МАНЬКИНА Н.Н., ШМУКЛЕР Б.И., кандидаты техн. наук, ЖУРАВЛЕВ Л.С., инж., ГОМБОЛЕВСКИЙ В.И., канд. техн. наук, отделения общих проблем электростанций и водно-химических процессов тепломеханического оборудования ТЭС ВТИ
В течение ряда лет в России используется разработанный под руководством ВТИ метод парокислородной очистки и пассивации котлов. Главное его достоинство — надежная пассивация металла, отсутствие переноса продуктов коррозии по пароводяному тракту энергоблока, обеспечение консервации оборудования во время останова, экологическая чистота, отсутствие необходимости использования химических кислот. Для осуществления метода требуется подвод стороннего пара давлением 4—6 МПа и температурой 200—400°С. Для этого необходимо смонтировать соответствующие связи с соседним котлом и отключить последний от турбины. Кроме того, для создания требуемых массовых скоростей пара необходимо тракт котла разделить на отдельные контуры со своими временными трубопроводами подвода и сброса пара. Это обусловливает определенную трудоемкость подготовительных операций для обработки котла. Следует также отметить, что указанный метод нельзя было использовать при вводе в эксплуатацию первого котла электростанции.
Дальнейшие разработки ВТИ позволили исключить перечисленные недостатки. Основная их идея заключается в том, что при дозировке кислорода в воду и поддержании требуемых температур можно получить тот же эффект, что и от парокислородной обработки. G учетом этого можно проводить пароводокислородную обработку труб поверхностей нагрева и паропроводов в процессе растопки котла. После монтажа котла такая обработка совмещается с продувкой паропроводов блока, при этом используются необходимые для этого временные сбросные трубопроводы.
Последующие испытания подтвердили обоснованность изложенной идеи.
Дополнительно были разработаны способы интенсификации очистки внутренних поверхностей труб, заключающиеся в переводе среды в состояние пароводяной смеси и в резких изменениях ее температуры (в работе принимал участие А.А. Сторожук).
При создании схемы послемонтажной пароводокислородной обработки блока с прямоточным котлом учитывается следующее.
Для полного размыкания цикла предусматриваются трубопроводы сброса воды после конденсатных насосов в циркуляционный водовод и трубопровод подпитки перед БОУ. Для подогрева питательной воды, обеспечивающего окислительную обработку водяного тракта ПВД и экономайзера котла, целесообразен подвод стороннего пара к первому (по ходу воды) ПВД, впервые это положение было опробовано на Экибастузской ГРЭС-2. Для обработки тракта до встроенной задвижки (ВЗ). котла изменений в штатной схеме не требуется. Для обработки же "собственным" паром перегревательного тракта за ВЗ необходимо создание массовых скоростей в трубах порядка 600—800 кг/(м2 • с). При растопке котла с выходом на паропроизводительность примерно 30% номинальной достижение таких массовых скоростей, как правило, невозможно. С учетом этого используется тот же принцип, что и при послемонтажной продувке паропроводов — снижение давления до значения, при котором динамический напор потока пара не ниже, чем при номинальной нагрузке блока.
Обычно при вводе блока в эксплуатацию к паропроводу вблизи турбины присоединяют временный сбросной паропровод в атмосферу, его сечение рассчитывают исходя из достижения указанного динамического напора в основном паропроводе. При этом грат и прочие посторонние предметы из перегревательных поверхностей нагрева не удаляются, в результате во всем тракте, начиная от первой перегревательной поверхности за ВЗ, эффективную скоростную продувку выдержать не удается. Из расчетов следует, что для обеспечения продувки необходимо смонтировать дополнительные временные сбросные трубопроводы из паросбросных коллекторов котла в атмосферу или заменить часть предохранительных клапанов котла временными задвижками. Число и сечения указанных элементов схемы выбираются в результате расчетов с учетом конкретной трассы паропровода и гидравлических характеристик перегревателя котла.
Те же соображения распространяются и на промежуточный перегреватель. Однако учитывая значительно меньшие гидравлические сопротивления "горячего" паропровода промперегрева (ГПП) и самого промежуточного перегревателя (сравнительно с трактом свежего пара), временный сбросной трубопровод в атмосферу чаще всего достаточно выполнить только из ГПП перед ЦСД турбины.
