Водно-химические режимы электростанций США

На мощных блочных паротурбинных электростанциях США в настоящее время приняты следующие типичные водные режимы:

а) гидратная щелочность котловой воды до 0,25 мг-экв/л (рН=10—11); содержание РО₄^3- от 3 до 5 мг/л и небольшой избыток гидразина;

б) нулевая гидратная щелочность котловой воды при содержании фосфатов 20—100 мг/л РО₄^3-.

Эти два режима приняты для барабанных котлов. Для прямоточных котлов, работающих при докритическом давлении, рН=8,5—9,2, что достигается введением аммиака и небольшого избытка гидразина. Для прямоточных котлов, работающих при сверхкритическом давлении, pH = 9—9,5, что достигается введением аммиака и гидразина. Во всех случаях содержание кислорода не выше 7 мкг/л, железа 5 мкг/л, меди 5 мкг/л, кремниевой кислоты 20 мкг/л.

Прежде чем приступить к проектированию блока № I с прямоточным котлом сверхкритического давления, на электростанции Eddystone было произведено изучение процессов отложения солей в различных элементах прямоточных котлов и характера коррозии котельного металла. Опыты проводились на двух полупромышленных экспериментальных установках сверхкритического давления. Одна из них, на давление 300 ат, установлена в лаборатории фирмы Зульцер в Швейцарии, а другая, на те же параметры, в лаборатории Крейзингера в США.

Материалы для изготовления парогенераторов были взяты те же, что и для промышленного котла на Eddystone. Все вспомогательное оборудование экспериментальных установок, контактирующее с водой, кроме ионитовых фильтров, изготовленных из пластмассы, было выполнено из нержавеющей стали.

Питательная вода опытного парогенератора лаборатории Крейзингера имела удельную проводимость не более 0,1 мкмо/см и рН>7. Содержание кислорода было ниже 5 мкг/л. К питательной воде добавлялись N₂H₄, NH₃ и амины, дозируемые перед питательным насосом. Контролировалось содержание Fe, Сu, Н₂, О₂, NH₃ и N₂H₄ d питательной воде и паре.

Результаты экспериментов показали, что при общем солесодержании питательной воды 2 мг/л 50% сульфата натрия задерживалось в котле; другие соли и их смеси осаждались в меньшей степени. Как правило, наибольшее количество солей осаждалось в зоне температур 450—505° С (максимум при 477° С). Некоторое количество NaOH и NaCl задерживалось в котле в зоне температур 202—268° С.

Установлено, что при давлении 300 ати и температуре 650°С циклогексиламин разлагался на 88%, а морфолин и гидразин полностью; при 600° С морфолин разлагался на 60%, при 550°С—на 13%, а при 500° С был вполне стойким.

На электростанции Filo с мощными блоками сверхкритического давления после остановки и вскрытия длительно проработавших турбин на лопатках и диафрагмах ЦВД (от 3 до 11-й ступени) были обнаружены значительные отложения (до 0,25—0,76 мм), основная часть которых примерно на 95% состояла из смеси окиси и закиси меди, остальное приходилось на Fe₃O₄. Содержание кремнекислых соединений не превышало 0,1%.

Рентгенографические и спектрографические исследования этих отложений показали, что закиси меди в них больше, чем окиси.

Иной состав имели отложения на лопатках цилиндра после первого промперегрева; в них содержание кремния достигало 5—10%, а отношение окиси железа к окиси меди составляло 1:2. По данным эксплуатационного контроля, каждый пуск блока на сравнительно короткий период вызывал увеличение содержания меди в паре, идущем в турбину, до 20—30 мкг/кг.

В результате длительных наблюдений удалось выявить, что медь попадает в пароводяной тракт электростанции с водяной стороны регенеративных подогревателей высокого давления, изготовленных из купроникелевого сплава (70% Сu и 30% Ni). Многочисленные определения концентрации меди и пробах, отобранных из различных участков пароводяного тракта, свидетельствуют о том, что как в конденсате, так и в питательной воде отношение растворенной меди к взвешенной близко к двум.

Для снижения содержания меди в питательную воду вводили гидразин и циклогексиламин, однако это не дало ощутимых результатов. Больший эффект был достигнут путём присадки аммиака и поддержания pH питательной воды в пределах 8,7—9,6. При этом существенно снизилось количество меди, вымываемой из регенеративных подогревателей низкого давления; концентрация же меди в питательной воде на выходе из регенеративных подогревателей высокого давления по-прежнему заметно превышала допустимые нормы.

По-видимому, одним из наиболее кардинальных путей решения проблемы предотвращения образования опасных медных отложений в проточной части турбин блоков сверхкритического давления является предпринимаемая американскими теплоэнергетиками замена латунных труб регенеративных подогревателей трубами из нержавеющей стали. Устранение элементов оборудования, изготовленных из медных сплавов, позволяет, кроме того, не ограничивать ввод аммиака в питательную воду для создания pH>9, с целью оптимальной противокоррозионной защиты стали.

