Закономерности отложения примесей в паровых котлах, методы химических очисток и консервации котлов

В процессе внедрения технологии ПВКОиП на энергоблоках и отдельных котлах многих электростанций были разработаны новые приемы и методы интенсификации окислительной очистки пароводяного тракта энергоблока. Они основываются на переводе в состояние пароводяной смеси воды и пара в испарительной и перегревательной частях котла. Такой перевод осуществляется с максимальной скоростью изменения температуры, допускаемой оборудованием. Окончание очистки характеризуется отсутствием «всплеска» загрязненности после очищаемого тракта.

Эффективность очистки при применении двухфазной среды и температурных колебаний возрастает за счет следующих факторов:

- рост линейной и массовой скорости потока с переводом среды в пароводяную смесь с влажностью до 50%, вследствие образования вспененного или кольцевого режима течения, при котором вода в пристенной зоне разгоняется в несколько раз паром, движущимся в центральной части трубы;

появление различия линейных коэффициентов расширения металла труб поверхностей нагрева, и отложений при резком изменении температуры, что приводит к разрушению связи частиц с металлом;

эффект от динамического и теплового воздействия наиболее полно проявляется при резких сменах направления движения среды на противоположное (обратный ход).

Интенсифицированный метод ПВКОиП может быть применим при исходной загрязненности труб окислами железа более 300 г/мІ. Эффективность интенсифицированной технологии очистки составляет до 85%.

Пароперегреватели котлов очищаются парокислородным способом собственным паром с использованием пароводяной смеси и динамическими колебаниями течения среды с последующей пассивацией перегретым паром.

Для выполнения требований по чистоте пара перед турбиной, которые предъявляют изготовители паровых турбин, подача пара в турбину разрешается только после проведения успешной продувки пароперегревателей котла и главных паропроводов на специальное полированное зеркало, устанавливаемое в сбросных трубопроводах в атмосферу.

В период с 01 декабря по 03 декабря 2014 г. была проведена скоростная водяная промывка питательных трубопроводов помимо и через ПВД, испарительных поверхностей нагрева тракта до ВЗ, пароперегревательных поверхностей ВД и паропроводов острого пара котла П-57-3Р ст. №2

Этапы осуществления технологии

Этап-1

Проводится скоростная водная промывка ПТНом питательного тракта, тракта котла до ВЗ со сбросом воды из встроенного сепаратора в растопочный расширитель (Р-20) и далее в цирк. водовод. Затем проводится скоростная промывка тракта после ВЗ со сбросом воды через ПСБУ в конденсатор.

Промывка выполняется химически обессоленной водой (ХОВ) питательным турбонасосом (ПТН) с расходом ~1500…2000 т/ч, до срабатывания воды в деаэраторе. Промывки повторяются 2…3 раза до осветления сбросной воды.

Цель «Этапа-1» - удаление из трактов крупных инородных частиц (грат, посторонние предметы, окалина, песок и пр.), водорастворимых отложений и проведение обезжиривания.

Ожидаемая эффективность очистки труб поверхностей нагрева составит не менее 25…30%.

По окончанию промывки производится демонтаж временной схемы, (кроме схемы продувки главных паропроводов), восстановление штатной схемы (расходомерные устройства, регулирующие клапаны) и проведение инспекторского гидравлического испытания первичного тракта котла. Далее выполняется подготовка к первому пуску с проведением ПВКОиП и парового опробования котла.

Этап II

Включает собственно окислительную очистку пароводяного тракта котла и главных паропроводов энергоблока.

Пуск котла, проведение горячей отмывки тракта до ВЗ и выход на режим ПВКОиП.

При пуске и работе котла на 30…40%-ой нагрузке:

-проведение окислительной очистки внутренних поверхностей труб питательно-экономайзерного, испарительного и пароперегревательных трактов котла, включая ПВД по водяной и паровой стороне;

-на заключительной стадии очистки проведение скоростных продувок первичного и вторичного пароперегревателей и главных паропроводов с глубокой пассивацией всего обрабатываемого пароводяного тракта.

