СИСТЕМА ОРГАНИЗАЦИИ КИСЛОРОДНОГО ВОДНО-ХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПАРОТУРБИННОГО ЭНЕРГОБЛОКА С ПАРОВЫМ КОТЛОМ СВЕРХКРИТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для организации оптимального кислородного водно-химического режима (КВХР) паротурбинного энергоблока с паровым котлом сверхкритического давления (СКД).
Практически все энергоблоки СКД тепловых электростанций (ТЭС) работают на КВХР. Кислородный режим позволяет обеспечить эффективную пассивацию внутренней поверхности стальных труб пароводяного тракта, что способствует повышению надежности работы теплонапряженных поверхностей нагрева и минимизации промывочных сбросов в окружающую среду.
Известна система организации КВХР паротурбинного энергоблока с паровым котлом СКД, содержащая дозатор кислорода (ДК) в питательную воду перед котлом, а также измеритель концентрации растворенного кислорода (ИКРК) в питательной воде, измерители концентрации продуктов коррозии (ИКПК) в рабочей среде пароводяного тракта, измерители электропроводности (ИЭП) рабочей среды пароводяного тракта и измерители водородного показателя (ИВП) рабочей среды пароводяного тракта [1] - прототип.
2
ПВ
РС
Fe
PC
3
3
Недостаток системы [1] заключается в том, что ее ДК настроен на дозирование кислорода в питательную воду до достижения в заданных пределах концентрации в ней растворенного кислорода (Ко)=100...400 мкг/дмнезависимо от конкретных условий работы энергоблока, за исключением ограничения электропроводности рабочей среды по пароводяному тракту котла величиной χ≤0,3 мкСм/см и концентрации соединений железа (К)≤10 мкг/дм. Вместе с тем, как показали результаты исследований, величина оптимальной концентрации растворенного кислорода в питательной воде энергоблоков СКД зависит от многих факторов, в том числе от скорости потока рабочей среды, ее температуры, свойств контактирующего с теплоносителем металла, длительности эксплуатации энергоблока на КВХР, глубины маневренности
режима его работы, применяемых конструкционных материалов и конструктивных решений. К указанным факторам, имеющим особое значение, следует отнести и наличие в рабочей среде энергоблоков органических примесей природного или промышленного происхождения (гумус, фульво-кислоты, масла, продукты деструкции ионообменных материалов, техногенные загрязнения поверхностных водоемов, не задерживаемые технологическими схемами существующих водоподготовительных установок ТЭС). В тракте энергоблока в присутствии кислорода из органических примесей после их окисления и термолитического разложения образуются преимущественно органические кислоты (угольная, уксусная, муравьиная, пропионовая, масляная, молочная и др.), а в ряде случаев - и кислоты минеральные (серная и соляная). В связи с этим необходимо учитывать, что содержащийся в рабочей среде кислород затрачивается не только на окисление металла (т.е. формирование оксидного слоя на поверхности пароводяного тракта блока), но также расходуется на окисление органических примесей теплоносителя, последующий термолиз которых приводит к «отравлению» рабочей среды органическими и (или) минеральными кислотами.
2
ПВ
Исходя из изложенного, задачу оптимизации (Ко) можно сформулировать следующим образом: кислорода должно быть достаточно для создания и поддержания в надлежащем состоянии защитного оксидного слоя на поверхности металла пароводяного тракта (судя по минимальному содержанию в рабочей среде продуктов коррозии), но недостаточно для окисления органических примесей теплоносителя с последующим его обогащением агрессивными соединениями. В этом отношении концентрация кислорода в рабочей среде должна быть тем меньшей, чем больше содержание в этой среде органических загрязнений.
Органические соединения, будучи в исходном состоянии преимущественно электронейтральными, после преобразований в тракте энергоблока (окисления, гидролиза, термолиза) с получением преимущественно кислот становятся электропроводящими. В результате увеличивается электропроводность рабочей среды. Поэтому косвенно о содержании в ней органических примесей, подвергшихся на определенном участке тракта энергоблока упомянутым преобразованиям, можно судить, сравнивая значения электропроводности
2
1
2
1
ПП
ОК
ПП
ОК
среды в конце этого участка (χ) и в его начале (χ). Чем больше соотношение χ/χ, тем в рабочей среде выше содержание органических веществ, подвергшихся окислению и термолизу с образованием электропроводящих продуктов. Для пароводяного контура блока в целом (за исключением цилиндров среднего и низкого давления турбины) приращение электропроводности рабочей среды с достаточной в практических целях достоверностью можно характеризовать соотношением χ/χ, где χ и χ - значения электропроводности соответственно перегретого пара после промежуточного пароперегревателя и очищенного турбинного конденсата.
2
1
2
1
2
1
2
1
ОП
ПВ
Агрессивность продуктов окисления и термолиза органических примесей теплоносителя в тракте энергоблока связана, как отмечалось, с их преимущественно кислым характером, на что указывает уменьшение значения водородного показателя рН рабочей среды в конце соответствующего участка тракта (рН) по сравнению с его началом (pH), т.е. (pH)<(pH). Лишь в отдельных случаях (pH)=(pH) или (pH)>(pH), т.е. образующиеся соединения являются соответственно нейтральными или щелочными. Наиболее характерным, как показывает опыт эксплуатации блоков СКД, является уменьшение величины рН острого пара (рН) по сравнению с рН питательной воды (рН), из которой этот пар получен. Вместе с тем установлено, что кислые продукты термолиза органических примесей вызывают коррозионно-механические повреждения различных элементов энергоблока, развивающиеся со стороны рабочей среды.
