% паропроизводительности котла и более. В паротурбинных установках эти потери в худшем случае составляют 2%. Эти потери возмещаются добавочной водой из запасов опресненной воды.
Независимо от назначения установки необходимо стремиться к сокращению потерь пара и конденсата, так как для приготовления добавочной воды требуются специальные установки, расходуется топливо или средства на приобретение воды в портах. Даже пресная забортная вода не пригодна для использования в качестве добавочной без обработки.
Примеси воды делятся на две группы: нерастворимые (грубодисперсные взвешенные) вещества и растворимые (молекулярно-ионодисперсные) вещества.
Нерастворимые примеси удаляются при помощи различных фильтров, в которых используется кокс, древесный, уголь, ткани.
К растворимым примесям относятся главным образом поваренная соль NaCl, хористый калий KCl, хлористый магний MgCl2, гипс CaSO4 и много других соединений в очень маленьких количествах.
Из перечисленных соединений растворимость NaCl и KCl растет с увеличением температуры раствора, а растворимость MgCl 2 и СаSO4 наоборот – чем выше температура, тем больше вероятность осаждения солей в виде накипи. Как правило это осаждение происходит на поверхности нагрева в виде накипи. Накипь является плохим проводником теплоты и ее наличие на поверхности нагрева может вызвать повышение температуры металла, которое может привести к разрушению этой поверхности.
Во избежание этого необходимо обеспечить безнакипной режим работы котлов, для чего необходимо знать качественные показатели воды, которые приведены ниже.
Общее солесодержание или соленость – суммарное массовое количество (мг/кг) всех катионов и анионов (в морской воде соли находятся в ионном состоянии – основные катионы: Na+, Са2+ , Мg 2+, К+ ; анионы: Cl-, SO42-, NCO3– , SiO32-) . Общее содержание солей в океанской воде в среднем составляет 35 г/кг (35000 мг/кг). Максимальное солесодержание имеет вода Красного моря (41 г/кг), а минимальное – вода Балтийского моря – 8 г/кг. Значительную часть солесодержания морской воды (до 89%) составляют хлористые соли.
Жесткость воды определяет содержание кальциевых и магниевых солей и позволяет судить о накипеобразующей способности воды. Жесткость выражается в миллиграмм-эквивалентах на 1 л воды (мг.экв/л).
Конденсат пара и дистиллят испарителей (который используется в качестве добавочной воды) содержат небольшое количество солей (≈ до 10 мг/кг) и должны иметь жесткость до ≈ 0,03 мг.экв/кг. Требования к циркулирующей и добавочной воде на паротурбинных судах существенно выше и эти требования ужесточаются с повышением давления в котлах.
Несмотря на небольшое количество солей в конденсате отработавшего пара и добавочной воде, для обеспечения полностью безнакипного режима применяют внутрикотловую отработку воды (вводятся присадки во время работы, требуемое количество которых определяют по химическому анализу котловой воды), в результате которой соли, вносимые питательной водой, выпадают в виде рыхлого шлама в объеме воды, а не на теплообменных поверхностях в виде накипи.
Проще всего для внутрикотловой обработки использовать тринатрийфосфат (Na3PO412h3O), который взаимодействует с солями жесткости и образует шлам, который накапливается в нижних (водяных) и верхних (пароводяных) коллекторах и удаляется путем их периодической продувки.
studfiles.net
23. Выбрать водный режим для парового котла типа кав-1,6/5. Рекомендуемые нормы качества питательной воды для этого котла.
В практике обслуживания котлов в качестве ингибитора щелочной коррозии хорошо зарекомендовали себя нитраты – натриевая (NаNО3) или калиевая (КNO3) селитра. Пассивирующее (предохраняющее от коррозии) влияние селитры состоит в том, что анионы NO3 адсорбируются на поверхности металла котла, образуя гидрофобную защитную пленку нитратов железа. Нитраты вытесняют воду с поверхности, препятствуя действию щелочей на металл. Водный режим, основанный на дозировке тринатрийфосфата и нитратов, называют фосфатно-нитратным. На судах отечественной постройки он нормирован для котлов всех типов с давлением от 1,6 до 6,0 МПа (см. табл. 1). При более высоких давлениях защитная нитратная пленка теряет прочность и не оказывает пассивирующего влияния на металл – т. е. в этих условиях нельзя устанавливать фосфатно-нитратный водный режим.
24.Принцип действия и конструкция теплого ящика.
Фильтрация воды и очистка конденсата от масла имеют особо важное значение для судов с паровыми поршневыми механизмами и для котлов дизельных танкеров, где имеется подогрев груза. Для очистки конденсата от масла применяют фильтры, установленные в теплых ящиках или на магистралях питательной воды и состоящие из кокса, люфы, махровой ткани, синтетических материалов (поролона) и т.д. Фильтрующий материал выбирают главным образом по его способности очищать воду от нефтепродуктов. Для этой же цели на некоторых судах теплый ящик имеет внутри ряд перегородок, образующих каскадное движение воды (рис. 1).
Принципиальная схема теплого ящика
Рис. 1. Принципиальная схема теплого ящика судов типа "Вытегралес".
Конденсат отработанного пара по трубопроводу 3 поступает в верхнюю часть теплого ящика и прежде, чем попадет в фильтр 1, проходит каскадный маслоотделитель 2. По перепускному патрубку 7 конденсат направляется в нижнюю часть теплого ящика, а оттуда по трубопроводу 5 к питательным насосам. В нижней части теплого ящика установлен змеевик 6 для охлаждения питательной воды. Существенным недостатком этой установки является подача добавочной воды в нижнюю часть теплого ящика 4. Это приводит к тому, что если вода в танках запаса содержит механические примеси, то они беспрепятственно попадают в питательную магистраль котла. Особенно интенсивные загрязнения теплого ящика и магистрали наблюдаются в плохую погоду, когда качка судна вызывает переход осадка в танках во взвешенное состояние.
25. Какой показатель качества воды характеризует продолжительность процесса продувки парового котла?
Для поддержания состава котловой воды в нормируемых пределах по показателям качества, например по солености воды, следует непрерывно или периодически удалять из котла часть котловой воды с высоким содержанием хлоридов, заменяя ее питательной водой с низким соленосодержанием. Этот процесс называется продувкой котла.
26. .Метод химического обескислораживания воды паровых котлов.
Химическое обескислораживание с использованием гидрозина – гидрата(N2h5*h30) – представляет собой маслянистую прозрачную жидкость со специфическим запахом (полиоторного спирта) которое при высоких концентрациях гидрозина дымится на воздухе. На судах он в виде 20% водного раствора. Водный режим котлов, основанный на дозировке гидразина-гидрата, называют гидразинно-аммиачным, т. к. одновременно с химическим обескислороживанием питательной воды при дозировке гидразина идет подщелачивание парового и конденсатно-питательного тракта аммиаком. При этом резко снижаются скорость коррозии конденсатно-питательного тракта и соответственно внос окисного шлама в котлы с питательной водой.
Гидразинно-аммиачный водный режим не позволяет защитить поверхности нагрева от щелочноземельных накипей. Поэтому на судах при обслуживании утилизационных котлов одновременно с гидразином вводят тринатрийфосфат.
studfiles.net
