Оптимизация технологий применения реагентов для коррекционных режимов паровых котлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимизация технологий применения реагентов для коррекционных режимов паровых котлов

Введение

змеевик паровой котел реагент

В последние годы на отечественных промышленных котельных вводятся в эксплуатацию змеевиковые прямоточные паровые котлы, поставляемые в основном зарубежными компаниями. Широкому внедрению этих котлов способствовали их преимущества: пар генерируется через несколько минут после включения котла; экономный расход топлива; малые габариты; простота эксплуатации и технического обслуживания и т.п.

В отличие от барабанных котлов в змеевиковых паровых котлах нагрев и испарение воды осуществляется за один проход среды по тракту, т.е. питательная вода, пройдя последовательно все поверхности нагрева, целиком превращается в пар.

При этом примеси, поступающие с питательной водой, не могут быть выведены из котла с продувкой части котловой воды. Поэтому часть примесей может осаждаться на внутренней поверхности труб, а часть уносится с паром. В связи с этим требования к качеству питательной воды должны быть более жесткими, обеспечивая получение чистого пара и ограничение образования отложений в змеевиках котлов.

В первую очередь качество питательной воды зависит от схемы водоподготовительной установки (ВПУ). В настоящее время самой распространенной схемой ВПУ для паровых котлов низкого давления является двухступенчатое Na-катионирование.

Однако для вод с высокой минерализацией и высокой щелочностью (или концентрацией сульфат-ионов) возникает опасность выпадения солей жесткости на трубках змеевиков даже при предварительном умягчении воды. Поэтому для таких вод оптимальной схемой ВПУ для змеевиковых прямоточных котлов является схема ВПУ с использованием установок обратного осмоса.

Однако в случае, если на поверхности труб змеевиков все же образуется накипь, необходимо использовать химические реагенты для обеспечения коррекционных водно-химических режимов (ВХР) прямоточных паровых котлов.

1. Реагенты для коррекционных ВХР прямоточных паровых котлов

Для предотвращения накипеобразования на поверхностях нагрева прямоточных котлов, обрастания и забивания труб нами разработан реагент АМИНАТ КО-3П. Данный реагент обеспечивает полное отсутствие шлама, переводя все примеси в растворенное состояние. Помимо предотвращения образования солей жесткости реагент также растворяет продукты коррозии и приводит к образованию защитной пленки на поверхностях труб змеевика.

Необходимая доза данного реагента рассчитывается в зависимости от содержания железа и солей жесткости в питательной воде. Однако следует учитывать, что передозировка реагента может привести к возникновению очагов коррозионного поражения в результате взаимодействия компонентов реагента с ионами железа на теплообменных поверхностях. Поэтому определение оптимальной дозы должно проходить при постепенном увеличении дозы реагента с минимального значения, рассчитанного по значению жесткости. Увеличение дозы реагента для связывания избыточного железа в питательной воде должно осуществляться только после проведения мероприятий по предотвращению процессов коррозии.

Основными факторами, определяющими протекание процессов коррозии, являются растворенные в воде кислород и углекислота, для удаления которых в схемах подготовки питательной воды паровых котлов предназначены деаэраторы. Однако для змеевиковых прямоточных котлов установка деаэратора часто не предусмотрена, а предусмотрено только частичное удаление агрессивных газов из воды в питательном баке. При этом глубина удаления агрессивных газов зависит от температуры нагрева питательной воды. Поэтому необходимо также предусмотреть коррекционную обработку с целью дообескислороживания питательной воды с использованием АМИНАТа КО-2 на основе бисульфита натрия.

Другим источником поступления продуктов коррозии в питательную воду может являться конденсат паро-конденсатного тракта. Причиной протекания процессов коррозии в пароконденсатном тракте является углекислота, образующаяся в результате гидролиза и разложения бикарбонат-ионов при кипении котловой воды:

СО3^-+Н₂О=НСО^-+ОН^-;

2НСО^-=СО§^-+СО₂+Н₂О.

