г ) Занос проточной части паровых турбин и борьба с ним
В последние годы зарубежные энергетики уделяли большое внимание проблеме предотвращения отложений кремниевой кислоты, окислов железа и меди в проточной части мощных паровых турбин.
В ФРГ во время ревизии 100 турбин с единичной мощностью до 150 МВт получены следующие средние значения содержания различных групп веществ в отложениях (%):
Турбины, работающие на паре барабанных котлов
SiO2 ... 52° 6
Соединения щелочных и щелочноземельных металлов 13,1
Окислы тяжелых металлов ... 27,3
Турбины, работающие на паре прямоточных котлов
SiO2 ... 28° 3
Соединения щелочных и щелочноземельных металлов 5,1
Окислы тяжелых металлов .. 61,5
В опытах с насыщением пара кремниевой кислотой и последующим понижением температуры в специально встроенной трубе получились искусственные отложения кремниевой кислоты, которые затем исследовались с помощью рентгенокристаллографии и ультраспектроскопии. При изобарическом понижении температуры отложений не возникало, так как, несмотря на превышение равновесной растворимости, кремниевая кислота оставалась в паре в виде пересыщенного раствора. Напротив, если одновременно резко снижать давление, то при уменьшении плотности пара мгновенно создается сильное пересыщение его кремниевой кислотой, причем прежде всего выпадает аморфная кремниевая кислота, а затем незначительное количество α-кварца.
В течение 3 недель на первом блоке мощностью 130 МВт с прямоточным котлом и промежуточным перегревом пара значительное количество растворимой в паре кремниевой кислоты отложилось на лопатках турбины между 3-м и 4-м отборами.
При чрезвычайно высоком кремнесодержании пара на выходе из ц. в. д. часть находящейся в пересыщенном состоянии кремниевой кислоты выпадала на входном участке промежуточного пароперегревателя, так как здесь скорость пара значительно меньше, чем в турбине.
Эта выпавшая кремниевая кислота при низком кремнесодержании пара на выходе из ц. в. д. вновь медленно растворяется. Кремниевая кислота, растворенная паром в промежуточном пароперегревателе, в основном выпадает в ц. в. д. и ц. д. н. турбины и вызывает загрязнение турбинных лопаток.
После каждой остановки и при изменении режима эксплуатации блока наблюдается резкое повышение кремнесодержания в цикле. Только после 600 ч работы блока кремнесодержание пара становится стабильным и лишь незначительно колеблется. Однако прекращение силикатных отложений в проточной части турбины не достигается даже после 750 ч работы блока. Как показывает опыт работы других электростанций, приемлемое для турбин кремнесодержание пара достигается лишь после 2 000—3 000 ч эксплуатации блока. Аналогично этому после каждой остановки блока резкр повышается содержание окислов железа в паре; то же наблюдается при повышении нагрузки блока либо при вводе в эксплуатацию регенеративных подогревателей. Только через 750 ч эксплуатации блока содержание железа начало медленно снижаться до величины, не влияющей на работу турбины.
Значительно более благоприятные изменения величин содержания железа и кремниевой кислоты имели место на втором блоке, где благодаря проведению предпусковой химической очистки и с помощью установки для обессоливания конденсата удалось в значительно более короткий срок достигнуть требуемой чистоты воды и пара в цикле. Содержание железа и кремниевой кислоты снизилось до 0,1 мг/кг уже через несколько часов работы, а после 100 ч практически достигло требуемой величины.
В отложениях, состоящих только из кремниевой кислоты, в области высоких температур обнаруживают преимущественно α-кварц. Невозможно установить, образовался ли этот кварц непосредственно при выпадении SiO2 из пара, так как состав отложений можно идентифицировать только при вскрытии турбины после длительной работы. Возможно, что вначале образуется аморфная кремниевая кислота, которая затем постепенно превращается в α-кварц под действием следов щелочи и прочих факторов. Однако вероятнее, что под действием высоких давлений и температур кварц выкристаллизовывается непосредственно из пара, поскольку в этой области аморфная кремниевая кислота менее устойчива.
Кварцевые отложения были обнаружены в области температур от 95 до 290° С, а-кристобалита — между 80 и 180° С и аморфной кремниевой кислоты — между 40 и 250° С. Образование α-кристобалита может, вероятно, происходить тем же путем, что и кварца. В присутствии щелочи аморфная кремниевая кислота превращается в α-кристобалит при температурах выше 350° С.
Специальными работами показано, что натриевые соли в сочетании с окислами тяжелых металлов сильно влияют на растворимость кремниевой кислоты. При наличии в паре щелочных соединений и следов окиси алюминия в ЦВД одной турбины с параметрами 600°С и 180 бар уже при кремнесодержания пара ~0,02 мг/кг образовались значительные отложения щелочных алюмосиликатов, которые вызывали сильное ограничение мощности турбины. Отложения возникали, несмотря на то, что выдерживались нормы качества пара, установленные VGB. На большом числе турбин уже в первый месяц эксплуатации вследствие образования отложений к. п. д. ЦВД снижается в среднем на 3%, а ЦСД — на 1,7%.
Как показали описанные выше исследования, силикатные отложения встречаются преимущественно в области температур 250—350°С. В ЦВД турбины при отсутствии окислов тяжелых металлов отложения кремниевой кислоты встречаются редко. Однако следы этих окислов, в особенности алюминия, могут значительно увеличить отложения кремниевой кислоты даже в ЦВД. У энергетического блока с прямоточным котлом, не имеющего конденсатоочистки и не подвергающегося предпусковой химической очистке, снижается к. п. д. турбины.
Кремниевые аморфные отложения, образующиеся вблизи области влажного пара, способны адсорбировать из пара другие вещества. Часто в таких отложениях обнаруживают следы хлоридов, которые иногда могут переходить в пар в виде хлористого аммония. Вследствие различия коэффициентов распределения аммиака и хлористого водорода последний легко адсорбируется отложениями при наличии следов влаги, в то время как аммиак переходит в конденсат турбины.
В результате такой неравномерности распределения в области начала конденсации пара могут возникнуть местные понижения величины pH, в то время как по всему циклу поддерживается требуемая щелочная реакция среды дозированием гидразина или аммиака.
