1. Введение

Разработка оптимального водно-химического режима для барабанных котлов высокого давления весьма актуальна. Обычно применяемый на ТЭС водно-химический режим включает следующие коррекционные обработки:

• питательной воды гидразином и аммиаком;
• котловой воды фосфатами с едким натром.

Недостатком существующих традиционных технологий является:

• использование нескольких реагентов для коррекционной обработки;
• недостаточная защита от коррозии и отложений всего оборудования тепловой схемы;
• необходимость использования реагентов для защиты от стояночной коррозии.

По опыту ряда зарубежных ТЭС в качестве заменителя гидразингидрата и фосфатов при коррекционных обработках питательной и котловой вод используется хеламин.

Хеламин представляет собой смесь алифатических полиаминов. Существует несколько марок хеламин:

• для использования в паровых котлах высокого давления (Helamin 150 H);
• для умягчённой или частично обессоленной воды (Helamin 906 H);
• для обессоленной воды (Helamin 90 H);
• и другие.

Изготовителем хеламина является фирма FILTRO S.A.

Фирмой и рядом потребителей рекламируются его свойства, способствующие образованию прочных защитных плёнок и не прикипающего тонкодисперсного шлама.

Сообщается, что использование хеламина одновременно решает проблемы коррозии в конденсатно - питательном тракте и водопаровом тракте котла. Объясняют это тем, что хеламин образует на поверхности защитную плёнку, которая противостоит коррозии и образованию накипи. Хеламин адсорбируется металлом и препятствует поступлению к нему деполяризаторов и активаторов, а также переводит в тонко дисперсный шлам неорганические примеси, которые выводятся из котла продувкой.

Хеламин обладает высокой стабильностью к давлению и температуре (550°С) и тем самым переходя в газообразное состояние без разрушения, распространяется на весь пароводяной тракт. Применение хеламина возможно в среде с рН от 2,5 до 12,5.

Хеламин не является токсичным веществом, биологически разлагается и может сбрасываться со сточными водами.

В связи с отсутствием технологии использования хеламина в России основными задачами работы, проведённой на Новокуйбышевской ТЭЦ-1, являлись:

• разработка рекомендаций по хранению, приготовлению рабочего раствора хеламина и дозированию его в питательный тракт;
• установление необходимых доз хеламина в питательной и котловой воде;
• установление и разработка рекомендаций по периодичности аналитического контроля и мест отбора проб;
• установление эффективности хеламина как реагента для коррекционной обработки парового тракта;
• установление эффективности хеламина как очистителя загрязнённой поверхности.

2. Анализ водно-химического режима и состояния поверхностей нагрева до обработки пароводяного тракта хеламином

Сложность ведения и оптимизации водно-химического режима Новокуйбышевской ТЭЦ-1, определяется тепловой схемой, имеющей не блочную компоновку с барабанными котлами 100 кгс/см² (ТП 170, ТП 230), с тремя ступенями испарения.

В состав питательной воды входит собственные конденсаты и обессоленная вода (до 30%). Дозировка аммиака и гидразина производится в обессоленную воду. До испытания хеламинной обработки пароводяного тракта ТЭЦ были проведены контрольные отборы теплоносителя при фосфатном режиме на котлах № 1,3,7,8 представленные в табл. 1. Как видно из табл. 1, показатели качества теплоносителя по котлам по питательной воде изменяются по рН от 9 до 9,2 при колебании NH₃ от 850 до 1020 мкг/дм³, Ж_об от 0,2 до 1,0 мкг-экв/дм³ SiO₂ от 36 до 76 мкг/дм³, УЭП от 6 до 8 мкСм/см, Fe от 30-40 мкг/дм³, по котловой воде отмечаются низкие рН в чистом отсеке до 8,7 (Щ_фф 0.0, Щ_об 30 мкг-экв/дм³) и высокая кратность концентрирования между чистым и солевым отсеками (3 ступени испарения):

• по фосфатам в среднем до 60;
• по SiO₂ от 34 до 56;
• по УЭП от 50 до 69,5.