Цель «Этапа-II» - выполнение заключительной стадии очистки всего обрабатываемого пароводяного тракта энергоблока с получением требуемой нормативной загрязненности труб поверхностей нагрева, достижение необходимой чистоты (качества) пара с контролем на полированное «зеркало» и создание на всей поверхности обработанного тракта стойкой защитной магнетитовой пленки.

Внедрение Этапа-2 проводится при первых пусках котлоагрегата и работе его на мазуте.

Непосредственно перед растопкой при заполнении котла проводится скоростная водная промывка питательного трубопровода, включая ПВД, и тракта котла до ВЗ, со сбросом воды из встроенного сепаратора (ВС) в растопочный расширитель (Р-20) и далее в цирк. водовод. Промывка производится по штатной схеме питательным турбонасосом с расходом питательной воды 1500 т/ч. Питательная вода подогревается в деаэраторе паром от КСН до температуры 155…160 єС. Промывка ведется с пропуском воды через один поток тракта до ВЗ, до срабатывания воды в деаэраторе или в конденсаторе, затем после накопления воды - через второй поток тракта до ВЗ. Промывка повторяется 2…3 раза до осветления сбросной воды и прекращения заноса сит тонкой очистки на входе КЭН.

Пуск котла производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации котла. После розжига растопочных горелок расход топлива устанавливается, исходя из повышения температуры среды до ВЗ на уровне 180…220 єС. «Горячая» промывка ведется по потокам с растопочным расходом ~ 250 т/ч на поток до стабилизации анализов сбросной воды и содержания железа не более 500 мкг/л.

Вода из встроенного сепаратора через сбрасывается в растопочный расширитель Р-20 и далее в цирк. водовод. Образовавшийся в расширителе пар подается в деаэратор для максимально возможного подогрева питательной воды.

Пар из встроенного сепаратора поступает в пароперегреватель высокого давления и далее по паропроводу острого пара через временный сбросной трубопровод Ду400 в атмосферу через выхлопные трубопроводы. Проводится предварительная продувка первичного пароперегревателя и паропровода острого пара в течение 1 часа. Затем открывается задвижка на временном трубопроводе в ХПП и закрывается задвижка на сбросном трубопроводе острого пара, и далее пар поступает во вторичный тракт.

Пройдя вторичный пароперегреватель, пар сбрасывается через сбросные трубопроводы ГПП в атмосферу через выхлопной трубопровод.

Пароводокислородная очистка котла и паропроводов.

Увеличивается расход топлива на котел для повышения температуры среды до ВЗ. При температуре среды до ВЗ ~ 250 єС начинается подача кислорода во всасывающий трубопровод ПТН, из расчета поддержания концентрации кислорода в воде 1,5…2,5 г/кг (расход питательной воды ~ 500…660 т/ч). Контроль за анализом сбросной воды - по Fe, SiO₂ и общей жесткости.

По мере роста давления пара во вторичном пароперегревателе, пар из ХПП поступает через II отбор в ПВД-8. повышая температуру питательной воды до 170…190 єС, что необходимо для обработки экономайзера и экранов НРЧ котла.

При стабилизации содержания железа в сбросной воде из встроенных сепараторов, увеличить расход топлива и повысить температуру среды перед ВЗ до 280…300 єС. Давление среды до ВЗ поддерживается близким к номинальному. Вода из встроенного сепаратора сбрасывается в Р-20 и далее в цирк. водовод, а пар из Р-20 отводится в деаэратор.

Давление в первичном пароперегревателе поддерживается 45…55 кгс/смІ частичным прикрытием временной задвижки на сбросе пара в ХПП. Давление в промперегревателе поддерживается 18…20 кгс/смІ частичным прикрытием задвижки на сбросном трубопроводе из паропроводов ГПП.

Впрысками в первичный и вторичный пароперегреватели температура пара поддерживается на уровне 350…400 єС. Промывка и продувка в этом режиме ведется до стабилизации анализов в сбросной среде.

После стабилизации содержания железа в сбросной воде из встроенного сепаратора (ВС), приступить к интенсификации очистки испарительного тракта до ВЗ путем изменения давлений и температур. Весь цикл переменных режимов может повторяться несколько раз (~ 2…3 раза) в зависимости от выноса железа в сбросной среде.

