Дипломная (вкр): Закономерности отложения примесей в паровых котлах, методы химических очисток и консервации котлов

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

Аннотация

В данной магистерской диссертации рассматриваются закономерности отложения примесей в паровых котлах, методы химических очисток и консервации котлов.

В том числе описаны технологии некоторых химических очисток котлов и результаты их проведения, выполненных в ОАО «Сибтехэнерго» в разное время.

Сделаны выводы о значимости проведения химических очисток, их влиянии на надежность эксплуатации оборудования.

Пояснительная записка содержит страниц, рисунков, таблиц, источник.

Annotation

this master's thesis examines the patterns of deposition of impurities in steam boilers, chemical cleaning and preservation of boilers.technology described some chemical cleanings cat crystals and the results of their conduct, made in JSC Sibtekhenergo at different times.conclusions about the significance of carrying out chemical cleaning and their influence on the reliability of equipment operation.note contains pages, figure, tables, and sources.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ

ГЛАВА 1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОТЛОЖЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В ПАРОВЫХ КОТЛАХ

.1 Кристаллизация веществ из раствора

.2 Изменение массы отложившейся на стенке примеси во времени….

.3 Особенности отложения примесей в прямоточных котлах СКД..

.4 Особенности отложения примесей в прямоточных котлах докритического давления

.5 Образование отложений в барабанных паровых котлах

.6 Факторы, влияющие на скорость образования отложений

.7 Структура отложений

.8 Химический состав отложений

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКИХ ОЧИСТОК КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

.1 Виды очисток

.1.1 Предпусковые очистки котельных агрегатов

.1.1.1 Характер загрязнений, удаляемых при предпусковых очистках

.1.1.2 Методы пассивации поверхностей котла после предпусковой очистки

.1.2 Эксплуатационные очистки котельных агрегатов

.1.2.1 Особенности эксплуатационных химических очисток котельных агрегатов

.1.2.2 Выбор реагентов и методов эксплуатационных химических очисток

.2 Сущность и назначение основных этапов очистки котлов

.3 Принципы химических очисток

.4 Основные типы реагентов, применяемые при химических очистках

.5 Состав и крепость промывочных растворов при химической очистке паровых котлов

ГЛАВА 3. КОНСЕРВАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ

.1 Способы консервации барабанных котлов

.2 Способы консервации прямоточных котлов

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЁННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ОЧИСТОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ

.1 Предпусковая щелочная очистка пароводяного тракта котла-утилизатора блока ПГУ-420 Череповецкой ГРЭС

.1.1 Краткая характеристика котла

.1.2 Технология предпусковой очистки котла

.2 Предпусковая кислотная очистка, ПВКО, П и К котла ст. №8 Экибастузской ГРЭС-1

.2.1 Техническое описание котлоагрегата

.2.2 Описание технологии и результаты химической очистки..83

.3 Проведение предпусковой пароводокислородной очистки и пассивации внутренних поверхностей нагрева котла П-57-3Р ст.№2 Экибастузской ГРЭС-1

.3.1 Краткая характеристика котла П-57-3Р

.3.2 Сущность метода ПВКО и П, этапы осуществления технологии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Радиационные поверхности нагрева паровых котлов весьма интенсивно обогреваются топочным факелом, вследствие чего местные удельные тепловые нагрузки могут достигать 500000-600000 и выше. Поэтому, даже при кратковременном ухудшении коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящей воде, температура стенки парообразующей трубы будет заметно превышать температуру кипения воды. Образование на внутренней поверхности незначительных по толщине, но малотеплопроводных отложений может обусловить возникновение отдулин, свищей и даже разрывы высокотеплонапряженных экранных труб из-за увеличения термического сопротивления и местного значительного перегрева металла.

В магистерской диссертации рассмотрены закономерности образования отложений в прямоточных и барабанных котлах, а также факторы, влияющие на скорость их образования.

