Текст работы можно загрузить в формате Word
Технический отчет
ТЕПЛОХИМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАHИЯ КОТЛОВ
БКЗ-160-100 ПТ КРАМАТОРСКОЙ ТЭЦ
Арх N Х-895 1975 г.
Исполнители Протасов Н.Г., Бормотов Н.В., Адамчук В.М.
<<Примечание: в угловых скобках помещены примечания, которые сделаны по ходу набора текста>>
Аннотация
В отчете излагаются результаты теплохимических испытаний котлов БКЗ-160-100 ПТ (ст.N 6 и 7) Краматорской ТЭЦ.
Особенностью работы котлов ст.N 6 и 7 является питание их конденсатом котлов ст. N 4 и 5 с временными добавками натрий-катионированной воды, имеющей высокое кремне- и солесодержание.
В работе даны характеристики ВХР и нормы ведения водно-продувочного режима котлов, даны рекомендации по повышению надежности и экономичности работы котлоагрегатов.
<<В письме от 24.07.12 речь идет об испытаниях котлов 6, 7 и 8>>
Содержание
1. Краткая характеристика котельного агрегата
2. Задачи теплохимических испытаний
3. Схема химического контроля
4. Анализ опытных данных и обсуждение результатов
6. Выводы и рекомендации
Приложение: Расчет зависимостей качества насыщенного пара от режимных факторов работы котла
Расчет предполагаемого экономического эффекта
Таблица; Рисунки 1-10
1. Краткая характеристика котельного агрегата
Котел БКЗ-160-100 ПТ однобарабанный, с естественной циркуляцией, работает по схеме ступенчатого испарения с выносной второй ступенью испарения. Котел имеет следующие расчетные параметры:
давление в барабане котла - 106 кгс/см2;
температура перегретого пара -540 оС;
паропроизводительность - 160 т/ч;
водяной объем - 29 м3;
паровой объем - 48 м3;
температура питательной воды - 515 оС.
Сепарационные устройства 1-й ступени испарения представляют собой сочетание внутрибарабанных циклонов, барботажной промывки пара, жалюзийных сепараторов и дырчатых листов.
Вторая ступень испарения включает две пары выносных циклонов (по одной на сторону). В циркуляционный контур 2-й ступени включены средние блоки панелей экранных труб. Для регулирования солевой кратности между ступенями испарения имеется водоперепускная труба между выносным циклоном и коллектором среднего блока заднего экрана. Линии выравнивания солесодержания воды во 2-й ступени испарения соединяют водный объем циклонов с нижней камерой среднего блока противоположного бокового экрана.
Цикруляционная схема котла предусматривает глубокое секционирование экранов; экраны разбиты на 12 самостоятельных контуров, что повышает надежность циркуляции.
Средний уровень воды в барабане расположен на 200 мм ниже его геометрической оси. Допустимые заводом-изготовителем колебания уровня воды в барабане +- 50 мм.
Непрерывная продувка котла производится из опускных труб выносных циклонов. Периодическая продувка производится из нижних коллекторов экранов.
2. Задачи теплохимических испытаний
Теплохимические испытания котлов БКЗ-160-100 ПТ ст.N 6 и 7 Краматорской ТЭЦ были проведены по 3-й категории сложности.
Основные задачи испытаний заключались:
а) в установлении норм качества питательной и котловых вод по условию получения пара, соответствующего нормам ПТЭ;
б) в оценке работы сепарационной схемы котла, проверка эффективности ступенчатого испарения;
в) в определении необходимой величины непрерывной продувки.
Особенностью работы котлов ст.N6 и 7 является, как отмечалось, питание их конденсатом котлов высокого давления ст.N 4 и 5. Содержание примесей в питательной воде при такой схеме питания испытанных котлов практически не является ограничивающим фактором ведения водно-продувочного режима. Однако в дальнейшем возможны питание этих котлов дистиллятом испарителей и добавок натрий-катионированной воды в питательную воду.
3. Схема химического контроля
Для проведения химического контроля качества паров и вод использовались следующие эксплуатационные точки отбора проб:
1) Питательная вода - 1 точка
2) Котловая вода барабана (1-я ступень испарения) - 3 точки
3) Котловая вода выносных циклонов - 2 точки
4) Насыщенный пар барабана - 3 точки.
