В) Факторы, влияющие на повышение эффекта термической деаэрации

Одним из способов повышения эффекта термической деаэрации, как уже оказано выше, является применение барботажа пара в баке-аккумуляторе через деаэрируе­мую воду для поддержания ее в состоянии кипения. Барботаж пара способствует достижению более полного уда­ления из воды растворенных газов, проскочивших вслед­ствие ряда причин из деаэраторной колонки в бак-аккумулятор. Для осуществления барботажа появляется не­обходимость в расходе пара повышенного давления, но степень конденсации барботажного пара ничтожна, так как вода уже нагрета в колонке до температуры насы­щения. Поэтому расход барботажного пара зависит от того, какое количество его можно сконденсировать дега­зируемой водой, так как количество пара, удаляемого из деаэратора с выпаром, относительно невелико и ста­бильно.

Опытным путем установлено, что:

а) выделение газов из воды в греющий пар происходит главным образом, за счет десорбции;

б) в той части деаэраторной колонки, где температура воды достигает температуры кипения, в водяных струях или пленках образуются мельчайшие газовые пузырьки, выделяющиеся в последующем в па­ровую среду

. Существенное влияние на эффективность удаления мельчайших газовых пузырьков, находящихся в нерастворенном состоянии, оказывает продолжитель­ность пребывания воды в баке-аккумуляторе; чем она больше, тем меньше остаточное содержание кислорода в воде на выходе из деаэратора, главным образом за счет продолжающегося в баке-аккумуляторе выделения газовых пузырьков; обычно емкость бака-аккумулятора принимается равной 20—30-мин расходу питательной воды.

Большое влияние на величину остаточного содержа­ния кислорода в дегазированной воде оказывает температурный режим деаэрато­ра. Недогрев воды до темпе­ратуры кипения при данном давлении только на 1 °С уже приводит к недопустимому повышению содержания кис­лорода в дегазированной воде.

Для обеспечения эффек­тивной работы деаэраторной колонки требуется вентиля­ция ее с целью полного отво­да из нее выделившихся из воды газов и обеспечения тем самым минимального парциального давления этих газов в паровом пространст­ве верхней части колонки. Это достигается непрерыв­ным отводом из колонки па­рогазовой смеси

.

Рис. 6-5. Зависимость со­держания кислорода в де­аэрированной воде от рас­хода выпара (начальное со­держание кислорода 3,4—6,9 мг/кг).

Количество выпара оказывает сущест­венное влияние на эффект деаэрации, как это можно видеть из графика, приведенного на рис. 6-5, на котором опытную кривую можно разделить на два участка. Первый из них относится к удельному выпару меньше 1,5 кг на 1 т деаэрируемой воды. На этом участке кривая протекает довольно круто, вследствие чего с уменьшением выпара ниже 1,5 кг/т концентрация кислорода в деаэрирован­ной воде резко повышается. На втором участке кривой, т. е. при удельном выпаре больше 1,5 кг/т, остаточное содержание кислорода практически не зависит от коли­чества выпара. Таким образом, устойчивость процесса термической деаэрации питательной воды достигается при расходе выпара 1,5—2 кг на 1 т. Если деаэрируемая вода содержит много углекислоты, то выпар рекоменду­ется повысить до 2—3 кг/т. Оптимальный размер выпа­ра целесообразно устанавливать для каждого деаэрато­ра опытным путем. Результаты испытаний ряда промыш­ленных деаэраторов свидетельствуют о том, что при на­личии барботажа и исправной деаэраторной колонки можно достичь высокой степени газоудаления при ко­личестве выпара значительно ниже 1,5 кг/т,

Как правило, газопаровая смесь направляется в охладитель выпара, чтобы снизить потери пара и тепла до минимума, а кон­денсат, содержащий газы, подвергается повторной деаэрации.

Если охладитель выпара поверхностный, то трубки его изго­товляются из нержавеющей стали или мышьяковистой бронзы, а трубные доски — из мунц-металла либо из никелевой бронзы во избежание их коррозии.

