Непрерывная продувка паровых котлов. Непрерывная и периодическая продувка

Питательная вода в барабане смешивается с котловой водой и по необогреваемым опускным трубам подводится к нижним коллекторам, откуда распределяется по обогреваемым экранным трубам. В экранных трубах начинается процесс парообразования, и пароводяная смесь из экранной системы по пароподводящим трубам вновь попадает в барабан, где происходит разделение пара и воды. Последняя смешивается с питательной водой и вновь поступает в опускные трубы, а пар через пароперегреватель поступает к турбинам. Таким образом, вода в движется по замкнутому кругу, состоящему из обогреваемых и не обогреваемых труб. В результате многократной циркуляции воды с образованием пара происходит упаривание котловой воды, т.е. концентрирование находящихся в ней примесей. Бесконтрольное возрастание примесей может привести к ухудшению качества пара (за счет капельного уноса котловой воды и ее вспенивания) и к образованию отложений на поверхностях нагрева. Для предотвращения этих процессов предусматривается ряд мероприятий:

• Ступенчатое испарение и внутрикотловые сепарационные устройства для улучшения качества образующегося пара.
• Коррекционная обработка котловой воды (фосфатирование и аминирование) для уменьшения количества отложений и поддержания рН паров по нормам ПТЭ.
• Применение непрерывной и периодической продувок с целью вывода избыточного количества солей и шлама.
• Консервация котлов в период летних простоев.

Ступенчатое испарение

Сущность этого способа состоит в разделении поверхности нагрева, коллекторов и барабанов на несколько отсеков, каждый из которых имеет самостоятельную систему циркуляции.

Питательную воду подают в верхний барабан котла, который является частью чистого отсека. Чистый отсек производит обычно до 75-80% общего объема пара. В нем поддерживают определенное и невысокое солесодержание котловой воды за счет увеличенной продувки в солевые отсеки. Пар из чистого отсека имеет удовлетворительное качество. Котловая вода солевых отсеков имеет повышенное солесодержание. Пар из солевых отсеков будет невысокого качества и потребует хорошей очистки, но его будет немного: 20-25%, поэтому общее качество пара будет удовлетворительным. Ступенчатое испарение осуществляется с помощью выносных циклонов, являющихся солеными отсеками. Чистым отсеком служит барабан котла. Продувочная вода из барабана котла поступает в установленный рядом с барабаном циклон, для которого эта вода является питательной. Циклон имеет отдельный контур циркуляции и выдает пар в барабан котла. Продувка осуществляется только из циклона.

Для снижения капельного уноса, т.е. влажности пара, в барабанах и циклонах котлов низкого и среднего давления предусматриваются различные сепарирующие устройства в виде пароотбойных щитов, щелевых перегородок, жалюзей, сухопарников, устанавливаемых перед пароотводящей трубкой. Действие их основано на механической сепарации пара за счет сил инерции, центробежных сил, смачивания и поверхностного натяжения. Все это позволяет отделить капельки воды, захваченные паром из парового пространства.

Коррекционная обработка котловой воды

В паровых котлах при высокой кратности испарения и сравнительно небольших водяных объемах в котловой воде настолько возрастает концентрация солей, что даже при незначительной жесткости питательной воды возникает опасность образования накипи на поверхности нагрева. Поэтому в котлах производится обычно «доумягчение» посредством фосфатирования, т.е. коррекционной обработки котловой воды фосфатами: тринатрийфосфатом, триполифосфатом натрия, диаммонийфосфатом, аммонийфосфатом, триаммонийфосфатом.

