1. Курс лекций ТМиВО ТЭС_для ФЗВО

Если рН пробы деаэрированной воды оказывается меньше 8,33, то это указыва- ет на присутствие в деаэрированной воде свободной углекислоты. Существуют ко- личественные химические анализы, позволяющие определить концентрацию в воде свободного диоксида углерода.

Деаэраторы, оборудованные барботажными устройствами, при правильной экс- плуатации обеспечивают получение деаэрированной воды при отсутствии в ней свободной углекислоты и, кроме того, со степенью разложения содержащихся в во- де гидрокарбонатов на уровне 40-60 % (то есть полностью удаляют свободную угле- кислоту и около половины связанной углекислоты). Степень разложения гидрокар- бонатов устанавливается по измеренным значениям щелочности общей Щобщдв и по

фенолфталеину Щффдв пробы деаэрированной воды:

σ = 2*Щффдв / Щобщдв.

Напомним, что процесс термического разложения гидрокарбонатов может быть

формализован уравнением:

2NaHCO3 → (t) → Na2CO3 + H2O + CO2aq; CO2aq → CO2 ↑.

Известно, что степень разложения гидрокарбонатов σ линейно зависит от вре- мени пребывания воды в деаэраторе (времени выдержки при температуре насыще- ния) и составляет при времени 1 час примерно 0,4 (40 %) для деаэраторов без барбо- тажа и 0,6 (60 %) для деаэраторов с барботажом.

Для обеспечения нормативного качества деаэрированной воды необходимо поддержание соответствующего теплового режима работы деаэратора, который контролируется, в основном, по значениям следующих параметров:

–гидравлической нагрузки деаэратора;

–температуры воды перед деаэратором;

–уровня воды в деаэраторном баке;

–давления пара в деаэрационной колонке или надводном пространстве деаэра- торного бака;

–давления барботажного пара;

–температуры деаэрированной воды;

–расхода выпара деаэратора.

Для большинства деаэраторов регулировочный диапазон изменения гидравли- ческой нагрузки ограничен 30 % и 120 % от номинального значения. При малых нагрузках не наступает заполнения струйных тарелок, образуются широкие коридо- ры для свободного прохода пара, в результате эффективность деаэрации ухудшает- ся. Большие гидравлические нагрузки, напротив, приводят к переполнению струйных тарелок, переливу воды через их борт, увеличению парового сопротивления деаэра- ционной колонки и общему ухудшения условий теплообмена и деаэрации. Из-за не- равномерного прогрева воды в таких режимах становятся вероятными гидроудары, приводящие к вибрациям, а иногда и разрушению внутренних элементов деаэратора.

Нагрев воды в современных деаэраторах ограничивается на уровне не менее 10

и не более 70 оС (то есть температура воды перед деаэратором не менее 30 и не более 90 оС). Температура воды перед деаэратором регулируется её нагревом в предвключенном, обычно пароводяном кожухотрубном подогревателе. При малом нагреве воды в деаэраторе (большой температуре исходной воды) потребность де- аэратора в паре уменьшается. В результате ухудшается вентиляция парового про-

28

странства и ухудшаются условия отвода газов от границы раздела фаз, что приводит к ухудшению эффективности деаэрации. Большой нагрев воды в деаэраторе (малая температура исходной воды), напротив, приводит к увеличению расхода греющего пара и, соответственно, скоростей пара в паровом пространстве. В таких условиях паровой поток нарушает струеобразование в деаэрационной колонке, что ухудшает эффективность деаэрации.

Уровень воды в деаэраторном баке слабо влияет на деаэрационные характери- стики аппарата. Максимальное значение уровня устанавливается так, чтобы в режи- ме нормальной эксплуатации отсутствовал перелив воды через предохранительно- сливное устройство. Минимальное значение уровня должно обеспечивать нормаль- ную работы насосов деаэрированной воды, а также работу барботажного устройства деаэраторного бака при его наличии.

Давление пара в деаэрационной колонке или надводном пространстве де-

аэраторного бака в атмосферном деаэраторе может варьироваться в узком диапа- зоне. Максимальное давление при этом ограничено условиями срабатывания защиты (гидрозатвора предохранительно-сливного устройства) от превышения давления. Минимальное давление – условиями обеспечения нормального расхода выпара де- аэратора.

