Chemia energetyczna a wzrost efektywności energetycznej urządzeń

Pracy bloków energetycznych towarzyszą – w ich układach wodno-parowych – procesy cieplno-mechaniczne i chemiczne. Te ostatnie to synchronicznie przebiegające – podczas eksploatacji bloku – liczne i skomplikowane reakcje chemiczne, które mają zapewnić trwałość urządzeń, efektywność procesu oraz czystość układu wodno-parowego. Wiele z tych procesów udoskonalono na przestrzeni minionych lat. Wpływa to na wzrost efektywności energetycznej. Można śmiało powiedzieć: bez chemii energetycznej, ani rusz! By zgłębiać wiedzę oraz w celu wymiany doświadczeń zawodowych zorganizowano piętnastą już konferencję z cyklu „Udział chemii energetycznej we wzroście efektywności energetycznej urządzeń”. A o czym dyskutowano podczas wspomnianej konferencji? O tym w tej relacji. Załączamy również galerię z wydarzenia.

Konferencja rozpoczęła się od „Chemicznego wieczoru wspomnień” podczas, którego omówiono w skrócie ponad 30 letnią historię tego wydarzenia. Nie zabrakło również projekcji archiwalnych filmów autorstwa inż. Adama Jakubika nt. korozji rur ekranowych oraz procesów fizykochemicznych na powierzchni ogrzewalnej. W filmach pokazano urządzenia energetyczne z czasów kiedy woda zasilająca obieg wodno-parowy bloku energetycznego uzdatniana była na wyparkach, a później na wymiennikach sodowych… Dziś dysponujemy takimi technologiami jak stacja DEMI, RO, EDI, a jednak budowa bloków energetycznych na parametry nadkrytyczne oraz ich eksploatacja stawiają kolejne wyzwania dla chemików. Chodzi m.in. o spełnienie wyższych wymagań w zakresie czystości wody oraz reżimu chemicznego. Wraz z podnoszeniem ciśnienia obiegu, następuje stopniowy zanik różnicy pomiędzy fazą ciekła i parową. Woda zaczyna zachowywać się jak jednolita faza płynnie zmieniająca temperaturę. To powoduje, że konieczne są zmiany w budowie układu przepływowego kotła nadkrytycznego. Dla wody warunki nadkrytyczne wynoszą: Tk=374 st. C, pk=22,1MPa. Za pomocą temperatury i ciśnienia wody w stanie nadkrytycznym można zmienić jej właściwości, np. gęstość lub lepkość. Poprzez zmianę kwasowości oraz polarności wody można z kolei istotnie zmienić jej chemiczne właściwości. Z tego względu bardzo istotna jest kontrola stanu powierzchni wewnętrznej rur parowników kotłów nadkrytycznych. Kotły na parametry nadkrytyczne są z ekonomicznego punktu widzenia – opłacalne, jednak zmiana właściwości wody w stanie nadkrytycznym nastręcza wielu problemów z uwagi na jej korozyjność w pobliżu punktu krytycznego. Wymagane jest utrzymanie bardzo wysokiej jakości wody uzupełniającej.

Reżim chemiczny pozwala uniknąć takich problemów jak m.in.:

  • uszkodzenia korozyjne powierzchni ogrzewalnych,
  • powstawanie osadów o charakterze korozyjnym,
  • obniżenie sprawności urządzeń.

Normy i wytyczne

Dostępnych jest wiele wytycznych dotyczących jakości wody oraz jej uzdatniania co celów energetycznych, które na przestrzeni lat zostały dostosowane do zmieniających się wymogów technologicznych w zakresie pracy kotłów. Najnowsze wydania norm i wytycznych w energetyce w wyżej wymienionym zakresie, to:

  • Polska norma PN-EN 12952-12:2006,
  • Wytyczne VGB Power Tech VGB-R 450 Le,
  • Wytyczne EPRI,
  • oraz Wytyczne IAPWS.