При растворении в коррекционном растворе тринатрийфосфата или триполифосфата натрия образуются ионы Na+, PO43. Последние с катионом кальция котловой воды образуют нерастворимый комплекс, выпадающий в осадок в виде шлама гидроксилапатита не прилипающего к поверхности нагрева и легко удаляемого из котла с продувочной водой. Одновременно путем фосфатирования может поддерживаться определенная щелочность и рН котловой воды, обеспечивающая защиту металла от коррозии. Избыток фосфатов в котловой воде должен поддерживаться постоянно в количестве, достаточном для образования шламовых солей жесткости. Однако превышение содержания фосфатов по сравнению с нормами ПТЭ также не допускается, так как при наличии большого количества железа и меди в котловой воде могут образовываться феррофосфатные отложения и накипи фосфата магния.

Аминирование проводится для связывания углекислоты, выделяющейся в пар, из-за термического распада и гидролиза бикарбонатной и карбонатной щелочности. При этом можно достичь значений рН пара, нормируемых ПТЭ, т.е. 7,5 и более. Узел дозировки аммиака в добавочную воду находится на ХВО и обслуживается персоналом химцеха. Величина дозировки аммиака, выраженная в процентном соотношении от количества добавочной воды, подаваемой в котельный цех, устанавливается на автоматическом насосе-дозаторе персоналом ХВО в зависимости от рН перегретых паров по указанию лаборанта химконтроля.

Для одновременного аминирования и фосфатирования (при отключении узла аминирования на ХВО) коррекционная обработка котловой воды проводится смесью аммонийных солей фосфорной кислоты в различном соотношении в зависимости от рН перегретого пара. При растворении в воде вышеуказанных солей в коррекционном растворе образуются ионы NН3+, РО43.

Фосфатный или фосфатно-аммиачный раствор вводится в барабан котла первой ступени испарения. Фосфатно-аммиачный раствор готовится в комнате приготовления фосфатов на 2-м этаже котло-турбинного цеха в специальном баке-вытеснителе путем растворения солей на решетке для задержки грубых примесей горячей питательной водой и перекачивается в три фосфатных бака в турбинном отделении и один фосфатный бак в котельном отделении, откуда дозировочными насосами подается в котлы. Для надежного и непрерывного корректирования котловой воды в котлы подключены по 2 насоса, работающие либо совместно, либо в одиночном режиме. Три основных и один резервный фосфатный насос котлов.

Раствор фосфатов готовится персоналом химцеха и контролируется по концентрации PO43 и при необходимости NH4+ лаборантами сменной лаборатории с записью результатов в рабочий журнал. Ввод фосфатного раствора и наблюдение за работой дозировочных насосов производится персоналом котельного цеха. Контроль за концентрацией фосфатов в котловой воде ведет персонал химцеха (лаборанты химанализа сменной лаборатории). Для проверки правильности водно-химического режима в котловой воде необходимо контролировать не только концентрацию фосфатов, но и рН, так как условием соблюдения этого режима является соответствие между концентрацией фосфатов и рН.

Для быстрого устранения внезапного понижения рН котловых вод ниже норм ПТЭ (9,3 ед. рН для чистого отсека) имеется бак раствора щелочи. Раствор щелочи готовится персоналом химцеха в баке-вытеснителе и перекачивается с помощью насоса. По указанию лаборанта химконтроля персонал КТЦ собирает схему для ввода щелочи в питательную воду.

Щот = 100% * 40 (2Щфф-Щоб) / Sк.в. ,

где Щоб – общая щелочность котловой воды; Щфф – щелочность по фенолфталеину; 40 – эквивалентный вес NаОН; Sк.в. – солесодержание котловой воды.

Одним из основных требований, предъявляемых к водному режиму котлов, является , обеспечивающего минимальные загрязнения внутренних поверхностей пароперегревателя и проточной части турбин, где солевые отложения откладываются в виде кремниевых соединений и натриевых солей. Поэтому качество пара принято характеризовать по содержанию натрия.

Среднее по всем точкам отбора качество насыщенного пара котлов с естественной циркуляцией, а также качество перегретого пара после всех устройств для регулирования его температуры должно удовлетворять следующим нормам:

• содержание натрия – не более 60 мкг/дм3;
• значение рН для котлов всех давлений не менее 7,5.