Если деаэратор оборудован барботажными устройствами с индивидуальным подводом к ним пара, необходимо контролировать давление барботажного пара. При малом давлении пар в барботажное устройство не проходит (давление барбо- тажного пара должно быть больше давления основного пара минимум на величину давления столба воды в барботажном устройстве). При большом давлении барбо- тажный пар может вытеснить основной пар. Такие чисто барботажные режимы вполне применимы для ряда конструкций деаэраторов.

Температура деаэрированной воды должна соответствовать температуре насыщения при рабочем давлении в деаэраторе. Малая температура при нормаль- ном давлении в деаэраторе указывает на наличие внутренних дефектов, препят- ствующих теплообмену.

Расход выпара деаэратора является исключительно важной характеристикой его работы. Этот расход непосредственно не измеряется и устанавливается либо по тепловому балансу охладителя выпара, либо по положению штока вентиля на тру- бопроводе выпара. Малый расход выпара приводит к нарушению нормальной вен- тиляции парового пространства деаэратора и ухудшает деаэрацию. Большой расход выпара может нарушить гидродинамику струйного течения воды в отсеках деаэра- ционной колонки, что также ухудшает деаэрацию.

Принято использовать не абсолютный, а удельный расход выпара – отношение расхода выпара к расходу деаэрированной воды, и измерять его в кг на тонну деаэ- рированной воды. Современные деаэраторы устойчиво работают при значениях удельного расхода выпара от 0,5 до 2,0 кг/т, деаэраторы старых конструкций

– до 5 кг/т.

Если деаэратор оборудован охладителем выпара, необходимо контролировать температуру охлаждающей воды до и после него. Нормальная работа охладителя выпара характеризуется выходом из патрубка газовой сдувки упругой струи практи- чески сухого воздуха. Излишнее парение из этого патрубка указывает на недоста- точный расход воды через охладитель выпара.

29

Е. Вакуумные деаэраторы

В настоящее время среди всех конструкций вакуумных деаэраторов наиболее широкое применение нашли деаэраторы НПО ЦКТИ. Деаэраторы относительно ма- лой производительности выполняются вертикальными, деаэраторы повышенной производительности – горизонтальными. При этом горизонтальные вакуумные де- аэраторы имеют модульную конструкцию, базовым элементом которой является ва- куумный деаэратор ДВ-400 производительностью 400 т/ч. Наиболее крупный аппа- рат производительностью 1200 т/ч состоит из трех таких модулей, объединенных в единый горизонтальный цилиндрический корпус. Существует несколько вариантов конструкции вакуумного деаэратора ДВ-400, отличающихся исполнением и схемой объединения внутренних элементов. Рассмотрим один из таких вариантов (рис. 2.11). Деаэратор представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд диаметром 3 м и длиной 2 м с внутренними элементами.

Рис. 2.11. Конструктивная схема горизонтального вакуумного деаэратора: 1 – штуцер подвода исходной воды; 2 – распределительный коллектор; 3 – верхняя струеобразующая тарелка; 4 – порог верхней струеобразующей тарелки; 5 – ограничивающий порог второй струеобразующей тарелки; 6 – вторая струеобразующая тарелка; 7 – третья струеобразую- щая тарелка; 8 – непровальный барботажный лист; 9 – штуцер отвода деаэрированной во- ды; 10 и 16 – штуцеры подвода греющего теплоносителя; 11 – канал подвода пара под бар- ботажный лист; 12 – жалюзийный сепаратор; 13 – канал для отвода неиспарившейся части перегретой воды; 14 – пароперепускной трубопровод; 15 – штуцер отвода выпара

Деаэратор двухступенчатый струйно-барботажный. Струйная ступень деаэра- ции включает два струйных отсека и контактный струйный охладитель выпара. Бар- ботажная ступень выполнена в виде непровального барботажного листа. Вода, под-

