СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И ПАССИВАЦИИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВОДОПАРОВОГО ТРАКТА ПАРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2016 года по МПК F22B37/48 

Область использования

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки и пассивации (создания защитной пленки) внутренних поверхностей водопарового тракта (ВПТ) паросиловых установок (ПСУ) тепловых электростанций (ТЭС) перед пуском указанных установок и выводом их на режим консервации.

Предшествующий уровень техники

Известен способ пассивации ВПТ ПСУ водным раствором реагента, выбранного из группы: кислород (O₂), перекись водорода (Н₂О₂), озон (O₃), причем обработку пассивируемых поверхностей осуществляют путем дозирования реагентного раствора в водные участки ВАТ ПСУ, работающей в эксплуатационном режиме (US 5797357, F22B 37/48, 1998 [1] - аналог).

К недостаткам [1] можно отнести необходимость наличия уже предварительно очищенных поверхностей, технология очистки которых в [1] не раскрыта. Кроме того, использование в качестве пассивирующего агента отдельно приготовленного водного раствора реагента не позволяет использовать такой агент для обработки паровых участков ВПТ. Следует отметить также, что в [1] только упомянута возможность использования, кроме кислорода, других окислителей, но технологическая схема получения пассивирующего агента и сама технология пассивации раскрыта в [1]только по отношению к кислороду. Вместе с тем использование озона, обладающего на порядок более высокой окислительной способностью, по сравнению с кислородом и перекисью водорода, хотя и заманчиво, но создает опасность быстрого коррозионного разрушения металла оборудования и соединительных трубопроводов обрабатываемого ВПТ.

Известен способ очистки и пассивации внутренних поверхностей ВПТ ПСУ реагентной смесью кислорода или перекиси водорода с рабочей средой указанного ВПТ, причем указанную реагентную смесь получают путем дозирования реагента по меньшей мере в один из участков этого ВПТ (SU 1590835, F22B 3748, 1990 [2] - аналог). В отличие от [1] данный способ предусматривает не только пассивацию, но и предварительную очистку обрабатываемых поверхностей от отложений. При этом ПСУ работает в предпусковом режиме с малым расходом топлива, а реагент вводится непосредственно в рабочую среду без предварительного приготовления его водного раствора. Это упрощает технологическую схему и позволяет вводить газообразный реагент не только в водные, но и в паровые участки ВПТ.

К недостаткам [2] можно отнести относительно слабую окислительную активность используемых реагентов при сравнительно низких температурах рабочей среды, характерных для предпускового режима работы ПСУ. В связи с этим приходится увеличивать расход топлива с соответствующим подъемом температуры питательной воды до 150-180°С, а пара - до 300-450°С. И даже при столь высоких температурах рабочей среды общая продолжительность процесса очистки и пассивации при концентрации кислорода 0,1-0,2 г/кг рабочей среды согласно [2] составляет 12-15 часов. Все это приводит к существенным эксплуатационным затратам с топливной составляющей и за счет недовыработки электроэнергии из-за длительной предпусковой очистки ПВТ.

Известен способ очистки и пассивации внутренних поверхностей ВПТ ПСУ реагентной смесью кислорода с рабочей средой указанного ВПТ причем указанную реагентную смесь получают путем дозирования кислорода по меньшей мере в один из участков указанного ВПТ (RU 2303745, F22B 374, 2007 [3] - ближайший аналог). В зависимости от выбранного для обработки участка рабочая среда может представлять собой питательную воду (ПВ), пар или пароводяную смесь (ПВС). При использовании способа [3] температуру образующегося при смешении кислорода с рабочей средой реагентного раствора удалось понизить по воде со 180 до 90°С, по пару - с 460 до 300°С, а продолжительность обработки - с ~15 до ~5 часов, но за счет существенного повышения в указанном растворе концентрации кислорода (с 0,1-0,2 до 10-15 г/кг). Таким образом, недостатком данного способа является слишком большой расход кислорода.