Продувка котлов

Остаточные примеси, содержащиеся в питательной воде, попадая в , по мере испарения воды концентрируются, в результате чего солесодержание котловой воды непрерывно возрастает. В связи с этим возникает необходимость вывода этих солей из цикла обращения воды на электростанциях. Для барабанных котлов такой вывод осуществляется путем непрерывного удаления из солевого отсека некоторой части котловой воды, т.е. путем непрерывной продувки.

Продувка связана со значительными тепловыми потерями, согласно картам ВХР котлов она должна составлять 2– 4 %. Процент продувки подсчитывается по анализам котловой и питательных вод:

Р= 100% * (Sп.в. - Sп.) / (Sк.в -Sп.в),
где Sп.в - солесодержание питательной воды;
Sп.- солесодержание пара;
Sк.в. – солесодержание котловой воды (соленый отсек).

Непрерывная продувка котла осуществляется персоналом котельного цеха по указанию дежурного химконтроля на основании результатов анализа котловой воды. Дежурный лаборант сменной лаборатории рассчитывает необходимое на данный момент для выдерживания величины продувки 2-4% солесодержание солевых отсеков в зависимости от солесодержания пара и питательной воды и сообщает полученное значение машинистам котлов и начальнику смены КТЦ.

Нормы качества котловой воды , режимы непрерывной и периодической продувок должны быть установлены на основе инструкции завода изготовителя котла, типовых инструкций по ведению водно-химического режима или результатов тепло-химических испытаний, проводимых электростанцией, службами АО энерго или специализированными организациями.

Непрерывная продувка ведется на сепаратор непрерывных продувок через регуляторы (РНП). При необходимости непрерывная продувка может осуществляться на сепаратор периодических продувок помимо РНП. В сепараторах часть продувочного объема в виде пара возвращается в цикл через линию греющего пара на деаэраторы. Другая в виде воды высокого солесодержания идет в бак подпитки теплосети или дренируется.

Периодическая или шламовая продувка производится из нижнего коллектора котла. Назначение продувки – удаление из котла грубовзвешенного шлама, окислов железа, механических загрязнений в целях предупреждения заноса в экранные трубы и последующего прикипания их к трубам, скопления шлама в коллекторах и стояках.

Периодическая продувка работающих котлов производится персоналом котельного цеха по указанию дежурного по химконтролю 1-2 раза в сутки в зависимости от цветности котловой воды (желтый или темный цвет). Во избежание нарушения циркуляции не разрешается открывать нижнее точки котла на продолжительное время (более 1 минуты).

Консервация котлов

Основным элементом, дающим отложения на поверхности нагрева, в частности, при избытке фосфат-ионов (феррофосфатные отложения), является железо, приходящее с питательной водой, образующееся в котле в результате стояночной коррозии в присутствии углекислоты.

Для борьбы со стояночной коррозией, протекающей в результате поглощения кислорода и наличия пленки влаги, предусматривают различные способы консервации оборудования. Наиболее простой метод консервации на короткий срок (не более 30 дней) является заполнение котлов питательной водой с поддержанием избыточного давления для предотвращения присоса воздуха (кислорода).

Каждый случай консервации котлов должен быть отражен в оперативном журнале котельного отделения. Химический контроль предусматривает проверку избыточного давления и определения кислорода в питательной воде (не более 30 мкг/л), с записью в ведомости химконтроля и журнале консервации котлов.

При консервации на длительный срок более надежна консервация с применением ингибиторов коррозии, которые способствуют образованию на поверхности металла защитных пленок, препятствующих дальнейшему протеканию коррозионных процессов.

Растопка котлов

Перед растопкой котла он медленно наполняется водой. Если котел был заполнен консервирующим раствором (щелочь), то последний опускается до 1/3 уровня, и в котел добавляется питательная вода. Дежурный лаборант химконтроля отбирает пробы воды для контроля содержания общей жесткости, прозрачности и концентрации железа. При жесткости более 100 и прозрачности менее 30 производится интенсивная продувка котла.

