Руководящий документ РД 34.27.511-98 Методические указания по предотвращению образования отложений в трубопроводах и насосах систем гидрозолоудаления.
РД 34.27.511-98
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
В ТРУБОПРОВОДАХ И НАСОСАХ СИСТЕМ ГИДРОЗОЛОУДАЛЕНИЯ
Срок действия с 1998-07-01
до 2008-07-01
РАЗРАБОТАН Всероссийским теплотехническим научно-исследовательским институтом (ВТИ)
РАЗРАБОТЧИК Г.С.Чеканов
УТВЕРЖДЕН Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО "ЕЭС России" 30.03.1998 г.
Первый заместитель начальника Департамента А.П.Берсенев
Периодичность проверки - 5 лет
Настоящие Методические указания позволяют определить причины образования солевых отложений в трубопроводах систем гидрозолоудаления (ГЗУ) и устанавливают способы предотвращения образования или уменьшения скорости роста этих отложений, а также рекомендуют мероприятия, обеспечивающие работоспособность систем гидрозолоудаления в тех случаях, когда полностью исключить образование отложений невозможно.
Методические указания распространяются на проектируемые и находящиеся в эксплуатации гидравлические системы удаления и складирования золошлаковых отходов от сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях и в котельных.
С выходом настоящих Методических указаний утрачивают силу Временные руководящие указания по предотвращению образования отложений в трубопроводах систем гидрозолоудаления (М.: БТИ ОРГРЭС, 1969).
1 ТИПЫ ОТЛОЖЕНИЙ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ТРУБОПРОВОДАХ И ДРУГИХ ЭЛЕМЕНТАХ СИСТЕМ ГИДРОЗОЛОУДАЛЕНИЯ
1.1 Отложения - это прочные кристаллические образования, состоящие преимущественно из малорастворимых соединений кальция или из смеси транспортируемых золошлаковых отходов и этих соединений кальция, выполняющих в данной смеси роль вяжущего.
1.2 По относительному содержанию соединений кальция и золы отложения разделяются на три вида:
солевые, состоящие преимущественно (на 90% и более) из малорастворимых соединений кальция;
золовые, состоящие преимущественно из золы и шлака.
Отложения последнего типа образуются в результате оседания крупных частиц золы и шлака из пульпы при недостаточной скорости ее движения. Для предотвращения образования этих отложений необходимо соблюдать скоростной режим движения золовой пульпы, рекомендуемый в "Методических указаниях по наладке и испытаниям систем гидрозолоудаления" РД 34.27.405 (М.: СПО Союзтехэнерго, 1989). Далее в настоящих Методических указаниях отложения этого типа не рассматриваются.
1.3 Зола некоторых топлив обладает цементирующими свойствами и при определенных условиях может образовывать прочные, трудноудаляемые отложения. Хотя по химическому составу они практически соответствуют составу образующей их золы, их следует отнести к смешанным отложениям по соотношению содержания неактивных компонентов и соединений кальция.
1.4 По химическому составу соединений кальция, содержащихся в солевых и смешанных видах, различают пять типов отложений:
карбонатные, содержащие безводный карбонат кальция (кальцит);
гидратные, содержащие гидрооксид кальция;
сульфатные, содержащие двухводный кристаллогидрат сульфата кальция;
сульфитные, содержащие двухводный кристаллогидрат сульфита кальция;
гексагидратные, содержащие шестиводный кристаллогидрат карбоната кальция.
В отложениях одновременно могут присутствовать несколько разных малорастворимых соединений кальция. В этом случае их тип определяется по тому соединению кальция, содержание которого превышает остальные.
2 ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ГИДРОЗОЛОУДАЛЕНИЯ
2.1 Непосредственной причиной образования отложений в системах ГЗУ является кристаллизация малорастворимых соединений кальция в случае пересыщения ими золовой пульпы или осветленной воды, контактирующей со стенками трубопроводов или других элементов системы. В свою очередь это пересыщение происходит преимущественно в результате химического взаимодействия растворенных в пульпе и осветленной воде веществ с веществами, содержащимися в добавочной воде, поглощаемыми из дымовых газов и воздуха или растворяющимися из золы. Причинами пересыщения могут быть также испарение воды (в мокрых золоуловителях и шлаковых ваннах котлов) и сезонные изменения температуры воды в системе ГЗУ.