Охлаждение выпара атмосферных деаэраторов может быть осу­ществлено также при помощи водоструйного эжектора, рабочей средой которого является часть основного турбинного конденсата, подаваемого конденсатным насосом. Линия выпара от деаэраторов 6 кгс!см² может быть подключена через дроссельные шайбы к тру­бопроводу греющего пара атмосферных деаэраторов химически об­работанной добавочной питательной воды; при этом отпадает необ­ходимость в охладителях выпара.

Для обеспечения длительной глубокой деаэрации во­ды количество греющего пара, подаваемого в термиче­ский деаэратор, должно соответствовать непрерывному поддержанию деаэрированной воды в состоянии ки­пения. Недостаточное количество греющего пара вызы­вает падение давления и ухудшение эффекта деа­эрации.

Надежная эксплуатация термического деаэратора возможна лишь при автоматическом поддержании в нем постоянного давления. Благодаря этому обеспечивается независимо от его тепловой и гидравлической нагрузки постоянство температурного режима деаэрации, необхо­димое для наиболее полного удаления газов из пита­тельной воды.

Регулятор давления, поддерживающий соответствие между ко­личеством поступающего пара и потребностью в нем, определяемый нагрузкой деаэратора, должен обладать высокой чувствительностью, благодаря которой он мог бы реагировать на малейшие отклонения от заданного давления. На современных установках используются, как правило, наиболее чувствительные электронные регуляторы давления. Регулятор уровня необходим для приравнивания количе­ства подводимой в деаэраторы воды количеству воды, забираемой из бака-аккумулятора питательными насосами. Эти регуляторы обычно выполняются разгруженными поплавковыми. Поплавок, сле­дуя за уровнем, изменяет степень открытия клапана, подводящего питательную воду в деаэратор. Применяются также электромехани­ческие регуляторы уровня.

Для того чтобы предохранить корпус деаэратора от смятия при образовании в нем разрежения, а также на случай повышения давления выше допустимого деаэраторы снабжаются гидравличе­скими затворами, обеспечивающими сообщение внутренней полости деаэратора с атмосферой.

При наличии на электростанциях нескольких параллельно работающих деаэраторов вполне достаточным является автоматическое регулирование на общих линиях подвода греющего пара и доба­вочной питательной воды при отсутствии индивидуального регули­рования работы каждого деаэратора. В этом случае исключается перетекание воды из одного бака в другой.

Испытания термических деаэраторов показали, что остаточное содержание кислорода в деаэрированной воде может быть доведено до 7—10 мкг/кг. Удаление из воды растворенной свободной углекислоты и степень термиче­ского разложения бикарбоната натрия в значительной мере зависят от величины бикарбонатной щелочности деаэрируемой воды. При карбонатной щелочности де­аэрируемой воды выше 0,65 мг-экв/кг и содержании сво­бодной углекислоты в ней и греющем паре не более 3— 5 мг/кг с повышением давления в деаэраторе облегчает­ся удаление из воды свободной углекислоты. При низ­ких значениях бикарбонатной щелочности деаэрируемой воды (меньше 0,65 мг-экв/кг) и начальном содержании свободной углекислоты в ней и греющем паре больше 3—5 мг/кг скорость десорбции СО₂ заметно снижается. В этих случаях применение барботажа в баке-аккумуля­торе способствует перемешиванию воды и увеличению скорости десорбции СО₂, что обеспечивает более глубо­кое разложение NaHCO₃. Влияние оптимального расхо­да пара на барботаж зависит от содержания углекисло­ты в паре, типа барботажного устройства и возникаю­щих при этом энергетических потерь. Рекомендуется по­давать на барботаж 20—30% всего пара, подаваемого в деаэратор, но не меньше 15—20 кг на 1 т деаэрируе­мой воды. На промышленных ТЭЦ с высоким размером непрерывной продувки целесообразно весь пар от расши­рителей непрерывной продувки подавать в деаэраторы через барботажные устройства.