РН в солевых отсеках достигает 11,2 (избыт. ОН до 680 мкг-экв/дм³) УЭП 414 мкСм/см.

В табл. 2 представлены данные по состоянию поверхностей нагрева котла № 6. Как видно из таблицы, отложения в трубах чистого отсека имеют повышенное содержание солей жесткости и фосфатов, что указывает на малую эффективность режима уменьшенного фосфатирования для предотвращения в котлах кальциево-магнивой накипи.

Как видно из табл. 1 повышение рН за счёт увеличения количества фосфатов и особенно едкого натра превысит допустимый предел рН 11,2 в солевом отсеке.

Метод коррекционной обработки котловой воды с помощью уменьшенного фосфатирования хорошо зарекомендовал себя при обработке котловой воды, имеющей избыточную достаточную гидратную щелочность котлов среднего и высокого давления, для которых подпиточная вода готовится на установках с Na-катионированием.

Для котлов, питающихся конденсатом турбин с добавками химически обессоленной воды, данный метод оказался малоэффективным как для предотвращения накипеобразования, так и коррозионных процессов.

3. Коррекционная обработка пароводяного тракта хеламином.

3.1 Технология приготовления и дозирования реагента.

В качестве технического продукта использования хеламин марки HELAMIN 90H turb, поставляемый в пластиковых емкостях (бочках) по 210 л.

Узел дозирования хеламина, расположенный в котельном цехе, (см. рис) включает:

• бак для приготовления и хранения рабочего раствора хеламина ёмкостью 1,7 м³ (бывший бак гидразина);
• перекачивающий насос - дозатор (2шт.) концентрированного товарного хеламина для подачи нужного количества реагента в бак рабочего раствора во время его приготовления;
• в бак для приготовления рабочего раствора хеламина, подведены обессоленная вода и сжатый воздух. В процессе приготовления рабочего раствора хеламина было установлено, что применение для разбавления концентрированного реагента горячей обессоленной воды (с температурой 100°С) вызывает хлопьеобразование реагента и неоднородность концентрации раствора, тогда как при использовании "холодной" обессоленной воды (с температурой 30-35°С) получали однородный устойчивый раствор, поэтому в дальнейшем стали применять для приготовления раствора не подогретую обессоленную воду.
• бак-мерник рабочего раствора хеламина емкостью 400 л 2 шт. (бывшие фосфатные мерники К-11 и К-13);
• насос - дозатор рабочего раствора хеламина марки НД 100/250 с подачей до 100 л/час - 2 шт. (бывшие насосы-дозаторы фосфатов К-11 и К-13);
• бак хранения рабочего щелочного раствора емкостью 5 м³ (бывший фосфатный бак);
• бак-мерник рабочего щелочного раствора (едкого натра) 0,2% концентрации емкостью 400 л (бывший фосфатный мерник К-6);
• насос-дозатор рабочего щелочного раствора марки НД - 100 / 250 с подачей до 100 л/час (бывший насос дозатор фосфатов К-6);

Дозировку хеламина производили во включённый (первый или второй) трубопровод питательной воды котла, ввод после задвижки К 6-2 или К 6-12 (см. рис.) перед пароохладителем и водяным экономайзером.

Учитывая зарубежный опыт применения этого реагента, дозировку хеламина в питательную воду установили 4 мг/дм³, исходя из того, что приблизительно 20% реагента остается в котловой воде, 50% уносится с паром и подвергается термическому превращению, 30% сорбируется на внутренних поверхностях. При этих условиях концентрация хеламина в котловой воде чистого отсека возможна не более 2 мг/дм³ при кратности упаривания котловой воды в нём около 4 мг/дм³.

Концентрация рабочего раствора хеламина С^хел_раб при условии, что концентрация товарного реагента приблизительно равна 100%, плотность его - 1, средний расход питательно воды в котел 20 т/час, производительность насоса-дозатора хеламина 80 л/час, будет:

С^хел_раб = Д_п.в. х С^хел_раб /q_н.д.х.;

где: Д_п.в. - расход питательной воды в котёл, м³/час;
С^хел_п.в. - концентрация хеламина в питательной воде, г/м³;
q_н.д.х. - производительность насоса-дозатора рабочего раствора хеламина, л/час;

C^хел_раб = 200 х 4/80 = 10 г/л или кг/м³ или л/м³.