На ряде американских электро-станций производятся длительные испытания конденсаторов с трубками из алюминиевых сплавов и из биметалла (со стороны пара — сталь, со стороны охлаждающей воды медные сплавы). Продолжаются также наследования для определения растворимости меди и ее окислив в паре сверхкритического давления и в области изучения механизма образования медистых отложений в проточной части турбины.

На электростанции Avon с прямоточными котлами сверхкритического давления наблюдалось, особенно в период пуска первого блока, значительное загрязнение питательной воды продуктами коррозии.

     pH, ед  

Высокое содержание железа связано с загрязнением питательной воды кислородом, низкими значениями pH и колебаниями нагрузки, часто имевшими место в первый период эксплуатации блока.

Отложение железа в котле происходило сначала преимущественно в радиационном перегревателе, а позже в переходной зоне. Этот сдвиг зоны отложения железа соответствует увеличению температуры на выходе из переходной зоны с 415—425° С до 437—445° С.

     pH, ед  

При многочисленных пусках и остановках котла отмечена тенденция к вымыванию из котла SiO². Медь сначала не встречалась в таких высоких концентрациях, как железо, но при последнем пуске проявила себя как наиболее опасное загрязнение, влияющее отрицательно на работу турбины. Существенное влияние на вымывание меди оказывает продолжительность предшествовавшей рабочей кампании котла (см. табл. 7).

Аммиак для регулирования величины pH добавляется постоянно. Вымывание меди при пуске блока на электростанции Avon из холодного состояния (содержание меди дано в микрограммах в литре) перед питательными насосами и лишь по мере надобности — в напорную линию конденсатного насоса. Требуется непрерывное дозирование аммиака, так как даже при кратко временных перерывах наблюдалось быстрое снижение pH и соответствующее увеличение содержания железа и меди в паре и питательной воде.

Гидразин вводился в конденсатопровод непосредственно после конденсатного насоса и во всас питательного насоса. Поддерживался его избыток в 10 мкг/л.

Трудности, обусловленные медными отложениями в турбинах, побудили американских энергетиков проявить большую осторожность к дальнейшему внедрению блоков на сверхкритическое давление и перейти к строительству их докритического давления.

В этом отношении заслуживает интереса водный режим электростанции Tait с двумя блоками по 130 Мвт с прямоточными котлами 168 ат, 565/538° С. Внутристанционные потери конденсата восполняются высококачественным дистиллятом испарителей (солеcодержание 15—20 мкг/л, кремнесодержание менее 3 мкг/л SiO₃^2-), Общее солесодержание питательной воды менее 0,05 мг/л; содержание кислорода до 3 мкг/л; железа до 10 мкг/л; кремнекислоты до 10 мкг/л;, значение pH = 8,8—9,2. Для обеспечения этих показателей в конденсаторах турбин применены развальцовка и приварка конденсаторных трубок к трубным решеткам, а трубки воздухоохладительной секции изготовлены из нержавеющей стали. Прямоточные котлы оснащены сепараторами, которые эффективно выводят из цикла большую часть загрязнений, находящихся в пароводяной смеси, о чем свидетельствует содержание солей и кремнекислоты в сепарате (45—70 мкг/л Na, 50— 65 мкг/л SiO₃^2-). Конденсат пара, выдаваемого котлом, имеет удельную проводимость до 0,2 мкмо/см и кремнесодержание до 7 мкг/л. При работе котла без сепаратора содержание кремнекислоты в паре возрастает до 15 мкг/кг. Испытания показали, что концентрация Na в паре, уходящем из сепаратора, не превышает 1% концентрации Na в сепарате, возвращающемся в котел, а кремнесодержание пара устойчиво составляет 10—12% кремнеcoдержания сепарата.

На первом блоке электростанции Gennon 120 Мвт, 107 ати, 537/537°С были проведены двухнедельные и более длительные, около года, испытания для проверки эффективности обработки конденсата и питательной воды различными реагентами (NH₃, N₂H₄, Na₂SO₃, циклогексиламином, октодециламином) в отношении снижения загрязнения воды продуктами коррозии (Fe, Сu). Подщелачивание питательной воды летучими реагентами велось до pH =8,8—9,0. Котловая вода имела избыток Na₂SO₃ 2— 4 мг/л, содержала 2—4 мг/л фосфатов, щелочность ее была 8— 16 мг-экв/л, значение рН=10,8— 11,0. Испытания показали, что сульфит натрия разлагается с образованием H2S, что вызывало повышение содержания Fe и Сu. Результаты применения остальных реагентов были примерно одинаковыми — во всех случаях концентрация Fe не превышала 11, а Сu—9 мкг/л. Наиболее важным фактором оказалась концентрация в воде растворенного кислорода, колебаниям которой корреспондировало содержание в воде Сu.