Уносимая с паром углекислота при растворении в конденсате понижает pH и приводит к протеканию коррозии с водородной деполяризацией.

Для защиты пароконденсатного тракта от коррозии необходимо поддерживать pH конденсата в пределах 8,5-9,5. На тепловых станциях для подавления углекислотной коррозии используется метод аминирования, при этом наиболее распространенным реагентом является аммиак. Однако для поддержания рН конденсата выше 8,0 необходимо дозировать значительные избытки аммиака, т.к. наряду с высокой нейтрализующей способностью аммиак имеет высокий коэффициент распределения между паровой и водяной фазой. С другой стороны увеличение содержания аммиака свыше 500 мкг/л приводит к усилению коррозии медьсодержащих сплавов, что ограничивает его применение.

С целью корректировки рН пара и конденсата рекомендуется применять реагенты АМИНАТ марки ПК на основе нейтрализующих аминов: ПК-1 - для котлов низкого давления; ПК-2 - для котлов среднего и высокого давления. Составляющие реагентов летучи, обладают щелочными свойствами и не являются коррозионно-активными в отношении медных сплавов. Эти марки реагентов, внедренные в течение последних 5 лет, показали высокую эффективность не только в котельных отдельных промышленных предприятий, но также и на крупных энергетических объектах.

2. Разработка реагента для отмывки «на ходу» барабанных паровых котлов

Коррекционные методы обработки питательной воды барабанных котлов для предотвращения коррозии аналогичны рассматриваемым выше. Как правило, атмосферные деаэраторы, устанавливаемые в промышленных котельных перед барабанными паровыми котлами, глубоко удаляют кислород и углекислоту. Для дообескислороживания питательной воды котлов низкого и среднего давления также рекомендуется применять АМИНАТ КО-2.

Для предотвращения отложений жесткости в барабанных паровых котлах традиционно применяется метод фосфатирования, надежно переводящий кальциевые соединения в шлам - гидроксилапатит, выводимый с продувкой. С этой целью разработан комплексный реагент АМИНАТ КО-3 на основе полифосфатов, содержащий сульфит натрия для связывания остаточного кислорода после деаэрации (до 100 мкг/л).

Однако при этом на внутренних поверхностях экранных труб котлов все же образуются железофосфатные и железоокисные отложения, которые приходится удалять периодическими химическими очистками. В состав отложений обычно входит и фосфатно-кальциевый шлам.

Наиболее распространенным реагентом для химических очисток барабанных паровых котлов в прежние годы являлась соляная кислота, которая наряду с преимуществами (доступностью, дешевизной, интенсивностью воздействия и др.) имеет и серьезные недостатки. К их числу относятся:

¦ агрессивность воздействия, в результате которой наряду с удалением окислов железа травится и чистый металл;

¦ в отмывочном растворе соединения железа содержатся в основном в виде крупной взвеси с возможностью ее повторного осаждения и даже закупоркой труб;

¦ необходимость монтажа и последующего демонтажа специальных промывочных схем с установкой циркуляционных насосов в кислотоупорном исполнении;

¦ необходимость нейтрализации сбросных вод;

¦ требования обеспечения соответствующей техники безопасности.

В качестве альтернативы использованию кислоты был разработан реагент АМИНАТ ДМ-50А. Очистка от отложений при использовании кислоты происходит за счет перевода нерастворимых форм железа в растворенное состояние при низких значениях рН. Компоненты данного реагента образуют растворимые комплексы с железом и катионами жесткости в широком диапазоне рН. В связи с этим удаление отложений может осуществляться без останова котла, т.е. отмывка «на ходу».

Отмывка «на ходу» имеет следующие преимущества:

¦ отмывка проводится без останова работы котлов;

¦ реагент не агрессивен к поверхности металла;

¦ образует защитную пленку на поверхности металла;

¦ не ограничена продолжительность отмывки;

¦ эффективно удаляет отложения всех типов (соли жесткости, соединения железа, меди и т.п.);

¦ для дозирования можно использовать линии ввода других реагентов (например, фосфатов);

¦ отложения удаляются в основном в растворенном виде.

