Теплоэнергетика, 2023, № 6, стр. 74-81

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ВХР С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ПИТАНИЕМ КОНТУРОВ НИЗКОГО И ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПГУ

На тепловых электростанциях с энергоблоками ПГУ широкое применение получили двухконтурные схемы с последовательным (рис. 1) или параллельным (рис. 2) питанием водой контура низкого (НД) и высокого (ВД) давления. Деаэрация воды в схемах ПГУ с последовательным питанием осуществляется в деаэраторной колонке, установленной на барабаны низкого давления. Такое решение упрощает тепловую схему, но усложняет регулирование расхода выпара деаэратора. При снижении расхода выпара ухудшается эффект деаэрации, прежде всего по удалению из воды углекислоты в свободной форме, что приводит к выносу ее в пар уже из барабана контура высокого давления. В этом случае ухудшается качество пара и часто выходит за нормативный предел такой показатель, как удельная электрическая проводимость Н-катионированной пробы (УЭП_Н).

Рис. 1.

Принципиальная тепловая схема энергоблока ПГУ 110 МВт с последовательным питанием контуров НД и ВД и указанием точек дозирования реагентов и технологического контроля. КС – камера сгорания; К – компрессор; ГТ – газовая турбина; ПП – пароперегреватель; Исп – испаритель; Эко – водяной экономайзер; ГПК – газовый подогреватель конденсата; ПТ – паровая турбина; К-р – конденсатор; НП – непрерывная продувка

Рис. 2.

Принципиальная тепловая схема энергоблока ПГУ 450 МВт филиала АО “Интер РАО – Управление электрогенерацией”. ОЭ – охладители эжекторов; Д – деаэратор; КУ – котел-утилизатор; НДВ – насос добавочной воды; ПН – питательный насос; БНД – барабан низкого давления; БВД – барабан высокого давления; остальные обозначения см. рис. 1. Точки отбора пробы (т.о.): КЭН – основной конденсат после конденсатного электронасоса; Деаэратор – питательная вода после деаэратора; ПВ ВД, ПВ НД – питательная вода контуров высокого и низкого давления; НП ВД, НП НД – насыщенный пар контуров высокого и низкого давления; ПП ВД, ПП НД – перегретый пар контуров высокого и низкого давления

Исследования ВХР на энергоблоках ТЭС с ПГУ 110 МВт (ст. № 1–4) с последовательным питанием контуров НД и ВД выполнялись авторами с октября 2019 по май 2022 г., чтобы провести замену импортного реагента Helamin на отечественный ВТИАМИН КР-33. Этот реагент открывает цепочку комплексных реагентов, разрабатываемых ООО “Водные технологии” (Москва), для обработки питательной и котловой воды в целях предотвращения образования накипи и защиты от коррозии поверхностей нагрева [10]. Как и импортные реагенты марки Helamin, ВТИАМИН КР-33 содержит такие индивидуальные амины, как моноэтаноламин, морфолин, циклогексанамин, с малыми добавками других аминосодержащих веществ. Концентрации индивидуальных веществ соответствуют требованиям С-анПиН 2.1.4.1074-01 (в редакции от 02.04.2018) и подбираются с учетом характеристик конкретного теплоэнергетического оборудования. На основании положительного опыта внедрения реагента ВТИАМИН КР-33 на энергоблоках ПГУ нескольких электростанций руководством ООО “Интер РАО – Управление электрогенерацией” было принято решение о переводе энергоблоков с хеламинного ВХР на режим с дозированием комплексного реагента В-ТИАМИН КР-33.

На момент начала работ по внедрению реагента ВТИАМИН КР-33 на энергоблоках ст. № 1–4 ПГУ 110 МВт был реализован режим с комбинированным ВХР с тремя реагентами, предусмотренный проектом. В конденсатно-питательный тракт в линию основного конденсата проводилось дозирование хеламина и аммиака, а в барабан высокого давления – едкого натра для поддержания рН котловой воды.

В процессе выполнения подготовительной работы по внедрению реагента ВТИАМИН КР-33 было выявлено повышенное содержание меди по тракту энергоблоков, что обусловлено, скорее всего, периодом пусковой наладки.