30

лежащая деаэрации, вводится через патрубок 1 в распределительный коллектор 2, после чего поступает на верхнюю струеобразующую тарелку 3. Перфорация верхней тарелки рассчитана на пропуск 30 %-ого расхода воды при номинальной гидравли- ческой нагрузке деаэратора. Остальная часть воды переливается через порог 4 верх- ней тарелки на вторую струеобразующую тарелку 6. Зона перфорации второй тарел- ки секционирована ограничивающим порогом 5 таким образом, чтобы при малых гидравлических нагрузках работала только часть отверстий тарелки для обеспечения нормального струеобразования. Струйный поток со второй тарелки перетекает на третью струеобразующую тарелку 7, откуда также в виде струй поступает на непро- вальный барботажный лист 8. Двигаясь по барботажному листу, вода обрабатывает- ся барботажным паром и сливается через штуцер отвода деаэрированной воды 9.

Греющий теплоноситель поступает в деаэратор через штуцер 16 (если греющем теплоносителем является пар) или штуцер 10 (если греющим теплоносителем явля- ется перегретая вода). Поступившая в деаэратор перегретая вода вскипает. Для эф- фективного отделения образовавшегося пара от воды установлен специальный жа- люзийный сепаратор 12. Выделившийся пар по каналу 11 поступает под барботаж- ный лист 8, а оставшаяся часть перегретой неиспарившейся воды – по каналу, обра- зованному перегородками 13, вытесняется на уровень барботажного листа, где сме- шивается с деаэрируемой водой. Для поддержания требуемого давления пара в па- ровой подушке под барботажным листом имеется перепускной трубопровод пара 14, отводящий избыточный пар непосредственно в основной струйный отсек деаэра- тора. Несконденсировавшаяся часть парового потока, прошедшего через барботаж- ный лист и струнные отсеки поступает в струйный охладитель выпара, образован- ный струйным потоком воды, стекающей с верхней тарелки 3 на вторую струеобра- зующую тарелку 6. Охладитель выпара обеспечивает практически полную конден- сацию пара из выпара. Оставшаяся часть пара вместе с выделившимися из воды в процессе деаэрации газами удаляется эжектором через штуцер отвода выпара 15.

Для обеспечения слива воды из деаэратора самотеком в аккумуляторный бак, деаэратор устанавливается выше бака, причем высота определяется рабочим давле- нием (разрежением) в деаэраторе и обычно составляет не менее 10 м. Вакуумные деаэраторы не имеют запаса воды в своем корпусе. При сливе деаэрированной воды самотеком уровень ее колеблется в сливном трубопроводе в зависимости от давле- ния в деаэраторе, уровня воды в баке-аккумуляторе и нагрузки. Схемы с подачей воды из деаэратора непосредственно к насосам деаэрированной воды применяются редко и характеризуются относительно низкой надежностью.

Вакуумные деаэраторы следует защищать от переполнения и от опасного по- вышения давления. Наиболее просто вопрос защиты решается при сливе деаэриро- ванной воды самотеком в аккумуляторные баки атмосферного давления при обяза- тельном отсутствии запорной и регулирующей арматуры на сливных трубопрово- дах. В этом случае защита осуществляется через переливные гидрозатворы баков, рассчитанные на пропуск максимального расхода деаэрированной воды. В осталь- ных случаях защита должна выполняться с помощью гидрозатвора, присоединяемо- го к сливному трубопроводу. Высота гидрозатвора выбирается в зависимости от ме- ста его присоединения к системе. При подводе к деаэратору в качестве греющей среды пара необходимо также устанавливать предохранительные устройства на па- ропроводе между деаэратором и регулятором давления.

31

Вакуумный деаэратор требует установки дополнительного вспомогательного оборудования – газоотводящего устройства. В качестве таких устройств чаще всего применяются струйные аппараты – эжекторы, которые могут быть паро- или водо- струйными. Весьма редко в качестве газоотводящего устройства применяется меха- нический вакуумный насос.

Схема вакуумной деаэрационной установки во многом определяется типом применяемого эжектора. При использовании водоструйных эжекторов часто приме- няется замкнутая схема (рис. 2.12). Здесь рабочая вода эжектора циркулирует по за- мкнутому контуру и при этом нагревается из-за трения в системе и подмешивания относительно горячего конденсата пара из выпара деаэратора. Поэтому для нор- мальной работы эжектора необходимо контролировать температуру рабочей воды, сбрасывая часть подогретой воды и восполняя недостаток холодной водой.

