автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Исследование поведения сульфатов в пароводяном тракте теплоэнергетических установок

Введение

1. Поведение примесей в пароводяном тракте тепловых электростанций.

1.1. Влияние примесей, содержащихся в воде и паре, на работу оборудования.

1.2. Поведение сульфатов в пароводяном тракте тепловых электростанций.

1.3. Постановка задачи исследования.

2. Экспериментальные установки для изучения коэффициентов распределения и методика проведения опытов. ^

2.1. Высокотемпературная установка.

2.1.1. Схема экспериментальной установки.

2.1.2. Методика проведения экспериментов на высокотемпературной установке.

2.2. Низкотемпературная установка: схема экспериментальной установки и методика проведения опытов.

2.3. Методы контроля за качеством охлажденных проб воды и пара.

3. Результаты экспериментальных исследований.

3.1. Влияние водно-химического режима на видимый коэффициент распределения сульфатов между кипящей водой и равновесным с ней насыщенным паром.

3.2. Влияние уксусной кислоты на видимый коэффициент распределения сульфатов между кипящей водой и насыщенным паром.

3.3. Влияние водно-химических режимов на загрязнение насыщенного пара фторидами.

4. Влияние физико-химических параметров кипящей воды на видимый коэффициент распределения сульфатов между кипящей водой и равновесным с ней насыщенным паром.

4.1. Влияние давления на видимый коэффициент распределения сульфатов.

4.2. Факторы, влияющие на видимый коэффициент распределения сульфатов между кипящей водой и равновесным с ней насыщенным паром.

5. Способы снижения загрязнения насыщенного пара сульфатами.

Выводы.

Одна из трудностей при работе теплообменного оборудования тепловых электростанций состоит в том, что при контакте рабочей среды, например, воды или водяного пара, с теплопередающей поверхностью на ней возможно образование отложений. Кроме того, при наличии в теплоносителе (вода, водяной пар) коррозионно-активных примесей (хлориды, сульфаты, ряд органических соединений и др.), протекают коррозионные процессы. Образующие продукты коррозии также приводят к образованию отложений.

К числу примесей, способных образовывать отложения на теплопередающих поверхностях, относятся сульфат-содержащие соединения, например сульфат натрия, которые способны интенсифицировать коррозионные процессы. Отложения сульфата натрия имеют место в турбинах и котлах, в частности, в промпароперегревателях. Известно, что ионы 80д наряду с хлоридами, стимулируют развитие общей и местной коррозии, особенно при повышенной температуре водного теплоносителя. Известны случаи коррозионных повреждений промперегревателей вследствие образования отложений сульфата натрия: аналогичные повреждения были неоднократно отмечены в турбинах в зоне фазового перехода от перегретого пара к влажному. В этой зоне происходит концентрирование сульфатов в жидкой пленке, образующейся на поверхности турбинных лопаток, что и является одной из причин интенсификации коррозионных процессов. Поэтому изучение факторов, влияющих на загрязнение насыщенного, следовательно, и перегретого пара сульфатами имеет большое практическое значение.

Основными источниками поступления сульфата натрия в тракт энергоблоков являются присосы с охлаждающей водой и водоподготовительные установки, в которых используются ионообменные материалы. В частности, мелкие фракции ионитьв могут поступать в воду и при повышенных температурах подвергаться термолизу, в результате чего возможно образование различных органических соединений, влияющих на загрязнение насыщенного пара, в частности, на коэффициенты распределения примесей, например, сульфатов, между кипящей водой и насыщенным паром.

Известно, что видимые коэффициенты распределения примесей зависят от таких факторов, как термодинамические параметры, концентрация, состав примесей в жидкой среде, рН и др. Данные, характеризующие коэффициенты распределения сульфатов между кипящей водой и насыщенным паром, были получены только для одного водно-химического режима при давлениях выше 9.8 МПа.

В настоящее время на тепловых электростанциях используются различные типы водно-химических режимов. В частности, на тепловых электростанциях с барабанными котлами применяется гидразинно-аммиачный водно-химический режим. Кроме того, в пароводяном тракте тепловых электростанций содержатся органические примеси, в частности, уксусная кислота, которая может влиять на коэффициент распределения сульфатов.

Поэтому основные задачи данной работы состояли: в изучении влияния водно-химических режимов - бескоррекционного и аммиачного - на коэффициент распределения сульфатов между кипящей водой и насыщенным паром; в изучении влияния уксусной кислоты на коэффициент распределения сульфатов при указанных водно-химических режимах.

Полученные данные позволяют прогнозировать поведение сульфатов в пароводяном тракте тепловых электростанций, в частности, в паровых турбинах в зоне фазового перехода, и выдать рекомендации по нормированию ацетатов в паре.

