Деаэраторные установки

Деаэрация воды и типы деаэраторов. Удов­летворительное коррозионное состояние паро­водяного тракта электростанции обеспечива­ется правильным соблюдением водного режима и удалением коррозионно-агрессивных га­зов из питательной воды и конденсата. Пита­тельная вода, например, паровых котлов ТЭС сверхкритических параметров пара согласно Правилам технической эксплуатации электро­станций (ПТЭ) должна иметь жесткость не более 0,2 мкг·экв/кг, содержать кислорода ме­нее 10 мкг/кг, а ее удельная электрическая проводимость должна быть менее 0,3 мкСм/см.

Соблюдение этих норм для всех режимов ра­боты оборудования позволяет избежать выно­са продуктов коррозии в зону высокотемпера­турных поверхностей нагрева, связанного с ним ухудшения теплообмена и снижения на­дежности работы, а также предотвратить яз­венную (подшламовую) коррозию в парово­дяном тракте.

В конденсате, питательной и добавочной воде содержатся агрессивные газы (кислород,. углекислый газ и др.), вызывающие коррозию оборудования и трубопроводов электростан­ции. Они поступают в пароводяной тракт пре­имущественно в конденсаторе турбины и в ва­куумной части системы регенерации. Для защиты от газовой коррозии применяют деаэра­цию воды, т. е. удаление растворенных в ней газов. Основное коррозионное действие на ме­талл оборудования оказывает кислород, тем более что содержание его в воздухе и при рас­творении в воде весьма значительно. Углекис­лота вызывает коррозию самостоятельно и действует как катализатор агрессивного воз­действия кислорода, а также способствует за­грязнению пароводяного тракта соединениями железа и меди, которые затем откладываются на трубах паровых котлов. Углекислота со­держится в пароводяном тракте в свободном состоянии и как продукт термического разло­жения солей натрия — бикарбонатов.

Для удаления растворенных в воде газов на паротурбинных электростанциях применя­ют термическую деаэрацию воды. Кислород, оставшийся в воде после термической деаэра­ции, дополнительно обезвреживают, связывая его химическими реагентами (гидразингидрат N₂H₄-H₂0 или его соли).

Основные факторы, определяющие концен­трацию газов в воде и их равновесное состояние: давление и температура воды, количест­венный состав газовой смеси, физическая при­рода газа. Для идеального разбавленного рас­твора газов в жидкости согласно закону Ген­ри равновесная массовая концентрация газов в растворе с_г, мг/кг, пропорциональна парци­альному давлению р_т в газовой фазе над рас­твором:

где Кг — константа фазового равновесия (кон­станта Генри), мг/(кг-Па), которая изменяет­ся в зависимости от температуры и не коэффициент абсорбции газа

где — плотность газа и воздуха, кг/м³; V_r, V_B — объемы растворенного газа и воды, м³; - 0,101 МПа.

Следовательно, массовая концентрация, или растворимость кислорода в воде, мг/кг, равна:

Полное удаление растворенных в воде га­зов практически невозможно. Процесс удале­ния газов из воды происходит до того момен­та, когда равновесное парциальное давление, соответствующее его концентрации в жидкой фазе, превышает парциальное давление этого газа р_т в газовой фазе над раствором. Следо­вательно, для деаэрации воды и удаления (десорбции) агрессивных газов необходимо понижать их парциальные давления над жид­костью. Это возможно осуществить либо по­нижением общего давления газовой смеси над водой, либо перераспределением парциальных давлений газов при постоянном давлении га­зовой смеси. Второй способ универсален и не избирателен по отношению к отдельным га­зам, присутствующим в воде. Он основан на том, что абсолютное давление над жидкой фа­зой представляет собой сумму парциальных давлений газов и водяного пара. Следовательно, необходимо увели­чить парциальное давление водяных паров над поверхностью воды, добиваясь р_вм р, и как следствие этого получить

. Когда тем­пература воды повышена до температуры на­сыщения, парциальное давление водяного пара над уровнем воды достигает полного дав­ления над водой, а парциальное давление дру­гих газов снижается до нуля, вода освобож­дается от растворенных в ней газов (рис 6а). Недогрев воды до температуры насыщения при данном давлении увеличивает остаточное содержание в ней газов, в частности кислоро­да. Термическая деаэрация воды сочетается с ее подогревом в специальном те­плообменнике — деаэраторе.

По сравнению с удалением 0₂ выделение из воды С0₂ более сложная задача, так как в процессе подогрева воды количество угле­кислого газа в ней увеличивается вследствие разложения бикарбонатов и гидролиза обра­зующихся карбонатов.

Термические деаэраторы паротурбинных установок электростанций делятся:

Рис. 6. Зависимость растворимости кислорода (а) и углекислого газа (б) в воде от температуры при раз­личных давлениях

По назначению на:

1. деаэраторы питательной воды паровых котлов;

2. деаэраторы добавочной воды и обратно­го конденсата внешних потребителей;

3. деаэраторы подпиточной воды тепловых сетей.

По давлению греющего пара на:

1) деаэраторы повышенного давления ДП, работающие при давлении 0,6—0,8 МПа, а на АЭС — до 1,25 МПа и использующиеся в качестве деаэраторов питательной воды ТЭС и АЭС;

2. атмосферные деаэраторы (ДА), рабо­тающие при давлении 0,12 МПа;

3. вакуумные (ДВ), в которых деаэрация происходит при давлении ниже атмосферного: 7,5—50 кПа.

По способу обогрева деаэрируемой воды на:

1. деаэраторы смешивающего типа со сме­шением греющего пара и обогреваемой деаэрируемой воды. Этот тип деаэраторов приме­няется на всех без исключения ТЭС и АЭС;

2. деаэраторы перегретой воды с внешним предварительным нагревом воды отборным паром.

