Тема 4. Методы обеспечения качества пара

4.1. Ступенчатое испарение

4.1.1.Концепция ступенчатого испарения

Ступенчатое испарение было предложенно в 1936 г. Е.І.Роммом (ВТИ) и нашло свое применение в барабанных котлах на органическом топливе. Практическое развитие осуществлено В.І.Ноевым (ОРГРЕС).

Предложение внешне казалось не очень удачным из-за того, что предлагало допустить в котле химический перекос и создать для отдельных поверхностей нагрева котла (экранов) заведомо неравноценные условия. Такого перекоса всегда опасались и значительные технологические и конструктивные усилия направляли на то, чтобы предупредить его. Статистический анализ аварий свидетельстовал о том, что розрывы экранных труб имеют место как раз там, где по каким либо причинам возникало увеличение концентрации примеси, иными словами, образовывался “ химический перекос ”. Однако, уже первые попытки реализации, а также последующие научные обоснования доказали полезность ступенчатого испарения.

Цель ступенчатого испарения: повысить качество пара, максимально ослабить влияние концентрирования примесей в парогенераторной воде на качество пара, использовать те обстоятельства, что в питательной воде содержание примесей намного меньше, чем в парогенераторной воде. Попутно достигается снижение интенсивности отложений в большей части трубок ПГ, которые размещены в чистом отсеке.

Для этого, не изменяя величину продувки для парогенератора в целом, выполняют по длине парогенератора (лучше- трубок) “химический перекос ” (ступени). Достигается это секционированием перегородками жидкостной (водной) части парогенератора. Эта перегородка делит его водный объем на отдельные отсеки, которые имеют возможность обмениваться водой с помощью перепускных (переточных) устройств. Размеры этих устройств позволяют регулировать величину этого перетока и организовывать желаемое направление перетока воды вдоль парогенератора. Тот отсек, в который подается питательная вода, називают чистым отсеком. Последующие отсеки в направлении перетока воды називают солевыми (грязными) отсеками. Количество солевых отсеков может быть разным. Самое простое решение, когда есть только чистый и солевой отсек, т.е., когда реализуется двухступенчатая схема испарения. Более чем два солевых отсека (трёхступенчатая схема испарения) на практие не используют. Переток воды из чистого в солевой отсек и далее осуществляется за счет некоторого повышения уровня воды в предыдущем отсеке. Перепускные устройства (трубы) выполняют достаточно большого размера с очень малыми гидравлическими сопротивлениями. Их сечение должно быть почти таким как и сечение труб, которые подводят в парогенератор питательную воду.

Ступенчатое испарение для ПГ очень желательно , но в горизонтальном ПГ в условиях, когда весь водный объем заполненый змеевиковыми трубками, выполнить деление этого объема на солевой и чистый отсек технически очень сложно. Именно потому такие ПГ вначале ступенчатое испарение не предусматривали и только неудовлетворенность организацией и ведением ВХР ПГ и невозможностью его исправления и коррекции без реконструкции вынудили пойти на применение ступенчатого испарения в современных ПГ. Качество и результативность его использования значительно ниже, чем в установках с барабанными котлами. Прежде всего потому, что солевой отсек может быть только встроенным.

Особенности организации ступенчатого испарения рассмотрим в его формальном описании, наподобие условиям реализации для барабанного котла. Выводы и расчетные формулы, которые получены далее, для ПГ АЕС следует рассматривать как эталон, к которому в ПГ АЭС возможно только наблизиться.

Схема организации двухступенчатого испарения приведена на рис. 4.1

Как уже омечалось наличие химического перекоса приводит теплопередающие поверхности, которые заполняют чистый и солевой отсеки, у неравное состояние. Поэтому солевой отсек розмещают со стороны холодного коллектора где найменее напряжены по тепловой нагрузке участки труб.

Рис.4.1. Схема ступенчатого испарения

1- корпус ПГ, 2- холодный колектор, 3 – секционирующая перегородка , 4- раздаточная система (колектор) питательной воды, 5- горячий коллектор, 6- змеевиковые теплопередающие трубки , 7 – солевой («грязный») отсек; 8- чистый отсек; 9- подвод и отвод воды 1-го контура.

На рисунке наряду с полными потоками приведены ихние относительные величины. Если за 1 принять поток пара, тогда поток продувки это доля продувки,– р, поток питательной воды - это (1 + р ). Доли пара, которые образуются соответственно в чистом и солевом отсеках, обозначим как n₁ и n₂ .

Здесь n_i = D_i / D_п , т.е. отношение количества пара, который образуется в соответствующем отсеке к общей производительности парогенератора по пару. Очевидно, что , например, при двух ступенях (z=2) : n₁ + n₂ = 1 .

Наличие химического перекоса ставит теплообменные поверхности, которые подключены к чистому и солевому отсекам, в неравные условия. Поэтому солевые отсеки размещают в найменее напряженных по тепловой нагрузке пучкам парогенераторов. Чаще всего – это участки труб пучка, примыкающие к «холодному коллектору» .

Производительность солевого отсека делают намного меньше (в 5 ... 10 раз), чем чистого отсека, поэтому смесь пара чистого и солевого отсеков (по паре никаких препятствий нет и пар свободно перетекает из одного отсека в другой) намного чище, чем у случае одноступенчатого испарения.