Дальнейшим включением форсунок поднять температуру перед ВЗ до 370…380 єС, что необходимо для обеспечения пассивации металла по высшей категории коррозионной стойкости. Для интенсификации очистки тракта до ВЗ снизить давление в нем до 150…160 кгс/смІ. Одновременно, примерно вдвое, снизить расход топлива и увеличить расход питательной воды на поток до 500…660 т/ч. По истечении 5ч10 минут работы на этом режиме, восстановить исходный режим.

Указанные циклы изменения режимов повторять до тех пор, пока не прекратится интенсификация выноса окислов железа в сбросной среде из ВС и значение Fe в пробе будет < 50 мкг/кг.

Во время циклической обработки тракта до ВЗ прикрытием клапана Д-2 и открытием впрысков пар в пароперегревателе поддерживается в состоянии пароводяной смеси. При этом, воздействуя на сбросные задвижки, периодически изменять давление за котлом на 30…40 кгс/смІ до тех пор, пока не прекратятся всплески выноса загрязнений из перегревателя (по прозрачности отбираемой пробы).

Дальнейшим увеличением расхода топлива вывести котел на прямоточный режим, поддерживая давление в тракте до ВЗ номинальным и полным закрытием клапана Д-2. На этом завершается пассивация тракта до ВЗ.

Пароводокислородная пассивация тракта и скоростная паровая продувка первичного пароперегревателя, паропроводов острого пара, промперегревателя и паропроводов промперегрева.

Расход топлива увеличивается исходя из повышения температуры перед ВЗ до 380…390 єС. Клапанами впрысков температура пара в первичном и вторичном пароперегревателе поддерживается 350…400 єС.

Для повышения эффективности продувки необходимо максимально снизить давление в первичном пароперегревателе за счет полного открытия штатных сбросных устройств ПСБУ, ИПК ОП, временные задвижки на сбросных трубопроводах острого пара в трубопровод ХПП и задвижки на сбросных трубопроводах из паропроводов ГПП. Время продувки ~ 1ч2 часа.

Далее для продувки паропроводов острого пара закрываются ИПК ОП и продувка производится в течение ~30 минут.

Затем закрываются ПСБУ, временные задвижки на сбросных трубопроводах острого пара в атмосферу и открываются задвижки на временном трубопроводе подвода пара в ХПП. При этом весь пар направляется в промперегреватель. Открываются задвижки на сбросных трубопроводах ГПП. Потоки вторичного пароперегревателя продуваются поочередно, путем попеременного переключения задвижек, при этом через каждый поток промперегревателя пропускается двойной расход пара с помощью временного трубопровода Ду500. Каждый поток продувается в течение не менее 1 часа.

В течение всего периода пассивации кислород дозируется в трубопровод питательной воды.

Заключительная (контрольная) продувка выполняется на 30%-ой нагрузке в течение 4ч5 часов. Содержание железа по окончанию обработки должно быть не более 50 мкг/кг.

На заключительной стадии внедрения ПВКОиП давление в котле повышается до величины опробования и настройки предохранительных клапанов острого пара. После настройки клапанов котел останавливается.

Проводятся вырезки образцов труб в тех же местах, где определялась исходная загрязненность.

Таблица 4.5.

Оценка загрязненности внутренних поверхностей труб до и после очистки

Наименование образца	Удельная загрязненность, г/м2	Норма, г/м2
	до	после
НРЧ-2 н.А-1, 3 панель, тр. 26 (тр 25)	173,2	154,62	25
СРЧ-2 н.А-2, 1 панель, тр. 54 (тр. 53)	29,3	15,9
ВРЧ н.А-2, боковая панель, тр. 3 (тр.2)	129,4	29,8
ШПП-1 н.А-1, 9 ширма, тр.2 (тр.1)	9,1	5,82
КПП н.А-1, 57 панель, тр.1 (тр.2)	13,3	6,46
ДЭ н.А-1, 1 панель, тр.46 (тр.45)	37,4	21,38
КВПП-2 н.А-1, 56 панель тр.1 (тр.2)	7,23	1,71