По конструктивному выполнению (по прин­ципу образования межфазной поверхности) на:

1. деаэраторы с поверхностью контакта, образующейся в процессе движения пара и воды:

а) струйно-барботажные;

б) пленочного типа с неупорядоченной на­садкой;

в) струйного (тарельчатого) типа;

2. деаэраторы с фиксированной поверхно­стью контакта фаз (пленочного типа с упоря­доченной насадкой).

Наибольшее значение для работы электро­станций имеют деаэраторы питательной воды паровых котлов (ДИВ). Применяют преимущественно деаэраторы с вертикальной цилиндрической деаэрационной колонкой струйного типа, с насадкой, а в последнее время — струйно-барботажные с внутренним обогревом воды паром постоянного давления 0,6—0,8 МПа. Эти деаэраторы являются одно­временно регенеративными подогревателями смешивающего типа в тепловой схеме электро­станции .

В деаэраторе струйного типа вода, подле­жащая деаэрации, подается в деаэрационную колонку через смесительную камеру на верх­нюю распределительную тарелку кольцеоб­разной формы; через отверстия диаметром 5— 8 мм в днище этой тарелки вода падает в ви­де дождя на следующую, расположенную под ней дискообразную тарелку (сито) и т. д. При­меняют от двух до пяти тарелок, размещае­мых одна под другой на расстоянии 400— 1200 мм. Тарелки выполняют попеременно в виде центрально-расположенных дисков и кольцеобразных, прилегающих к внутренней стенке колонки

Греющий пар подается в нижнюю часть колонки через горизонтальный коллектор с от­верстиями. Поднимаясь, поток пара проходит последовательно через промежутки между центрально расположенными тарелками и

Рис. 7. Деаэрационные колонки повышенного и атмосферного давления струйного типа и пленочные с неупоря­доченной насадкой:

а — струйного тнпа повышенного давления: 1 — подвод основного конденсата; 2 — подвод конденсата сетевых подо­гревателей; 3 — смесительное устройство; 4 — 8 — дырчатые тарелки; 9, 10 — подвод конденсата ПВД; // 12— пар от уплотнений штоков клапанов и расширителей дренажей; 13 — подвод греющего пара; 14 — отвод выпара; б — струйного типа ат­мосферного давления: 1 и 2 — подвод химически очищенной воды и обратного конденсата; 3 — смесительная камера; 4 — порог; 5 и 7—10 — тарелки; 6 — горловина в тарелке 5 для перехода выпара; 11 — подвод конденсата сетевых подогревателей; 12, 13 — штуцер для подвода пара в распределительный коллектор; 14 — отвод выпара; в — пленочного типа с неупорядоченной насадкой; 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — водораспределительное устройство; 4— насадка; 5 — парораспределительный коллектор; 6—10—' штуцера для ввода; 6 — конденсата из ПНа; 7— химически очищенной воды; 8 — конденсата испарителей; 9 — греющего пара; 10 — пара от штоков клапанов турбины; 11— штуцер для отвода выпара; 12, 13 — горизонтальные листы; 14 — цилиндрическая перегородка; 15 —- перегородка; 16 — отверстия для выхода 'воды; /7— перфорированные тарелки; 18 — сетка с фиксированной ячейкой; 19 — кольца; 20 — решетка; 21 — обечайка; 22 — патрубки в водяной распределительной камере; 23 — патрубки в сме­сительном устройстве для отвода выпара с периферии колонки; 24— трубы

внутренней поверхностью стенки колонки и внутри кольцеобразных тарелок, пересекает струи воды, нагревая ее до температуры на­сыщения. Выделяемые из воды газы вместе с небольшой несконденсированной частью па­ра — выпаром поднимаются и в виде паровоз­душной смеси удаляются из колонки через центральный штуцер в верхней ее части. Не­обходимая деаэрация воды обеспечивается обязательным нагревом воды до кипения и выделением при этом пара с выпаром в коли­честве не менее 1,5—3 кг на тонну деаэрируе­мой воды.

На рис. 7,б показан струйный деаэратор атмосферного типа, применяемый преимуще­ственно на ТЭЦ для деаэрации добавочной во­ды и конденсата греющего пара промышлен­ного отбора.

В деаэрационных колонках с неупорядо­ченной насадкой (рис. 7,в) вода, подлежа­щая деаэрации, поступает в объем, содержа­щий насадку, через водораспределительное устройство и верхнюю перфорированную тарелку и сливается после деаэрации через сет­ку из нержавеющей проволоки и нижнюю опорную решетку. Греющий пар подается сни­зу через распределительный коллектор. Из-за заполнения рабочей части деаэрационной ко­лонки неупорядоченной насадкой различной, иногда сложной, например омегаобразной, формы вода и нагревающий ее пар проходят длинный извилистый путь; в связи с этим воз­растают площадь поверхности и продолжи­тельность контакта воды и пара, сокращается высота рабочей части деаэрационной колонки.

Деаэраторы смешивающего типа снабжа­ются большей частью охладителями паровоз­душной смеси (выпара), включенными на под­воде деаэрируемой воды. В охладителе выпа­ра пар конденсируется и конденсат его воз­вращается в деаэратор; воздух удаляется в атмосферу непосредственно, если в деаэрато­ре поддерживается избыточное давление, или через паровоздушный эжектор, если деаэра­тор вакуумный.

Рис 8. Схема барботажного устройства в деаэратор­ном баке (по ЦКТИ):

1 — подвод пара; 2 — барботажный лист