Образование в котлах отложений, нарушающих их нормальную работу, приводит к необходимости производить периодическую их очистку, что сопряжено с вынужденными длительными простоями оборудования, большими трудозатратами и повышенным износом труб. Так как экранные трубы мощных котлов не приспособлены к механической очистке, то это способствовало усовершенствованию химических способов очистки внутренних поверхностей труб котлоагрегатов от технологической окалины, продуктов атмосферной коррозии и отложений, образовавшихся в процессе эксплуатации котлов.

В работе описываются виды химических очисток, сущность и назначение основных этапов очистки котлов, принципы на которых основана очистка, а также основные типы реагентов, применяемые для этих целей.

Эффективность химических очисток определяется не только количеством удаленных отложений, но и надежностью защиты конструкционных материалов от коррозии, так как на поверхности металла в условиях эксплуатации при работе и останове оборудования в период контакта с водной средой возникает множество анодных и катодных участков, создающих условия для протекания коррозионных процессов.

Для предотвращения коррозии металла внутренних поверхностей, как при режимных остановах, так и при остановах в продолжительный резерв или ремонт проводят консервацию котлов.

В диссертации описаны способы консервации энергетических котлов.

А также рассмотрен опыт ОАО «Сибтехэнерго» последних лет в проведении химических очисток оборудования, описаны технологии и достигнутые результаты.

АКТУАЛЬНОСТЬ

Вопросы экономии топлива и безаварийной работы теплоэнергетического оборудования, а также непосредственно связанные с ними проблемы химических очисток теплоэнергетического оборудования, несомненно, являются актуальными и приобретают в современных условиях особо важное значение. Несвоевременные химические очистки приводят к повышению расхода топлива, нарушению теплового и гидравлического режима и, как следствие, к пережогам и разрывам экранных труб, преимущественно в зоне ядра факела и в солевых отсеках, а также повышают скорость коррозионных процессов и, наконец, увеличивают вынос в проточную часть турбины соединений меди, оксидов железа и других веществ, а также эрозионно-опасных частиц окалины, отслаивающихся с пароперегревательных поверхностей в процессе пуска оборудования в эксплуатацию.

ГЛАВА 1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОТЛОЖЕНИЯ ПРИМЕСИ В ПАРОВЫХ КОТЛАХ

При контакте водного теплоносителя с поверхностью оборудования блока происходит отложение примеси на этой поверхности за счет кристаллизации, адсорбции, электростатического взаимодействия, механического зацепления, капиллярного эффекта и т.д. Количество и состав отложений зависит от концентрации и вида примеси, температуры поверхности и теплоносителя, теплового потока и т. д.

Одним из главных механизмов образования отложений является кристаллизация примеси на поверхности из раствора.

1.1 Кристаллизация веществ из раствора

Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: образование центров кристаллизации (зародышей) и рост кристаллов (зародышей).

Центрами кристаллизации могут служить не только самопроизвольно образовавшиеся частицы самого вещества, но и любые другие частицы, способные адсорбировать на своей поверхности молекулы или ионы кристаллизующегося вещества. Такого типа центры всегда присутствуют на поверхности труб и в объеме водного теплоносителя. Поэтому первая стадия кристаллизации в реальных условиях не лимитирует скорость всего процесса.

Рост кристаллов определяется двумя процессами: диффузией строительных частиц к поверхности кристалла и введение их в определенные места кристалла.

На поверхности кристалла концентрация примеси соответствует растворимости вещества С0 при температуре в данной точке (на поверхности кристалла, трубы и т. д.).

Около кристалла находится поверхностный слой жидкости, толщиной , в пределах которого действуют силы ван-дер-ваальсовского, электростатического взаимодействия между молекулами твердой фазы и жидкости. Этот слой жидкости практически неподвижен.

Поверхностный слой жидкости контактирует с диффузионным пристенным слоем толщиной , в котором перемещение примеси (в молекулярной или дисперсной форме) происходит за счет диффузии под воздействием градиента концентрации (точнее - градиента химического потенциала). На границе этих слоев концентрация примеси . Дальше располагается ядро потока (в двухслойной модели пристенного слоя) с концентрацией примеси .

Интенсивность доставки вещества через диффузионный слой к поверхности кристалла  , рассчитывается по уравнению Фика:

 (1.1)

где - коэффициент диффузии, рассчитанный по средней температуре жидкости в диффузионном слое.

