Определение причин осадкообразования в системе технического водоснабжения на ТЭС

УДК 621.311

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЧИН ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА ТЭС

А.И. МУРТАЗИН, Н.Д. ЧИЧИРОВА, А.А. ЧИЧИРОВ, С.М. ВЛАСОВ

Казанский государственный энергетический университет

Проведен анализ работы системы оборотного охлаждения (СОО), сопряженной с водоподготовительными установками (ВПУ), на работающей ТЭС. По результатам промышленного эксперимента и теоретических расчетов главной причиной образования отложений на теплопередающих поверхностях теплотехнического оборудования является нестационарность и несинхронность основных потоков — забор добавочной природной воды в СОО и расход циркуляционной воды на ВПУ.

Ключевые слова: Сопряженная система оборотного охлаждения ТЭС, отложения на теплопередающих поверхностях.

На большей части ТЭС РФ система технического водоснабжения (СТВ) организована по зависимой схеме, при которой вода на водоподготовительные установки (ВПУ) забирается из системы оборотного охлаждения (СОО) после подогрева в конденсаторах турбин (КТ). Поскольку стабилизационная обработка циркуляционной воды СОО при этом не проводится из-за возможности нарушения режима обработки на ВПУ, установлены ограничения на степень упаривания циркуляционной воды. По разным источникам коэффициент упаривания циркуляционной воды (Ку) не должен превышать 1,3 и даже 1,2. Однако даже при соблюдении такого ограничения не удается избежать образования отложений малорастворимых веществ в СОО, прежде всего на теплообменных поверхностях КТ.

С целью определения причин образования отложений был проведен анализ работы сопряженной СОО функционирующей ТЭС. В качестве объекта исследования была выбрана Казанская ТЭЦ-3 филиала ОАО ТГК-16. На Казанской ТЭЦ-3 практически вся добавочная вода сначала поступает в СОО, где проходит по циклу теплообмена КТ (и другого теплотехнического оборудования) и испарительного охлаждения в градирнях. Источник добавочной воды - р. Волга. Для запитки ВПУ химического цеха отбор воды производится исключительно из СОО после КТ.

Теоретические расчеты по равновесному составу и фазовой стабильности добавочной и циркуляционной воды были проведены с использованием прикладной программы (ПП) [1-3]. Расчеты показывают, что в зимний период (ноябрь - март) добавочная волжская вода находится в состоянии небольшого пресыщения по малорастворимым соединениям - карбонату кальция, кремниевой кислоте, силикатам, гидроксиду железа и т.д. Это объясняется тем, что зимой на р. Волга чистая (обессоленная) вода переходит в лед, а подледная вода, соответственно, концентрируется. В летний период (июнь - октябрь) волжская вода находится в состоянии, близком к насыщению. Только в период паводка (конец апреля - май) речная вода ненасыщена из-за разбавления низкоминерализованной талой водой.

В СОО ТЭЦ добавочная речная вода концентрируется (за счет испарения), подщелачивается (за счет частичного улетучивания СО2 в градирнях) и подогревается (в КТ). Все три фактора действуют параллельно в одном направлении - смещения химических равновесий в сторону образования осадков. Вследствие насыщенного или пресыщенного состояния речной воды даже небольшого концентрирования в

© А.И. Муртазин, Н.Д. Чичирова, А.А. Чичиров, С.М. Власов Проблемы энергетики, 2012, № 1-2

результате упаривания достаточно для начала осадкообразования. Расчеты и результаты проведенных экспериментов показывают, что предельно допустимый коэффициент упаривания Ку, обеспечивающий безнакипную работу СОО, имеет четко выраженную сезонную зависимость. Зимой допустимый коэффициент упаривания близок к 1, т.е. упаривание недопустимо. В летний период заметных отложений не наблюдается до кратности упаривания примерно 1,4. В период паводка Ку можно повысить до 1,8.

Для выяснения причин образования отложений был проведен статистический анализ работы СОО КТЭЦ-3 за 5 лет. В начале исследования, в марте 2006 г. (зимний период), коэффициент концентрирования (Кк) в СОО Казанской ТЭЦ-3 составлял в среднем 1,2. Согласно расчетам, в этом случае относительное пресыщение по карбонату кальция (ОПкк (25°С)) достигает 4-х кратного уровня, и осадкообразование протекает уже с заметной скоростью. В летние месяцы средний коэффициент концентрирования превышает значение 1,2 и максимально достигает 2,1. Это связано с тем, что летом отбор воды на ВПУ в химический цех (продувка) меньше, а доля испарения больше. Таким образом, среднемесячные значения Ку находятся вблизи предельно допустимых значений, хотя несколько их превышают. При детальном анализе, однако, обнаружилось, что среднемесячные показатели не отражают реальной ситуации. На рис.1 показан фрагмент диаграммы среднечасовых потоков добавочной волжской воды на ВПУ химического цеха. Здесь же представлены среднечасовые значения Ку, рассчитанные по уравнениям:

Ку = _ _дв_ ,

_дв _исп

_дв _ _исп = _впу + _ку,

где _дв , _исп , _впу, _ку - средние массовые потоки, т/ч, соответственно, добавочной

воды в СОО (дв), испарения (исп), расхода на ВПУ (впу) и капельный унос воды из градирни (ку). Основной составляющей продувки является забор циркуляционной воды на ВПУ. Доля капельного уноса составляет не более 5%.

Из диаграммы рис.1 видно, что основные потоки сильно меняются во времени и не согласованы между собой, т.е. не стационарны и не синхронны. Следствием этого являются значительные колебания массы воды в СОО и Ку. Поскольку упаривание приводит к концентрированию, можно заключить, что вследствие нестационарности и несинхронности основных потоков вода в СОО периодически сильно концентрируется. Соответственно, в периоды концентрирования происходит активизация процессов отложения малорастворимых соединений. Обратное растворение отложений маловероятно, т.к. периодов с концентрированием менее единицы (Кк<1) теоретически быть не может, а доля периодов с Ку<1 крайне незначительна (рис.1).