По результатам проверки защитных свойств оксидной пленки образцов поверхностей нагрева котла П-57-3Р степень коррозионной устойчивости оценена как высшая (протокол от 28.01.2015)

Пароводокислородная технология позволяет удалить продукты коррозии и создать на поверхности металла защитную пленку. В результате резко сокращается продолжительность пуска котлов в эксплуатацию и обеспечивается защита металла от коррозии в ходе длительной работы энергооборудования, увеличивается надежность эксплуатации и, обеспечиваются высокая экономичность, эффективность и экологическая чистота процесса выработки электроэнергии.

Защитное кислородное покрытие, образующееся при пароводокислородной очистке, пассивации и консервации углеродистой стали имеет коррозионную стойкость, превышающую стойкость нержавеющей стали в течении длительного времени (более 5 лет) [11].

После ПВКО, П и К котла межпромывочный период составляет 3 года. Возможно увеличение данного периода, но только по результатам исследования образцов поверхностей нагрева котла. Дополнительной консервации оборудования в этот период при останове не требуется.

Предлагаемая технология достаточно эффективна:

- она способствует очистке внутренних поверхностей нагрева после монтажа и в течение начального этапа эксплуатации;

- обеспечивает глубокую пассивацию металла и позволяет отказаться от консервации оборудования во время останова;

- предотвращает перенос продуктов коррозии по пароводяному тракту энергоблока в пусковых, переменных и стабильных режимах эксплуатации;

Технология характеризуется экологической чистотой, так как при её использовании отсутствуют сточные воды и соответственно не загрязняются водоемы.

Метод отличается высокой экономичностью:

- отсутствуют сложные металлоемкие схемы обработки;

- не применяются органические и неорганические кислоты, ранее использовавшиеся для очистки котлоагрегатов;

- исключаются трудоемкие работы по монтажу и демонтажу схем, процесс осуществляется в период пуска или останова котлов (энергоблоков);

- не требуются специальные сооружения для приема, переработки и захоронения сточных вод.

В результате применения технологии повышается надежность эксплуатации энергооборудования, поскольку заметно снижается повреждаемость поверхностей нагрева. [11].

Выводы и рекомендации

Разработанная и внедренная технология ПВКОиП позволила:

1.Очистить трубы поверхностей нагрева тракта до ВЗ до нормативной остаточной загрязненности. Исключение составляет НРЧ-2, где остаточная загрязненность составляет ~150 г/мІ. Основными причинами могут быть низкая температура питательной воды (100ч120°С), а также кратковременная по продолжительности продувка поверхностей по причине преждевременного демонтажа схемы ПВКОиП.

2.Обеспечить надежную работу поверхностей нагрева котла в пусковых режимах и промежуточных режимах работы энергоблока под нагрузкой.

3. На внутренней поверхности труб поверхностей нагрева и трубопроводов котла образована защитная пленка с высокой коррозионной стойкостью, которая защищает котел от коррозии при вынужденных простоях.

4. Через 2,5ч3 года эксплуатации котла ст. №2 рекомендуется провести эксплуатационную ПВКО и П согласно РД 153-34-37.411-2001.

Заключение: Результаты пароводокислородной очистки и пассивации котла энергоблока ст. №2 признаны удовлетворительными.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Практика показывает и обследования электростанций это подтверждают, что в подавляющем большинстве случаев повреждения экранных труб носят коррозийный характер из-за нарушений водно-химического режима. Надежная и экономичная работа основных агрегатов блока - котла и турбины - во многом может быть повышена при правильном водном режиме блока. В это понятие, при широком его толковании, должны включаться и химические очистки оборудования.