То есть для приготовления полного бака рабочего раствора хеламина такой концентрации нужно 10 х 1,7 = 17 кг или 17 л товарного реагента.

В начале испытаний было установлено, что концентрация активного вещества в продукте, определяемая по специальному тесту, не 100% , как предполагали до испытаний, а около 50%, поэтому в дальнейшем при приготовлении рабочего раствора хеламина количество добавляемого товарного реагента корректировали, увеличивали в 1,5-2 раза, чтобы получать расчётные концентрации его в рабочем растворе, а также в питательной и котловой воде.

В ходе испытаний было подтверждено аналитически, что хеламин обладает летучестью с паром и постепенно распределяется по всему пароводяному тракту станции, повышая рН паров, конденсатов и питательной воды. Для некоторого увеличения концентрации хеламина в цикле и для возможности снижения или полного прекращения дозировки аммиака в питательную воду во второй половине эксперимента увеличили паровую нагрузку котла до 200 т/час и пропорционально увеличили дозировку хеламина в котёл для поддержания постоянной концентрации его в питательной воде этого котла. При полном прекращении дозировки аммиака снижалась величина рН паров с других котлов и конденсатов бойлеров ниже 8,5. Поэтому дозировку возобновили, понизив концентрацию аммиака в питательной воде в 2-2,5 раза. После постепенного насыщения цикла хеламином и увеличения рН питательной воды испытуемого котла понемногу снизили его дозировку 1,5-2 раза, уменьшая ход плунжера насоса-дозатора хеламина и поддерживая в пределах ПТЭ величину рН питательной воды котла.

В период начальной дозировки хеламина отбор проб вёлся 1 раз в 2 часа на содержание хеламина, Fe, NH₃, рН, Ж_об, Щ_фф и Щ_общ. В питательной, котловой воде (чистом и солевом отсеках), в насыщенном и перегретом паре, основном конденсате.

После окончания испытаний производили вырезки образцов экранных труб для оценки эффективности коррекционной обработки.

3.2. Коррекционная обработка хеламином.

Испытания проводились на котле ТП-230 ст № 6 с 31.02.01 г. в течение месяца после стабилизации в котловой воде содержания фосфатов. В период испытаний дозировка хеламина была выбрана расчётным путём 4 мг/дм³ в питательной воде, фактически составляла 0,3-2 мг/дм³. Результаты испытаний представлены в табл. 5. Как видно из табл. 5 в начальный и последующие периоды дозировки хеламина не отмечалось увеличение выноса железа из питательного тракта и поверхностей нагрева котла. Концентрация рабочего раствора хеламина в течение всего периода испытаний составляла 12 - 6 г/дм³ и снижалась после насыщения хеламином системы пароводяного тракта. Нагрузка на котле была стабильна и составляла 180-200 т/час. Продувка в течение первых трёх суток составляла 3,5% затем была снижена до 0,8 - 1,2%.

При дозировке хеламина в питательную воду 3 - 4 мг/дм³ в котловой воде чистого отсека его концентрация составляла 2 - 3 мг/дм³, в солевом - 1 мг/дм³, в паре - 1-2 мг/дм³.

После "насыщения" системы пароводяного тракта хеламином спустя приблизительно 20 суток (начальный период) происходило дальнейшее повышение рН питательной воды выше 9,25 (при NH₃ 155 мкг/дм3), в связи с этим возникла необходимость в снижении концентрации рабочего раствора и дозировки хеламина. При содержание в питательной воде хеламина в количестве 0,37 мг/дм³ (при NH₃ не более 300 мкг/дм³) обеспечивало стабильные нормативные показатели по Fe и рН в питательной и котловой воде.

После прекращения дозировки хеламина в питательной воде и её составляющих отмечалось присутствие хеламина до 1 мг/дм³ в течение двух суток.