Существенное значение для надежной деаэрации имеет гидравлический режим работы деаэратора. При увеличении гидравлической нагрузки деаэратора сверх ее расчетной величины возможны переполнение тарелок в колонке и переливание воды через борта толстыми струями, которые, не успев прогреться до нужной темпе­ратуры и освободиться полностью от кислорода и угле­кислоты, попадают в бак-аккумулятор и снижают эффект деаэрации. Кроме того, в этом случае нарушает­ся равномерное распределение пара и увеличивается паровое сопротивление колонки, что также может вы­звать недогрев воды и неполное освобождение ее от газов.

6-2. ДЕАЭРАЦИЯ В КОНДЕНСАТОРАХ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Конденсаторы паровых турбин, в которых поддержи­вается глубокий вакуум (до 97%), являются мощными вакуумными деаэраторами. Поэтому они иногда исполь­зуются для деаэрации всей питательной воды паровых котлов. На рис. 6-6 изображена схема деаэрации до­бавочной химически обработанной воды в конденсаторе турбины 3 с последующей деаэрацией всей питательной йоды в деаэраторе 7 повышенного давления после пред­варительного подогрева в регенеративных подогревате­лях 5.

Правильно сконструированный конденсатор паровой турбины при отсутствии присосов воздуха в конденсатосборник или через сальники конденсатных насосов обеспечивает глубокую деаэрацию конденсата. Большая по­верхность соприкосновения деаэрируемой воды с паром, а также достаточно низкое парциальное давление уда­ляемых газов над поверхностью жидкости на большей части пути создают условия, благоприятствующие де­сорбции из воды растворенных газов.

Рис 6-6. Схема деаэрации добавочной воды в конденсаторе турби­ны и последующей деаэрации всей питательной воды в деаэраторе повышенного давления.

1- парогенератор; 2 — турбина; 3 — конденсатор; 4 — конденсатный насос; .5 — регенеративный подогреватель; 6—насос; 7 -термический деаэратор при р=6 кгс/см², 8 — питательный насос; 9 — регенеративные подогреватели высокого давления; 10 — расширитель непрерывной продувки парогенератора; 11 —теплообменник; 12 — водоподготовительная установка.

. Нагрузка турбины и, следовательно, паровая нагрузка конденсатора в пре­делах 60—100% максималь­ной оказывают незначитель­ное влияние на остаточное содержание кислорода в кон­денсате (рис. 6-7).

О 20 W SO 80 100

Нагрузка турбины, %

Рис. 6-7. Влияние нагрузки тур­бины на остаточное содержа­ние кислорода в конденсате.

Для улучшения эффекта деаэрации добавочной воды ввод ее иногда осуществля­ется непосредственно в паро­вое пространство через рас­пылители. Эффективность деаэрации в конденсаторе можно улучшить, если место отсоса воздуха расположить по возможности дальше oт пути стока струй и пленок основного конденсата. Целе­сообразно конденсат воздухоохладителя как наиболее загрязненный газами подвергать специальной обработке паром для деаэрации его до смешения с основным кон­денсатом.

При осуществлении деаэрации в конденсаторах от эксплуатационного персонала требуется поддержание в условиях длительной эксплуатации достаточно высо­кой воздушной плотности вакуумной системы, включая конденсатор турбины, регенеративные подогреватели и узел конденсатных насосов, работающих под разреже­нием. Даже небольшие присосы воздуха в вакуумную часть конденсационной установки, в частности через краны водоуказательных стекол и сальники конденсат­ных насосов, резко ухудшают эффективность деаэрации.

6-3. ХИМИЧЕСКОЕ ОБЕСКИСЛОРОЖИВАНИЕ

В целях ликвидации проскоков кислорода в термически деаэрированную питательную воду парогенераторов в. д., с.в.д. и с.к.д. применяется обработка ее гидра­зин-гидратом N₂H₄ • Н₂О либо гидразин-сульфатом N₂H₄ *Н₂SO_{4 ,}обладающими сильными восстановительны­ми свойствами.