Для подвода пара в систему промежуточного перегрева необходимо смонтировать временную перемычку между главным паропроводом (ГП) и "холодным" паропроводом промперегрева (ХПП). При двухбайпасной пусковой схеме такую перемычку можно не делать, установив временную поставку вместо дроссельного клапана БРОУ-1.
Аналогичное решение возможно также в схеме, содержащей пуско-сбросное устройство собственных нужд (энергоблоки мощностью 500—800 МВт). 'Кроме того, в промперегревателе должны быть установлены временные заглушки (например, на паровых байпасах первой ступени) или дополнительные задвижки, позволяющие поочередно пропускать всю среду через каждый из потоков. Все временные элементы схемы необходимо рассчитывать на давление 6,4 МП а. На выхлопных трубопроводах в атмосферу при наличии вблизи электростанции жилых строений следует устанавливать шумоглушители.
В схеме должны быть предусмотрены также трубопроводы подвода кислорода в питательную воду и в паропроводы отборов пара из турбины на ПВД. Для обеспечения требуемой растворимости кислорода в воде его следует вводить в зону давлений не ниже 1,5 МПа (в нагнетательный трубопровод бустерных насосов, в промежуточную ступень основного питательного насоса и т.п.). Установлено, что при рекомендуемой концентрации кислорода в питательной воде (примерно 1 г/кг) ее снижение в котле незначительно, и в паре на выходе из котла сохраняется практически та же концентрация.
Во встроенном сепараторе котла (ВС) при образовании пароводяной смеси большая часть кислорода переходит в пар и отводится в перегреватель. Далее он поступает с паром в промперегреватель.
Источником кислорода может быть стационарная реципиентная установка с газообразным кислородом, а также стационарная или передвижная установка с жидким кислородом. Подвод кислорода должен быть выполнен стальными трубами, рассчитанными на давление 20,0 МПа. При проведении подготовительных работ следует задействовать все пробоотборники (питательной воды, перед ВЗ, ГП, ГПП и сбросной среды из растопочного сепаратора). Кроме того, должны быть сделаны вырезки образцов труб из основных поверхностей нагрева и определены количества и состав исходных отложений в них.
При пароводокислородной обработке котла, находившегося в эксплуатации (например, после капитального ремонта), выбор схемы зависит от характера ремонтных работ и количества исходных отложений. При небольших исходных отложениях, когда задача сводится к пассивации внутренних поверхностей труб, можно ограничиться штатной схемой, но с обеспечением возможности размыкания контура и подогрева питательной воды.
В блоках с барабанными котлами подход к выбору схем соответствует изложенному с некоторыми особенностями.
Кислород подводят как в питательную воду, так и в нижние точки котла. Целесообразно выполнение временного сбросного трубопровода за экономайзером для послемонтажной скоростной водной промывки тракта, минуя барабан. Также можно предусматривать расширенные временные сбросные линии из нижних коллекторов экранов, позволяющие послемонтажные поочередные скоростные водные промывки секций экранов. При обработке барабанного котла, находившегося в эксплуатации, если при ремонте не заменялась одна из ступеней водяного экономайзера, можно не выполнять временный трубопровод сброса воды перед барабаном. Проблема выхлопов пара в атмосферу решается аналогично изложенному для прямоточных котлов.
Перед вводом в эксплуатацию после монтажа энергоблока с прямоточным котлом предусматривается следующая технология пароводокислородной обработки.
Первый этап — скоростная водная промывка ПВД, питательного трубопровода и тракта котла до ВЗ со сбросом воды из ВС в растопочный сепаратор (PC), а из него — в циркуляционный водовод. Промывка ведется штатными насосами с расходом не менее номинального, с пропуском ее сначала через один поток тракта до ВЗ, до срабатывания воды в деаэраторе или (при бездеаэраторной схеме) в конденсаторе. После накопления воды выполняется скоростная промывка второго потока тракта до ВЗ. Промывки повторяются 2—3 раза до осветления сбросной воды.
Второй этап — "горячая" отмывка тракта котла до ВЗ в соответствии с эксплуатационной инструкцией. После розжига горелок расход топлива устанавливается исходя из необходимости повышения температуры среды перед ВЗ до 170—220°С. Промывка ведется до стабилизации показателей качества сбросной среды и содержания железа не более 500 мкг/л.
