Co způsobuje usazování nánosů na lopatkách turbíny pro energetické využití odpadu?

Usazeniny na lopatkách turbíny v zařízení na energetické využití odpadu (WTE) obvykle vznikají z nečistot v páře: z kapek kotelní vody unášených do přívodu páry, z oxidu křemičitého transportovaného v parní fázi nebo z korozních produktů uvolněných z vodního a parního okruhu. Nápravná opatření závisí na tom, jaký materiál je přítomen a jak se dostal na lopatky. Čištění obnoví průtočnou cestu, ale opakovaný výskyt usazenin ukazuje, že zdroj kontaminace nebo mechanismus jejího transportu je stále aktivní.

V zařízení na energetické využití odpadu zůstávají spalovací popel a spaliny mimo běžnou parní cestu turbíny. Složení odpadu ovlivňuje provoz kotle a teplosměnné plochy, ale popel na straně ohniště neurčuje příčinu zanášení turbíny. Diagnóza vyžaduje důkazy spojující usazeniny na lopatkách s chemií páry, úpravou vody, stavem zařízení nebo provozní událostí.

Unášení kotelní vody vnáší rozpuštěné soli

K mechanickému unášení dochází, když kapky vody unikají ze systému odlučování páry v kotli. Tyto kapky obsahují rozpuštěné i nerozpuštěné látky z kotelní vody. Když se dostanou do přehřáté páry a odpaří se, zanechají nečistoty, které se mohou hromadit na ventilech, tryskách a lopatkách.

Vysoká hladina vody v bubnu, pěnění, poškozené části odlučovače a provoz mimo zamýšlený rozsah zatížení odlučovače zvyšují pravděpodobnost unášení vody. Zvláštní pozornost je třeba věnovat rychlým změnám zatížení. Nabobtnání hladiny v bubnu při poklesu tlaku může zvýšit zdánlivou hladinu vody a narušit odlučování, i když předchozí údaje ze stabilního provozu byly přijatelné.

Zvýšený obsah rozpuštěných látek v kotelní vodě podporuje za nepříznivých podmínek unášení vody. Organické znečištění, včetně oleje pronikajícího do systému kondenzátu, může podporovat pěnění. Zvýšení odluhu může snížit koncentraci rozpuštěných látek, ale neopraví poškozený odlučovač ani neodstraní zdroj průniku oleje.

Sodík v reprezentativním vzorku páry je užitečným ukazatelem kontaminace, protože mnoho nečistot v kotelní vodě obsahuje sodík. Samotná odchylka obsahu sodíku však neurčuje místo vniknutí. Porovnejte její časový průběh s hladinou v bubnu, změnami zatížení, chemií kotelní vody a kvalitou kondenzátu. Krátkodobá kontaminace při najíždění nebo změně zatížení může zanechat usazeniny, i když se pozdější výsledky vzorků vrátí k normálu.

Oxid křemičitý se chová jinak než kapky unášené párou

Oxid křemičitý se může do páry dostat mechanickým unášením i transportem v parní fázi. Jeho rozdělení mezi kotelní vodu a páru se mění v závislosti na tlaku a chemickém složení vody. Účinné odlučování kapek proto samo o sobě nezaručuje dostatečně nízký obsah oxidu křemičitého v páře.

Při expanzi páry turbínou klesá její schopnost zadržovat oxid křemičitý, který se následně může usazovat na níže položených površích. Dotčené stupně závisí na vstupních podmínkách a průběhu expanze; přiřadit všechny usazeniny oxidu křemičitého k jednomu pevnému stupni turbíny není spolehlivé. Usazeniny bohaté na oxid křemičitý bývají tvrdé a obtížně se odstraňují pouze vodou.

Nízká hodnota sodíku v páře tedy neprokazuje, že je regulace oxidu křemičitého dostatečná. Obsah oxidu křemičitého v páře je nutné měřit samostatně a výsledky doplnit údaji o jeho obsahu v kotelní vodě a záznamy o úpravě doplňovací vody. Pokud se používá demineralizační jednotka, může se množství oxidu křemičitého vstupujícího do okruhu zvýšit v důsledku vyčerpání náplně, průniku nečistot nebo problémů s regenerací.

Usazeniny obsahující fosfáty je třeba vykládat jinak. V kotli s fosfátovou úpravou je výskyt fosfátů v usazenině z turbíny silným důkazem transportu kotelní vody do páry. Zvýšení dávkování chemikálií bez prověření unášení vody může zvýšit množství materiálu dostupného pro tvorbu usazenin.

Složení usazenin zúží rozsah šetření

Barva a struktura pomáhají usazeninu zdokumentovat, ale nelze je spolehlivě použít k její identifikaci. Tmavá vrstva může obsahovat oxidy železa smíšené se solemi; světlá usazenina může obsahovat oxid křemičitý nebo několik sloučenin používaných při úpravě vody. Před omýváním, otryskáváním nebo použitím chemikálií povrchy vyfotografujte a odeberte vzorky.