Гндразин-гидрат представляет собой бесцветную жидкость со слабощелочными свойствами, кипящую при 118,5°С, с точкой плав­ления 2 °С. Пары гидразин-гидрата вредно действуют на слизистые оболочки и дыхательные пути человека; растворы гидразин-гидрата вызывают ожоги кожной ткани к дерматозы. Гидразин-сульфат является твердым веществом с кислыми свойствами; он менее ядо­вит, чем гидразин-гидрат. Гидразин-гидрат доставляется и хранится в герметизированной таре, а гидразин-сульфат в деревянной.

Реакция между гидразин-гидратом и кислородом про­текает по уравнению

N₂H₄-H₂O + O₂ → N₂ + 3H₂O.

Основными факторами, определяющими скорость этой реакции, являются избыток гидразина, начальная концентрация растворенного кислорода, температура, значение рН среды, присутствие и концентрация катали­заторов. Реакция практически не протекает в кислой сре­де и катионированном конденсате при температуре 25 °С. Присутствие меди резко увеличивает скорость процесса. Даже при содержании меди в количестве всего 0,01 мг/кг в слабощелочной среде при 20 °С скорость взаимодейст­вия реэко увеличивается. В условиях парогенераторов, т. е. при температуре 200—300°С, величине рН=9-10;

в присутствии различных катализаторов, в том числе меди, процесс взаимодействия гидразин-гидрата с кисло­родом протекает практически мгновенно.

В результате протекания реакции между гидразин-гидратом и кислородом солесодержание обработанной воды не повышается, так как конечными ее продуктами являются вода и азот.

Гидразин в пароводяном цикле электростанции спо­собен вступать во взаимодействие также с окислами железа и меди. Восстановление окислов металлов обусловливает в начальной стадии обработки питательной воды гидразином увеличение его расхода, который нор­мализуется после завершения восстановительных процес­сов в пароводяном тракте электростанции. Поэтому до введения гидразинной обработки воды внутренние по­верхности котлов, коллекторов, экономайзеров, баков-аккумуляторов, деаэраторов и других емкостей должны быть очищены механическим или химическим способом от скопления окислов железа и меди.

Обработка воды гидразином заключается в непрерыв­ном дозировании в питательную воду таких количеств раствора гидразина, которые обеспечивали бы полное обескислороживание и создание некоторого избытка N₂H₄. Хороший результат по обескислороживанию пита­тельной воды обеспечивается при дозировании гидразина в 2—3-кратном количестве но отношению к остаточному кислороду, содержащемуся в воде после деаэраторов. Избыток гидразина целесообразно поддерживать на уровне 0,02—0,03 мг/кг (но не больше 0,1 мг/кг) N₂H₄.

Раствор гидразин-гидрата вводится непрерывно в ба­ки-аккумуляторы деаэраторов или в питательную маги­страль непосредственно за баками-аккумуляторами.

При одновременном осуществлении гидразинной и аммиачной обработки питательной воды суммарное со­держание в паре аммиака должно составлять величину, принятую по условиям нейтрализации всей свободной углекислоты. Дозирование гидразина и аммиака можно производить с помощью одного и того- же дозирующего приспособления в виде смеси растворов.

В целях предотвращения коррозии тракта питатель­ной воды вплоть до деаэратора на ряде тепловых элек­тростанций успешно применяется химическое обескисло­роживание обессоленной воды и конденсатов, осуще­ствляемое с помощью сильноосновных анионитов в SO₃ ^2- форме. Для этого сильноосновной анионит (см. гл. 9) гененерируется 2—4 % -ным раствором Na₂SO₃, вследствие чего функциональные группы переводятся в SO₃ ² форму. Этот ионитовый способ химического обе­скислороживания является эффективным и достаточно экономичным.