Была проведена статистическая обработка среднегодовых, среднемесячных, среднесуточных и среднечасовых значений Ку СОО КТЭЦ-3. Результаты сведены в табл.1.

о

и

«

о

ä См

1 авг 07 2 авг 07 3 авг 07 4 авг 07 5 авг 07 6 авг 07 7 авг 07 8 авг 07 9 авг 07 10 авг 07 11 авг 07

Рис. 1. Среднечасовые потоки волжской и циркуляционной воды на ВПУ и Ку в СОО КТЭЦ-3

в августе 2007 г.

Таблица 1

Статистические показатели распределения коэффициента упаривания в СОО КТЭЦ-3

за 2003 - 2007 гг.

Значения Ку Среднее значение и стандартное отклонение, М ± S.D. MIN - MAX Коэффициент вариации, %

среднегодовые за 2003-2007 гг. (N=5) 1,169 ± 0,071 1,087 -1,264 6,08

среднемесячные за 2007 г. (N=12) 1,26 ± 0,167 1,054 - 1,668 13,28

среднесуточные за 1 - 23.08.07 (N=23) 1,579 ± 0,141 1,225 - 1,823 8,92

среднечасовые за 1 - 23.08.07 (N=552) 1,579 ± 0,385 0,618 - 2,785 24,36

Если рассматривать среднегодовые значения, то Ку находится в пределах 1.11,26, что можно считать допустимым для воды СОО, для которой не проводилось стабилизационной обработки. Однако, если сравнить среднемесячные значения, то колебания Ку уже значительны (1,054-1,69). Такая закономерность проявляется при дальнейшем уменьшении временного интервала. Например, в августе 2007 г. среднесуточные колебания составили 1,23-1,82, а среднечасовые 0,62-2,79. Для выяснения закономерности распределения Ку была построена почасовая диаграмма распределения Ку для периода 01.08.07 - 23.08.07 (рис.2). Объем выборки ((V) 552, величина классового интервала (с) 0,2, число классов (к) 11. По критерию Колмогорова распределение Ку подчиняется нормальному закону. Следовательно, можно заключить, что изменения Ку, а следовательно и соотношение потоков тдв и твпу, носят чисто случайный характер, т. е. никак не регулируются.

Из представленных на рис.2 данных видно, что более половины времени СОО работает в режиме с превышением допустимой степени упаривания воды, что соответственно приводит к интенсивному образованию отложений. Справедливости ради следует отметить, что синхронность потоков и постоянство массы воды в СОО нормативными документами не регламентируются. Случайный характер распределения Ку позволяет предположить, что такая ситуация будет аналогична и для других ТЭС с зависимой схемой системы технического водоснабжения.

Распределение Кк для августа 2007 г.

Варианта

Рис.2. Статистическое распределение среднечасового коэффициента концентрирования воды СОО КТЭЦ-3 в августе 2007 г.

Выводы:

1. Основными причинами образования осадков и отложений на поверхностях нагрева теплотехнического оборудования на ТЭС с зависимой схемой СТВ являются:

а) фазовая нестабильность добавочной речной воды (особенно в зимний период);

б) систематическое превышение допустимой степени упаривания (концентрирования) воды СОО; в) нестационарность и несинхронность водных потоков в СОО.

2. Наибольшее влияние на процесс осадкообразования оказывает нестационарность и несинхронность основных водных потоков в СОО: забор добавочной природной воды и расход циркуляционной воды на ВПУ химического цеха ТЭС. Следствием этого является периодически возникающее сильное концентрирование циркуляционной воды СОО. Из-за нестационарности и несинхронности водных потоков более половины времени СОО работает в режиме значительного превышения допустимого уровня концентрирования циркуляционной воды.

Summary

The analysis of circulating cooling system (CCS), conjugated with the water treatment equipment (WTE) for thermal power plants running. According to the results of industrial experiments and theoretical calculations of the main reason for the formation of deposits on heat transfer surfaces of the heating equipment is asynchronous and non-stationary basic flow -the natural recharge of additional water into the cooling system and the flow of circulating water in the WTE.

Keywords: Conjugate system cooling thermal power plants, deposits on heat transfer surfaces.

Литература

1. Математическое моделирование материальных потоков в системе оборотного охлаждения ТЭС / А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, А.Ю. Смирнов, И.Ю. Силов, А.И. Муртазин // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2008. №5-6. С.28-34.

2. Моделирование и анализ процессов при функционировании СОО ТЭС / А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, И.И. Галиев, А.И. Муртазин, А.Ю. Смирнов, М.А. Волков // Труды Академэнерго. 2009. №2. С.64-85.

3. Чичиров А.А., Чичирова Н.Д., Хусаинов Р.Р. и др. -Математическое моделирование физико-химических процессов при реагентной обработке воды // Энергосбережение и водоподготовка. 2006. №2. С. 31-34.

Поступила в редакцию 28 февраля 2012 г

Муртазин Айрат Ильхамович - главный инженер Нижнекамской ТЭЦ филиала ТГК-16.

Чичирова Наталья Дмитриевна - д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой «Тепловые электрические станции» (ТЭС), директор института теплоэнергетики Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-12. Е-шаД: ndchichirova@mail.ru

Чичиров Андрей Александрович - д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой химии Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 253-17-16. Е-шаП: pinpin3@yandex.ru.

Власов Сергей Михайлович - аспирант кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Е-шаП: wolf1742@rambler.ru.