Гидратный водно-химический режим на электростанциях с барабанными котлами

Мартынова О. И.

Начиная с середины 70-х годов, переход отечественных прямоточных энергоблоков сверхкритических параметров на окислительный водно-химический режим в большинстве случаев оказался буквально “якорем спасения”. Было решено много проблем, связанных с основными задачами воднохимического режима не только котлов (что тогда казалось главным), но и турбин по минимизации коррозии и отложений. Повреждения при единственном до середины 70-х годов слабоаммиачно- гидразинном режиме (pH = 9,1 + 0,1) парогенерирующих труб (главным образом, наиболее теплонапряженных НРЧ) были действительно существенными и нужно было переходить либо на окислительный (кислород, воздух), либо на принятый тогда в США высокоаммиачный  ГАВР (pH > 9,6) - “Аммонекс”. Тогда отечественная энергетика пошла по первому пути, что оказалось глубоко правильным решением - при выполнении, как известно, ряда условий: электропроводность питательной воды не более 0,3 мкСм/см, отсутствие в КПТ сплавов на основе меди, отсутствие органики (и галогенопроизводных органики). Американские энергетики к этому выводу, как известно, пришли лишь в начале 90-х годов, причем, главным образом, по причине повреждений не столько котлов, сколько турбин. Поэтому им принадлежат первые результаты как лабораторных, так и промышленных исследований о существенно более интенсивном выносе в пар корозионно-агрессивных анионов (хлоридов и сульфатов) в присутствии аммиака, что видно из сравнения с классической “лучевой диаграммой”, т.е. аммиак косвенно является “переносчиком” хлоридов и, вероятно, сульфатов, точнее, продуктов их гидролиза
Естественно, что летучие соединения НС1 и NH3 переходят из котловой воды в пар более интенсивно, чем соединения, не обладающие собственной летучестью, например, NaCl. Эти данные были подтверждены в МЭИ стендовыми исследованиями.
При высоком содержании аммиака в котловой воде хлориды в формах НС1 и NH3 или NH4CI переходят в пар существенно более интенсивно, чем из нейтральной среды, даже в присутствии кислорода, который в микро- или миллиграммовых концентрациях в воде, т.е. при кислородном режиме, никак не может воздействовать на хлориды и сульфаты и “вытаскивать” их, тем самым, в пар как аммиак.
Каким образом, т.е. по какому механизму, наличие фосфатов также приводит к усиленному выносу хлоридов из котловой воды в пар, пока не совсем ясно, имеются только факты, свидетельствующие о повышенном загрязнении насыщенного пара хлоридами при фосфатном водно-химическом режиме барабанных котлов и являющиеся одной из причин очень постепенного, но уверенного отказа от фосфатного режима и замены его гидратным с дозированием NaOH. Другие недостатки широко использованного фосфатного режима барабанных котлов в рамках данной статьи не рассматриваются.
Таким образом, можно сформулировать две первоначально основные задачи гидратного ОН- режима:
образование защитной оксидной пленки на поверхностях оборудования или, во всяком случае, содействие этому. Во избежание щелочной коррозии концентрация щелочи должна быть невысокой;
связывание, в первую очередь, хлоридов с образованием менее летучих соединений.
ОН-режим оказался менее чувствительным к хлоридам, допускает отказ во многих случаях от конденсатоочистки.
Таблица 1
Предлагаемые ЭПРИ “Нормы” при кондиционировании барабанных котлов едким натром

Примечания: 1. Топливо - уголь, Р > 170 бар. 2. Немедленный останов при pH котловой воды < 8,0 и > 10,0.

ОН-режим прост в эксплуатации и контроле и особенно выгоден для станций, охлаждаемых солоноватой водой и морской водой. ОН-режим барабанных котлов в Великобритании (в начале 1960 г.) приводил к гораздо меньшему числу проблем, чем фосфатный режим.
Отсюда произошел постепенно расширяющийся переход на чисто гидратный режим при наличии существенно более чистой воды, т.е. в настоящее время он успешно применяется в Англии, Германии, Дании, Италии, Южной Африке, а сейчас и в США на станциях суммарной мощностью более 60 000 МВт (табл. 1). По статистике американского института энергетики (ЭПРИ) за последние годы при дозировании NaOH непосредственно в котел на уровне не более 1,5 мг/кг NaOH не зарегистрировано случаев щелочной коррозии. Гидратный режим не способствует, в отличие от гидразинно-аммиачного, усилению загрязнения пара хлоридами и сульфатами.
За последнее время добавилась еще проблема гидролиза органики, которая термолизуется в области высоких температур (в данном случае в барабане) с образованием преимущестенно кислых продуктов. Эти продукты в области высоких температур не могут быть нейтрализованы аммиаком, основные свойства которого практически исчезают при высоких температурах, однако успешно нейтрализуются сильным основанием NaOH. Нейтрализация является необходимой для сохранения защитной оксидной пленки на металле - магнетита, растворимость которого резко увеличивается как в кислой, так и в щелочной средах с соответствующим “оголением” металла и его возможной коррозией.
Следует упомянуть, что в литературе имеются данные по замене NaOH на другую сильную щелочь LiOH (гидрат лития). Его технические преимущества связаны с очень ограниченной собственной растворимостью по сравнению с едким натром и едким калием. Это означает, что даже при возможном местном сильном упаривании котловой воды критическая концентрация щелочности, вызывающая повышение коррозии стали, не может быть достигнута. Однако гидратный режим с дозированием LiOH не нашел по ряду причин (в том числе, стоимости и токсичности) широкого применения.

Таблица 2

Конструкция с медью. Цельножелезный материал.

Сравнение химических нормируемых параметров энергосистем Англии, Германии и Южной Америки для питательной и котловой воды и пара для барабанных котлов высокого давления, кондиционируемых едким натром, приведено в табл. 2.