При взятии нагрузки необходимо следить за солесодержанием и содержанием натрия в парах. При повышении этих показателей – подъем нагрузки необходимо задержать, увеличить непрерывную продувку.

Непрерывная продувка паровых котлоагрегатов осуществля­ется для поддержания в допустимых пределах концентрации солей в котловой воде и получения пара надлежащей чистоты.

Величина непрерывной продувки выражается в процентах от паропроизводительности котельного агрегата, т. е.

P = (W пр / D )100, (2.75)

где D - паропроизводительность котельного агрегата, кг/с; W пр - количество продувочной воды, кг/с.

Количество (кг/с) продувочной воды определяется из уравне­ния солевого баланса котлоагрегата по формуле

где S пр , S пв - соответственно солесодержание питательной воды и продувочной воды, кг/кг.

Количество пара (кг/с), выделяющегося из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса расширителя по формуле

, (2.77)

где i - энтальпия продувочной воды при давлении в котле, кДж/кг; i - энтальпия воды при давлении в расширителе, кДж/кг; i - энтальпия пара при давлении в расширителе, кДж/кг; х - степень сухости пара, выходящего из расширителя.

Расход воды (кг/с) на выходе из расширителя

W p = W np - D p . (2.78)

Задача 2.119. Определить величину непрерывной продувки и расход воды на выходе из расширителя непрерывной продувки котельного агрегата паропроизводительностью D =5,56 кг/с, ес­ли давление в котле p 1 р 2 =0,118 МПа, степень сухости пара, выходящего из расшири­теля, х =0,98, солесодержание питательной воды S пв =8,75·10 -5 кг/кг и солесодержание продувочной воды S пр =3·10 -3 кг/кг.

Решение : Количество продувочной воды определяем по формуле (2.76):

=0,167 кг/с.

Величину непрерывной продувки находим по формуле (2.75):

P = (W пр / D )100=(0,167/5,56)100=3%.

Пользуясь табл. 2 (см. Приложение), находим энтальпию продувочной воды i =825 кДж/кг, энтальпию воды i =436 кДж/кг и энтальпию пара i=2680 кДж/кг.

Количество пара, выделяющегося из продувочной воды, опре­деляем по формуле (2.77):

=0,03 кг/с.

Расход воды на выходе из расширителя непрерывной продув­ки находим по формуле (2.78):

W p = W np - D p =0,167-0,03=0,137 кг/с.

Задача 2.120. Определить величину непрерывной продувки и количество пара, выделяющегося из продувочной воды в рас­ширителе непрерывной продувки котельного агрегата паропро­изводительностью D = 4,16 кг/с, если давление в котле р 1 =1,37 МПа, давление в расширителе р 2 =0,12 МПа, степень су­хости пара, выходящего из расширителя, х =0,98, солесодержа­ние питательной воды S пв =9·10 -5 кг/кг и солесодержание про­дувочной воды S пр =3,1·10 -3 кг/кг.

Ответ: Р =3%; D p =0,02 кг/с.

Задача 2.121. Определить количество продувочной воды и расход воды на выходе из расширителя непрерывной продувки котельного агрегата паропроизводительностью D = 6,9 кг/с, если величина непрерывной продувки Р =4%; энтальпия продувочной воды i =836 кДж/кг, давление в расширителе р 2 =0,12 МПа и степень сухости пара, выходящего из расширителя, х =0,98.

Ответ: W np =0,276 кг/с; W p = 0,226 кг/с.