В результате аналитических исследований и обобщений сформированы следующие оценки и выводы:

- основной причиной отложений и подшламовой коррозии является нарушение водного режима, которое может быть связано с рядом факторов: отклонение от норм по качеству питательной воды, нарушениями конструктивного или технологического характера в коррекционной обработке котловой воды, перекосами в концентрации примесей по длине барабана, недостатками в организации непрерывной и периодической продувок [12];

- для снижения вероятности возникновения отложений и формирования условий для коррозии труб экранов необходимо, чтобы водный режим в самом широком смысле был одним из главных приоритетов в организации работы персонала и связанного с ним оборудования;

Проведение предпусковых и эксплуатационных очисток внутренних поверхностей пароводяных трактов теплоэнергетического оборудования вызвано необходимостью поддержания уровня отложений, не превышающего допустимого, и регламентируется соответствующими нормативными документами. Своевременно и качественно выполненная очистка способствует повышению гидро- и газодинамических характеристик трактов, эффективности теплообмена, предотвращению перерасхода топлива (известно, что слой отложений толщиной в 1 мм обуславливает повышение расхода топлива на 10%), пережога металла трубных испарительных и пароперегревательных систем котла[2]. Она приводит к снижению скорости коррозионных процессов. Проведение химических очисток котла и связанного с ним оборудования блока позволяет быстрее достичь нормируемое качество пара в отношении содержания в нем железа и кремниевой кислоты и уменьшает вынос в проточную часть турбины соединений меди, оксидов железа и других веществ, снижающих её мощность и экономичность, а также эрозионно-опасных частиц окалины, отслаивающихся с пароперегревательных поверхностей в процессе пуска оборудования в эксплуатацию.

Внутренние отложения могут иметь место как в новом агрегате (технологическая окалина и т.п.), так и в работающем агрегате.

Максимальное снижение теплового сопротивления, вызываемого внутренними загрязнениями , особенно опасного в условиях высоких тепловых нагрузок , может быть достигнуто только путем уменьшения толщины внутренних загрязнений, вплоть до полного их предотвращения [4]. Задачами химических очисток котлов - однократной предпусковой перед вводом котла в работу и многократных эксплуатационных - является обеспечение чистоты внутренних поверхностей нагрева котла.

Для достижения наибольшей эффективности химической очистки внутренних поверхностей нагрева необходимо правильно подобрать реагент, разработать схему и технологию очистки.

В данной магистерской диссертации описаны требования к схемам, принципы очисток, основные типы реагентов и критерии их выбора. Также описаны технологии проведения нескольких предпусковых очисток котлов.

1)Технология и схема предпусковой очистки котла-утилизатора Череповецкой ГРЭС-1 была разработана на основании инструкции по щелочению паровых и водогрейных котлов (РД 34.37.408) и рекомендациям по химической промывке NOOTER/ERIKSEN и ИЦ «ЭМАльянс» по котлам-утилизаторам ЭМА-029-КУ, а также данных о консервирующем реагенте. На основании этих документов как наиболее щадящая и эффективная была выбрана щелочная промывка котла с использованием растворов тринатрийфосфата и аммиака. После окончания отмывок и расхолаживания оборудования при осмотре барабанов выявлено отсутствие заводского консервирующего реагента, небольшое количество не маслянистого шлама. Также производилось вскрытие и осмотр нижних коллекторов, их состояние оценено как чистое. Это свидетельствует о правильности выбора реагентов и технологии очистки оборудования. Вырезок образцов труб не производилось по рекомендациям завода-изготовителя. После проведения очистки на период восстановления штатной схемы котел был законсервирован раствором аммиака при рН=10-10,5.

2) Перед проведением предпусковой очистки котла П-57-3М ЭГРЭС-1 была произведена контрольная вырезка образцов труб поверхностей нагрева и в связи с высокой начальной загрязненностью было принято решение применить комбинированный метод очистки. На первом этапе была использована лимонная кислота в композиции с трилоном Б для удаления основной части отложений. Преимущества выбранных реагентов заключаются в высокой эффективности растворения оксидов железа и постепенном переводе их в растворимые комплексные соединения, а также возможность очистки аустенитных труб и использования штатного оборудования для создания циркуляционного контура. В качестве второго этапа выбрана ПВКО и П для обеспечения коррозионной стойкости труб котла во время эксплуатации и останова. В результате использования данной технологии были получены следующие результаты:

1. Загрязненность труб снизилась с 350-400 г/м² до 44-65 г/м²

2. Осмотр внутренних поверхностей коллекторов показал отсутствие отложений в самих коллекторах и на их внутренней поверхности

3. Устойчивость пассивирующих пленок по шкале устойчивости характеризуется как высокая (более 5 мин) - это обеспечивает надежную и продолжительную консервацию котла во время останова.