Кроме того, на энергоблоках ст. № 1–4 ПГУ 110 МВт в период с апреля по октябрь и периодически в ноябре 2019 г. наблюдались нарушения по содержанию кислорода в основном конденсате до 100–200 мкг/дм³, что негативно сказывалось на процессе стабилизации содержания меди в тракте. Однако усилиями персонала котлотурбинного цеха к ноябрю 2019 г. были достигнуты значительные результаты по предотвращению присосов кислорода в тракт энергоблоков. К началу опытно-промышленных испытаний содержание кислорода, как правило, не выходило за пределы нормируемых значений, хотя наблюдались их периодические превышения (до 40 мкг/дм³). Также отмечался кратковременный резкий рост содержания кислорода в конденсате, достигавший 450 мкг/дм³ в процессе его перекачки из дренажного бака машинного зала.

Анализируя данные суточных ведомостей химического контроля ВХР энергоблока ст. № 2 за период, предшествовавший опытно-промышленным испытаниям, можно отметить следующее:

в пробах конденсата при нормативных концентрациях кислорода наблюдалось устойчивое превышение норм по УЭП_Н (0.6–0.8 мкСм/см) и концентрации меди (15–20 мкг/дм³), при этом концентрация аммиака оказалась в пределах 500–800 мкг/дм³;

в котловой воде контура низкого давления (КВ НД) контролируемые показатели, находились в нормируемых пределах, тогда как в пробах перегретого пара контура низкого давления при высоких значениях рН (9.4–9.6) нормы по УЭП_Н были превышены (0.7–0.9 мкСм/см) при концентрации аммиака 1300–2000 мкг/дм³;

в котловой воде контура высокого давления (КВ ВД) все контролируемые показатели укладывались в нормативные пределы;

в пробах перегретого пара контуров высокого и низкого давления (ПП ВД и ПП НД) отмечено устойчивое превышение нормативных значений по УЭП_Н (0.5 мкСм/см).

Для устранения повышенного содержания меди в тракте энергоблоков специалистами ООО “Водные технологии” было предложено дозировать дополнительно к ВТИАМИН КР-33 реагент ВТИАМИН Д-2 в минимальных количествах для стабилизации содержания меди и обеспечения дальнейшего регулирования показателей ВХР.

Корректировка водно-химического режима дополнительной подачей реагента ВТИАМИН Д-2 была начата 30 июля 2019 г.

Для контроля за процессом стабилизации химических показателей ВХР выполнялся штатный оперативный контроль. В результате анализа полученных данных было установлено, что процесс стабилизации содержания меди в основном конденсате и питательной воде контура низкого давления (ПВ НД) наблюдался на всех энергоблоках. Так, например, на энергоблоке ст. № 1 на момент начала дозирования реагента ВТИАМИН Д-2 содержание меди в конденсате энергоблока составляло от 5 до 24 мкг/дм³, в январе 2020 г. оно находилось в диапазоне от 5.8 до 10.8 мкг/дм³, причем наличие аммиака и значение рН не оказывали существенного влияния на изменение содержания меди. Кроме того, содержание кислорода в основном конденсате за конденсатным насосом энергоблока ст. № 1 практически не выходило за нормативные пределы, за исключением единичных случаев.

В точке отбора пробы перед барабаном низкого давления, которая в соответствии с проектом отражает нормы качества питательной воды, было выявлено, что содержание меди не превышает 3 мкг/дм³, что ниже нормируемого значения (5 мкг/дм³).

Анализируя данные контроля за содержанием меди в тракте энергоблоков (табл. 1), можно сделать вывод, что при ведении водно-химического режима на основе ВТИАМИН KP-33 на начальном этапе осуществляется отмывка поверхностей от отложений, образовавшихся на стадии пусконаладочных работ. Поэтому в течение 2019 г. наблюдался рост содержания соединений меди в конденсате и в точке отбора питательной воды, что вполне объяснимо – процессы отмывки и должны сопровождаться волнообразными изменениями содержания меди в тракте энергоблоков. Следует отметить, что процесс удаления соединений меди из отложений происходит равномерно при постоянной работе оборудования в режиме несения нагрузки.