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

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

где D n.в - расход питательной воды, кг/ч; S n.в, S n и S np - 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 D Sn в уравнении (12.3) можно приравнять нулю.Нормальный водный режим котла не допускает отложение солей на поверхностях нагрева, и член D S0 в этом уравнении также должен быть равен нулю. Тогда количество воды, удаляемое с продувкой,

Подставляя значение D пв 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 SiО 2 , а также отложением их пренебрегать нельзя и величину продувки следует определять с учетом члена D S 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 h np и h п.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 n и - паропроизводительность солевых отсеков, %; S n.в и S вl - 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 S nt = C,Sn, мг/кг; Sn„ = С/Сц-ь мг/кг; здесь

K l и К ll - коэффициенты выноса солей из первой и второй степеней испарения; при низких и средних давлениях К l = fti l = 0,01/0,03 %; C l - 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 Na 3 PО 4 l 2 H 2 О. При введении этого реагента происходит реакция с кальциевыми и магниевыми соединениями:

Получившиеся вещества: Са 3 (РO 4) 2 , Са(ОН) 2 и Na 2 SO 4 - 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 СО 2 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 С доп - допустимая концентрация данной примеси в воде; С мин - минимальная растворимость при данном давлении; С мин доп - 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/(м 2 *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.

Продувкой называется отвод из котла вместе с котловой водой избыточных солей жесткости, щелочи, шлама и т. п. при одновременной замене продуваемой воды питательной, имеющей меньшее солесодержание. Продувка бывает периодическая и непрерывная. Периодическая продувка котла производится через определенные промежутки времени и предназначается, главным образом, для удаления шлама из нижних точек агрегата, барабана и коллекторов экранов. Она должна производиться кратковременно, но с большим сбросом котловой воды, которая при своем движении увлекает находящийся в барабане или коллекторах шлам и выносит его наружу в так называемый барботер (расширитель), откуда охлажденная вода отводится в канализацию.

Непрерывная продувка должна обеспечивать во время -работы котла постоянный вывод избытка солей из котловой воды. Непрерывная продувка обычно осуществляется из верхнего барабана котла. Котловая вода непрерывной продувки из барабана отводится в аппарат, называемый сепаратором непрерывной продувки, в котором происходят расширение воды и отделение пара. Из сепаратора пар отводится в деаэратор питательной воды, а горячая вода после водяного подогревателя направляется в канализацию.

На каждом продувочном трубопроводе котла должна быть установлена запорная арматура (вентиль или задвижка) соответствующего диаметра. Для периодической продувки котла с давлением выше 8 кГ/см2 на трубопроводах продувки должно быть установлено последовательно по два запорных органа. Для продувки камер пароперегревателя допускается установка одного вентиля.

На трубопроводе непрерывной продувки кроме специального регулирующего устройства (последовательно за ним) должна быть

установлена запорная арматура. Для непрерывной продувки предусматриваются отдельные продувочные трубопроводы для каждого котла.

9. Методы получения чистого пара. Схемы конструкций и принципы работы сепарирующих устройств .

Методы получения чистого пара зависят от типа установки.

В прямоточном котле рабочая среда (вода) безостаточно упаривается. При этом часть примесей откладывается на поверхностях нагрева, а часть переходит в пар и уносится им. С ростом давления концентрация примесей в паре увеличивается, качество пара приближается к качеству питательной воды (рис. 15.1). Продувки в прямоточном котле нет. Единственный путь получения чистого пара - это улучшение качества питательной воды. Качество выдаваемого прямоточным котлом пара нормируется по питательной воде [б].

В барабанном котле чистота насыщенного пара, а следовательно, и перегретого пара определяется качеством воды, из которой он получается. Чем меньше концентрация примесей в кипящей воде (при прочих равных условиях), тем чище пар. Наличие продувки в барабанных котлах позволяет улучшить качество циркулирующей в контуре воды, однако чрезмерно большая продувка снижает экономичность паротурбинной установки вслед-ствие потери теплоты с продувочной водой.