Vzorky z různých stupňů a součástí uchovávejte odděleně. Zaznamenejte stupeň, stranu lopatky, radiální polohu, tloušťku usazeniny a to, zda je materiál sypký, nebo pevně ulpívá. Sloučením všech vzorků do jednoho se ztratí informace o umístění, které pomáhají odlišit kontaminaci vzniklou před turbínou od usazování během expanze.

Elementární analýza určuje přítomné prvky; analýza minerálních fází pomáhá určit přítomné sloučeniny. Při výběru čištění jsou užitečné také zkoušky rozpustnosti ve vodě. Smíšené usazeniny často vyžadují více než jednu analytickou metodu, zejména když rozpustné soli spojují tvrdší částice oxidu křemičitého nebo oxidů.

Sledujte kontaminaci ve vodním a parním okruhu

Netěsnost kondenzátoru může do kondenzátu vnášet nečistoty z chladicí vody. Další cestou je kontaminovaný procesní kondenzát vracený do okruhu v případech, kdy se odvádí teplo. Výsledné usazeniny v turbíně závisí na druhu nečistot, jejich koncentraci v kotli a způsobu přenosu do páry.

Porovnejte vzorky doplňovací vody, kondenzátu, napájecí vody, kotelní vody a páry na vstupu do turbíny. Zhoršení kvality, které se nejprve projeví v kondenzátu, ukazuje na jiný zdroj než zhoršení omezené na kotelní vodu. Záznamy o chemickém složení by měly zahrnovat také změny úpravy vody, neobvyklou spotřebu doplňovací vody, období najíždění a případné odstavení vratného kondenzátu.

U usazenin bohatých na železo prověřte transport korozních produktů a nedávnou provozní historii. Působení okolního prostředí během odstávky, nevhodná konzervace a provozní přechodové stavy při najíždění mohou uvolnit nahromaděné oxidy. Větší částice oxidů mohou rovněž způsobovat erozi, takže povrch vykazující usazeniny i poškození nárazy může být ovlivněn více než jedním mechanismem.

Než přijmete zdánlivě čistý výsledek analýzy páry, ověřte vzorkovací systém. Umístění odběru, uspořádání odběrového systému, stav vedení, chlazení a odezva analyzátoru ovlivňují, zda se zachytí krátkodobá kontaminační událost. Zpožděný laboratorní vzorek odebraný po obnovení stabilního provozu nemůže zpětně zachytit dřívější odchylku způsobenou unášením vody.

Odlište příznaky zanášení od jiných ztrát výkonu

Usazeniny mění profil lopatek, zvyšují drsnost povrchu a omezují průřezy trysek. V závislosti na umístění a závažnosti vedou ke snížení účinnosti, změně tlaků ve stupních nebo snížení průtočné kapacity. Porovnávejte tlak ve stupních a průtok páry při shodných vstupních podmínkách, výstupním tlaku a zatížení; jediný údaj o tlaku nestačí.

U parní turbíny pohánějící generátor s dostupným výkonem od 1.5 MW do 400 MW je třeba elektrický výkon posuzovat současně s průtokem páry a termodynamickými podmínkami. Samotná ztráta výkonu nerozliší zanášení lopatek od nižší vstupní teploty, vyššího tlaku v kondenzátoru nebo omezení na elektrické straně.

Stejně důsledně je třeba posuzovat vibrace. Nerovnoměrné usazeniny mohou narušit vyvážení rotoru, ale vibrace mohou způsobit také změny souososti, problémy s ložisky, tření a poškození lopatek. Dávejte do souvislosti trendy vibrací s chemickými odchylkami a změnami výkonu a mechanický stav následně ověřte při prohlídce. Uvolněný materiál se může odtrhnout, takže náhlá změna vibrací není důkazem, že se zanášení odstranilo.

Způsob odstranění a prevence zvolte podle potvrzeného mechanismu

Metody čištění vybírejte podle analýzy usazenin a postupu výrobce turbíny. Pro některé rozpustné soli je vhodné omývání vodou, zatímco usazeniny bohaté na oxid křemičitý nebo pevně ulpívající oxidy mohou vyžadovat jinou schválenou metodu. Nekontrolované abrazivní čištění může změnit geometrii nebo povrchovou úpravu lopatek; nevhodné chemikálie mohou poškodit materiály nebo zůstat zachycené ve štěrbinách.

Před čištěním posuďte důlkovou korozi, trhliny a erozi pod usazeninami. Lopatka, která se jeví jako zanesená, může být zároveň poškozena korozí a vyžadovat opravu nebo výměnu. Online omývání lze provádět pouze tehdy, pokud je výslovně povoleno konstrukcí turbíny a provozním postupem, který stanoví limity pro přívod a odvod vody.

Nápravné práce provádějte podle zjištěných důkazů: při mechanickém unášení vody opravte součásti odlučovacího zařízení, při přechodových stavech stabilizujte chování hladiny v bubnu, při potvrzeném průniku nečistot obnovte odstraňování oxidu křemičitého nebo izolujte zdroj kontaminace v kondenzátu. Po opětovném uvedení do provozu sledujte reprezentativní chemické složení páry při najíždění a změnách zatížení, nejen při stabilním provozu. Při nejbližší vhodné odstávce znovu prohlédněte dříve zasažené stupně a ověřte, zda se tvorba usazenin zpomalila, nebo obnovila.