Издательский Центр Аква-Терм
Veza_25old
Vitron_450x100

Коррекционная обработка воды в паровых котлах среднего и высокого давления

Д. Жихарев, к. х. н., В. Мацура, к. х. н.

По давлению производимого пара можно различить котлы низкого (до 1,4 МПа), среднего (до 3,9 МПа) и высокого (до 13,7 МПа) давления. Производству пара высокого и среднего давления присущи некоторые отличия. Большие единичные мощности применяемых для его производства котлов в сочетании с функциональными параметрами получаемого теплоносителя, идущего на генерацию электроэнергии или теплоснабжение крупных промышленных предприятий, делают актуальной задачу обеспечения эффективного использования установленной мощности котельного оборудования в течение, по возможности, продолжительного периода времени.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Вместе с повышением давления и температуры производимого водяного пара интенсифицируются физико-химические процессы коррозии и образования накипи, что существенно усложняет обеспечение сохранности котлов, вспомогательного оборудования, транспортных трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры. Высокие тепловые нагрузки определяют жесткие ограничения допустимого количества отложений на испарительных поверхностях, поскольку твердые слои накипи препятствуют эффективной теплопередаче. Нарушение теплообмена приводит к перерасходу топлива, снижению КПД теплоэнергетического цикла, перегреву внутренних поверхностей, повреждению конструкционных элементов, аварийным остановкам.

Даже кратковременный простой парового котла высокой единичной мощности по причине аварии существенно увеличивает стоимость вырабатываемой на предприятии тепловой и (или) электрической энергии. Для предотвращения массового образования отложений на испарительных поверхностях следует предельно снизить содержание примесей в питательной воде, а также минимизировать развитие коррозии внутри самого парового котла.

С ростом давления водяного пара существенно увеличиваются его коррозионная активность и способность к захвату неорганических соединений, растворенных в котловой воде. Чтобы предотвратить загрязнение теплоносителя, в требованиях к качеству воды, поступающей для питания паровых котлов среднего и высокого давления, строго регламентированы допустимые концентрации растворенных кислорода и углекислого газа, а также предельное солесодержание и остаточное содержание солей жесткости.

Характерная особенность производства пара среднего и высокого давления – высокий процент возвращаемого конденсата. Такая схема питания паровых котлов позволяет осуществлять наиболее экономичный теплоэнергетический цикл. Физико-химические свойства возвращаемого парового конденсата в значительной степени зависят от щелочности питательной воды и эффективности проводимой деаэрации.

Неэффективно проводимая термическая деаэрация обусловливает высокое остаточное содержание коррозионно-активных веществ в питательной воде. При термическом разложении гидрокарбонатов и карбонатов, содержащихся в поступающей в котел воде, образуется углекислый газ (СО2), который переходит в пар и на стадии конденсации образует угольную кислоту (Н2СО3). Содержание угольной кислоты обусловливает низкие значения рН возвратного конденсата, что в сочетании с присутствием остаточного кислорода становится причиной масштабного развития коррозии металла оборудования и трубопроводов пароконденсатных линий.

Основополагающее требование для обеспечения надежной эксплуатации паровых котлов среднего и высокого давления – поддержание правильного воднохимического режима. Он в свою очередь определяется набором контролируемых показателей качества основных потоков воды и пара, а также диапазонами нормативных значений этих контролируемых показателей. Требования к качеству воды и пара строго регламентируются как производителями теплоэнергетического оборудования, так и специальными нормативными документами. При реализации водно-химического режима осуществляют химическую подготовку воды по программе, определенной для данного теплоэнергетического оборудования.

В общем случае химическая подготовка воды (ХВП) для питания паровых котлов делится на докотловую и внутрикотловую стадии. Первая характеризуется многоступенчатыми технологическими схемами, в которых последовательно объединяются несколько водно-химических процессов и групп оборудования. Наиболее характерными процессами подготовки воды на этом этапе являются механическая фильтрация, коагуляция с последующим осветлением, умягчение на установках натрий-катионирования, обессоливание на установках Н/ОН-ионирования или обессоливание методом обратного осмоса, доочистка (кондиционирование) на ионообменных фильтрах смешанного действия.

Реализация программы ХВП на внутрикотловой стадии осуществляется путем коррекционной обработки котловой воды. Этот метод предусматривает поддержание физико-химических свойств рабочих потоков и состояния внутренних поверхностей оборудования за счет действия специально подобранных химических реагентов, подаваемых в накопительный бак деаэратора или непосредственно в гидравлический контур котла. При внедрении конкретных решений по коррекционной обработке котловой воды необходимо:
• учитывать регламентированные требования к качеству пара, питательной и котловой воды;
• определять дозировку химического реагента в привязке к основному обрабатываемому потоку;
• указывать возможность адекватной оценки эффективности предлагаемых технологий и реагентов;
• правильно обозначать способ подачи химических реагентов и точки ввода для их дозирования;
• рекомендовать заказчику методы и средства химического контроля концентрации реагентов в обрабатываемых потоках воды и пара.

Выполнение программы химической подготовки воды с учетом правильного выбора способа коррекционной обработки на внтурикотловой стадии обеспечивает долговременную и эффективную работу теплоэнергетического оборудования. Также должны соблюдаться нормы качества основных потоков воды и пара по всему набору контролируемых показателей.

В настоящее время реализуются различные виды водно-химических режимов теплоэнергетического оборудования, подразумевающие коррекционную обработку питательной или котловой воды различными химическими реагентами. В их числе – гидразинный, гидразинно-аммиачный и аммиачно-кислородный режимы. Для барабанных котлов с естественной циркуляцией известны также режимы, ориентированные на дозирование в котловую воду фосфатов, фосфатно-щелочных составов и комплексонов.

