8.9. Термічна деаерація живильної води

При експлуатації паротурбінних електростанцій можлива корозія металу пароводяного тракту (як трубопроводів, так і окремих елементів устаткування) агресивними газами, розчиненими в живильній воді. Такими агресивними газами є кисень, повітря і вуглекислота СО₂. Джерелами попадання цих газів в живильну воду є присоси повітря в елементах теплової схеми, що знаходиться під вакуумом (конденсатор, вакуумні відбори і підігрівачі), і додаткова вода, що містить карбонатні і бікарбонатні солі, що виділяють при високій температурі вуглекислоту СО₂. Правилами технічної експлуатації у разі так званих традиційних водних режимів встановлена норма вмісту кисню в живильній воді: 20 мкг/кг для установок з тиском 4,0-10,0 МПа і 10 мкг/кг з тиском вище 10,0 МПа. Аналогічно норма вмісту вуглекислоти в живильній воді для установок з тиском до 100 МПа - не більше 5-10 мкг/кг і з тиском вище 10,0 МПа - 2- 7 мкг/кг.

Для забезпечення в котлі нормального вмісту газів в живильній воді на сучасних станціях, передбачається деаерація (дегазація) живильної води. Основним способом звільнення води від розчинених в ній газів є термічна деаерація.

Термічна деаерація заснована на фізичному законі Дальтона-Генрі, по якому концентрація газу, розчиненого у воді, пропорційна тиску цього газу над поверхнею води (для суміші газів, наприклад, для повітря, пропорційна парціальному тиску кожного газу). Коли температура води досягає температури кипіння, парціальний тиск газів над поверхнею рідини падає, оскільки гази витісняються водяними парами, що утворюються над поверхнею при цій температурі.

Зміна вмісту кисню у воді залежно від її температури показана на мал. 8.23.

Таким чином, основними задачами термічної деаерації є доведення температури води до температури кипіння для прийнятого тиску, недопущення контакту води із зовнішнім середовищем, надійність і швидкість видалення газів, що виділяються. Ці задачі достатньо повно розв'язуються в змішуючих підігрівачах - термічних деаераторах (мал. 8.23)

Мал. 8.23. Залежність вмісту у воді розчиненого кисню від температури і тиску.

Як видно з мал. 8.23, вода, що підлягає деаерації, підводиться в деаераційну колонку на розташовані одна під одною розбризкуючі тарілки з невеликими отворами. Ця конструкція, розбиваючи всю масу води на дрібні струмені і краплі, збільшує поверхню, розділяючу рідину від зовнішнього середовища.

Падаючі струмені і краплі води підігріваються підведеним знизу гріючим паром до температури, близької до температури кипіння. Такий прогрів води забезпечує виділення розчинних в ній газів. Гази, що виділилися, з деякою домішкою водяної пари - пароповітряна суміш віддаляється з верхньої частини колонки. Пара що міститься в пароповітряній суміші, конденсується в додатковому підігрівачі, підігріваючи воду, що поступає в колонку.

З нижньої частини колонки деаерована вода відкачується насосом.

Необхідність нагріву води до температури насичення (кипіння) дає можливість одночасного використання деаератора як змішуючого регенеративного підігрівача. Деаераційну колонку встановлюють над збірним циліндричним баком, місткість якого використовується як демпферний запас води, компенсуючий короткочасні невідповідності між споживанням живильної води і надходженням конденсату з конденсатора парової турбіни. Одночасно деаератор і збірний бак є місцем змішування різних потоків води і дренажів теплової схеми станції.

Включення деаераторов в теплову схему електростанції здійснюється або на самостійному відборі (мал. 8.25, а), або як передвключна ступінь на відборі більш високого тиску, що живить поверхневий підігрівач (мал. 8.25,б).

При включенні деаератора на самостійний відбір турбіни при зміні електричного навантаження міняється тиск у відборах, а отже, і в деаераторі, що дещо ускладнює наладку роботи деаератора і погіршує умови роботи живильного насоса. При приєднанні деаератора по передвключній схемі, це ускладнення відпадає, оскільки при нормальному режимі тиск в деаераторі менше тиску пари у відборі. При такій схемі поверхня нагріву регенеративного підігрівача, з’єднаного з деаератором, може бути відповідно зменшена.

Робочий тиск в деаераторі в даний час вибирають підвищеним (0,6-0,8 МПа), що дозволяє підключити його до відборів підвищеного тиску (до 1,0 - 1,2 МПа), скорочуючи число підігрівачів високого тиску в порівнянні з варіантом застосування атмосферного деаератора (тиск в деаераторі 0,1-0,11 МПа). Застосування деаераторів з тиском вище 0,8 МПа значно підвищує вартість корпусу деаератора через збільшення товщини стінок і ускладнення його конструкції. Крім того, в цьому випадку підвищується температура води, що поступає в живильний насос, що значно погіршує умову його роботи.

Тепловий розрахунок деаератора полягає у визначенні витрати пари для деаерації на базі теплового і матеріального балансу.

Тепловий баланс деаератора, як змішуючого підігрівача має наступний вираз:]

(8.37)

Мал. 8.24. Схема термічного деаератора атмосферного або підвищеного тиску.

1 - повітря; 2 - охолоджувач випару; 3 - пароповітряна суміш; 4 - регулятор рівня води; 5 - відведення деаерованої води; 6 - відведення конденсату випару; 7 - підведення деаерованої води; 8 - підведення гріючої пари; 9 - живильний насос.

де D_Д , і_д - витрата і ентальпія гріючої пари з відбору турбіни, що йде в деаератор; D_кД і t_кД - витрата і ентальпія основного потоку конденсату турбіни, що поступає в деаератор; D_кр і t_кр - витрата і ентальпія дренажів з регенеративних підігрівачів; D_пв і t_Д - витрата і ентальпія живильної води, що виходить з деаератора; Q_p - втрати теплоти в навколишнє середовище.

Матеріальний баланс деаератора матиме наступний вигляд:

D_п.в=D_кД+D_Др+D_Д.

В конкретних випадках ці рівняння можуть розширятися додатковими доданками, що відображають додаткові потоки, що направляються в деаератор, наприклад: потоки дистиляту з випарників або додаткової води з хімводоочищення і так далі.

При жорстких вимогах до вмісту агресивних газів до живильної води додаткова вода, що поступає в контур ТЕС, повинна мати попередню деаерацію. Деаерація додаткової води незалежно від методу підготовки (хімводоочистка або термічна підготовка) здійснюється в додаткових деаераторах на атмосферному тиску (р_д=0,10,11 МПа). Первинна деаерація додаткової води при її хімічній обробці може здійснюватися і в основному конденсаторі парової турбіни з подальшою деаерацією всієї живильної води в деаераторі підвищеного тиску.