11.1. Sự tạo bẩn nước cấp, hơi và ảnh hưởng của nĩ tới chế độ làm việc của các thiết bị thiết bị
Trong quá trình làm việc của thiết bị tuabin hơi bất kỳ kiểu nào, với nồi hơi thẳng dịng hay nồi hơi cĩ thùng chứa, mơi chất liên tục bị bẩn vì cặn. Số lượng và thành phần cặn bẩn xác định bởi chủng loại thiết bị, thành phần vật liệu và chế độ vận hành. Cặn bẩn chủ yếu của nước tải nhiệt là: các muối Ca, Mg, Na, axit, kiềm, các chất hữu cơ, sản phẩm ăn mịn vật liệu là các khí 0 2, C 0 2.
Khơng phụ thuộc vào nguồn gốc phát sinh, các cận bẩn cĩ trong nước nồi hơi cĩ thể ở ' dạng hồ tan hoặc tan lơ lửng trong nước. Ở những điều kiện xác định một số cặn bẩn cĩ thể bám lên bề mặt vách nồi hơi và lắng đọng thành dạng cặn bọt cĩ hệ số dãn nhiệt nhỏ làm giảm khả năng truyền nhiệt và làm tăng nhiệt độ của các vách buồng đốt. Các cặn bẩn khác cĩ thể tạo thành dạng cặn tinh thể và nằm trong nước nồi hơi.
Cặn bẩn sẽ từng phần đi theo hơi và làm bẩn hơi. Cặn bẩn của hơi cĩ thể lắng đọng trong các thiết bị quá nhiệt hơi và trong phần lưu thơng của tuabin. Cặn bẩn khơng được phép lắng đọng trong các thiết bị quá nhiệt hơi, bởi vì ở điều kiện làm việc bình thường các ống ruột gà ở đầu ra theo nhánh hơi cĩ giới hạn nhiệt độ để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho vật liệu, và chỉ cần cĩ một lớp lắng đọng mỏng đã cĩ thể gây ra sự tăng nhiệt độ khơng cho phép, do đĩ làm tăng cường sự hình thành vảy sắt, tăng sự rão vật liệu.
Sự hình thành lắng đọng trong phần lưu thơng tuabin cĩ ảnh hưởng cực kỳ xấu, làm cho các cánh tuabin bị sần sùi, làm tăng tổn thất ma sát và tương ứng làm giảm hiệu suất của tuabin. Lắng đọng nhiều trong phần lưu thơng tuabin làm tăng áp suất theo trục tuabin và do vậy làm hạn chế cơng suất của tuabin.
Cơng suất và hiệu suất của tuabin giảm một cách rõ rệt khi lượng lắng đọng khoảng 3 -7- 5 kg trên 100 MW. Tuy nhiên thực tế lượng bẩn theo hơi vào tuabin nhiều hơn thế nhiều, nhưng phần lớn chúng đi qua tuabin và nếu khơng cĩ thiết bị làm sạch (lọc) nước ngưng sau tuabin thì chúng sẽ lại được đưa vào nước cấp. Do vậy để tránh làm bẩn nước cấp thì nước ngưng sau tuabin cần được làm sạch. Người ta cũng cĩ các phương pháp để hạn chế cặn bẩn sinh ra trong thiết bị ngưng hơi và trong nước bổ sung. Ngăn ngừa sự xuất hiện các sản phẩm ăn mịn vật liệu ở áp suất gần tới hạn hoặc trên tới hạn cịn khĩ khăn hơn.
Hơi bị bẩn bởi các chất tan hoặc lơ lừng trong nước. Cĩ hai cách làm cho các chất bẩn • trong nước truyền vào hơi: đĩ là các hạt ẩm mang theo các chất bẩn tan hoặc lơ lửng trong nước vào hơi, và các chất bẩn tan trong nước truyền vào hơi do khả năng hồ tan của hơi. Trong trường hợp tổng quát, độ sạch của hơi được xác định bởi hệ số chuyển dời:
ở đây (0 - độ ẩm của hơi, đặc trưng cho lượng các chất thâm nhập vào hơi bằng đường các hạt ẩm, %;
a - hệ số phân bố các chất giữa hơi bão hồ và nước sơi, %.