Основной недостаток замкнутой схемы – потери тепла выпара деаэратора. Эти потери можно уменьшить, если установить между деаэратором и эжектором допол- нительный поверхностный охладитель выпара либо охладитель эжектирующей во- ды. Однако эти мероприятия требуют увеличения капитальных затрат и усложняют эксплуатацию оборудования.

Рис. 2.12. Замкнутая схема включения водоструйного эжектора вакуумного деаэрато-

ра: 1 – вакуумный деаэратор; 2 – подвод деаэрируемой воды; 3 – подвод греющей воды (пара); 4 – бак-аккумулятор; 5 – насос деаэрированной воды; 6 – водоструйный эжектор; 7 – бак эжектирующей (рабочей) воды; 8 – насос эжектирующей воды

Полный возврат теплоты выпара в цикл возможен при использовании разо- мкнутой схемы включения водоструйного эжектора (рис. 2.13) на напоре насосов исходной воды. В этом случае теплота выпара деаэратора участвует в подогреве во- ды перед ним и, следовательно, не теряется. Однако разомкнутые схемы также име- ют недостаток – неустойчивость работы эжектора при изменениях расхода и, соот- ветственно, давления воды, направляемой на деаэрацию.

При использовании пароструйных эжекторов (рис. 2.14) необходим холодиль- ник эжектора, утилизирующий тепловой потенциал рабочего пара эжектора и выпа-

32

ра деаэратора. Холодильник эжектора может быть поверхностным или смешиваю- щим. Охлаждение холодильников эжекторов может производиться исходной водой, направляемой на деаэрацию, или каким-либо другим потоком воды.

Рис. 2.13. Разомкнутая схема включения водо- струйного эжектора ва- куумного деаэратора на напоре насосов исходной воды: 1 – вакуумный де- аэратор; 2 – подвод деаэ- рируемой воды; 3 – подвод греющей воды (пара); 4 – бак-

аккумулятор; 5 – насос деаэрированной воды; 6 – водоструйный эжек- тор; 7 – бак-

газоотделитель; 8 – насос возврата эжектирующей воды; 9 – насос сырой (исходной) воды; 10 – по- догреватель исходной во- ды; 11 – химводоочистка

Рис. 2.14. Схема включе- ния пароструйного эжектора вакуумного деаэратора с поверх- ностным холодильни- ком:

1 – вакуумный деаэратор;

2 – подвод деаэрируемой воды; 3 – подвод греющей воды (пара); 4 – бак- аккумулятор; 5 – насос деаэрированной воды; 6 – пароструйный эжек- тор; 7 – холодильник

эжектора поверхностного типа; 8 – подвод рабочего пара к эжектору с давле- нием не менее 6 ата; 9 – подвод исходной во-

ды; 10 – в бак низких то- чек (дренажный бак)

При использовании поверхностного холодильника эжектора образовавшийся в нем конденсат следует направлять в бак низких точек, дренажный бак или другой

33

бак атмосферного давления. Недостаток поверхностных холодильников состоит в их низкой надежности, поскольку условия работы эжектора деаэратора существенно более тяжелые в сравнении с условиями работы основных эжекторов конденсацион- ной установки из-за коррозионной агрессивности выпара. По этой причине в насто- ящее время широко применяются эжекторы типа «ЭПД» со смешивающим контакт- ным холодильником.

Вакуумные деаэраторы, с точки зрения эксплуатации, сложнее других типов де- аэраторов. Это обусловлено необходимостью обеспечения вакуумной плотности всей системы, усложненностью схемы установки из-за применения газоотводящих аппаратов, спецификой слива деаэрированной воды из зоны вакуума. Однако эти трудности компенсируются возможностью существенного повышения тепловой экономичности электростанции при использовании в вакуумных деаэраторах в каче- стве греющего теплоносителя перегретой воды. В этом случае можно уменьшить расход пара в отборы турбин при давлении 1,2 ата и более, и, наоборот, увеличить нагрузку теплофикационных отборов турбин с ПСГ при давлении, как правило, ме- нее 1 ата, а также исключить потери ценного конденсата пара.

