Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä"

Aleksi Jaakkola
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä Susanna Vähäsarja ÅF-Consult Sisältö Vedenkäsittelyn vaatimukset Mitä voimalaitoksen vesikemialla tarkoitetaan? Voimalaitosten vaatimukset vesikemialle Vesikemian ohjearvot Vesikemian valvonta Magnetiitti, voimalaitoksen musta kulta 2 1

2016 1 Sisältö Vedenkäsittelyn vaatimukset Mitä voimalaitoksen vesikemialla

2 Miksi vettä? Voimalaitokset maailman suurimpia teollisuuden veden käyttäjiä Kattilavesi: Energiansiirto Jäähdytysvesi Savukaasun pesu Generaattori 3 Miksi juuri vesi? Vettä on saatavilla lähes kaikkialla Vesi on halpaa Vedellä on hyvä lämmönsiirtokerroin ja höyrystymislämpö Veden hyvät ja huonot ominaisuudet tunnetaan hyvin Puhtaan veden valmistaminen on helppoa Veden haitallisia vaikutuksia voidaan ehkäistä ja hallita 4 2

Savukaasun pesu Generaattori 3 Miksi juuri vesi?

3 Mihin tarvitaan vedenpuhdistusta? Kerrostumat, likaantuminen Korroosio Bakteerit 5 Veden epäpuhtauksien vaikutuksia prosessissa 6 3

4 Voimalaitoksen vedenkäsittelyllä pyritään: Estämään kerrostumien muodostuminen kattilan tulipinnoille ja turbiiniin Ehkäisemään vesi-höyrykierron korroosiota Varmistamaan vesi-höyrykiertoa suojaavan magnetiittikerroksen hyvinvointi Vesikemian keinot Vedenpuhdistus Kemikaaliannostelu Korroosion & kerrostumien ehkäisy Magnetiitin ylläpito 7 Vesikemian osa-alueet Turbiini Kattila Kattilan jälkiannostuskemikaalit Ulospuhallukset Lisävesisäiliö Mekaaninen suodatus Ioninvaihto Lauhteenpuhdistus Kaasunpoisto Kemikaalisyöttö Syöttövesi -säiliö Lauhdesäiliö Lisäveden valmistus 8 4

Kemikaaliannostelu Korroosion & kerrostumien ehkäisy Magnetiitin ylläpito 7 Vesikemian osa-alueet Turbiini Kattila Kattilan

5 Vesikemian vaatimukset Veden puhtausvaatimuksiin ja kemikaalikäsittelyyn vaikuttavat: 1. Kattilatyyppi Läpivirtauskattila Lieriökattila 2. Kattilan paineluokka Korkea paine (> 60 bar) Matala- ja keskipaineiset (< 60 bar) 3. Höyryn käyttökohde Turbiini Ulkopuoliset höyryn käyttäjät 9 Kattilatyyppejä Lieriökattila Läpivirtauskattila Läpivirtauskattilalla tiukemmat veden puhtausvaatimukset 10 5

Kattilan paineluokka Korkea paine (> 60 bar) Matala- ja keskipaineiset (< 60 bar) 3.

6 Kattilan paineluokan vaikutus vesikemiaan Lieriöpaineen kasvaessa suolojen liukoisuus höyryyn kasvaa Paineen kasvaessa vesipisaroiden kulkeutuminen höyryyn lisääntyy (kuohuminen) paineen kasvaessa veden laatuvaatimukset kasvavat 11 Höyryn käyttökohde Turbiinin teriin kertyy helposti epäpuhtauksia puhtausvaatimukset vedelle/höyrylle Lääke- ja elintarviketeollisuudella vaatimukset höyryn puhtauden ja kemikaalipitoisuuksien suhteen Likaisena palautuva lauhde aiheuttaa ongelmia vesi-höyrykierrossa lauhteenpuhdistus tai puhtaampaa lisävettä korvaamaan hylkylauhde Mikäli lauhdetta ei palauteta lainkaan, kasvavat lisäveden laatuvaatimukset 12 6