Сепарация капельной влаги из пара. Для получения чистого пара прежде всего необходима возможно полная его осушка, т. е. сепарация капелек влаги из потока пара. К сепарационным системам предъявляются следующие основные требования: низкая влажность выдаваемого пара, высокая удельная паровая нагрузка, малое гидравлическое сопротивление.

Сепарация влаги основывается на разности плотностей воды и пара. Капля влаги в паровом объеме барабана подвержена воздействию двух противоположно направленных сил: подъемной силы и силы тяжести. Соотношение этих сил и длительность воздействия на каплю приводят либо к уносу капли паром, либо к осаждению ее на поверхность воды.

Сепарационные устройства предназначены для наиболее полногоотделения влаги от пара. При вводе пароводяной смеси в паровое пространство барабана устанавливают отбойные щитки. При ударе о них кинетическая энергия струи пароводяной смеси падает, скорость пара уменьшается, происходит отделение основной массы воды от пара.

1) Для отделения из потока пара небольшого количества сравнительно мелкодисперсионной влаги применяют направляющие либо встречные жалюзи (рис. 19.3). При ударе струи влажного пара о направляющие жалюзи на последних образуется пленка влаги. Эта пленка падает на встречные жалюзи и по ним стекает в водяной объем. Пар после направляющих жалюзи выходит в паровой объем.

2) Наилучший эффект для отделения пара от содержащихся в нем капелек влаги дает естественная сепарация, которая происходит вследствие

разности удельных весов воды и пара. Для увеличения эффективности естественной сепарации необходимо обеспечить равномерное заполнение паром парового пространства. С этой целью в паровом объеме перед пароотводящими трубами ставят пароприемный дырчатый щит (рис. 19.5) 1 - парообразующие трубы; 2 - глухой щит; 3 - дырчатый погруженный щит; 4 - направляющие ребра щита; 5 - закраины щита; 6 - подвод питательной воды; 7 - пароприемный дырчатый щит; 8 - паровыводящие трубы; 9 - водопускные трубы.

2) Высокий эффект сепарации пара от влаги достигается в циклонах (рис. 19.6). Циклоны устанавливают как внутри барабана, так и вне его. Наиболее широко распространены внутрибарабанные циклоны. Пароводяная смесь подводится тангенциально через входной патрубок и входные окна. Под влиянием центробежной силы капли воды отбрасываются к стенкам, выделяются на них и стекают вниз. Пар поднимается вверх и, проходя дырчатые листы, попадает в паровое пространство барабана.

Общая характеристика

Сведение к минимуму величины продувки котла способно значительно сократить потери энергии, поскольку температура продувочной воды непосредственно связана с температурой пара, производимого в котле.

При испарении воды в котле остаются растворенные твердые примеси, что приводит к росту общего содержания растворенных твердых веществ внутри котла. Эти вещества могут выпадать из раствора с образованием отложений, затрудняющих теплопередачу. Кроме того, повышенное содержание растворенных веществ способствует пенообразованию и уносу котловой воды с паром.

С целью поддержания концентрации взвешенных и растворенных твердых веществ в установленных пределах используются две процедуры, каждая из которых может осуществляться как в автоматическом режиме, так и вручную:

• нижняя продувка производится с целью удаления примесей из нижних частей котла с целью поддержания приемлемых характеристик теплообмена. Как правило, эта процедура выполняется вручную в периодическом режиме (несколько секунд каждые несколько часов);
• верхняя продувка предназначена для удаления растворенных примесей, скапливающихся у поверхности воды, и, как правило, представляет собой непрерывный процесс, выполняемый в автоматическом режиме.

Сброс продувочной воды котла приводит к потерям энергии, составляющим 1-3% энергии производимого пара. Кроме того, дополнительные затраты могут быть связаны с охлаждением сбрасываемых вод до температуры, установленной регулирующими органами.