2.2 Пересыщение карбонатом кальция пульпы и осветленной воды, имеющих щелочную реакцию (рН>10,5), происходит в результате:
- смешивания с водой (стоками), содержащей бикарбонатные ионы
- поглощения диоксида углерода из атмосферного воздуха
В случае использования для гидротранспорта природной (технической) воды пересыщение пульпы карбонатом кальция происходит в результате взаимодействия содержащегося в этой воде бикарбоната кальция с гидрооксидом кальция, образующимся при растворении щелочных компонентов транспортируемой золы
2.3 Пересыщение пульпы и осветленной воды гидрооксидом кальция происходит при растворении и гидратации содержащихся в золе свободной окиси кальция и некоторых клинкерных соединений (кальциевых силикатов, алюминатов и алюмоферритов), например,
2.4 Пересыщение пульпы сульфатом кальция происходит:
- при поглощении щелочной водой диоксида серы из дымовых газов с последующим окислением сульфит-ионов до сульфат-ионов
- при использовании для гидротранспорта золы морской воды в результате растворения в этой воде свободной окиси кальция золы.
2.6 Гексагидрат карбоната кальция образуется при температуре, равной или ниже 4 °С, а его предельная растворимость в воде примерно на 30% меньше растворимости образующегося при более высокой температуре безводного карбоната кальция (кальцита). Вследствие этого пульпа или осветленная вода, насыщенные кальцитом, при их охлаждении ниже 4 °С оказываются пересыщенными гексагидратом карбоната кальция. Эта причина пересыщения главным образом осветленной воды на золоотвале возникает в начале зимнего сезона. В последующем пересыщение гексагидратом карбоната кальция пульпы и осветленной воды, имеющих температуру менее 4 °С, может происходить по тем же причинам, что и пересыщение безводным карбонатом кальция (см. п.2.2).
2.7 Кристаллизация малорастворимых соединений из пересыщенных растворов происходит преимущественно на поверхности твердых тел, контактирующей с таким раствором, и в первую очередь на поверхности, имеющей кристаллическую структуру, подобную структуре образующихся кристаллов. При пересыщении пульпы, например, карбонатом кальция, кристаллизация этого соединения происходит преимущественно на поверхности содержащихся в пульпе частиц золы и шлака. И только небольшая часть карбоната кальция оседает на стенках пульпопроводов и других элементов системы, омываемых этой пульпой. Но, кроме непосредственной кристаллизации, происходит сращивание кристаллов карбоната кальция, образовавшихся на стенках пульпопровода, с аналогичными кристаллами на поверхности золовых частиц, оказавшимися вблизи от стенок в радиусе действия межмолекулярных сил. По этой причине на стенках образуются смешанные отложения, состоящие на 20-80% из золы, прочно связанной кристаллами пересыщающего пульпу карбоната кальция или другого малорастворимого соединения кальция.
2.8 Кристаллизация соединений, пересыщающих осветленную воду, в которой практически отсутствуют взвешенные твердые частицы, происходит в основном на стенках трубопроводов, насосов и запорной арматуры, омываемых этой водой. Возможен также процесс сращивания кристаллов, осевших на стенках, с кристаллами, образующимися в объеме или на мельчайших частицах золы, оставшихся в осветленной воде. Так образуются солевые отложения, состоящие из малорастворимых соединений кальция и незначительного количества золы.
2.9 По степени пересыщения различают три типа растворов:
- стабильные, в которых концентрация растворенных веществ ниже их предельной растворимости при данной температуре, и кристаллизации не происходит;
- метастабильные, имеющие относительно невысокую степень пересыщения, в которых кристаллизация возможна, но протекает медленно и преимущественно на имеющихся в растворе твердых частицах или на стенках;
- лабильные, в которых кристаллизация наступает сразу после пересыщения, носит лавинообразный характер и происходит во всем объеме жидкости.
К лабильному пересыщению карбонатом кальция может привести смешивание щелочной осветленной воды с технической водой, а к лабильному пересыщению гексагидратом карбоната кальция - охлаждение щелочной осветленной воды на золоотвале в начале зимнего периода. Все остальные причины приводят к образованию метастабильных растворов, поскольку пересыщению предшествуют сравнительно медленно текущие процессы поглощения водой газов или растворения в воде щелочных компонентов золы.