Дополнительные точки отбора проб, предложенные ДонОРГРЭС, - отбор проб насыщенного пара выносных циклонов - эксплуатация не выполнила ввиду отсутствия пробопроводки.
4. Методика проведения испытаний
В период проведения теплохимических испытаний производились измерения следующих параметров:
1) Нагрузки котла
2) Положения уровня в барабане
3) Непрерывной продувки котла по расходомерам непрерывной продувки
4) Давления пара в барабане котла
5) Температуры питательной воды.
Основной химический контроль в период испытаний проводился в следующем объеме:
1) Определение качества паров по содержанию кремнекислоты и натрия
2) Определение качества котловых вод по содержанию кремнекислоты, фосфатов, щелочности, солесодержанию и рН
3) Определение качества питательной воды по содержанию кремнекислоты и рН.
Определение натрия проводилось на пламяфотометре ВПФ-ВТИ, рН определялся на рН-метре рН-340, солесодержание - по электропроводности титрованных проб. При этом условно принималось, что электропроводность обусловлена содержанием только хлористого натрия, поскольку действительный солевой состав пробы неизвестен. Фосфаты и кремнекислота определялись колориметрированием молибденовых комплексов на приборе ФЭК-М.
В соответствии с программой теплохимических испытаний, требуемый режим должен был устанавливаться за 4-8 часов до начала проведения опытов. Программа включала следующие основные пункты: определение зависимостей качества пара от качества питательной воды, качества котловых вод, режима непрерывной продувки, нагрузки, уровня воды в барабане.
При составлении программы теплохимических испытаний использовались уже известные данные об особенностях работы котлов БКЗ с давлением в барабане 100 кгс/см2. Кремнесодержания питательной воды в основной серии опытов были подобраны с учетом эксплуатационных данных таким образом, чтобы они примерно соответствовали предельно допустимым, по условию получения качества пара, отвечающего нормам ПТЭ, кремнесодержанию питательной воды. Однако ТЭЦ в ряде случаев не смогла обеспечить предусмотренные программой режимы, что привело к увеличению количества опытов и усложнению обработки экспериментальных данных.
Программа испытаний имела следующий вид:
П Р О Г Р А М М А
проведения теплохимических испытаний котлов
БКЗ-160-100 (ст.N 6,7) по III категории сложности
ЦЕЛЬ ИСПЫТАНИЙ: определение предельно допустимого качества
котловых и питательных вод по условию
получения пара, соответствующего нормам ПТЭ.
ПРИМЕЧАНИЯ:
1. Программный режим устанавливается не позднее 3-х часов ночи, до окончания программного опыта нельзя производить переключения, нарушающие установившийся режим, в т.ч. периодическую продувку котлов, прерывание дозирования фосфатов, изменение расхода проб.
2. Регулирование расхода воды на непрерывную продувку производится вентилями, установленными после расходомеров непрерывной продувки, и при полностью открытом регулирующем клапане.
3. Продувка пробоотборных точек производится раз в сутки ночью (не позднее 6 часов утра), при этом скорость истечения пробы устанавливается не менее 0.5 л/мин при температуре пробы не более 40 оС.
4. В ведомость работы котлов вносятся записи по выполнению пунктов 1-3 примечаний.
5. Отдельные опыты могут изменяться и повторяться по требованию ДонОРГРЭС и согласованию с руководством ТЭЦ.
Следует отметить неудовлетворительное состояние пробоотборных точек химконтроля. Неудобное расположение пробоотборных точек, попадание в отбираемую пробу водяных брызг от соседних пробоотборных устройств, загрязненность помещений котельного цеха приводило к тому, что кремнесодержание насыщенного пара по эксплуатационным данным в ряде случаев получалось настолько завышенным, что превышали кремнесодержание питательной воды.
Для уменьшения систематической ошибки, которая наиболее существенно сказывается при низких кремнесодержаниях паров и питательной воды, в период испытаний были предприняты необходимые меры предосторожности от загрязнений проб во время их отбора и во время производства анализов в лаборатории.
5. Анализ опытных данных и обсуждение результатов
5.1 Кратности упаривания и эффективные мощности ступенчатого испарения.