ở áp suất thấp khả năng hồ tan của hơi là nhỏ, và a cũng nhỏ, do đĩ K » co. Theo mức độ tăng dần áp suất sự hồ tan các chất trong hơi tăng lên và ở áp suất cao thành phần các cặn bẩn khơng bay trong hơi do khả nãng hồ tan lớn hơn hàng chục lần so với bẩn thâm nhập bằng đường các hạt ẩm, và lúc này K « (X.
Trong các nồi hơi kiểu cĩ thùng chứa, để nhận được hơi sạch trước hết cần phai làm khơ nĩ chừng nào cĩ thể, tức là cần tách các hạt ẩm ra khỏi dịng hơi (co -> ủ). Làm sạch các
bẩn thâm nhập vào hơi do khả năng hồ tan của hơi được thực hiện bằng cách "rửa" nĩ trong một lớp nước sạch (a -> 0). Cả hai quá trình này: tách ẩm và rửa hơi đều được thực hiện trong thùng chứa.
Trong các nồi hơi kiểu thẳng dịng, do khơng cĩ thùng chứa nên việc tách ẩm và rửa hơi khơng thể thực hiện được. Do vậy để cĩ hơi sạch với kiểu nồi hơi này thì nước để sinh hơi cần phải rất sạch.
11.2. Các phương pháp loại trừ căn bẩn ra khỏi hệ thống
Hoạt động tin cậy của các thiết bị tuabin được đảm bảo bằng cách duy trì độ sạch của mơi chất ở mức độ cho phép. Do vậy cần tổ chức loại bỏ các cặn bẩn ra khỏi chu trình tương ứng với lượng hình thành và thâm nhập của chúng. Phương pháp đẩy cặn bẩn ra phụ thuộc vào kiểu nồi hơi.
Với nồi hơi hoạt động theo nguyên lý tuần hồn nhiều vịng. Thành phần hơi của dịng
chảy trong các ống sinh hơi của vịng tuần hồn được khống chế và bình thường khơng lớn,
X < 10 -T- 25%. Lúc này khơng cĩ sự sấy sâu nước nồi hơi, do đĩ phần lớn các cặn bẩn ở trạng thái hồ tan đều chưa đạt tới tỷ lệ thành phần tới hạn (bão hồ) và sẽ khơng ở pha rắn trạng thái hồ tan đều chưa đạt tới tỷ lệ thành phần tới hạn (bão hồ) và sẽ khơng ở pha rắn hoặc khơng bám trên vách các ống. Ngoại lệ cĩ thể là các hợp chất canxi và các ơxit kim loại (sắt, đồng), là những chất cĩ khả năng hồ tan rất kém và khả năng này càng giảm khi nhiệt độ (áp suất) tăng.
Để ngăn chặn sự lắng đọng canxi người ta đưa các chất phản ứng vào nước nồi hơi, các chất này tác dụng với các chất cặn xỉ cĩ trong nước tạo thành bùn và được đưa ra ngồi cùng với một phần nước - gọi là nước quét. Thực hiện phương pháp quét (thổi) là đặc trưng riêng của chế độ nước đối với nồi hơi kiểu thùng chứa.
Trong nồi hơi kiểu thẳng dịng, quá trình tạo hơi diễn ra khi cĩ sự sấy tất cả nước,
X = 1. Trong các nồi hơi kiểu này khơng thể thực hiện phương pháp thổi do đĩ tương ứng với khả năng hồ tan các chất cặn bẩn trong nước và trong hơi sẽ ờ một mức độ nào đĩ tạo thành các bọt xỉ bám trên các bề mặt nung nĩng. Khơng thể ứng dụng cách đưa một chất nào đĩ vào để tạo thành pha rắn dưới dạng xỉ bùn vì sẽ làm tăng lớp lắng đọng. Các chất lắng đọng
dễ hồ tan tích tụ trong q trình vận hành ở những vùng xác định của nồi hơi kiểu thẳng dịng trong các nhà máy nhiệt điện được rửa sạch từng phần mỗi khi dừng và khởi động. Các chất lắng đọng khĩ hồ tan sẽ được định kỳ đẩy ra ngồi bằng phương pháp rửa bằng hố chất.