Известно устройство для очистки и пассивации внутренних поверхностей ВПТ ПСУ реагентной смесью кислорода с рабочей средой указанного ВПТ, содержащее источник кислорода (ИК) с давлением более высоким, по сравнению с давлением среды в указанном ВПТ, и дозирующее устройство с оборудованным запорно-регулирующим вентилем (ЗРВ) подающим трубопроводом, соединенным на выходе с выбранным участком указанного ВПТ ([2] -аналог). Недостатки данного известного устройства связаны с отсутствием средств, позволяющих увеличивать окислительную активность реагента без увеличения его концентрации в реагентном растворе и уменьшить необходимую длительность воздействия реагента на обрабатываемую поверхность.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание малозатратной экологически чистой и эффективной технологии очистки и пассивации ВПТПСУ. Технический результат изобретения заключается в достижении возможности регулируемого увеличения окислительной активности реагентного раствора без существенного увеличения концентрации в нем кислорода.

Указанный технический результат в части патентуемого способа обеспечивается тем, что при осуществлении способа очистки и пассивации внутренних поверхностей ВПТ ПСУ реагентной смесью кислорода с рабочей средой указанного ВПТ, причем указанную реагентную смесь получают путем дозирования кислорода по меньшей мере в один из участков этого ВПТ, согласно изобретению часть направляемого на дозирование потока кислорода отбирают, пропускают по меньшей мере однократно через высоковольтную электроразрядную камеру (ЭРК), после чего возвращают в указанный поток.

Указанный технический результат в части заявленного устройства обеспечивается тем, что устройство для очистки и пассивации внутренних поверхностей ВПТ ПСУ реагентной смесью кислорода с рабочей средой указанного ВПТ, содержащее ИК с давлением более высоким, по сравнению с давлением среды в указанном ВПТ, и дозирующее устройство (ДУ) с оборудованным запорно-регулирующим вентилем (ЗРВ) подающим трубопроводом, соединенным на выходе с выбранным участком указанного ВПТ, согласно изобретению дополнительно содержит высоковольтную проточную электроразрядную камеру (ЭРК), вход которой при помощи оборудованного ЗРВ отводного трубопровода соединен с начальной частью подающего трубопровода указанного ДУ, а выход при помощи возвратного трубопровода - с выходной частью указанного подающего трубопровода ДУ. При этом устройство согласно изобретению может быть дополнительно снабжено установленным в передней части указанной высоковольтной проточной ЭРК струйным насосом (СН) с напорным соплом и всасывающей камерой, причем вход указанного напорного сопла соединен с выходом указанного отводного трубопровода, а вход указанной всасывающей камеры при помощи оборудованного ЗРВ байпасного трубопровода - с выходом указанной высоковольтной проточной ЭРК.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками изобретения и указанным техническим результатом заключается в следующем. Отбор части направляемого на дозирование потока кислорода с пропусканием ее по меньшей мере однократно через высоковольтную ЭРК и последующим возвратом в указанный поток приводит за счет озонирования отбираемой части кислородного потока к регулируемому повышению окислительной способности реагентной смеси, практически без увеличения концентрации в ней кислорода. При этом в каждом конкретном случае можно подобрать оптимальное соотношение между содержанием в реагентной смеси кислорода и озона, при котором эффективная очистка и пассивация обрабатываемых поверхностей не будет приводить к коррозионному износу обрабатываемого металла.

Краткое описание фигур чертежа

На фиг. 1 изображена принципиальная схема участка ВПТ ПСУ с устройством для очистки и пассивации его внутренних поверхностей согласно изобретению в варианте с однократном пропусканием части кислородного потока через ЭРК; на фиг. 2 - то же в варианте с многократным пропусканием кислородного потока через ЭРК.

Условные обозначения

БРОУ - быстродействующее редукционно-охладительное устройство

ДУ - дозирующее устройство

ЗРВ - запорно-регулирующий вентиль

ИК - источник кислорода

ВПТ - водопаровой тракт

ПВ - питательная вода

ПВС - пароводяная смесь

ПСУ - паросиловая установка

СН - струйный насос

ТЭС - тепловая электростанция

ЭРК - электроразрядная камера.