Перечень контролируемых при эксплуатации вакуумной деаэрационной уста- новки параметров аналогичен перечню этих параметров для атмосферных деаэрато- ров. Однако в случае вакуумной деаэрационной установки необходимо дополни- тельно контролировать показатели работы газоотводящих устройств, а также подъ- емных насосов эжекторов, если используются эжекторы водоструйного типа.

И. Деаэраторы повышенного давления

Деаэраторы повышенного давления, используемые в качестве деаэраторов пи- тательной воды в схемах паротурбинных установок, в большей степени выполняют функции регенеративного подогрева питательной воды и создания её запаса для пи- тания котлов, чем функции собственно деаэрации теплоносителя. Это обусловлено тем, что деаэрируемая вода (основной конденсат) содержит относительно малое ко- личество газовых примесей. В части удаления растворенных газов, например, кис- лорода, деаэратор питательной воды является барьерным. Основная нагрузка де- аэратора питательной воды по деаэрации теплоносителя – это хемосорбция- десорбция газосодержащих примесей, находящихся в химически связанном виде, например, углекислоты и других летучих кислот.

Конструкции деаэраторов повышенного давления многообразны. Используются чисто струйные колонки, колонки с неупорядоченной и упорядоченной насадкой, а также барботажные элементы. Колонки устанавливаются на деаэраторных баках. Рассмотрим примеры. Колонка ДП-800 струйного типа (рис. 2.15) имеет в верхней части смесительно-распределительное устройство 10, в которое введены патрубки основного 1 и резервного 5 конденсатов, а также среды из уплотнений питательных насосов 2. Через горловину 12 вода сливается на струйные тарелки 11, расположен- ные в нижней части колонки. Через отверстия нижней тарелки вода струями слива- ется в деаэраторный бак. Греющий пар и отсосы со штоков стопорных и регулиру- ющих клапанов турбины поступают в колонку через коллекторы 7 и 8, расположен- ные под нижней тарелкой. Омывая нисходящий струйный поток воды, греющий пар частично конденсируется, а его меньшая часть вместе с выделившимися из воды га-

34

зами удаляется через патрубок 13 в охладитель выпара. Конденсат ПВД подается непосредственно в деаэраторный бак.

Рис. 2.15. Деаэрационная ко-

лонка ДП-800: 1 – подвод ос- новного конденсата; 2 – подвод среды из уплотнений питатель- ных насосов; 3, 4 и 9 – резерв- ные патрубки; 5 – подвод ре- зервного конденсата; 6 – люк; 7 – парораспределительный коллектор; 8 – подвод среды от штоков стопорных и регули-

колонки; 13 – отвод выпара

В колонке с неупорядоченной насадкой (рис. 2.16) поверхность раздела фаз об- разована пленками воды, стекающей сверху вниз через насадку. В данном случае использована омегообразная насадка из нержавеющей стали. Колонка состоит из разъемного корпуса 3 и крышки 9, водораспределительного устройства 7, слоя насадки 4 и коллектора ввода пара 2. Предусмотрены патрубки: для ввода основного

35

конденсата 6, греющего пара 1, отсосов со штоков стопорных и регулирующих кла- панов турбины 22, отвода выпара 11. Водораспределительное устройство 7 образо- вано листами 14 и 16 и цилиндрической перегородкой 15. Устройство обеспечивает равномерное распределение воды по перфорированной тарелке 17 и далее – по по- верхности слоя насадки 4. Насадка засыпается на плетеную сетку 19, изготовленную из нержавеющей проволоки, которая описается на решетку 21. Сверху насадка так- же ограничена сеткой. Слой насадки фиксируется внутри каркасом 18. Греющий пар подводится в нижнюю часть колонки и распределяется по её сечению с помощью кольцевого короба 2. Выпар отводится через ряд патрубков 5, 8 и 10.

Рис. 2.16. Деаэрационная колонка ДП-320: 1 – подвод греющего пара; 2 – парорас- пределительный коллектор; 3 – корпус; 4 – слой насадки;

ра; 12 – отверстия для прохо- да воды; 13 и 15 – цилиндри- ческие перегородки; 14 и 16 –

от штоков стопорных и регу- лирующих клапанов турбины

36