Эффективность работы ступенчатого испарения для котлов в двумя ступенями испарения характеризуется величиной эффективной мощности второй ступени испарения n2e. Эффективная мощность второй ступени испарения уменьшается с увеличением обратного перетока p котловой воды из циркуляционного контура выносных циклонов в контур первой ступени испарения и увеличивается при возрастании непрерывной продувки y. Более точно, эффективная мощность снижается при увеличении отношения p/y и при p=0 она равна действительной мощности второй ступени испарения.
Таким образом, работа ступенчатого испарения тем лучше, чем меньше величина обратных перетоков котловой воды из второй ступени испарения в первую. <<Другой не оговоренный в отчете фактор - возможность попадания части питательной воды во вторую ступень по линии питания выносных циклонов>>.
Величина эффективной мощности вычислялась по формуле
n2e=y*(Kr-1)
где Kr - кратность упаривания между второй и первой ступенями испарения, равная отношению концентраций нелетучих примесей в котловых водах второй и первой ступеней испарения.
Для подсчета величины n2e брались значения солесодержания, содержания фосфатов и щелочность котловых вод по метилоранжу; результаты усреднялись.
Зависимость эффективных мощностей вторых ступеней испарения испытываемых котлов от величины непрерывной продувки, показана на рис.2. Малые эффективные мощности и отвечающие ей низкие кратности упаривания (см. рис.1 и таблицу результатов испытаний) свидетельствует о наличии обратных перетоков <<а также о возможном попадании части питательной воды во вторую ступень испарения>>.
Обратный переток котловых вод в общем случае возможен по следующим каналам:
1) По линии регулирования кратности упаривания между ступенями испарения (линии рассаливания)
2) Через неплотности в перегородках коллекторов, разделяющих циркуляционные контуры ступеней испарения
3) По линии подачи котловой воды из первой ступени во вторую (линии питания второй ступени)
4) По линии дренажей периодической продувки <<дренажи от коллекторов первой и второй ступеней заведены в общее кольцо сброса дренажей внизу котла и если вентиля дренажей не держат, что бывает, то по дренажам и по кольцу пойдут обратные перетоки>>.
Проверить наличие обратных перетоков по пунктам 2-3 во время проведения испытаний не представилось возможным. Низкие кратности упаривания являются особенностью котлов подобного типа. Наиболее вероятны обратные перетоки по линии питания выносных циклонов. Ликвидировать подобные перетоки возможно установлением конусных вставок (раструбом в сторону выносных циклонов) в проходном сечении питающих труб (для устранения обратного пристеночного перетока и сглаживания пульсаций) и правильной организацией (стабилизацией) режима горения в топке.
Не следует стремиться к полному устранению обратных перетоков котловых вод. Так, минимальный регулируемый переток по линии рассаливания является необходимым условием нормальной работы котла, так как он препятствует резкому концентрированию накипеобразующих примесей во 2-й ступени при закрытии непрерывной продувки и других нарушениях водно-продувочного режима котла. Оптимальным, по опыту эксплуатации, является такой переток, который при продувке 1-1.5% обеспечивает кратность упаривания между ступенями испарения в 6-8 раз.
5.2 Вынос кремниевой кислоты с паром из котловых вод
1 и 2-й ступеней испарения
Вынос соединений кремниевой кислоты с паром из котловых вод характеризуется коэффициентами выноса, которые, по опыту испытаний, для каждого типа котлов примерно постоянны и в небольшой мере зависят от щелочности и рН котловых вод <<в общем-то это не совсем так, в особенности для вод с малыми солесодержаниями, но, возможно, на тот момент я не хотел переусложнять эту тему из-за малого количества данных>>. Коэффициенты выноса определяются как отношение кремнесодержания пара <<не прошедшего барботажную промывку>> к кремнесодержанию котловых вод. Коэффициенты выноса в настоящих испытаниях (по 3-й категории сложности) не определялись из-за отсутствия необходимых для этого пробоотборных точек. На рис.3 представлены отношения насыщенных паров (паров, прошедших барботажную промывку) к усредненной <<средневзвешенной>> концентрации котловых вод: SiO3нп/(0.9*SiO3кв1+0.1*SiO3кв2) - множители 0.9 и 0.1 означают действительные мощности 1 и 2-й ступеней испарения в долях от паропроизводительности котла (см. также Приложение). Постоянство этих отношений свидетельствует о примерном постоянстве коэффициентов выноса кремнекислоты и к.п.д. устройства промывки пара. Это соответствует опыту проведения испытаний по более высоким категориям сложности на котлах подобного типа.