Ю.Результаты работы могут использоваться для оптимизации водно-химических режимов на тепловых и атомных электростанциях, а также при разработке моделей массопереноса сульфатов в пароводяном тракте теплоэнергетических установок.

1. Turbine Steam Chemistry and Corrosion. EPRI TR-103 73 8, Palo Alto, С A, USA, 1994.

2. Костюк А.Г., Поваров O.A., Лебедева А.И., Богомолов Б.В. Оценка эксплуатационной долговечности насадных дисков для роторов среднего давления теплофикационных турбин. Теплоэнергетика, 1988, №4, с. 2-7.

3. Комаров Н.Ф., Юрков Е.В. Коррозионые разрушения лопаток и дисков паровых турбин. Теплоэнергетика, 1991, №2, с. 10-14.

4. Jonas О. Identification and Behavior of Turbine Steam Impurities. Proceedings: NACE Corrosion 77, March 14-18, 1977, San Francisco, CA, USA. Paper No. 124.

5. Bellows J.C. Chemical Processes in Steam Turbines. Power Plant Chemistry, 1999, vol. 1, No. l,pp. 26-30.

6. Петрова Т.П., Ивин Б.Ф., Ермаков O.C., Амосова Э.Г., Мотовилова Н.А. О поведении органических примесей в тракте тепловой электростанции с барабанными котлами. Теплоэнергетика, 1995, №7, с. 20-25.

7. Мартынова О.И., Поваров O.A., Петрова Т.И., Семенов В.Н., Троицкий А.Н., Петров А.Ю., Дули Р.Б. Образование коррозионно-активных сред в зоне фазового перехода в паровых турбинах. Теплоэнергетика, 1998, №7, с. 37-42.

8. Мартынова О.И., Петров А.Ю. Экспериментальное исследование влияния водно-химических режимов на поведение коррозионно-активных примесей в зоне фазового перехода паровых турбин. Вестник МЭИ, 1996, №5, с. 47-51.

9. Мартынова О.И., Петров А.Ю. Влияние водно-химических режимов на поведение органических соединений (ацетатов и формиатов) в зоне фазового перехода паровых турбин. Теплоэнергетика, 1997, №12, с. 62-65.

10. Cycle Chemistry Guidelines for Fossil Plants: All-Volatile Treatment. EPRI TR-105041, Palo Alto, CA, USA, 1996.

11. Cycle Chemistry Guidelines for Fossil Plants: Oxygenated Treatment. EPRI TR-102285, Palo Alto, CA, USA, 1994.

12. Стырикович M.A., Мартынова О.И., Миропольский 3.JL, Полонский B.C., Безруков Е.К., Курмаз В.Ф. Экспериментальное исследование массообмена в парогенерирующих каналах с пористыми отложениями. Теплофизика высоких температур, 1977, т. 15, №2, с. 353-358.

13. Клайн Х.А., Райе Ж.К. Исследование коррозии внутренней поверхности котлов высокого давления. Труды Американского общества инженеров-механиков. Серия "А": Энергетические машины и установки. М.: Мир, 1966, №3, с. 35-43.

14. Гольдштейн П., Дик Н.Б., Райе Ж.К. Внутренняя коррозия высокого давления. Труды Американского общества инженеров-механиков. Серия "А": Энергетические машины и установки. М.: Мир, 1967, №3, с. 35-42.

15. Гольдштейн П. Исследование внутренней коррозии котлов высокого давления. Труды Американского общества инженеров-механиков. Серия "А": Энергетические машины и установки. М.: Мир, 1968, №1, с. 26-35.

16. Гольдштейн П., Бартон C.JI. Исследование внутренней коррозии котлов высокого давления. Заключительная статья. Труды Американского общества инженеров-механиков. Серия "А": Энергетические машины и установки. М.: Мир, 1969, №2, с. 8-41.

17. Dooley R.B., McNaughton W.P. Boiler Tube Failures: Theory and Practice. Volume 1. EPRI TR-105261, Palo Alto, CA, USA, 1996.

18. Стырикович M.A., Мартынова О.И., Миропольский 3.JI., Полонский B.C., Безруков Е.К., Курмаз В.Ф. Анализ влияния пористых отложений на концентрирование примесей в парогенерирующих каналах. Теплофизика высоких температур, 1977, т. 15, №1, с. 109-114.

19. Стырикович М.А., Леонтьев А.И., Полонский B.C., Зуйков A.C. Экспериментальное исследование в парогенерирующих каналах с тепловыделением по закону косинуса. Теплофизика высоких температур, 1978, т. 16, №3, с. 548-555.