7 Vesikemian ohjearvot Kattila- ja turbiinivalmistajien sekä höyrykattilayhdistysten ohjearvot eri kattilalaitoksille VGB DENÅ EPRI SFS-EN Ohjearvoissa määritellään: Epäpuhtauksien maksimipitoisuudet (syöttö- ja kattilavesi, höyry) Suositeltu ph-alue syöttö- ja kattilavedelle 13 VGB:n ohjearvot syöttö- ja ruiskutusvedelle Kattilatyyppi Lieriökattila, ei kuparia lauhde-/syöttövesijärjestelmässä Ajotapa AVT OT ph N Pitoisuus kattilaveden perusteella Pitoisuus kattilaveden perusteella Johtokyky (ammoniakki) Kationivaihdettu johtokyky AL1 9,2 8,6 AL2 9 8,4 AL3 8,6 8,2 µs/cm N Arvioidaan laitoskohtaisesti Arvioidaan laitoskohtaisesti AL1 4,3 1,1 AL2 2,7 0,7 AL3 1,1 0,4 µs/cm N Arvioidaan laitoskohtaisesti AL1 0,2 0,15 AL2 0,5 0,2 AL3 1 0,5 Happi (O 2 ) µg/kg N Arvioidaan laitoskohtaisesti Arvioidaan laitoskohtaisesti AL AL AL3 - - Silikaatti (SiO 2 ) µg/kg N Arvioidaan laitoskohtaisesti Arvioidaan laitoskohtaisesti Kokonaisrauta (Fe) AL AL AL3 - - µg/kg N Arvioidaan laitoskohtaisesti Arvioidaan laitoskohtaisesti AL AL AL3 - - Natrium (Na) µg/kg N Arvioidaan laitoskohtaisesti Arvioidaan laitoskohtaisesti AL1 5 5 AL AL

lauhde-/syöttövesijärjestelmässä Ajotapa AVT OT ph N Pitoisuus kattilaveden perusteella Pitoisuus kattilaveden perusteella Johtokyky (ammoniakki) Kationivaihdettu johtokyky AL1 9,2 8,6 AL2 9 8,4 AL3

8 Vesikemian ylläpito: valvonta Vesikemian hallintaa valvotaan vesi- ja höyrynäytteillä Keskitetty näytteenottojärjestelmä, onlinemittaukset ja käsinäytteet Seurataan laitoksella käytettävien ohjearvojen toteutumista! 15 Jatkuvatoimiset analyysit Näytelinjat prosessista tuodaan keskitettyyn näytekeskukseen, jossa näytejäähdyttimet, analysaattorit ja mahdollisuus käsinäytteen ottamiseen Jatkuvatoimisten mittausten tulokset näkyvät voimalaitoksen valvomossa ja ne voidaan tallentaa tietokoneelle 16 8

15 Jatkuvatoimiset analyysit Näytelinjat prosessista tuodaan keskitettyyn näytekeskukseen, jossa näytejäähdyttimet,

9 Keskitetty näytekeskus

10 Jatkuvatoimisilla analysaattoreilla analysoitavat suureet ph Johtokyky Suora johtokyky Kationivaihdettu johtokyky Happi Silikaatti Natrium 19 Lämpötilan vaikutus veden pharvoon Veden ph Näytejäähdytys tärkeää vertailukelpoisen phmittauksen saamiseksi! Ohjearvojen ph:t ilmoitettu aina 25 C:ssa 20 10

Lämpötilan vaikutus veden pharvoon Veden ph Näytejäähdytys tärkeää

11 Suora johtokyky (C) Kertoo liuoksen sähkönjohtokyvystä Mitä enemmän liukoisia aineita, sitä suurempi johtokyky Mitataan suoraan näytevirrasta Suora johtokyky ilmoittaa: Lisäveden puhtaus Syöttöveden haihtuvan alkalointikemikaalin pitoisuus Kattilaveden suola- ja kemikaalipitoisuuden mittana Fosfaatin syötön optimointi Ulospuhallustarpeen määrittäminen 21 Veden suoran johtokyvyn, ph-arvon ja ammoniakkipitoisuuden riippuvuus toisistaan Veden ph Suora johtokyky 22 11

alkalointikemikaalin pitoisuus Kattilaveden suola- ja kemikaalipitoisuuden mittana Fosfaatin syötön optimointi

12 Kationivaihdettu johtokyky (CC) Johtokyky mitataan kationinvaihtimen jälkeen NH 4+, CaSO 4, NaCl, CO 2 Näytekationinvaihdin poistaa vesi- ja höyrynäytteistä ammoniakin (tai sitä korvaavan alkalointikemikaalin) ja eliminoi siitä aihetuvan johtokyvyn Kationinvaihdin muuttaa näytteeseen liuenneet suolat vastaaviksi hapoiksi: sulfaatit rikkihapoiksi, kloridit suolahapoksi ja hiilidioksidin hiilihapoksi H 2 SO 4, HCl, H 2 CO 3 Suurempi johtokyky kuin suoloilla helpompi havaita 23 Veden suoran johtokyvyn ja kationinvaihdetun johtokyvyn vertailu Suora johtokyky Kationivaihdettu johtokyky 24 12

liuenneet suolat vastaaviksi hapoiksi: sulfaatit rikkihapoiksi, kloridit suolahapoksi ja hiilidioksidin hiilihapoksi H 2 SO 4, HCl, H 2 CO 3