Полученные результаты, свидетельствуют об успешном проведении очистки.

3) В 2014 году фирмой ОАО «Сибтехэнерго» была проведена предпусковая ПВКО и П котла П-57-3Р ЭГРЭС-1 ст.№2 с использованием интенсифицированного метода очистки. Эффективность данного метода достигается за счет:

- роста линейной и массовой скорости потока с переводом среды в пароводяную смесь с влажностью до 50% за счет изменения давления.

- появления различия линейных коэффициентов расширения метала труб и отложений при резком изменении температуры.

Преимущества технологии ПВКО и П заключаются в следующем:

- экологическая чистота

- обеспечение глубокой пассивации металла (позволяет отказаться от консервации оборудования во время останова)

- отсутствие сложных металлоемких схем

Применение технологии на котле П-57-3Р ст№2 позволило:

- очистить трубы поверхностей нагрева до нормативной загрязненности (за исключением труб НРЧ-2)

- получить на внутренней поверхности труб защитную пленку с высокой коррозионной стойкостью (приложение Г).

Результаты пароводокислородной очистки и пассивации котла признаны удовлетворительными.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Опыт проведения эксплуатационной химической очистки экранов топки котельного агрегата ТГМ-151 М/ Левитина И.В. [и др.]// Электрические станции. - М., 2011. - №9. - с. 21-22

2. Глазырин А.И. Консервация энергетического оборудования/ Глазырин А.И., Кострикина Е.Ю. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 168 с.: ил.

3. Об опыте применения высокоактивных ПАВ для очистки экранной системы барабанных котлов/ Рыженков В.А. [и др.]// Энергетик. - М., 2012.-№9.-с.27-29

4. Липов Ю.М. Котельные установки и парогенераторы/ Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»; Институт компьютерных исследований, 2006. - 592 с.

5. Маргулова Т.Х. Химические очистки теплоэнергетического оборудования - М.: Энергия, 1969. - 223 с.

6. Маргулова Т. Х. Химические очистки теплоэнергетического оборудования. Вып.2 - М.: Энергия, 1978. - 176 с.: ил.

7. МУ 34-70-113-85 Методические указания по предпусковой химической очистке теплоэнергетического оборудования - М.: Союзтехэнерго, 1986.

8. РД 34.37.403-91 Методические указания по эксплуатационной химической очистке котлов энергоблоков сверхкритического давления - М.: ОРГРЭС, 1991.

9. РД 34.20.591-97 Методические указания по консервации теплоэнергетического оборудования - М.: СПО ОРГРЭС, 1997.

10. РД 34.37.408 Инструкция по щелочению паровых и водогрейных котлов - М.: ОРГРЭС, 1970.

11. Тумановский А.Г. Очистка и пассивация теплоэнергетического оборудования ТЭС/ Энергетик. - М.: 2013. - №7, с.55

12. Баранов В.Н. Проблемы гидродинамики, маневренности, надежности энергетических котлов и их решение - Новосибирск: изд-во НГТУ, 2013.-219 с.

13. Технический отчет ОАО «Сибтехэнерго» по результатам предпусковой водно-химической очистки паро-водяного тракта котла-утилизатора Еп-270/316/46-12,5/3,06/0,46-560/560/237 блока ПГУ-420 Череповецкой ГРЭС.- 2014.

14. Технический отчет ОАО «Сибтехэнерго» по результатам проведения предпусковой химической очистки, ПВКО и П блока ст.№8 Экибастузской ГРЭС-1. - 2012.

15. Материалы ОАО «Сибтехэнерго» по проведению предпусковой пароводокислородной очистки и пассивации котла ст.№2 Экибастузской ГРЭС-1.-2014.

Размещено на Allbest.ru