Перечисленные выше преимущества отмывки «на ходу» имеют еще большее значение в тех случаях, когда отложения неравномерны и находятся в трудноудаляемых местах.

Проводить отмывки «на ходу» барабанных паровых котлов рекомендуется периодически в течение 2-4 недель. При этом на период отмывки фосфатирование котловой воды не проводится.

Периодичность проведения отмывки с использованием АМИНАТа ДМ-50А целесообразно выбирать из условия недопущения значительного накапливания отложений.

3. Опыт использования технологии отмывки «на ходу»

В качестве примера внедрения технологии отмывки «на ходу» с использованием реагента АМИНАТа ДМ-50А ниже приводятся результаты отмывки барабанного парового котла в котельной предприятия ЗАО «ЗЭИМ - Элинар» (г. Наро-Фоминск Московской обл.).

В котельной ЗАО «ЗЭИМ-Элинар» установлено три паровых котла марки ДКВР 10-13, один из которых работает в водогрейном режиме, и три паровых котла марки ДЕ 16-14. Пар, вырабатываемый котлами, поступает на технологические нужды в цеха предприятия, а также в бойлера и теплообменники системы теплоснабжения.

Добавочная вода для подпитки котлов обрабатывается по схеме двухступенчатого Na-катионирования. После ВПУ умягченная вода поступает в конденсатный бак. В конденсатный бак по двум основным коллекторам возвращается также конденсат с производства и конденсат системы отопления.

Смесь умягченной воды и конденсата из конденсатного бака направляется на керамзитовые фильтры с целью удаления продуктов коррозии и поступает в деаэратор атмосферного типа ДСА-50, а затем на подпитку паровых котлов. Из конденсатного бака осуществляется также подпитка закрытого контура теплосети. При этом подпиточная вода теплосети не проходит этап деаэрирования.

Основной проблемой при эксплуатации паровых котлов являлась коррозия паро-конденсатного тракта, что привело к значительному образованию отложений продуктов коррозии на теплопередающих поверхностях котлов и к замене экономайзеров котлов. В составе отложений определялись также соединения солей жесткости (карбоната кальция), что было вызвано периодическим повышением жесткости в возвращаемом конденсате.

С целью обеспечения безнакипного режима работы котлов и ограничения процессов коррозии в котельной ЗАО «ЗЭИМ-Элинар» в конце 2005 г. был внедрен коррекционный ВХР паровых котлов с использованием реагентов. Для предотвращения отложений солей жесткости дозируется реагент АМИНАТ КО-3. С целью предотвращения углекислотной коррозии пароконденсатного тракта котлов было организовано дозирование реагента АМИНАТ ПК-1 на основе летучих аминов.

Реагенты АМИНАТ КО-3 и ПК-1 совместимы, поэтому для обеспечения требуемых доз реагентов использовался один комплекс пропорционального дозирования. Точка ввода реагентов была организована в питательную воду котлов после деаэратора на всас питательных насосов. В результате внедрения коррекционного ВХР котлов образование новых отложений на поверхностях нагрева практически прекратилось. Однако наличие старых отложений снижало надежность эксплуатации оборудования и эффективность работы котлов.

В период эксплуатации паровых котлов неоднократно проводились как кислотные, так и водные (гидродинамические) промывки для удаления отложений. Применение соляной кислоты приводило к неравномерному и частичному удалению отложений. Отложения были плотные и слоистые с высокой степенью адгезии к поверхности, поэтому и гидродинамические очистки котлов практически не дали положительных результатов.

Учитывая прочность сцепления и локальный характер отложений, оставшихся после проведенных ранее отмывок на поверхностях, было рассмотрено наше предложение по применению технологии очистки «на ходу» с использованием реагента АМИНАТ ДМ-50А.