Многообразие используемых программ коррекционной обработки объясняется различием конструкционных материалов, особенностями конкретного теплоэнергетического оборудования, разностью теплогидравлических и тепломеханических условий эксплуатации.

Использование гидразингидрата в качестве реагента для коррекционной обработки позволяет, с одной стороны, связать остаточный растворенный кислород, с другой – откорректировать значение рН котловой воды, а также осуществить антикоррозионную пассивацию внутренних поверхностей с целью увеличения ресурса теплоэнергетического оборудования. Применение аммиака позволяет корректировать в определенных пределах значения рН пара и возвратного конденсата. Данным видам программ коррекционной обработки присущи следующие недостатки:
• не обеспечивается эффективная защита от отложений и коррозии всего объема пароводяного тракта;
• высокая токсичность гидразингидрата и аммиака. Использование гидразингидрата запрещено на предприятиях пищевой, микробиологической, фармацевтической промышленности;
• при одновременном использовании нескольких реагентов для коррекционной обработки требуется несколько точек для их ввода. Это вызывает трудности с поддержанием баланса водно-химического режима и его автоматизацией, а также необходимость в установке дополнительного оборудования;
• требуются использование дополнительных реагентов и проведение мероприятий по консервации оборудования ТЭС для защиты от «стояночной» коррозии при ремонтах и простое;
• существует вероятность коррозионного воздействия аммиака на теплообменники с латунными поверхностями в случае нарушения водно-химического режима.

С целью избежать вышеперечисленных моментов были разработаны более прогрессивные реагенты для комплексной внутрикотловой обработки воды.

Так, комплексную программу коррекционной обработки котловой воды реагентами трех видов предлагает компания Hercules Finland Oy (Финляндия).

Реагенты первой серии – Steamate NA – предназначены для контроля уровня рН в котле и пароконденсатных линиях. Они представляют собой смеси аминов, летучих с водяным паром и выполняют функции по ингибированию коррозии внутри пароконденсатных систем и регулированию значения рН обрабатываемых потоков.

Второй реагент – смесь органических кислородосвязывающих компонентов CorTrol OS7780 – служит для предотвращения коррозии, возникающей в результате присутствия в питательной воде остаточного растворенного кислорода.

Третий продукт (OptiSperse серии HP) – водные растворы смесей фосфатных и полимерных диспергаторов. В составе реагентов этой серии присутствует фосфатный буфер, который обеспечивает стабилизацию значения рН котловой воды между 9,2 и 10,2. Также в составе реагента присутствуют органические полимеры, способствующие переводу накипных отложений во взвешенное состояние и удалению их вместе с продувками котла.

Применение этих реагентов предусматривает наличие трех независимых точек ввода, а также отдельных методов контроля для каждого из реагентов (т.е. технология лишена не всех из названных выше недостатков). Следует отметить, что наличие трех независимо вводимых реагентов позволяет варьировать физико-химические параметры питательной и котловой воды в более широких пределах.

Интересным химическим решением представляется продукт Boilex 510 производства Ashland Specialty Chemical Company, предназначенный для комплексной коррекционной обработки воды в паровых котлах среднего и высокого (до 17,0 МПа) давления. Данный реагент эффективно поглощает остаточный растворенный кислород, повышает и стабилизирует уровень pH питательной воды, пара, возвратного конденсата. В его состав входит метил-кетоксим. Это органическое кислородосвязывающее вещество, летучее с водяным паром вступает в реакцию с растворенным в воде кислородом при температурах выше 60 °С и продолжительное время остается стабильным при обычных температурах. Использование метил-кетоксима для минимизации остаточного растворенного кислорода оказывается более технологичным и безопасным, чем применение водных растворов гидразингидрата. Реагент Boilex 510 может использоваться также в качестве ингибитора коррозии для мокрой консервации теплоэнергетического оборудования при температурах выше 60 °С. Для дозирования данного реагента, как правило, достаточно одной точки ввода.

Следует также упомянуть серию химических реагентов Helamin, в данном случае представляющих собой смесь алифатических моно- и полиаминов различной степени летучести. Наличие данных соединений обусловливает активность реагентов при предотвращении процессов коррозии и образования отложений в котлах высокого и среднего давления, работающих на деминерализованной или глубоко умягченной воде. Helamin BRW150H обладает также противонакипным действием, позволяющим предохранять испарительные поверхности от образования отложений. Как правило, данные реагенты рекомендуется дозировать одновременно в нескольких точках пароводяного контура, что может быть обусловлено термическим разложением компонентов или их недостаточной эффективностью по отношению к растворенному кислороду. Производитель товарных продуктов марки Helamin – фирма Faborga S.A. (Швейцария).

Осуществление правильной коррекционной обработки воды с использованием современных технологий и химических реагентов позволяет достичь следующих результатов:
• реализуются требуемые водно-химические режимы;
• нормализуется эксплуатация котельных агрегатов и теплоэнергетического оборудования в целом, появляется запас надежности;
• становится возможным поддержание установленного КПД теплоэнергетического оборудования;
• сокращаются издержки предприятия в части затрат на энергоресурсы и выполнение ремонтных работ;
• открываются возможности для снижения себестоимости продукции, увеличения прибыли от производственной деятельности.

Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» # 6(46) 2008




Поделиться:

Опубликовано: 12 июля 2010 г.

вернуться назад