20. Бродерзон З.М., Зенкевич Ю.В., Ротенберг Х.Н. Селективный унос некоторых веществ с паром высокого давления. Котлотурбостроение, 1951, №2, с. 17-22.

21. Катковская К.Я. Об избирательном выносе веществ паром из котельного агрегата при высоких давлениях. Труды МЭИ, вып. XI. M-JL: ГЭИ, 1953, с. 135-151.

22. Стырикович М.А. Внутрикотловые процессы. M-JL: ГЭИ, 1954.

23. Генерация пара сверхвысоких параметров. М.: ЭНИН-МЭИ, 1950.

24. Стырикович М.А., Хайбуллин И.Х., Цхвирашвили Д.Г. Исследование растворимости солей в водяном паре высокого давления. Доклады АН СССР, 1955, т. 100, №6, с. 1123-1126.

25. Стырикович М.А., Мартынова О.И., Миропольский З.Л. Процессы генерации пара на электростанциях. М.: Энергия, 1969.

26. Стырикович М.А., Винокур Я.Г. Опыт применения радиоактивных изотопов в исследовании уноса солей с паром. Доклады АН СССР, 1953, т. ХС, №2, с. 179-182.

27. Стырикович М.А., Стерман Л.С., Сурнов А.В. Исследование уноса солей с паром при помощи радиоактивных изотопов. Теплоэнергетика, 1955, №2, с. 43-46.

28. Goodstine S.L. Vaporous Carryover of Sodium Salts in High-Pressure Steam.thProceedings: The 36 American Power Conference, April 29 May 1, 1974, Chikago, II, USA (Vol. 36). Illinois Institute of Technology, Chicago, II, USA, 1974, pp. 784-789.

29. Jensen J.P. Volatility of Sodium Sulfate and its Hydrolysis Products. IAPWS Report, 1993.

30. Volatility of Aqueous Sodium Hydroxide, Bisulfate, and Sulfate. EPRI TR-105801, Palo Alto, CA, USA, 1999.

31. Vapor-Liquid Partitioning of Sulfuric Acid and Ammonium Sulfate. EPRI TR-112359, Palo Alto, CA, USA, 1999.

32. Гаджиев К.Г., Мартынова О.И., Самойлов Ю.Ф., Петрова Т.И. Переход хлорида натрия из кипящей воды в генерируемый пар при давлении 16 МПа в условиях гидразинно-аммиачного водного режима. Теплоэнергетика, 1990, №12, с. 70-71.

33. Мартынова О.И., Петрова Т.И., Ермаков О.С., Зонов A.A. Влияние октадециламина на переход хлоридов и продуктов коррозии железа из кипящей воды в равновесный с ней насыщенный пар. Теплоэнергетика, 1991, №11, с. 70-73.

34. Харламов В.К., Мартынова О.И., Самойлов Ю.Ф., Петрова Т.И. Влияние перекиси водорода на коэффициент распределния соединений железа между водой и паром. Теплоэнергетика, 1982, №11, с. 70-72.

35. Мартынова О.И., Самойлов Ю.Ф., Петрова Т.И. Влияние аммиака на коэффициент распределения продуктов коррозии меди между водой и паром. Теплоэнергетика, 1969, №5, с. 64-65.

36. Мартынова О.И., Самойлов Ю.Ф., Петрова Т.И., Харламов В.К. Некоторые методические особенности изучения поведения примесей в пароводяном тракте ТЭС при высоких параметрах. Труды МЭИ, 1979, вып. 409, с. 40-44.

37. Стерман Л. С. Обобщение экспериментальных данных по барботажу пара через жидкость. Журнал технической физики, 1958, т. 26, вып. 7, с. 15191524.

38. Low-Level Sodium Monitor, Model 1811EL. Instruction Manual. Orion Research, Boston, MA, USA, 1993.

39. Mark 18 Ultrapure Water Quality Monitoring System. Operation Manual. Martek Instruments, Inc., Irvine, USA, 1993.

40. Dionex Solutions for the Power Industry: An Application Guide. Dionex Corporation, Sunnyvale, CA, USA, 1999.

41. Мартынова О.И., Кашинский В.И., Петров А.Ю., Макарова JI.B., Крохин О.В. О применении ионной хроматографии для контроля качества воды и пара на ТЭС. Теплоэнергетика, 1996, №8, с. 39-42.

42. Small Н., Stevens T.S., Bauman W.C. Novel Ion Exchange Chromatographic Method Using Conductimetric Detection. Analytical Chemistry, 1975, Vol. 47, No. 11, pp. 1801-1809.