Третий этап — пароводокислородная очистка котла и паропроводов. После "горячей" отмывки начинают дозировать кислород, концентрация его в среде перед ВЗ составляет 1 г/л. Расход топлива устанавливается таким, чтобы повышение температуры среды перед ВЗ не превышало 270— 280°С, дозировка кислорода в питательную воду продолжается с концентрацией примерно 1—1,5 г/л. Пар из ВС подводится в перегреватель и далее в ГП, промперегреватель со сбросом из ГПП в конденсатор. Цикл размыкается за конденсатными насосами. Включаются впрыски в перегреватель и промперегреватель, чтобы после перевода среды в состояние пароводяной смеси периодически резко изменять ее температуру.
После стабилизации показателей качества сбросной среды и снижения содержания железа до 300 мкг/кг температуру перед ВЗ повышают до 310—320°С. При этом дроссельный клапан на сбросе из ВС в PC (Др) полностью закрывают и всю пароводяную смесь направляют в перегреватель и промперегреватель. Потоки промперегревателя обрабатывают поочередно путем переключений соответствующей арматуры. Для интенсификации очистки всего тракта расход топлива снижают до 5—7% номинального и увеличивают расход питательной воды примерно до 40% номинального. Одновременно открывают клапан на подводе среды к ВС и ВЗ.
В результате использования аккумулированного тепла при снижении давления тракт до ВЗ обрабатывается пароводяной смесью. По истечении 15—20 мин восстанавливается исходный режим. Весь цикл переменных режимов повторяют 2—3 раза, до прекращения интенсификации выноса железа сбросной средой.
Суммарная длительность очистки всего тракта котла (в стабильном и переменных режимах) в зависимости от исходного количества отложений составляет приблизительно 10 ч.
Четвертый этап — пароводокислородная пассивация тракта и скоростная паровая продувка перегревателя, ГП, промперегревателя и ГПП.
Расход топлива увеличивается так, чтобы обеспечить повышение температуры перед ВЗ до 380—390°С. Клапанами Др и впрысками температуру пара в трактах перегревателя и промежуточного перегревателя устанавливают в пределах 350—400°С. Для максимального снижения давления в перегревателе открывают все временные сбросные трубопроводы, штатные сбросные устройства, предохранительные клапаны свежего пара. После выдержки режима в течение 1—2 ч для продувки ГП предохранительные клапаны и задвижки на временных выхлопных трубопроводах за котлом закрываются. Через 15—20 мин закрывается задвижка на временном трубопроводе в конце ГП и штатные сбросные устройства. При этом весь пар направляется в промежуточный перегреватель. Открываются предохранительные клапана ГПП (при их наличии) и задвижка на временном трубопроводе сброса из ГПП в атмосферу (сбросы в конденсатор открыты в течение всего периода обработки). Потоки промежуточного перегревателя продуваются поочередно путем переключения соответствующей арматуры (каждый в течение 30 мин). В заключительный период для продувки ГПП при минимальном давлении полным расходом закрываются предохранительные клапаны ГПП и пар пропускается одновременно через все потоки промперегревателя (в течение примерно 30 мин).
Во время растопки котла необходимо вести строгий контроль за давлением пара, предельное значение которого не должно быть выше допускаемого временными элементами схемы. В случае его превышения следует немедленно гасить топку и отключать питательный насос.
В процессе обработки каждые 30 мин отбираются пробы и определяется содержание в них железа, кремниевой кислоты и жесткость. Содержание кислорода определяют при наладке дозировки каждые 10—15 мин, а затем — каждые 30 мин.
Особенности технологии при послемонтажной обработке барабанного котла обусловлены наличием барабана и естественной циркуляцией среды в экранах котла. В частности, для исключения сброса грата в барабан скоростная промывка питательного тракта и экономайзера проводится с размыканием контура перед барабаном. Затем можно выполнить скоростную промывку экранов. При этом весь котел, включая барабан и перегреватель, заполняется водой. Поочередно открываются дренажи секций экранов и устанавливается максимальный расход, допускаемый сливной системой. При этом расходе каждая секция промывается до осветления сбросной воды, но не менее 10—15 мин.