Приняв из графика рис.3 среднее значение отношений кремнесодержаний насыщенного пара к котловым водам <<средневзвешенным>>, равным 4.4*10^-3, и подставив предельно допустимое значение кремнесодержания насыщенного пара 0.03 мг/кг, получим условие для нахождения предельно допустимых кремнесодержаний котловых вод: 0.03/(0.9*SiO3кв1+0.1*SiO3кв2)=4.4*10^-3 мг/кг или, подставляя SiO3кв2=Kr*SiO3кв1, находим предельно допустимое: SiO3кв1=0.03/(4.4*10^-3*(0.9+0.1*Kr)) - т.е. наибольшее кремнесодержание котловой воды 1-й ступени, при котором кремнесодержание насыщенного пара не превысит норм ПТЭ. <<SiO3нп=30 мкг/кг (или 0.03 мг/кг) это старые нормы ПТЭ>>.
На рис.9 показано предельно допустимое кремнесодержание котловой воды 1-й ступени при разных кратностях упаривания между ступенями испарения. Уменьшение допустимого кремнесодержания котловой воды 1-й ступени с ростом кратности происходит в результате того, что с увеличением кратности возрастает влияние котловой воды 2-й ступени на качество насыщенного пара.
Аналогично строится зависимость для допустимого кремнесодержания котловой воды 2-й ступени - рис.10.
5.3 Допустимые кремнесодержания питательной и котловых вод
при разных значениях непрерывной продувки
Как показано в Приложении, отношения кремнесодержаний питательной воды к кремнесодержаниям насыщенного пара и, аналогично, для котловых вод можно представить как функции, зависящие только от величины непрерывной продувки.
Принимая кремнесодержание насыщенного пара равным 0.03 мг/кг, получаем условия для нахождения предельно допустимых кремнесодержаний питательной и котловых вод:
SiO3пв = 0.03*f1(y), мг/кг
SiO3кв1 = 0.03*f2(y), мг/кг
SiO3кв2 = 0.03*f3(y), мг/кг
Соответствующие значения f(y) находятся экспериментально - рис.4 и 6.
Предельно допустимые кремнесодержания вод в зависимости от величины непрерывной продувки могут быть также рассчитаны по данным и зависимостям, представленным на рис. 1, 9, 10.
Значения предельно допустимых кремнесодержаний котловых вод (по условию обеспечения кремнесодержания пара согласно ПТЭ) при разных величинах непрерывной продувки представлены на рис.5.
5.4 Вынос кремниевой кислоты с паром при разных уровнях
воды в барабане котла и нагрузках котла
Изменение уровня воды в барабане в пределах -20 - +95 мм <<от номинального>> и паровой нагрузки котла от 115 до 155 т/ч не привело к существенному изменению качества пара, что соответствует опыту испытаний подобных котлов. Эксплуатация не смогла обеспечить более широкий диапазон для исследования этих факторов.
5.5 Вынос натрия с насыщенным паром
Как известно, для котлов высокого давления вынос натрия из котловых вод обусловливается в основном уносом с паром неотсепарированных капелек котловой воды.
В период проведения теплохимических испытаний содержание натрия в насыщенных парах котлов не превышало значений, допустимых по ПТЭ, даже при солесодержаниях котловых вод первой ступени порядка 2000-2500 мк/кг, что свидетельствует о высокой эффективности работы сепарационных и промывочных устройств. <<В этом то и "гвоздь": чтобы сепарация и паропромывка были в порядке; и еще чтобы суметь правильно определить натрий в парах, что без пламяфотометра совсем даже не просто>>.
5.6 Щелочность и рН котловых вод
Во время проведения теплохимических испытаний производилось непрерывное дозирование фосфатов без подщелачивания и с подщелачиванием их едким натрием. Это обеспечивало достаточно высокий рН котловых вод в пределах 10-11 ед. рН. Избыточная щелочность Щизб=100*(Щоб*40-0.84*PO4)/Sкв
в зависимости от солесодержания колебалась в пределах 7-10%.