Перечень позиций чертежа

1 - ПСУ; 2 - паровой котел; 3 - паровая турбина; 4 - конденсатор пара; 5 - ВПТ ПСУ; 6 - конденсатный насос; 7 - питательный насос; 8 - ИК; 9 - подающий трубопровод от ИК к месту его дозирования в ВПТ; 10 - высоковольтная проточная ЭРК; 11 - отводной трубопровод, соединяющий выход ЭРК с начальной частью подающего трубопровода; 12 - возвратный трубопровод, соединяющий выход ЭРК с выходной частью подающего трубопровода; 13 - напорное сопло СН; 14 - всасывающая камера СН; 15 - байпасный трубопровод для рециркуляции обработанного в ЭРК кислорода; 16 - манометр для контроля за давлением дозируемого газообразного реагента; 17 - трубопровод к манометру; 18 - ЗРВ.

Подробное описание изобретения

В качестве примера на фиг. 1 и 2 изображена принципиальная тепловая схема ПСУ 1 с паровым котлом 2, паровой турбиной 3, конденсатором 4 и подлежащим очистке и пассивации ВПТ 5, на котором установлены конденсатный насос 6 и питательный насос 7. Устройство согласно изобретению предназначено для очистки и пассивации внутренних поверхностей ВПТ 5 ПСУ 1 реагентной смесью кислорода с рабочей средой указанного ВПТ 5. В зависимости от выбранного участка ВПТ 5 такой средой может быть вода, водяной пар или пароводяная смесь. Устройство содержит ИК 8, давление в котором превышает давление рабочей среды в ВПТ 5, и ДУ с подающим кислород от ИК 8 трубопроводом 9, соединенным на выходе с выбранным участком указанного ВПТ 5. В рассматриваемом примере подающий трубопровод 9 подключен на выходе к всасывающей стороне питательного насоса 7. В качестве ИК 8 может быть использована кислородная станция любого известного типа или кислородные баллоны. Согласно изобретению рассматриваемое устройство содержит также высоковольтную проточную ЭРК 10 любого известного типа, применяемого для озонирования воздуха, с распоженными внутри коаксиальными или поперечными разрядными электродами, одним из которых может служить заземленный корпус ЭРК 10 (на чертеже не показано). К электродам ЭРК подводится высоковольтное электрическое напряжение в диапазоне 8-15 кВ. Вход ЭРК 10 при помощи отводного трубопровода 11 соединен с начальной частью подающего трубопровода 9 указанного ДУ, а выход при помощи возвратного трубопровода 12 - с выходной частью указанного подающего трубопровода 9. В соответствии с вариантом, иллюстрированным фиг. 2, устройство согласно изобретению может быть дополнительно снабжено установленным в передней части указанной ЭРК 10 СН с напорным соплом 13 и всасывающей камерой 14, причем вход напорного сопла 13 соединен с выходом указанного отводного трубопровода 11, а вход указанной всасывающей камеры 14 при помощи байпасного трубопровода 15 - с выходом указанной ЭРК 10. К выходной части подающего трубопровода 9 подключен манометр 16 для контроля давления дозируемого газообразного реагента, подводимого к указанному манометру по трубопроводу 17. Для измерения концентрации кислорода и оксидов железа в рабочей среде используется штатная измерительная техника ТЭС (не показана). Для измерения концентрации озона в рабочей среде могут быть использованы соответствующие приборы, выпускаемые отечественной промышленностью, например, марки «Озон-в 5к1.551.045 ту). На входящих в состав патентуемого устройства трубопроводах 9, 11 15, 17 установлены ЗРВ 18.

Способ согласно изобретению осуществляется с помощью устройства согласно изобретению следующим образом. ПСУ 1 запускается в работу на холостом ходу с небольшим расходом сжигаемого в паровом котле 2 топлива и обеспечиваемой насосами 6, 7 циркуляцией рабочей среды по замкнутому контуру ПРТ 5 с отключенной паровой турбиной 3 и сбросом вырабатываемого пара в конденсатор 4 через не показанные на чертеже быстродействующие редукционно-охладительные устройства (БРОУ). Расход топлива определяется требуемой для эффективной очистки и пассивации обрабатываемых поверхностей ВПТ температурой реагентного раствора, основой которого на различных участках ВПТ являются вода, пар и ПВС.