6-4. УДАЛЕНИЕ СВОБОДНОЙ УГЛЕКИСЛОТЫ

Для удаления свободной углекислоты из обрабаты­ваемой воды на водоподготовительных установках оте­чественных электростанций применяются пленочные декарбонизаторы с деревянной хордовой насадкой или с насадкой из колец Рашига. Декарбонизаторы работают на принципе десорбции в условиях противотока воды и воздуха, подаваемого снизу специальным вентилятором. Декарбонизатор с деревянной хордовой насадкой пред­ставляет собой деревянную башню (рис. 6-8), которая заполняется на некоторую высоту щитами, состоящими из досок, уложенных плашмя в шахматном порядке с за­зорами между ними. Декарбонизируемая вода входит сверху через центральный патрубок 1 и равномерно рас­пределяется специальным распределительным щитом на поверхности насадки. Далее вода тонкой пленкой стекает по доскам щитов, омывая их. Через нижний боковой па­трубок вентилятором 5 подается воздух, который поднимается вверх навстречу воде. Так как в обрабатываемой воде парциальное давление углекислоты значительно больше, чем в воздухе, то при их соприкосновении угле­кислота переходит из воды в воздух и вместе с ним про­ходит через патрубки распределительного щита и через большой патрубок 6 отводится в атмосферу. Вода, прошедшая декарбонизатор, через водяной затвор сливается в бак декарбонизированной воды, который часто распо­лагается прямо под днищем декарбонизатора.

На основании исследований, проведенных на промыш­ленных декарбонизаторах с деревянной хордовой насад­кой и модели, установлено, что:

а) удельный расход воздуха, обеспечивающий достаточно глубокое удаление свободной углекислоты, составляет в среднем 20 м³ на I м³ воды;

б) оптимальная плотность орошения деревян­ной хордовой насадки составляет 40—45 м³/м²

в) ско­рость движения воздуха через декарбонизатор следует принимать не меньше 0,085—0,1 м/сек,- считая по неза­полненному насадкой сечению аппарата. При правиль­ном выборе величины поверхности контакта дегазируе­мой воды с воздухом и поддержании указанного выше расхода воздуха декарбонизатор пленочного типа способен обеспечить остаточное содержание свободной угле­кислоты в воде при температуре ее до 30°С в количества 3—7 мг/кг.

Рис. 6-8. Декарбонизатор пленочного типа с деревянной насадкой,

1— подвод воды; 2- выход воды; 3 - распределительные сопла; 4 —деревян­ная насадка; 5 — вентилятор: 6 — выход воздуха.

К недостаткам декарбонизатора с деревянной хордо­вой насадкой относятся:

а) сравнительно малая удель­ная поверхность (поверхность единицы объема) деревян­ной насадки, требующая увеличенной высоты декарбонизатора;

б) недолговечность деревянного корпуса и на­садки декарбонизатора, подверженных делигнификации и гниению;

в) трудность герметизации корпуса декарбонизаторов.

Этих недостатков лишен декарбонизатор, за­полненный керамическими кольцами Рашига (25х25хЗ мм), корпус которого выполнен из металла. Обра­батываемая вода подается в верхнюю часть его (плот­ность орошения составляет около 60 м³/м²) и стекает через загрузку из колец Рашига; навстречу ей вентиля­тором подается воздух с удельным расходом примерно

Для защиты декарбонизаторов от коррозии и предот­вращения загрязнения воды продуктами коррозии ме­талла внутренняя поверхность аппарата покрывается пер-хлорвиниловым лаком, эпоксидной смолой, резиной или другими противокоррозионными веществами. На верх­ней крышке аппарата установлен брызгоуловитель для предотвращения чрезмерного уноса влаги воздухом и обледенения воздухопровода за пределами здания. Для предотвращения утечек воздуха сливной штуцер внизу декарбонизатора снабжен гидравлическим затвором. Для загрузки и выгрузки колец Рашига предусмотрены два лаза. При использовании в качестве насадки колец Ра­шига удается уменьшить площадь и высоту декарбони­затора с одновременным уменьшением эксплуатацион­ных расходов и получением более глубокого эффекта де­карбонизации,