б ) Опыт эксплуатации конденсатоочисток на блоках с прямоточными котлами
Электростанция La-Spezia (Италия): два энергетических блока мощностью каждый 320 МВт с прямоточными котлами типа Зульцер с давлением 185 бар. Очистка конденсата осуществляется на установке, включающей целлюлозные ФНТ, ФСД, фильтры химического обескислороживания (редокс-ионитные фильтры) и патронные фильтры-ловушки.
Первой фазе предварительной очистки в ФНТ подвергаются 100% конденсата, а обессоливанию и обескислороживанию в ФСД и редокс-ионитных фильтрах — 50% конденсата. На этой электростанции были проведены длительные испытания целлюлозных ФНТ; при этом исходный конденсат имел рН=8,8-9,1, электропроводность 2— 4 мкмо/см и содержал 0,25— 0,35 мг/кг NH3; в этих условиях Fe и Сu должны находиться в окисной форме в виде взвеси. Рабочий цикл фильтра заканчивали при потере напора 1,8—2,0 бар. Программа испытаний включала изучение работы фильтра в условиях пуска, колебаний нагрузки блока и нормальной эксплуатации eго. Изменяли также сорт намывной целлюлозы, ее удельный расход (0,5; 0,75; 1,0 кг/м2) и скорость фильтрования (4,2—7,4 м/ч). Всего было проведено 170 рабочих циклов. В результате испытаний было установлено, что оптимальный удельный расход целлюлозы составляет 0,75 кг/м2. Скорость фильтрования в изучавшихся пределах не влияла существенно на качество фильтрата (содержание железа снижается в среднем с 9,3 до 7 мкг/кг), но сильно влияла на продолжительность рабочего цикла и частоту промывок. Сжатие слоя материала при высоких скоростях фильтрования повышало потери напора (рис. 6). Перепад давлений 20 мм вод. ст. при скоростях фильтрования от 7,4 до 4,2 м/ч достигался за 10—50 ч.
Рис. 6. Соотношение между скоростью фильтрования и продолжительностью рабочего цикла целлюлозных ФНТ.
1 — скорость фильтрования 4,2 м/ч; 2 — то же 6 м/ч; 3 — то же 7,4 м/ч.
При пуске блоков первично или после их длительной остановки содержание железа в конденсате нередко достигало 3 000—5 000 мкг/кг, а меди 150—300 мкг/кг. В этих условиях фильтрат целлюлозных ФНТ содержал всего 20—25 мкг/кг взвеси, но продолжительность работы ФНТ ограничивалась 30—60 мин, частицы окислов Fe и Сu в фильтрате имели размеры <0,3 мк или находились в растворенном состоянии. Такие условия сохраняются в течение 8—10 ч после пуска блока. При уменьшении исходной концентрации Fe (<100 мкг/кг) степень обезжелезивания относительно меньше. При нормальной эксплуатации (15 мкг/кг Fe) содержание железа в фильтрате целлюлозных ФНТ снижалось примерно на 5%.
Перезарядка целлюлозных ФНТ требует большого расхода воды. Во время пуска блока такую перезарядку нужно производить часто, вследствие чего в цикл попадает значительное количество кислорода.
Опыт эксплуатации на электростанции La-Spezia показал, что целлюлозные ФНТ оказались весьма полезными при первичном пуске блоков, а также при последующих пусках их после простоев, но, по мнению итальянских специалистов, ФНТ не являются необходимыми для обеспечения надежной работы блоков во время их нормальной эксплуатации.
Проведенные на этой электростанции опыты по изучению влияния на работу ФСД присоса охлаждающей морской воды показали, что все соли задерживаются ФСД полностью (в пределах обменной емкости ионитов), а проскок SiO2 не обнаруживается, даже если концентрация Cl-ионов соответствует величине, ожидаемой при полном разрыве одной конденсаторной трубки. К концу рабочего цикла фильтра SiO2 вытесняется полностью, причем это сопровождается дальнейшим поглощением С1_; отсюда ясна необходимость контроля работы ФСД по кремнесодержанию его фильтрата. Загрузка ФСД содержала катионит и анионит в соотношении 1:1. Испытания ФСД проводили с различными ионитами; при этом было установлено, что пористые иониты способны эффективно удалять железо, так как в фильтрате содержится некоторое количество железоокисной взвеси.