5.7 Содержания железа, нитратов, нитритов
По отдельным (эпизодическим) анализам, проведенным эксплуатационным персоналом в период теплохимических испытаний, при питании котлов ст.N 6 и 7 только конденсатом содержание железа в насыщенных парах, котловых и питательной водах было невелико: в питательной воде 20 мкг/кг, в котловых водах 50 мкг/кг, в насыщенных парах 10-15 мкг/кг; при добавках в питательную воду котлов химочищенной воды содержание железа существенно увеличивалось и достигало для котловых вод 200-400 мкг/кг.
Сумма нитратов и нитритов по данным эксплуатационного персонала при добавках химочищенной воды в питательную воду была в целом выше норм ПТЭ, однако данные анализов по нитратам и нитритам были неустойчивыми.
5.8 Нормирование водно-продувочного режима котлов
Как показывают результаты испытаний, величину непрерывной продувки можно значительно сократить, получая при этом пар нужного качества по содержанию в нем кремнекислоты и натрия. Однако сокращение непрерывной продувки приводит к уменьшению вывода из котловых вод прикипающих частичек гидроокиси железа и железофосфатного шлама <<в общем-то с продувкой выводится не слишком много этого добра, но тогда (см. ниже) тепло продувки утилизировалось и вопрос сокращения продувки не был актуальным>>.
При действующей тепловой схеме ТЭЦ продувочная вода котлов БКЗ-160-100 используется для питания котлов среднего давления, поэтому сокращение непрерывной продувки в настоящей ситуации нецелесообразно. Расход на непрерывную продувку должен составлять не менее 2-3% от паровой нагрузки котла. Допустимые кремнесодержания котловых и питательных вод для этих величин непрерывной продувки находятся из графиков на рис.5, 7, 8 <<для режимных карт нужно выбирать только отдельные, наиболее "жесткие", значения из этих графиков>>. Содержание натрия в парах практически не лимитирует ведение водно-продувочного режима, так как даже при питании котлов питательной водой с добавками химочищенной (натрий-катионированной) воды существенное возрастание солей натрия в парах наступает уже после того, как кремнесодержания паров превысят нормы ПТЭ в несколько раз <<это верно при нормально работающих сепарации и промывке пара, т.е. при малом капельном выносе котловых вод в пар>>.
Большие добавки химочищенной воды в питательную воду нежелательны, так как при этом существенно возрастают содержание железа, нитратов и нитритов в питательной воде котлов. Для обеспечения котлов высокого давления достаточным количеством качественной питательной воды необходимо ввести в эксплуатацию испарительную установку ТЭЦ.
Сравнение данных теплохимических испытаний двух котлов БКЗ-160-100 ПТ показывает, что по качеству выдаваемого ими пара и эффективности ступенчатого испарения котлы ст.N 6 и 7 существенно не отличаются друг от друга и для них можно принять одни и те же нормы ведения водно-продувочного режима <<в другом случае, для нормирования берется "худший" вариант, если требуется, чтобы нормы были одинаковыми для всех однотипных котлов (тут еще надо иметь ввиду, что котлы не работают, как по струнке: их характеристики могут со временем меняться, в особенности после ремонтов и прочих физических воздействий)>>.
Котел N6 имеет несколько лучшие показатели по кратности упаривания котловой воды, чем у котла N7. Количество опытов на котле N6 было сокращено против намеченных в программе ввиду останова котла. При этом было увеличено количество опытов на котле ст.N7.
6. Выводы и рекомендации
1. Котлы БКЗ-160-100 ПТ ст.N6 и 7 испытывались в достаточно широком диапазоне изменения режимных факторов: паровая нагрузка 115-155 т/ч, непрерывная продувка - 0-4.5% от паровой нагрузки котла, кремнесодержание питательной воды котлов - 50-1500 мкг/кг, солесодержание котловой воды 1-й ступени - 100-3000 мг/кг.
2. По качеству выдаваемого пара и эффективности ступенчатого испарения котлы ст.N6 и 7 близки и для них могут быть приняты одни и те же нормы ведения водно-продувочного режима.
3. Содержание натрия в насыщенных парах в период проведения теплохимических испытаний было ниже норм ПТЭ, что свидетельствует о высокой эффективности внутрикотловых сепарационных устройств.