Продолжительность первой отмывки с использованием этого реагента составляла 1 неделю. Перед началом отмывки дозирование фосфатов было прекращено. В рабочей емкости готовился рабочий раствор смеси реагентов АМИНАТ ПК-1 и ДМ-50А. Перед отмывкой отмываемый котел (№ 6 - ДКВР 10-13) вскрывался и осматривался. В ходе отмывки «на ходу» ежесуточно отбирались пробы котловой воды с продувкой котла, расход которой увеличивали на период отмывки до 15-20%.

Эффективность отмывки оценивалась по содержанию железа в котловой воде. В котловой воде определялось общее содержание железа, включающее соединения растворимых комплексов железа с компонентами реагента АМИНАТа ДМ-50А и соединения железа, не связанных в комплексы. Методика определения общего железа проводилась с разрушением комплексов железа. Результаты определений приведены на рис. 1.

Содержание общего железа в котловой воде резко возрастало на вторые сутки и сохранялось на максимальном уровне в течение 4-5-х суток, а к концу 7-8-х суток снизилось до исходного значения. Изменение концентрации железа, не связанного в комплексы, имело аналогичный характер.

Эффективность процесса отмывки определяется двумя взаимосвязанными процессами: процессами массопереноса (подвод отмывочного компонента и отвод продуктов растворимых комплексов железа) и непосредственно химической реакцией растворения отложений. Суммарная скорость процесса отмывки лимитируется процессом, имеющим меньшую скорость. При постоянной величине продувки котла и постоянной дозе реагента АМИНАТа ДМ-50А снижение эффективности отмывки связано, очевидно, с замедлением скорости взаимодействия реагента с отложениями на поверхности труб.

На основании полученных результатов было решено через месяц провести более продолжительную повторную отмывку в течение двух недель. При этом технология отмывки была несколько изменена - через каждые 3-4 дня доза реагента незначительно увеличивалась - примерно на 10% от предыдущего значения. Результаты данной отмывки приведены на рис. 2. Как видно из рисунка, данная технология позволила удалить большое количество отложений в растворенном виде. Осмотр поверхностей котла после окончания отмывки показал, что отложения стали более рыхлыми и удалялись послойно, при этом полного удаления отложений получить не удалось. Несмотря на это, наблюдалось понижение температуры уходящих газов после включения котлов в нормальный режим, что свидетельствовало об эффективности проведенной отмывки. Необходимо также отметить, что теплообменные поверхности, не покрытые отложениями, приобрели ровный защитный слой.

В апреле - мае 2009 г. была проведена очередная отмывка «на ходу» котла № 6. Отмывка «на ходу» проводилась в течение двух недель. При этом в ходе отмывки также увеличивали дозу реагента АМИНАТа ДМ-50А (через 5 и 4 дня). В отличие от предыдущих отмывок в состав реагента был добавлен диспергатор. Результаты отмывки приведены на рис. 3.

Как видно из рисунка, количество железа, удаляемого в первые дни с продувкой, практически в два раза больше, чем в предыдущее две отмывки. Повышение эффективности отмывки обусловлено, очевидно, добавлением диспер- гатора в отмывочный реагент. Однако, несмотря на увеличение дозы реагента в ходе отмывки содержание железа в продувке постоянно уменьшалось.

Такой характер протекания отмывки обусловлен изменением режима работы котла. В отличие от предыдущих отмывок, в связи с пониженными нагрузками котельной, котел переводился на ночь в режим горячего резерва. Дозирование реагентов в этот период прекращалось и эффективность самой отмывки также снижалась.

Таким образом, проведенные испытания показали эффективность технологии отмывки «на ходу» с использованием отмывочного реагента АМИНАТа ДМ-50А. Самое главное преимущество предложенной технологии - эффективное удаление отложений с поверхностей при работе паровых котлов в эксплуатационном режиме.

Размещено на Allbest.ru