Принимая, что изменение концентрации примеси в диффузионном слое близко к линейному, преобразуем (1.1):

 (1.2)

Процесс кристаллизации вещества можно разделить следующие этапы (рис.1.2): адсорбция частицы поверхностью, миграция ее в поверхностном слое жидкости к свободному месту в кристаллической решетке, внедрение в кристаллическую решетку. Этот процесс обычно описывается уравнением химической реакции первой степени

 (1.3)

где - скорость роста кристалла,

- константа скорости реакции.

Константа скорости реакции зависит от вещества, коэффициента диффузии частицы в поверхностном слое (по температуре стенки), кристаллической решетки, дефектов в ней и т.д.

В стационарном режиме . Результирующий поток будет равен

 (1.4)

где  - коэффициент скорости кристаллизации.

Исключим из (1.2) и (1.3) концентрацию :

из (1.2):

из (1.3):

После сложения:

или

.

Сопоставление полученного выражения с (1.4) показывает, что

 (1.5)

Отсюда коэффициент скорости кристаллизации будет равен

 (1.6)

Коэффициент скорости кристаллизации определяется скоростью доставки примеси к месту кристаллизации и скоростью самого процесса кристаллизации.

Если скорость доставки значительно меньше скорости реакции , то , т.е. весь процесс кристаллизации контролируется доставкой вещества. Наоборот, при  коэффициент . Следовательно, процесс кристаллизации какого-либо вещества из раствора на твердой поверхности определяется стадией, идущей с наименьшей скоростью.

Введем понятие пересыщения раствора

 (1.7)

Тогда скорость кристаллизации

 (1.8)

При больших пересыщениях скорость кристаллизации высока и лимитирующей стадией становится диффузия вещества к поверхности кристалла. Доставка вещества к кристаллу ограничивает скорость его роста и при высоких температурах, так как с увеличением температуры  растет. Для водных растворов солей и некоторых веществ органического происхождения диффузия контролирует рост кристаллов при температуре выше 45-50°С.

С уменьшением пересыщения роль процесса кристаллизации возрастает. Рост кристаллов происходит и при очень маленьких пересыщениях. Этот процесс связан с наличием дефектов в структуре и дислокациями в растущем кристалле. К дефектам относятся трещины, изломы, шероховатости поверхности. При пересыщении порядка  и выше скорость роста кристаллов может быть представлена в виде зависимости

 (1.9)

где  характеризует опорные размеры кристалла.

Как видно из анализа процесса кристаллизации, в доставке вещества и собственно кристаллизации существенную роль играют диффузионные процессы. При , кристаллизация вещества происходить не будет. Если же  то т. е. при наличии примеси около поверхности твердой фазы сам процесс кристаллизации не происходит.

Рассмотрим когда возможны эти случаи в паровых котлах?

При сверхкритическом давлении в зоне максимальной теплоемкости происходит резкое снижение коэффициента диффузии вещества в водном теплоносителе. Это связано с коренной перестройкой структуры воды, когда подвижность ее молекул и коэффициент самодиффузии воды резко снижаются.

Рассмотрим изменение температуры водного теплоносителя при сверхкритическом давлении по длине обогреваемой трубы в какой-то момент времени. На рис. 1.4. показано, что в сечении 1-1 температура воды становится равной температуре максимальной теплоемкости  у поверхности трубы, а затем, по мере прогрева среды, зона с  проникает все дальше по сечению трубы, пока ядро потока (в сечении 2-2) не прогреется до этой температуры.

Рис.1.4. Граница температуры максимальной теплоемкости  в потоке водного теплоносителя

Когда температура среды в поверхностном слое у кристалла близка к  (в районе сечения 1-1 на рис. 1.4),  резко снижается, что тормозит сам процесс кристаллизации (рис. 1.5). Дальше по ходу среды  увеличивается, рост кристалла возобновляется. Но зона смещается в диффузионный пристенный слой,  и скорость доставки резко уменьшаются (условно сечение 3-3 на рис. 1.4), что приводит к снижению скорости роста кристалла (рис. 1.5, сечение 3-3).