13 Kylläinen höyry -CC -Na -Si Vesihöyrypiirin jatkuvatoimiset mittaukset Kattila Tuorehöyry -CC -Na -Si Kattilavesi -ph -C Syöttövesi -Si -ph -CC -C -O2 Höyrynkuluttajat Puhdistettu lauhde -CC -Si Turbiini Lauhdesäiliö Syöttövesi -säiliö Lisävesi -Si -C Lisävesisäiliö Puhdistamaton lauhde -CC -O2 -ph -Si 25 Käsinäytteet Käsinäytteistä analysoidaan suureita, joiden mittaamiseen ei ole saatavilla tai ei ole järkevää käyttää jatkuvatoimisia analysaattoreita Analyysit tehdään voimalaitoksen omassa laboratoriossa tai ulkopuolisessa laboratoriossa 26 13

Puhdistamaton lauhde -CC -O2 -ph -Si 25 Käsinäytteet Käsinäytteistä analysoidaan suureita, joiden mittaamiseen ei ole saatavilla tai ei

14 Suositeltavia vesi-höyrypiirin käsinäytteitä Syöttövesi Fe Jälkiannostuskemikaalien pitoisuudet Kattilavesi Fosfaattipitoisuus Na Si Fe Org. aineiden pitoisuus Kylläinen ja tulistettu höyry Fe (Cu) Lauhteet Fe Happi, jos ei onlinemittausta (Cu) 27 Magnetiitti Hiiliteräksen pinnalle syntyvä suojaava oksidikerros Edellytykset magnetiitin syntymiselle: Puhdas, hapeton vesi Alkaliset olosuhteet 28 14

aineiden pitoisuus Kylläinen ja tulistettu höyry Fe (Cu) Lauhteet Fe Happi, jos ei onlinemittausta

15 Hyvälaatuinen magnetiittikalvo 29 Magnetiittikalvon muodostuminen vesi-faasissa Fe + 2H + Fe 2+ + H 2 (g) (1) Fe OH - Fe(OH) 2 (2) Fe(OH) 2 Fe 3 O 4 + 2H 2 O + H 2 (g) (3) Reaktio 1 vaatii alhaisen happipitoisuuden vedessä Reaktio 2 vaatii riittävän korkean ph:n ( > 8) Reaktio 3 vaatii > 60 C 30 15

Fe(OH) 2 Fe 3 O 4 + 2H 2 O + H 2 (g) (3) Reaktio 1 vaatii alhaisen

16 Magnetiittikalvon muodostuminen höyryfaasissa Alle 570 C lämpötilassa reaktiotuotteena muodostuu magnetiittia: 3 Fe + 4 H 2 O Fe 3 O H 2 Yli 570 C lämpötilassa reaktiotuotteena muodostuu wüstiittiä, jolla ei ole suojakalvon ominaisuuksia: Fe + H 2 O FeO + H 2 31 Magnetiittikalvon uusiutuminen Hiiliteräs Vesi diffundoituu magnetiittikalvon säröjen pohjalle, jolloin säröt korjaantuvat itsestään 32 16

wüstiittiä, jolla ei ole suojakalvon ominaisuuksia: Fe + H 2 O FeO + H 2 31 Magnetiittikalvon

17 Magnetiittikalvon yleisiä ominaisuuksia Voimalaitoksen normaalissa käyttötilanteessa magnetiittikalvon korroosionkestävyys on erittäin hyvä Magnetiitti on erittäin kova ja hauras materiaali. Se ei kestä: Liian matalaa tai liian korkeaa veden ph-arvoa Värähtelyjä Nopeita lämmönmuutoksia eikä liian korkeata lämpötilaa Liian suurta veden virtausnopeutta eikä turbulenssi-virtausta 33 Teräksen liukoisuuden riippuvuus veden ph-arvosta ja lämpötilasta 34 17

Se ei kestä: Liian matalaa tai liian korkeaa veden ph-arvoa Värähtelyjä Nopeita lämmönmuutoksia eikä liian

18 Hiiliteräksen ja magnetiitin lämpölaajeneminen Hiiliteräksen lämpölaajenemiskerroin on suurempi kuin magnetiittikalvolla Magnetiitti Hiiliteräs 35 18

Samankaltaiset tiedostot

Syöttöveden kaasunpoisto ja lauhteenpuhdistus

Syöttöveden kaasunpoisto ja lauhteenpuhdistus Susanna Vähäsarja ÅF-Consult 11.2.2016 1 Sisältö Syöttöveden kaasunpoisto Kaasunpoistolaitteistot Lauhteenpuhdistuksen edut Mekaaninen lauhteenpuhdistus Kemiallinen