Так как на электростанции La- Spezia нет термических деаэраторов, а дегазация питательной воды в конденсаторе турбины при пуске и малых нагрузках вследствие недостатка греющего пара протекает неудовлетворительно, то предусмотрена возможность пропуска 50% конденсата через редокс-ионитные фильтры, которые установлены между ФНТ и ФСД. Редокс-ионитные фильтры работают лучше, чем можно было ожидать на основании испытаний, проведенных на опытной установке. Фильтрат получался все время полностью обескислороженный, если концентрация O2 в исходном конденсате не превышала 1500—2 000 мкг/кг. При превышении этой величины (вплоть до 7 000—8 000 мкг/кг) фильтрат содержал не более 70 мкг/кг O2. На остаточное содержание O2 сильно влияла скорость фильтрования конденсата. Даже при высоком кислородосодержании в исходном конденсате можно добиться полного обескислороживания воды путем пропорционального снижения скорости фильтрования. Оптимальные результаты в отношении pH обескислороженного конденсата получены при регенерации ионита смесью реагентов (250 кг/м ионита), состоящей из 90% Na2SO3, 5%Na2S2O4 и 5% NaOH. При этом pH=8,8-9,1 — такой же, как у исходного конденсата.
Электростанция Bay-Shore (США). На основании лабораторных данных, подтвержденных результатами промышленных испытаний на электростанциях Crane и Eddyston, фирма Гравер изготовила и смонтировала на первом блоке электростанции промышленную установку для очистки конденсата, чтобы до пуска блока № 3 (168 бар, 565/538° С) иметь возможность оценить эффективность «Powdex»- фильтров. Эта конденсатоочистка включена была в тепловую схему блока после третьего регенеративного подогревателя н. д., перед термическим деаэратором; она рассчитана на очистку всего конденсата турбины, включая дренажи подогревателей н. д., при 99° С. Добавочную обессоленную воду вводили не в термический деаэратор, как ранее, а в паровое пространство конденсатора, разбрызгивая ее над трубным пучком, чтобы пропустить весь поток воды, выходящий из конденсатора через «Powdex»-фильтры, и тем самым обеспечить максимальный вывод SiO2 из цикла.
Начальная потеря давления в свеженамытых «Powdex»- фильтрах составляла 0,35 бар, а максимальная достигала 1,75 бар. Оборудование установки сравнительно компактно и занимает площадь ~16 м2. Установка включает два вертикальных «Powdex»- фильтра диаметром 0,9 м и высотой ~2,1 м, бак с мешалкой, насос и систему трубопроводов. Рабочая площадь фильтрования каждого аппарата ~15 м2, что при производительности 160 м/ч соответствует скорости фильтрования 10 м/ч. Эксплуатация этой установки проста; замена слоя ионитов в фильтре продолжается всего ~30 мин.
Эффективность удаления кремниевой кислоты и окислов железа и меди в «Powdex»- фильтрах оказалась очень высокой: содержание их в фильтрате находилось в пределах чувствительности современных методов анализа. Вследствие этого был применен спектрографический анализ проб ионитов, которые брались после окончания работы фильтров, чтобы оценить поведение ионитов в отношении удаления загрязнений из конденсата и определить порядок концентрации этих примесей в фильтрате.
Результаты анализа золы после сжигания пробы истощенных ионитов, отнесенные к количеству очищенной воды, характеризуются следующими цифрами (мкг/кг): Fe2O3 — 14,0; CuO — 1,3; А12О3 — 0,8; SiO2 — 0,4; МnО — 0,1; ZnO — 0,05; MgO — 0,1; CaO — 0,4. Сопоставление этих результатов с данными анализов единовременных проб (разность до и после фильтра) дает для Fe 9,8 мкг/кг против 2,5—1,0=1,5 мкг/кг, для Сu — 1,8 мкг/кг против 2,7—0,8=1,9 мкг/кг, для растворенной SiO2 0,4 мкг/кг против 4,1—3,7=0,4 мкг/кг.
Первичная зарядка «Powdex»- фильтров осуществлялась смесью сильноосновного анионита и катионита в Н-форме; последний, естественно, удалял из конденсата морфолин и аммиак, что резко снижало pH среды. После введения в цикл значительного количества морфолина и аммиака до насыщения катионита этими ионами величина pH воды в цикле повысилась до нормальной. Чтобы не повторять каждый раз такую операцию, провели эксперимент с ионитовой смесью, содержащей катионит в NН4-форме, что полностью устранило указанное выше явление.
Опыт эксплуатации конденсатоочистки с «Powdex»-фильтрами на электростанции Bay-Shore свидетельствует об их эффективности в отношении вывода взвешенных и растворимых соединений металлов из цикла блоков. Удаление SiO2 из конденсата во время пусков турбины после ее остановок поддерживает кремнесодержание котловой воды на пониженном уровне, что позволяет быстрее поднимать давление пара в котле до нормальной величины, а также ослабляет занос турбины силикатами как во время пусков блока, так и при нормальной его эксплуатации. Кремнесодержание пара при пуске блока на электростанции Bay-Shore составляло в среднем 5 мкг/кг. Такой эффект достаточен даже для блоков сверхкритического давления.