Odwracalna elektroliza

Odwracalna elektroliza (EDR) to jedna z technik przygotowania wody do celów energetycznych. Jej zastosowanie w konfiguracji z innymi procesami pozwala otrzymać wodę spełniającą wszystkie wymagania jakościowe stawiane jednostkom wytwórczym. Na konferencji zostały przedstawione doświadczenia związane z funkcjonowaniem i eksploatacją stacji EDR w TAURON Wytwarzanie S.A. Oddział Elektrownia Stalowa Wola. Technologia EDR jest oparta na elektrodializie. Stosuje się ją w celu usuwania z roztworów wodnych, rozpuszczonych w nich substancji w formie jonowej. Jej celem jest zmniejszenie ilości chemikaliów używanych w procesie czyszczenia membran. Przyczyną modernizacji SUW w Elektrowni Stalowa Wola była konieczność dostosowania jej wydajności w perspektywie budowy nowego bloku energetycznego. Wyniki badań po ok. trzyletniej eksploatacji instalacji pokazały, że eksploatowane urządzenia są w dobrym stanie, a parametry chemiczne wody nie odbiegają od wyników otrzymanych podczas pomiarów gwarancyjnych.

Oczyszczanie ścieków z IMOS

W energetyce mamy do czynienia z instalacjami uzdatniania wody jak i z instalacjami oczyszczania ścieków (np. oczyszczalnie ścieków z IMOS – Instalacji Mokrego Odsiarczania Spalin). Zagadnienia związane z działaniem istniejących oczyszczalni ścieków z IMOS i kierunków działań w kontekście nadchodzących wymagań, przedstawił Antoni Litwinowicz z Energopomiaru Sp. z o.o. Ścieki powstające w IMOS charakteryzują się wysoką zawartością m.in. chlorków, siarczanów, różnych form związków azotowych oraz obecnością metali ciężkich i zawiesin. Stąd konieczność oczyszczania tych ścieków pozwalająca na ich dalszą „obróbkę” już w standardowych oczyszczalniach ścieków. Niestety istniejące oczyszczalnie z IMOS nie są w stanie spełnić wszystkich wymagań stawianych ściekom oczyszczonym. Konieczna jest ich rozbudowa o dalsze węzły oczyszczania. Rozbudowa powinna zależeć od rodzaju spalanego paliwa oraz sposobu odsiarczania i odazotowania spalin w danej elektrowni.

Zdalna diagnostyka z platformy informatycznej LM System PRO+®

Większość uszkodzeń urządzeń cieplno-mechanicznych elektrowni ma swoje źródło w cieplno-mechanicznych oraz chemicznych warunkach pracy. Wpływ tych ostatnich na stan techniczny wielu węzłów konstrukcyjnych bloków, nie tylko nadkrytycznych, jest bardzo duży, a w niektórych przypadkach, dominujący. Skutki tego widać podczas diagnostyki postojowej, zwłaszcza poawaryjnej. Jeśli zintegrować w odpowiedni sposób wiedzę z diagnostyki postojowej z bieżącą analizą warunków eksploatacji w zakresie cieplno-mechanicznym i chemicznym to otrzymamy systemowe podejście do diagnozowania stanu technicznego urządzenia i weryfikacji prognozy trwałości w czasie rzeczywistym. W Pro Novum od prawie 10-ciu lat budowane są kolejne wersje platformy informatycznej LM System PRO+®, które diagnostykę nie tylko pozwalają realizować zdalnie, ale również w sposób najtańszy i najbardziej komfortowy dla Klienta tzn. udostępniać ją w formie usługi SaaS (Software as a Service). Polega to na korzystaniu z aplikacji zainstalowanej na serwerze Firmy, bez potrzeby zakupu licencji oraz bez ponoszenia kosztów utrzymania oprogramowania. Rozwiązanie takie znajduje coraz szersze zastosowanie w wielu dziedzinach i branżach. To najlepszy sposób na zapewnienie niskiej ceny i wysokiej jakości usługi.