4. Сокращение непрерывных продувок котлов БКЗ-160-100 ниже 2-3% от паропроизводительности котла нецелесообразно, так как сокращение продувки приводит к увеличению накипеобразования в котлах <<лишь к некоторому увеличению>>, в то же время при существующей тепловой схеме продувочная вода котлов БКЗ-160-100 используется в пароводяном цикле ТЭЦ подпитки котлов среднего давления.
5. Кроме увеличения продувок котлов, мероприятиями по уменьшению образования железоокисных и других отложений могут быть: применение гексаметафосфата вместо дозируемого на ТЭЦ тринатрий фосфата, поддержание избытка гидразина в котловой воде до 20-30 мкг/кг <<?>>, проведение консервации оборудования во время остановов.
6. Рекомендуются следующие нормы ведения водного режима котлов (ст.N6 и 7)
При стабильных показателях водно-продувочного режима котла (кремнесодержания питательной воды, паровой нагрузки и непрерывной продувки котла) контроль по кремнесодержанию достаточно вести только по питательной воде или одной из котловых вод. При нестабильных режимах основной контроль по кремнесодержанию следует вести по качеству котловой воды 1-й ступени.
7. Использование больших количеств химочищенной воды для добавок в питательную воду нежелательно, так как при этом возрастают содержания железа, нитратов и нитритов в питательной воде котлов. Для обеспечения котлов высокого давления достаточным количеством необходимого качества питательной воды следует ввести в эксплуатацию испарительную установку ТЭЦ.
8. Для повышения надежности эксплуатации котлов БКЗ-160-100 необходимо стабилизировать водно-продувочный режим котлов, правильно организовать (стабилизировать) процесс горения в топке, не допуская локального увеличения теплонапряжений экранов, и своевременно проводить отмывку котловых отложений, количество которых не должно превышать 200 г/м2.
Отчет составил бригадный инженер по наладке оборудования Н.Г. Протасов
...Далее в отчете идут Приложение на 4-х страницах с формулами баланса примесей (его или что-то подобное из моих файлов по ВХР можно привести для наполнения отчета), расчет экономического эффекта (этим сейчас, благо, не донимают), таблица и рисунки.
Результаты испытаний котлов БКЗ-160-100 ПТ см. в Excel.
Увы! Данные таблицы очень куцые и не охватывают объем, заявленный в программе. Испытания, насколько помнится, в основном проводили техники Бормотов, как руководитель, и Адамчук, как химик-аналитик. Испытания по третьей категории сложности по тем временам считались весьма упрощенными и эксплуатация тоже не хотела иметь с ними лишней возни. В общем и к сожалению, таблица эта не очень удачный пример для подражания. Но в целом она отвечает приведенным в отчете рисункам. За исключением того, что в рисунках и расчетах допустимых кремнесодержаний были практически отброшены данные с малыми кремнесодержаниями вод. В общем-то это не было большим криминалом для упрощенных испытаний на тот момент, так как проблемы с нарушениями норм качества пара возникали только при добавках в питательную воду натрий-катионированной воды, то есть, именно при больших кремнесодержаниях питательной и котловых вод.
Рисунки в отчете имеют примерно следующий вид (экспериментальные точки здесь не привожу):
49.png
Рис. Предельно допустимое кремнесодержание питательной воды в зависимости от размера непрерывной продувки.
Полученные экспериментальные соотношения зависят от разных факторов. Сделаем выборку из таблицы испытаний котла ст.N7: номера опытов 1 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 16 18.
и построим график:
Как видим, итоговый коэффициент выноса кремневки существенно зависит от общей щелочночности котловой воды, которая, в свою очередь, изрядно коррелирует с кремнесодержанием питательной воды. И т.д., и т.п., и прочая. Так что, графиков можно было бы сделать и побольше, чем в отчете. Hе вредно сравнить размеры продувки, определенные по расходомеру (вторая строка) и по балансу кремнекислоты (третья строка):
Как видим по таблице и графику, эти размеры не совпадают. Какой из них предпочтительнее для дальнейших расчетов - вопрос дискуссионный. Лучше, чтобы они совпадали. А для этого, как минимум, нужен очень стабильный воднопродувочный режим.