Для пароводокислородной очистки экранов котла необходимо повысить температуру среды до 250°С. Поэтому при растопке котла временные сбросы сначала закрыты и используется штатное пускосбросное устройство (БРОУ, РОУ). Устанавливают расход» топлива, обеспечивающий повышение давления в котле до 5,0—5,5 МПа, после этого начинают дозировать кислород в питательную воду и в нижние точки котла сначала в одну половину экранов (вторая при этом продувается). По истечении 5—10 ч (в зависимости от количества исходных отложений) начинают дозировать кислород во вторую половину экранов, а первую — продувать. Фосфатирование и гидразинно-аммиачное дозирование отсутствуют. Непрерывная продувка из барабана открывается полностью, а продувки из нижних точек экранов — каждые 30 мин до снижения содержания железа в котловой воде до 500 мкг/кг.
Параллельно с обработкой экранов включаются все впрыски в перегреватель для обработки его пароводяной смесью. Периодически впрыски закрывают для повышения температур в тракте на 70—100°С. Циклы изменения температур повторяются до прекращения интенсификации выноса оксидов железа, но не менее 2—3 раз. После этого открывается арматура на перемычке из ГП в промежуточные перегреватель, прикрывается штатное пускосбросное устройство и промежуточный перегреватель обрабатывается аналогично по технологии, применяемой на прямоточном котле.
На заключительной стадии первой растопки котла выполняется предварительная пассивация и скоростная паровая продувка всех элементов тракта пароперегревателя и промежуточного перегревателя. При этом открываются все временные сбросные трубопроводы и предохранительные клапаны котла. Расход топлива увеличивается до значения, необходимого для достижения паропроизводительности котла не менее 30% номинальной. Температуры пара в трактах перегревателя и промперегревателя поддерживаются в пределах 350—400°С. По истечении необходимого времени выдержки последовательно закрываются сначала ПК и временный сброс в атмосферу за котлом, затем сброс в атмосферу перед ЦВД турбины, ПК за промперегревателем (при их наличии) со сбросом всего пара из ГПП по временным и штатным элементам.
После останова котла и демонтажа временных элементов схемы (кроме линий подвода стороннего пара для подогрева питательной воды и подводов кислорода) снова выполняется растопка котла, цель которой — завершение пассивации экранной системы. Для этого необходимо повышение температуры среды в экранах до 340— 350°С, что достигается увеличением давления в котле до 14—15 МПа. При этом экономайзер котла также выходит на повышенный температурный уровень, что улучшает его пассивацию. Кислород дозируется сначала во все нижние точки котла, исходя из необходимости поддерживать концентрацию в паре за барабаном 1 г/кг. Затем, кислород дополнительно дозируют в питательную воду, доводя концентрацию до 1 г/кг. Режим выдерживают 0,5—1 ч, после чего можно приступать к пуску турбины.
Как отмечалось, схема и соответственно технологические этапы обработки котлов зависят от исходного состояния оборудования.
При накоплении в НРЧ прямоточного котла отложений более 300 г/м2, а в экранах барабанного котла — более 500 г/м2, эффективная очистка рассматриваемым способом не может быть выполнена. Необходима кислотная промывка (травление), после которой может быть обеспечена пароводокислородная доочистка и пассивация с использованием штатной схемы. При наличии в перегревателе и промперегревателе более 400 г/м2 отложений окислительная обработка собственным паром также может не дать ожидаемого эффекта. Вместе с тем, обеспечивается пароводокислородная очистка и пассивация всех внутренних поверхностей коллекторов, соединительных трубопроводов котла и паропроводов блока, что существенно улучшает показатели водно-химического режима. В этом случае обработка также может проводиться по штатной схеме.
При нагрузке энергоблока, близкой к номинальной, и повышении температуры питательной воды до расчетной целесообразно примерно в течение часа дозировать кислород во всасывающий коллектор питательного насоса, что позволит завершить пассивацию водяного тракта ПВД и экономайзера. Параллельно, для пассивации трубной системы ПВД со стороны парового пространства следует дозировать кислород в соответствующие паропроводы отборов турбины.
При первом же останове блока должны быть вырезаны образцы труб для сопоставления с исходными контрольными образцами. Качество пароводокислородной обработки оценивают по количеству оставшихся в образцах отложений, коррозионной стойкости образовавшихся оксидных пленок и по показателям водно-химического режима после ввода блока в эксплуатацию.
В эксплуатационных условиях, для исключения накопления в котле большого количества оксидов железа целесообразно периодически, с интервалом в полгода (в зависимости от местных условий) проводить пароводокислородную обработку блока по штатной схеме.