43. Карпюк А.Д, Андропова Г.А., Вахрушева M.B., Полетаева И.Л., Солюс О.Д. Применение ионной хроматографии дла анализа органических и неорганических ионов во П контуре АЭС с ВВЭР-1000. Теплоэнергетика, 1991, №7, с. 9-11.

44. Гончарук В.В., Страхов Э.Б., Волошинова А.М. Водно-химическая технология ядерных энергетических установок и экология. Справочник. Киев: Наукова думка, 1993.

45. Петрова Т.И., Петров А.Ю., Видойкович С., Палей А.О. Распределение сульфата натрия между кипящей водой и равновесным насыщенным паром. Вестник МЭИ, 2000, №2, с. 74-78.

46. Меньшикова B.JI. Исследование структуры и электрохимических свойств поливалентных электролитов в воде на линии насыщения при температурах до 370 °С. Автореферат дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1963.

47. Стырикович М.А., Мартынова О.И., Белова З.С. Исследование механизма распределения солей между водой и равновесным с ней паром методом измерения электропроводности. Докады АН СССР, 1965, т. 162, №4.

48. Мартынова О.И. Водяной пар высоких параметров как растворитель малолетучих неорганических соединений. Автореферат дисс. на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МЭИ, 1963.

49. Мартынова О.И., Петрова Т.И., Меньшикова B.JL, Васина Л.Г., Богловский А.В. Расчет водно-химических режимов теплоэнергетических установок. М.: МЭИ, 1997.

50. Маргулова Т.Х., Мартынова О.И. Водные режимы тепловых и атомных электростанций. М.: Высшая школа, 1987.

51. Субботина Н.П. Водный режим и химический контроль на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1974.

52. The ASME Handbook on Water Technology for Thermal Power Systems. Cohen P., Ed. EPRIRP 1958-1, ASME, New York, NY, 1989.

53. Мингулина Э.И. Исследование закономерностей поведения слабых электролитов процессе генерации пара. Автореферат дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1966.

54. Volatility of Aqueous Acetic Acid, Formic Acid, and Sodium Acetate. EPRI TR-113089, Palo Alto, CA, USA, 2000.

55. Мартынова О.И., Вайнман А.Б. Некоторые проблемы при использовании на блоках СКД кислородных водных режимов. Теплоэнергетика, 1994, №7, с. 2-9.

56. Вайнман А.Б., Мартынова О.И., Малахов И.А. и др. Исследование коррозионно-механических повреждений труб горизонтальных сетевых подогревателей турбин Т-250/300-240. Теплоэнергетика, 1997, №6, с. 17-22.

57. Вайнман А.Б., Энс В. А. Коррозионно-механические повреждения питательной воды блоков СКД. Тр. НИИТЭ, Горловка, 1997, вып. 1.

58. Мартынова О.И., Петрова Т.И., Ермаков О.С., Зонов A.A. Поведение продуктов термолиза органических веществ в двухфаной области кипящая вода равновесный насыщенный пар. Теплоэнергетика, 1997, №6, с. 8-11.

59. VGB-Richtlinie für Kesselspeisewasser, Kesselwasser und Dampf von Dampferzeugern über 68 bar zulässigem Betriebsüberdruck / VGB Technischen Vereinigung der Grosskraftwerksbetrieber E.V.: VGB-R 450 L. VGB Kraftwerkstechnik GMBH, Essen, Germany, 1988.

60. Ходырев Б.Н., Федосеев Б.С., Коровин В.А., Щербинина С.Д., Рубчинская С.М., Щукина М.Ю. Продукты термолиза органических соединений и их сорбция ионитами БОУ. Теплоэнергетика, 1998, №7, с. 20-24.

61. Ходырев Б.Н., Коровин В.А., Щербинина С.Д., Щукина М.Ю. Проблемы термолиза органических веществ в пароводяном тракте ТЭС. Энергетик, 1998, №7, с. 21-23.

62. Пат. 128176 ПИР. Регенереция двухслойной шихты анионита при деминерализации воды./Марческий В. Опубл. 28.06.85; MKHG02F1/42.

63. Мамченко A.B. и др. Исследования и опытнопромышленные испытания процесса селективного извлечения из воды сульфатов. Химия и технология воды, 1986, т. 8, №1.

64. Мамченко A.B. и др. Доочистка биологически очищенных сточных вод слабоосновными анионитами. Химия и технология воды, 1986, т. 8, №3.

65. Мартынова О.И., Живилова JI.M., Рогацкин Б.С., Субботина Н.П. Химический контроль на тепловых и атомных электростанциях. М.: Энергия, 1980.