Korozja postojowa, osady, zapobieganie i usuwanie

Jednym ze skutków niedotrzymywania wymagań eksploatacyjnych, może być korozja postojowa oraz gromadzenie się osadów w układach łopatkowych turbin parowych. Zjawisko korozji postojowej odpowiada za uszkodzenia układów łopatkowych wirników i tarcz kierowniczych podczas postoju urządzenia. Natomiast gromadzenie się osadów (np. związków miedzi) w układach łopatkowych turbin powoduje m.in. obniżenie możliwej do uzyskania mocy turbiny. Korozji postojowej można unikać lub ograniczać ją poprzez zastosowanie specjalnych procedur odstawienia turbiny, ograniczających wilgoć wewnątrz korpusu. Istotne jest również stosowanie zabezpieczeń antykorozyjnych. W przestrzeni chronionej urządzenia, wilgotność względna powinna być mniejsza niż 50%. Z kolei ograniczenie gromadzenia się osadów można uzyskać między innymi poprzez utrzymanie wysokiej jakości czynnika w układzie wodno-parowym, zminimalizowanie korozji podgrzewaczy wody zasilającej czy nie dopuszczenie do nadmiernego przyrostu zanieczyszczeń na wewnętrznych powierzchniach rur ekranowych i przegrzewaczy.

Usunięcie nadmiernej ilości osadów na wewnętrznych powierzchniach kotłów i wymienników ciepła można osiągnąć przez chemiczne czyszczenie i trawienie. Przytoczono m.in. odpowiednie przepisy UDT w tym zakresie oraz przedstawiono przykłady praktyczne. Przypomnijmy tylko, że trawienie to proces działania roztworami chemikaliów na powierzchnie ogrzewalne urządzeń nowych, poddanych modernizacji czy remontowi przed ich uruchomieniem. Celem trawienia jest dokładne oczyszczenie oraz pasywacja. Natomiast chemiczne czyszczenie to oczyszczanie urządzenia lub jego elementu z osadów eksploatacyjnych oraz produktów korozji przy użyciu odpowiednio dobranych mediów oraz neutralizacji i pasywacji urządzenia.

Bez chemii ani rusz

Konferencja potwierdziła, że nowoczesna energetyka nie obejdzie się bez udziału chemii energetycznej, a złożoność procesów zachodzących w elektrowni oraz coraz wyższe wymogi w zakresie ochrony środowiska i efektywności energetycznej stawiają nowe wyzwania przed chemikami w elektrowni.

Konferencja w liczbach i nie tylko

Konferencja, której organizatorem było Przedsiębiorstwo Usług Naukowo – Technicznych „Pro Novum” Sp. z o.o. przy współpracy z Tauron Wytwarzanie S.A., UDT oraz Towarzystwem Gospodarczym Polskie Elektrownie Grupa Chemiczna, w tym roku odbyła się w Wiśle w dniach 21-23 maja. Była to jubileuszowa, 15 konferencja z tego cyklu. Wyróżniono osoby zasłużone oraz zaangażowane w to wydarzenie od wielu lat. Drugiego dnia konferencji, wieczorem odbył się koncert uświetniający jubileusz XV-lecia wydarzenia. Wygłoszono prawie 30 referatów. W konferencji wzięło udział ponad 140 osób. Patronatem medialnym wydarzenie objęła m.in. redakcja portalu Elektroenergetyka i przemysł online. Inżynieria w praktyce.

Autor: Patrycjusz Ploszka – napisane w oparciu o referaty wygłoszone podczas konferencji.

Fot.: Patrycjusz Ploszka (w razie wykorzystania naszych zdjęć z www.eip-online.pl prosimy o podanie autora zdjęć oraz źródła: www.eip-online.pl). Zdjęcia w lepszej rozdzielczości – dostępne w redakcji, napisz: biuro@eip-online.pl).