При выполнении требуемого объема химического контроля за показателями водно-химического режима с момента внедрения реагента ВТИАМИН KP-33 и дополнительной корректировки реагентом ВТИАМИН Д-2 на энергоблоках ст. № 1–4 ПГУ 110 МВт были получены стабильные значения pH в пределах от 9.3 до 9.5 по конденсатно-питательному тракту и котловой воде контуров низкого и высокого давлений, значение pH в перегретом паре не превышало 9.4.

Помимо pH были зафиксированы также стабильно низкие значения содержания железа по тракту. Так, например, в котловой воде контура высокого давления при штатной работе энергоблоков они составили от 3 до 23 мкг/дм³.

Удельная электрическая проводимость H-катионированной пробы на энергоблоках ст. № 1 и 2 постепенно стабилизировалась. Далее приведены средние значения УЭП_Н, мкСм/см, по энергоблокам:

Наблюдения за состоянием ВХР энергоблоков ст. № 1–4 продолжались в течение 2020–2022 гг. Некоторые результаты аналитических измерений и расчетов по методике ИГЭУ [11] в период с 27 по 31 мая 2022 г. приведены в табл. 2.

Проанализировав данные табл. 2, можно сделать следующие выводы:

1. В контуре низкого давления присутствует летучий щелочной реагент (в расчете на аммиак – 1100–1300 мкг/дм³). Вынос такого реагента в пар сильно повышает рН и удельную электрическую проводимость прямой охлажденной пробы (7.0–8.2 мкСм/см). Перегретый пар НД (рН = 9.24–9.40) поступает в часть низкого давления паровой турбины (ЧНД) и далее в конденсатор (К-р), что создает контур циркуляции подщелачивающего агента: КЭН – БНД – ЧНД – К-р.

2. Котловая вода контура низкого давления является питательной водой контура высокого давления (ПВ ВД), где присутствие отмеченного летучего щелочного агента не проявляется в такой степени, как в контуре НД. Пар ВД характеризуется пониженными значениями удельной электрической проводимости (2.8–3.1 мкСм/см) и рН (8.8–8.96). При увеличении УЭП_Н (0.50–0.86 мкСм/см) по отношению к пару контура НД на значение рН котловой воды оказывает влияние малолетучий реагент. Значения УЭП_Н ПП ВД могут повышаться из-за присутствия в котловой воде как связанной углекислоты, так и продуктов термолиза потенциально кислых органических веществ. При пересчете на концентрацию углекислоты измеренных значений УЭП, УЭП_Н, рН ПП ВД получены ее высокие значения, что согласуется с данными химического контроля (см. табл. 2).

3. Согласно расчету удельной электрической проводимости Н-катионированной пробы в условиях ее дегазации, возможно уменьшить ее значения в ПП ВД на 0.2–0.3 мкСм/см в зависимости от степени дегазации и глубины удаления свободной углекислоты. Методика расчета УЭП_Н,Д соответствует условиям работы кондуктометра с дегазацией Н-катионированной пробы.

Таким образом, данные оперативного химического контроля в целом согласуются с представленными ранее данными опытно-промышленных испытаний, проведенных с 27 по 31 мая 2022 г. Причиной устойчивого превышения удельной электрической проводимостью Н-катионированной пробы перегретого пара нормативных значений является наличие углекислоты и, как следствие, недостаточная декарбонизация основного конденсата в деаэрационной колонке БНД.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ВХР С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПИТАНИЕМ КОНТУРОВ НИЗКОГО И ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПГУ

В состав основного оборудования энергоблока ПГУ 450 МВт (см. рис. 2) входят две газотурбинные установки ГТЭ-160, два котла-утилизатора Е-229/50.2-7.85/0.59-507/227, паровая турбина К‑160-7.5.

Котел-утилизатор – двухконтурный с естественной циркуляцией и вертикальным расположением труб, с параллельным питанием контуров НД и ВД. Деаэрация конденсата производится в деаэраторе повышенного давления. Допускается работа КУ при изменениях расхода и температуры газов, поступающих от ГТУ, обусловленных изменением температуры наружного воздуха от ‒56 до +34°C.

