Оглавление

ВВЕДЕНИЕ……………...………………………………..……………….….	5
1. РОЛЬ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ В КОМПЛЕКСЕ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ…………....……….…………………………………...….	6
1.1. Цели деаэрации воды в циклах энергетических установок.	6
1.2. Типы термических деаэраторов и области их применения…………………………………………………...................	6
2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ………...……….……………………………….....….	6
2.1. Деаэрация как абсорбционный процесс……………..........................	6
2.2. Статика процессов деаэрации…………….....…………………..…...	12
2.3. Кинетика процессов деаэрации…………….....……………..……….	12
2.4. Факторы, определяющие эффективность термического деаэратора................................................................………………...……...	12
3. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДЕАЭРАТОРОВ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ И ЭЛЕМЕНТОВ ИХ ОБВЯЗКИ……………….…..	25
3.1. Общие сведения о конструкциях атмосферных деаэраторов….…..	25
3.2. Деаэраторы малой производительности……………………..….......	30
3.3. Деаэрационные колонки повышенной производительности............	37
3.4. Деаэраторные баки……………………………………....…...……….	40
3.5. Предохранительно-сливные устройства…………………………….	53
3.6. Охладители выпара……………...……………………..……………..	67
3.7. Конструкционные материалы, используемые при изготовлении атмосферных деаэраторов и элементов их обвязки……………………..	71
Библиографический список……………………………………………..……	149

Введение

Деаэрация воды является одной из важнейших стадий подготовки теплоносителя для стационарных энергетических установок, включая паротурбинные установки и тепловые сети. Эффективность деаэрации воды во многом определяет надежность, безопасность и экономичность работы этих установок, поэтому обеспечение качественной дегазации технологических вод является одной из приоритетных задач эксплуатации и проектирования объектов энергетики.

В отечественной и зарубежной практике наиболее широкое распространение получили термические методы дегазации, обладающие неоспоримыми экологическими преимуществами по сравнению с альтернативными, например, химическими методами. Значительную долю дегазационных аппаратов, применяемых на действующих и проектируемых энергообъектах России, составляют термические деаэраторы струйно-барботажного типа атмосферного давления.

В настоящем автоматизированном учебном комплексе рассмотрены физико-химические основы термической деаэрации воды, приведены сведения о типовых конструкциях, режимных характеристиках, составе технологических схем и особенностях эксплуатации атмосферных деаэрационных установок.

Представленная в настоящем автоматизированном учебном комплексе информация предлагается студентам теплотехнических специальностей высших учебных заведений в рамках изучения ими таких специальных технических дисциплин, как «Тепломеханическое вспомогательное оборудование и трубопроводы тепловых и атомных электрических станций», «Режимы работы и эксплуатация тепловых электрических станций». Автоматизированный учебный комплекс может быть полезным специалистам, занимающимся эксплуатацией деаэрационных установок, а также инженерно-техническому персоналу электростанций и котельных при переподготовке и повышении квалификации.

1. РОЛЬ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ

В КОМПЛЕКСЕ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

1.1. Цели деаэрации воды

в циклах энергетических установок

Удаление растворенных газов (кислорода, диоксида углерода, азота, сероводорода и пр.) из технологических вод энергетических установок необходимо для надежной и эффективной работы поверхностей нагрева котлов, теплообменных аппаратов, элементов проточной части турбин, трубопроводов, а также получения воды требуемого качества для специальных целей промышленных предприятий [1–28]. Надежность при этом связана с присутствием в водах и парах коррозионно-агрессивных газов, прежде всего кислорода и диоксида углерода. Влияние растворенных в теплоносителе газов на эффективность указанного оборудования обусловлена несколькими факторами: во-первых, присутствием в парах неконденсирующихся газов, которые существенно снижают интенсивность теплоотдачи в теплообменных аппаратах; во-вторых, наличием на теплообменных поверхностях слоев продуктов коррозии, вносящих дополнительные термические сопротивления процессу теплопередачи; в-третьих, повышением эксплуатационных расходов на перекачку воды через загрязненное продуктами коррозии оборудование и трубопроводы.

Источники поступления газов в цикл энергетической установки различны. Применительно к циклу паротурбинной установки, например, кислород поступает с добавком теплоносителя для восполнения внутристанционных утечек воды, пара и конденсата и невозврата конденсата от потребителей пара; с присосами воздуха и охлаждающей воды в конденсаторах турбин, воздуха и сетевой воды в подогревателях сетевой воды, работающих под разрежением, присосами воздуха в других элементах цикла, работающих в зоне вакуума (например, подогревателях низкого давления). Диоксид углерода может поступать в цикл всеми перечисленными в отношении кислорода путями и дополнительно – в результате термического разложения гидрокарбонатов и гидролиза карбонатов в теплообменном оборудовании.

На тепловых электростанциях (ТЭС) в целях подавления внутренней коррозии технологического оборудования, образования отложений накипи и шлама, получения чистого пара реализуется комплекс мероприятий по ведению водно-химического режима (ВХР) пароводяного тракта. При этом на ТЭС с котлами докритических параметров используются восстановительные ВХР, на ТЭС с котлами сверхкритических параметров – окислительные ВХР [16–25].