Làm sạch định kỳ các cặn lắng đọng được thực hiện khi thiết bị dừng làm việc, do đĩ sẽ làm giảm lượng hơi sinh ra, và với cấu trúc kiểu tổ máy của nhà máy điện sẽ làm giảm lượng điện năng. Bản thân quá trình rửa làm sạch là một quá trình phức tạp địi hỏi chi phí lớn hố chất và thời gian. Vì vậy các nồi hơi kiểu thẳng dịng thường sử dụng nước cĩ độ sạch cao, gần như độ sạch yêu cầu của hơi sinh ra (ví dụ ở áp suất trên tới hạn, tổng các cặn bẩn khơng được vượt quá 30 -ỉ- 40 pg/kg).
Làm sạch liên tục các chất cặn được thực hiện nhờ thiết bị khử muối được bố trí trong nhánh phía sau thiết bị ngưng hơi tuabin. Với thiết bị này cĩ thể đảm bảo hồn tồn khơng cĩ cận muối và cặn kiểm trong nồi hơi và trong tuabin.
Nhưng ứng dụng thiết bị làm sạch nước ngưng lại làm nảy sinh vấn đề với sự hình thành các oxit kim loại và hình thành cặn bẩn của sản phẩm ăn mịn trong nhánh nước - hơi, đặc biệt là oxit sắt. Hạn chế sự ăn mịn vật liệu và cặn bẩn, đảm bảo độ sạch cao của hơi sinh ra cĩ thể thực hiện được bằng cách tổ chức các quá trình lý hố ở phía mơi chất, các quá trình lý hố này được gọi là chế độ hố nước (hay chế độ nước).
Chế độ nước tối ưu của tổ máy năng lượng cần đảm bảo sự vận hành liên tục, tin cậy khơng phải dừng thiết bi khi tiến hành quá trình rửa làm sạch trong một thời gian dài, nhưng khơng quá 800 giờ. Điều này được đảm bảo bởi hạn chế các lắng đọng bên trong nồi hơi gây ra sự tăng nguy hiểm nhiệt độ của các bề mặt trao đổi nhiệt, hạn chế lắng đọng trong phần lưu thơng của tuabin bởi nĩ sẽ làm giảm cơng suất của tổ máy, hạn chế ăn mịn vật liệu trong nhánh - hơi, hạn chế mài mịn thiết bị.
Trong nước cấp luơn cĩ oxy. Phụ thuộc vào tỷ lệ oxy cĩ trong nước trung tính (pH = 7) cĩ thể gây ra các tác động khác nhau đối với vật liệu kim loại. Khi tỷ lệ oxy thấp khả năng ăn mịn kim loại sẽ tăng lên. Khi tỷ lệ oxy tăng trên bề mặt kim loại sẽ xuất hiện một lớp màng bảo vệ Fe30 4, Fe30 2. Và với những đặc tính này của oxy nên chế độ nước cùa nồi hơi kiểu thẳng dồng thường được tổ chức theo các cách khác nhau.
Với chế độ nước kiểu hydrazin - amoniac truyền thống thì oxy được loại trừ ra khỏi nước cấp bằng cách thổi ra ngồi cùng với khí thải qua thiết bị tách khí, phần cịn lại cho tác dụng với hydrazin (N2H4):
N2H4 + 0 2 —> N2 + 2H20 (1.87) Axit cacbonic kết hợp với amoniac đưa vào nước cấp.
Cịn cơ sở để tổ chức chế độ nước kiểu oxy trung tính là do khả năng tạo thành lớp màng bảo vệ bền vững khi cĩ nồng độ oxy cao (khoảng gần 200 pg/kg). Để tổ chức nước
trung tính người ta cho một lượng khí 0 2 vào nước cấp cho thiết bị tách khí. Trong nhiều trường hợp người ta cho vào cả hydro peroxit (H20 2). Chế độ nước trung tính địi hỏi nước cấp cĩ độ sạch cao và khơng chứa C 0 2, độ dẫn điện của nước cấp khi đĩ khơng được vượt quá 0,2 pơ/cm .
Ưu điểm của chế độ nước trung tính là: khơng cần cĩ các chất phản ứng đắt tiền để chuẩn bị nước và cùng với nĩ sẽ làm tăng thời gian xử lý ở thiết bị khử muối, giảm tốc độ hình thành cặn lắng oxit sắt trên bề mặt trao đổi nhiệt của các vách buồng đốt, và đơn giản hố chế độ nước.