Целью опытно-промышленных испытаний, начатых в феврале 2019 г., была замена импортного реагента Helamin на отечественный ВТИАМИН КР-33. Дозирование реагента ВТИАМИН КР-33 производилось 0.5%-ным водным раствором в основной конденсат с производительностью насоса-дозатора 16 дм³/ч. Содержание реагента контролировалось по методике СТО ВТИ 37.004-2013 и поддерживалось на уровне не менее 0.5 мкг/дм³.

Некоторые результаты химико-аналитических измерений и расчета по методике ИГЭУ [11] показателей качества воды и пара в период опытно-промышленных испытаний представлены в табл. 3.

На основании данных полного химического контроля за показателями качества ведения водно-химического режима котлов-утилизаторов ст. № 1 и 2 ПГУ 450 МВт можно сделать вывод, что за период работы с применением реагента ВТИАМИН КР-33 не выявлено нарушений и отклонений водно-химического режима.

По полученным данным для КУ ст. № 1 установлено:

значение рН котловой воды контура низкого давления оставалось в пределах от 9.0 до 9.5, контура высокого давления – от 8.9 до 9.3;

содержание соединений кремниевой кислоты в КВ НД находилось в пределах от 20 до 120 мкг/дм³ при нормируемом значении 200 мкг/дм³;

концентрация пленкообразующих аминов, определяемая по СТО 34.004-2013 с индикатором Бенгальский розовый, составляла от 1 до 16 мкг/дм³;

содержание железа в котловой воде низкого давления было минимальным и не превышало 58 мкг/дм³, высокого давления – около 49 мкг/дм³;

удельная электрическая проводимость котловой воды низкого и высокого давления при дозировании реагента ВТИАМИН КР-33 не превышала ранее установленных значений, полученных при ведении хеламинного водно-химического режима;

удельная электрическая проводимость Н-катионированной пробы питательной воды составляла не более 0.31 мкСм/см;

содержание меди в конденсате и питательной воде было стабильным и не превышало 2.4 мкг/дм³;

удельная электрическая проводимость Н-катионированной пробы перегретого пара низкого давления находилась в пределах 0.21–0.29 мкСм/см;

рН перегретого пара низкого давления составлял 8.83‒9.07.

При расчетах были получены малые значения суммарных концентраций солевых примесей ${{С}_{{{\text{N}}{{{\text{a}}}^{{\text{ + }}}}}}}$ и форм диссоциации углекислоты $\sum {{{C}_{{{\text{C}}{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}} $ во всех потоках, что свидетельствует о выполнении требований норм по удельной электрической проводимости Н-катионированных проб питательной воды и пара – менее 0.5 мкСм/см. Эти значения оказались ниже значений аналогичных показателей для ПГУ 110 МВт с последовательным питанием контуров НД и ВД. По значениям подщелачивающих компонентов в пересчете на аммиак можно судить об эквивалентном нейтрализующем действии аминов, обеспечивающих нормативные значения рН по пароводяному тракту энергоблока.

Таким образом, согласно данным химического контроля, все показатели водно-химического режима котлов-утилизаторов ст. № 1 и 2 с дозированием реагента ВТИАМИН КР-33 находятся в нормируемых пределах, установленных в режимной карте. Поставленную задачу отработки ВХР с дозированием отечественного реагента можно считать решенной.

ВЫВОДЫ

1. При повышенных концентрациях меди в питательной воде наряду с комплексным реагентом ВТИАМИН КР-33 может использоваться реагент ВТИАМИН Д-2, что подтверждено на примере энергоблоков ПГУ 110 МВт.

2. При последовательном питании водой барабанов низкого и высокого давления, что характерно для ПГУ 110 МВт и некоторых других схем, возможен значительный вынос в пар углекислоты, способной повышать УЭП_Н пара сверх нормативных значений.

3. В схемах ПГУ мощностью 450 МВт и других с последовательным питанием БНД и БВД установлен деаэратор повышенного давления, благодаря чему обеспечивается глубокое удаление как кислорода, так и углекислоты и устраняется возможность выноса углекислоты в пар и нарушения нормы УЭП_Н.