Существует несколько способов сокращения объема продувочной воды:

• возврат конденсата. Конденсат не содержит твердых взвешенных или растворимых примесей, которые могли бы накапливаться внутри котла. Возврат половины конденсата позволяет сократить величину продувки на 50 %;
• в зависимости от качества питательной воды могут быть необходимы умягчение, декарбонизация и деминерализация воды. Кроме того, могут быть необходимы деаэрация воды и ее кондиционирование с использованием специальных добавок. Требуемая величина продувки определяется общим содержанием примесей в питательной воде, поступающей в котел. В случае питания котла сырой водой коэффициент продувки может достигать 7-8 %; водоподготовка позволяет снизить эту величину до 3% и менее;
• может быть также рассмотрен вариант установки автоматизированной системы управления продувкой. Как правило, такие системы основаны на измерении электропроводности; их использование позволяет обеспечить оптимальный баланс между соображениями надежности и энергосбережения. Величина продувки определяется на основе содержания примеси с наибольшей концентрацией и соответствующего предельного значения для данного котла (например, кремний - 130 мг/л; хлорид-ион <600 мг/л). Дополнительная информация по данному вопросу приведена в документе EN 12953 -10;
• спуск продувочной воды при среднем или низком давлении, сопровождающийся выпариванием, - еще один способ утилизации части энергии, содержащейся в этой воде. Это метод применим на тех предприятиях, где имеется паровая сеть с меньшим давлением, чем то, при котором производится пар. С точки зрения эксергии это решение может быть более эффективным, чем простая рекуперация тепла продувочной воды при помощи теплообменника.

Термическая деаэрация питательной воды также приводит к потерям энергии в размере 1-3%. В процессе деаэрации из питательной воды, находящейся под повышенным давлением при температуре около 103 °C, удаляются CO 2 и кислород. Соответствующие потери могут быть сведены к минимуму посредством оптимизации расхода выпара деаэратора.

Экологические преимущества

Содержание энергии в продувочной воде зависит от давления в котле. Соответствующая зависимость представлена в табл. Величина продувки выражается как процентная доля общего потребления питательной воды. Таким образом, величина продувки 5 % означает, что 5% питательной воды, поступающей в котел, расходуется на продувку, а остальное количество преобразуется в пар. Очевидно, сокращение величины продувки способно обеспечить энергосбережение.

Кроме того, сокращение величины продувки приведет к сокращению объема сточных вод, а также затрат энергии или холода на любое охлаждение этих вод.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Сбросы химических веществ, используемых для водоподготовки, регенерации ионообменных смол и т.д.

Производственная информация

Оптимальная величина продувки определяется различными факторами, включая качество питательной воды и соответствующие процессы водоподготовки, долю возвращаемого конденсата, тип котла и эксплуатационные условия (расход воды, рабочее давление, тип топлива и т.д.). Как правило, коэффициент продувки составляет 4-8 % свежей воды, подаваемой в котел, однако может достигать 10% в случае высокого содержания растворенных веществ в подпиточной воде. Для оптимизированных котельных величина продувки не должна превышать 4 %. При этом величина продувки должна определяться содержанием добавок (антивспениватель, поглотитель кислорода) в подготовленной воде, а не концентрацией растворенных солей.

Применимость

Уменьшение величины продувки ниже критического уровня может привести к проблемам, связанным с пенообразованием и образованием накипи. Для снижения этого критического уровня могут использоваться другие меры, описанные выше (возврат конденсата, водоподготовка).

Недостаточные объемы продувки могут привести к износу и повреждению оборудования, а избыточные - к непроизводительному расходу энергии.

Экономические аспекты

Возможна значительная экономия энергии, реагентов, подпиточной воды и холода, что делает этот подход применимым практически в любых ситуациях.

Мотивы внедрения

• экономические соображения
• надежность производственного процесса.

По материалам "Справочного документа по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности"

Для того чтобы добавить описание энергосберегающей технологии в Каталог, заполните опросник и вышлите его на c пометкой «в Каталог» .