ПП
ОК
ПВ
ОП
Выполненные авторами многолетние наблюдения и специальные исследования показали, что предельно допустимыми в коррозионном отношении следует считать χ/χ≤1,5; (рН)-(рН)≤0,2.
Достигаемым результатом полезной модели является установление оптимальной концентрации растворенного кислорода в питательной воде энергоблоков СКД с учетом всех перечисленных выше факторов, обеспечивающего минимизацию коррозионных процессов в пароводяном тракте энергоблока.
Указанный результат достигается тем, что система организации КВХР паротурбинного энергоблока с паровым котлом СКД, содержащая ДК
в питательную воду перед котлом, а также ИКРК в питательной воде, ИКПК в рабочей среде пароводяного тракта, ИЭП рабочей среды пароводяного тракта и измерители водородного показателя ИВП рабочей среды пароводяного тракта, согласно полезной модели дополнительно содержит формирователь информационного сигнала (ФИС) о достижении на ИКПК, ИЭП и ИВЧ заданных значений измеряемых величин, определяющих оптимальное значение концентрации растворенного кислорода в питательной воде перед котлом, регулятор дозирования кислорода (РДК) с задатчиком и датчиком концентрации растворенного кислорода в питательной воде перед котлом и формирователь задания (ФЗ) для РДК, причем выходы ИКПК, ИЭП и ИВП подключены к входам ФЗ.
3
РДК системы согласно полезной модели может иметь ограничитель колебаний выходного сигнала управляющего воздействия в пределах ±10 мкг/дм концентрации растворенного кислорода.
На чертеже в качестве примера изображена принципиальная тепловая схема энергоблока с системой организации КВХР согласно полезной модели.
Е
Система КВХР паротурбинного энергоблока с паровым котлом ПК 1 СКД, первичным пароперегревателем ПП 2, промежуточным пароперегревателем ППП 3, паровой турбиной ПТ 4 (имеющей цилиндр высокого давления ЦВД 5 и цилиндр низкого давления ЦНД 6), электрогенератором ЭГ 7, конденсатором К 8, конденсатным насосом КН 9, подогревателем низкого давления ПНД 10, подогревателем высокого давления ПВД 11, питательным насосом ПН 12, содержит дозатор кислорода ДК 13 в питательную воду перед ПК 1, а также измеритель концентрации растворенного кислорода ИКРК 14 в питательной воде, измерители концентрации продуктов коррозии (F) в рабочей среде пароводяного тракта ИКПК 15, измерители электропроводности (χ) рабочей среды пароводяного тракта ИЭП 16 и измерители водородного показателя (рН) рабочей среды пароводяного тракта ИВП 17. Система содержит также формирователь информационного сигнала ФИС 18 о достижении на ИКПК 15, ИЭП 16 и ИВП 17 заданных значений измеряемых величин, определяющих оптимальное значение концентрации растворенного кислорода в питательной воде перед ПК 1. ФИС 18 может быть выполнен, например,
в виде блока электронных реле по числу измеряемых величин. При этом вход каждого реле блока соединен с выходом соответствующего измерителя 15, 16, 17, и каждое реле настроено на срабатывание при достижении входным сигналом заданного предельного значения измеряемой величины.
Система согласно полезной модели дополнительно содержит регулятор дозирования кислорода РДК 19 с задатчиком (на чертеже не показан) и датчиком концентрации растворенного кислорода ДКК 20 в питательной воде перед ПК 1 и формирователь задания ФЗ 21 для РДК 19, причем выход ФИС 18 подключен к входу указанного задатчика РДК 19.
3
Кроме того, согласно полезной модели РДК 19 имеет ограничитель колебаний выходного сигнала ОКВС 22 управляющего воздействия в пределах ±10 мкг/дм концентрации растворенного кислорода.
ПП
ОК
ПВ
ОП
Fe
ПП
ПП
ОК
Fе
ПП
3
3
Система организации КВХР паротурбинного энергоблока с ПК СКД согласно полезной модели работает следующим образом. С помощью ДК 13 в питательную воду перед ПК 1 дозируется кислород вручную или в автоматическом режиме. При этом оптимальная концентрация растворенного кислорода в питательной воде (контролируемая в ручном режиме по показаниям ИКРК 14, в автоматическом - с помощью ДКК 20) определяется, исходя из совокупного достижения в различных точках пароводяного тракта энергоблока следующих показателей рабочей среды: χ/χ≤1,5, (рН)-(рН)≤0,2 и (К)≤10 мкг/дм, где χ - значение электропроводности пара после промежуточного пароперегревателя, χ - значение электропроводности очищенного турбинного конденсата, (К) - концентрация продуктов коррозии в паре после промежуточного пароперегревателя. При этом для работающего энергоблока изменения оптимальной величины концентрации растворенного кислорода в питательной воде перед ПК 1 с помощью ОКВС 22 допускают в пределах, не превышающих ±10 мкг/дм.
Источники информации:
1. Методические указания по организации кислородного водного режима на энергоблоках сверхкритического давления. РД 34.37.507-92, М.: СПО ОРГРЭС, 1994, с.6-9, 14, 15.