Благодаря использованию патентуемого изобретения ожидаемая исходя тз указанных услови 1 температура питательной воды ПВТ должна лежать в диапазоне 60-90°С, пара - 150-250°С. После достижения требуемой температуры указанной рабочей среды включают в работу ДУ. Для этого постепенно открывают ЗРВ 18 в варианте фиг. 1 на трубопроводах 9, 11, 17; в варианте фиг. 2 - на трубопроводах 9, 11, 15, 17. Степень открытия ЗРВ 18 на подающем трубопроводе 9 определяется заданным уровнем концентрации кислорода в рабочей среде, измеряемой штатными средствами химконтроля ТЭС. Рекомендуемая при использовании настоящего изобретения концентрация ркислорода в рабочей среде составляет 1-2 г/кг. Степень открытия ЗРВ 18 на трубопроводах 11, 15 определяется заданной величиной соотношения озон кислород в рабочей среде. Рекомендуемый диапазон указанного соотношения согласно настоящему изобретению составляет 0,5-1,0%. Соответствующая концентрация озона в рабочей среде контролируется при помощи указанных выше известных измерительных средств. При этом с помощью ЗРВ 18 на трубопроводе 11 регулируется количество кислорода, отводимое из общего потока в ЭРК 10 для выработки озона, а с помощью ЗРВ 18 на трубопроводе 15 (фиг. 2) - количество озона, вырабатываемого из отводимого на озонирование кислорода. Общая продолжительность процесса очистки и пассивации обрабатываемых поверхностей при использовании способа согласно изобретению составляет 4-6 часов. Об эффективности указанного процесса судят по интенсивности роста концентрации окислов железа в очищающем реагентном растворе (рабочей среде ВПТ 5).

Пример

Данные о величинах концентрации кислорода и озона в реагентном растворе, температуре последнего, продолжительности процесса обработки и его эффективности для конкретного примера использования способа и устройства согласно изобретению помещены ниже в таблице.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки и пассивации (создания защитной пленки) внутренних поверхностей водопарового тракта (ВПТ) паросиловых установок (ПСУ) тепловых электростанций (ТЭС) перед пуском указанных установок и выводом их на режим консервации. Очистку и пассивацию производят реагентной смесью кислорода с рабочей средой ВПТ, причем указанную реагентную смесь получают путем дозирования кислорода по меньшей мере в один из участков ВПТ. Отличие: часть направляемого на дозирование потока кислорода отбирают, пропускают по меньшей мере однократно через высоковольтную электроразрядную камеру (ЭРК), после чего возвращают в указанный поток. Технический результат - достижение возможности регулируемого увеличения окислительной активности реагентного раствора без существенного увеличения концентрации в нем кислорода. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ очистки и пассивации внутренних поверхностей водопарового тракта паросиловой установки реагентной смесью кислорода с рабочей средой указанного тракта, причем указанную реагентную смесь получают путем дозирования кислорода по меньшей мере в один из участков этого тракта, отличающийся тем, что часть направляемого на дозирование потока кислорода отбирают, пропускают по меньшей мере однократно через высоковольтную электроразрядную камеру, после чего возвращают в указанный поток.

2. Устройство для очистки и пассивации внутренних поверхностей водопарового тракта паросиловой установки реагентной смесью кислорода с рабочей средой указанного тракта, содержащее источник кислорода с давлением более высоким, по сравнению с давлением среды в указанном водопаровом тракте, и дозирующее устройство с оборудованным запорно-регулирующим вентилем подающим трубопроводом, соединенным на выходе с выбранным участком указанного тракта, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит высоковольтную проточную электроразрядную камеру, вход которой при помощи оборудованного запорно-регулирующим вентилем отводного трубопровода соединен с начальной частью подающего трубопровода указанного дозирующего устройства, а выход при помощи возвратного трубопровода - с выходной частью указанного подающего трубопровода дозирующего устройства.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено установленным в передней части указанной высоковольтной проточной электроискровой камеры струйным насосом с напорным соплом и всасывающей камерой, причем вход указанного напорного сопла соединен с выходом указанного отводного трубопровода, а вход указанной всасывающей камеры при помощи оборудованного запорно-регулирующим вентилем байпасного трубопровода - с выходом указанной высоковольтной проточной электроразрядной камеры.