Восстановительные ВХР характеризуются тем, что в пароводяном тракте создаются химические восстановительные условия. Для этого организуется глубокая деаэрация воды и дозировка реагентов, обладающих восстановительными свойствами. Гидразин, например, связывает кислород и восстанавливает окислители, разлагается, в частности, с образованием аммиака. Дозируемый и образующийся при разложении гидразина аммиак нейтрализует слабые летучие кислоты и, тем самым, увеличивает рН воды, уменьшая активность катионов водорода, являющихся окислителями. Окислители: кислород, катионы водорода, нитриты, нитраты и другие соединения окислительного характера, – участвуют в катодных реакциях, усиливая внутреннюю коррозию. Как правило, эта коррозия при эксплуатации оборудования ТЭС с котлами докритического давления протекает с диффузионным контролем катодных реакций. По этой причине организация восстановительного ВХР пароводяного тракта таких ТЭС рациональна. Опыт энергетики свидетельствует, что одним из главных мероприятий по ведению восстановительного ВХР является деаэрация воды и конденсатов [16–25, 29, 30].

Окислительные ВХР реализуются лишь при использовании глубоко обессоленных добавочной воды и турбинного конденсата энергоблоков сверхкритических параметров. Однако и в этом случае, несмотря на дозировку кислорода или воздуха в питательную воду, деаэрация воды и конденсатов необходима, так как обеспечивает удаление из теплоносителя кислых летучих продуктов термолиза и затрудняющих теплообмен газов из зон конденсации пара. Таким образом, и в данном случае деаэрация является важным мероприятием, обеспечивающим ведение ВХР [16–25, 29, 30].

Комплекс мероприятий по дегазации воды и конденсатов в общем случае включает множество частных мероприятий. Их конкретный перечень в зависимости от рассматриваемого газа (кислорода; свободных летучих кислот, среди которых преобладает углекислота; азота; аммиака; сероводорода) состоит из ряда мероприятий. Например, перечень мероприятий по снижению содержания кислорода в пароводяном тракте включает в себя снижение присосов воздуха в вакуумных зонах тракта, деаэрацию добавочной и питательной воды, турбинного конденсата, эксплуатацию системы отсоса паровоздушной смеси (сдувок газов) из зон конденсации пара и гидразинную обработку питательной воды. В перечень мероприятий по снижению содержания углекислоты в пароводяном тракте ТЭС входит известкование исходной воды, декарбонизация обрабатываемой воды, сильноосновное анионирование воды и перечисленные выше в отношении кислорода мероприятия. Дополнительно – амминирование воды и предотвращение поступления в тракт ТЭС органики, в том числе, нефтепродуктов, продуктов термолиза сульфоугля в блочных обессоливающих установках и пр. Общим для всех газов мероприятием является сокращение потерь воды, пара и конденсатов.

Обеспечение бесперебойности теплоснабжения обусловлено, в частности, надежностью теплотрасс систем транспорта тепловой энергии и поверхностей нагрева водогрейного оборудования. Уровень эксплуатационной надежности и затраты на восстановительные ремонты теплотрасс в значительной степени зависят от эффективности подавления внутренней коррозии. Основой антикоррозионной защиты является при этом деаэрация подпиточной (иногда и сетевой) воды.

Скорость внутренней коррозии теплосетевых трубопроводов и водогрейного оборудования, скорость образования отложений зависят от значения водородного показателя рН сетевой воды. С ростом рН уменьшается скорость коррозии и образования железоокисных отложений в водогрейном оборудовании, но увеличивается вероятность карбонатных отложений [11, 12]. Значение рН₂₅ сетевой воды устанавливается нормативными документами на технологически оптимальном уровне [23–25].

Для обеспечения заданного в слабощелочной зоне значения рН₂₅ сетевой воды используется деаэрация воды и (или) щелочная коррекционная обработка подпиточной воды едким натром или силикатом натрия [21, 26]. Первый способ обеспечения рН предпочтительнее, так как основан на правильной организации основного и обязательного, по требованиям руководящих документов, мероприятия – на термической деаэрации воды. По существу это профилактическое мероприятие. Второй способ основан на использовании нейтрализующих свойств химических веществ, добавляемых в воду. Такой «терапевтический» прием имеет отрицательные побочные эффекты: маскирует недостатки эксплуатации водоподготовительных установок и деаэраторов, требует дополнительных затрат денежных средств, при силикатировании загрязняется теплосеть и существует риск образования железосиликатных отложений в водогрейном оборудовании. Предпочтительным является использование только первого способа регулировки рН сетевой воды путем деаэрации подпиточной воды [31, 32].

Таким образом, термическая деаэрация воды является одной из основных стадий в комплексе водоподготовительных мероприятий на ТЭС вне зависимости от типа используемого ВХР, а также при подготовке воды для систем теплоснабжения.