2.11 Процессы образования прочных отложений из цементирующейся золы аналогичны процессам схватывания и твердения бетона и заключаются в гидратации содержащихся в золе кальциевых силикатов с последующей кристаллизацией гидрооксида кальция, образующегося в промежутках между частицами золы, и карбоната кальция, образующегося в результате поглощения диоксида углерода из атмосферного воздуха гидрооксидом кальция.
3 СПОСОБЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ В ТРУБОПРОВОДАХ И НА ДРУГИХ УЧАСТКАХ СИСТЕМ ГИДРОЗОЛОУДАЛЕНИЯ
Если добавки превышают допустимое количество, их следует направлять по отдельному трубопроводу на золоотвал. При необходимости кратковременных больших добавок, например при первоначальном заполнении бассейна золоотвала, допускается перевод на некоторое время всех насосов смывной воды с осветленной на техническую воду.
Добавки технической воды в систему ГЗУ зачастую происходят из-за невозможности подачи осветленной воды из золоотвала в необходимом количестве. Нужно, чтобы насосы и трубопроводы осветленной воды выбирались, исходя из максимальной потребности ТЭС в осветленной воде, включая промывку пульпопроводов перед остановкой в резерв, гидроуборку зольных помещений, обмывку поверхностей нагрева и золоуловителей перед ремонтом и др.
3.2 Недопустимо также попадание щелочной осветленной воды в техническую воду, особенно в воду системы охлаждения конденсаторов турбин. Поэтому на всех перемычках между трубопроводами осветленной воды системы ГЗУ и воды технического водоснабжения необходимо устанавливать последовательно две задвижки с дренированием промежутка между ними. При закрытых задвижках вентиль дренажа должен быть открыт.
3.3 В пульпопроводах, в смывных аппаратах (гидрозатворах) сухих золоуловителей и в самотечных каналах, когда для гидротранспорта используется техническая вода, а транспортируемая зола имеет повышенное содержание щелочных компонентов (гидратная щелочность более 100 мг-экв/кг), образуются преимущественно смешанные карбонатные отложения. Причиной их образования является взаимодействие бикарбоната кальция, содержащегося в технической воде, с гидрооксидом кальция, растворяющимся .....золы* (см. п.п.2.2 и 2.7).
Предотвратить образование таких отложений можно путем замены технической воды на возвращаемую из золоотвала осветленную воду, в которой нет бикарбонатных ионов, т.е. путем перевода системы ГЗУ на оборотную схему водопользования.
3.4 В пульпопроводах возможно образование смешанных гексагидратных отложений. Причины те же, что и образования карбонатных отложений, но при условии охлаждения пульпы ниже 4 °С. Обычно шлаковая пульпа и золовая пульпа после сухих золоуловителей имеют температуру не ниже 10 °С, а пульпа из мокрых золоуловителей - не ниже 40 °С. Но при протяженных трассах пульпопроводов в районах с холодной и ветряной зимой возможно охлаждение пульпы до температуры, при которой возможна кристаллизация гексагидрата карбоната кальция, т.е. образование гексагидратных отложений.
Предотвращение образования гексагидратных отложений в пульпопроводах возможно теми же способами, что и предотвращение карбонатных отложений (см. п.3.2), а также путем поддержания температуры пульпы на всей длине пульпопроводов выше 4 °С. Последнее достигается путем теплоизоляции начальных участков пульпопроводов, где прежде всего и образуются отложения этого типа.
3.5 Сульфатом кальция может быть пересыщена пульпа мокрых золоуловителей. Основными причинами такого пересыщения являются испарение орошающей золоуловители воды и поглощение этой водой оксидов серы из дымовых газов.
Другими причинами пересыщения пульпы сульфатом кальция могут быть добавки в пульпу стоков с высокой концентрацией сульфатов, например стоков от сероулавливающих установок, и использование для гидротранспорта морской воды.
3.6 Наибольшего пересыщения сульфатом кальция пульпа достигает на выходе из мокрых золоуловителей, когда заканчивается ее контакт с дымовыми газами, а основная часть поглощенного орошающей водой диоксида серы окисляется до сульфатных ионов. Поэтому сульфатные отложения образуются в основном в сливных патрубках мокрых золоуловителей и в гидрозатворах. Далее в самотечных каналах пульпа разбавляется водой из побудительных сопл, и интенсивность кристаллизации сульфата кальция существенно уменьшается. Образования сульфатных отложений в пульпопроводах, как правило, не происходит, поскольку оставшееся незначительное пересыщение снимается в основном на частицах золы и шлака пульпы.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.