Деаэрация питательной водыportal.tpu.ru/SHARED/m/MATVEEV/education/TiAES/Tab/ЛК... · 2014-04-01 · Струйный отсек при этом служит

Деаэрация питательной

воды

Основы процесса термической

деаэрации

Присутствие кислорода, углекислоты, как и других

газов в питательной воде и в паре крайне

нежелательно, поэтому необходима возможно более

полная деаэрация питательной воды.

Углекислота и кислород, способствуют коррозии

конструкционных материалов. Углекислота

непосредственно не вызывает коррозию, однако ее

присутствие активизирует этот процесс. Наличие

кислорода в воде сказывается на процессе

электрохимической коррозии. В основном кислород

ускоряет процесс коррозии, хотя при определенных

условиях может тормозить его.

Основы процесса термической

деаэрации

На электростанциях нашей страны и за рубежом

наиболее широкое распространение получил метод

термической деаэрации воды.

Деаэрации подвергается все потоки:

питательной воды,

добавочной воды цикла,

добавочной воды теплосети (подпитка),

питательной воды испарителей и паропреобразовате-

лей.

Закон Генри

2Г Г Г Г H O , мг/кг c k p k p p

Массовая концентрация (растворимость) газа в воде

Гk – коэффициент растворимости газа, мг/(кг·МПа);

Гp – парциальное давление газа, МПа;

p – суммарное давление газа и водяных паров, МПа;

2H Op – парциальное давление водяных паров, МПа.

Закон Генри

2

3

CO 10k 2Ok

, Сt

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

20

30

40

50

60

70

80

90

40 80 120

2Ok

2COk

Влияние выпара на процесс деаэрации

Эффективная деаэрация достигается при полном

отводе выделившихся газов за счет непрерывной

вентиляции и вывода их из деаэратора.

Газ из деаэратора отводится вместе с паром,

который называют выпаром. Значение выпара

оказывает существенное влияние на эффект

деаэрации.

Для деаэраторов повышенного давления значения

выпара составляют 2-3 кг пара на 1 тонну

деаэрируемой воды.

Влияние выпара на процесс деаэрации

1 – остаточное содержание О2;

2 – остаточное содержание СО2.

Выпар, кг/т

Конц

ентр

ац

ия г

аза

1

2

1 2 3 4

Применяемые на ТЭС деаэраторы различают по

рабочему давлению, при котором происходит

выделение газов из воды:

деаэраторы повышенного давления

(0,6-1,2 МПа), типов ДСП-1600, ДСП-1000 и

других с подогревом воды на 1-40 °С,

(деаэраторы питательной воды котельных

установок).

Числа в типоразмерах указывают производительность в

т/час.

деаэраторы атмосферные (0,12 МПа),

типов ДА-300, ДА-150 и других с подогревом

воды на 10-50 °С, (деаэраторы воды

испарителей и паропреобразователей,

деаэраторы подпиточной воды тепловых сетей).

деаэраторы вакуумные (0,0075-0,05 МПа),

типов ДВ-2400, ДВ-2000 и других с подогревом

воды на 15-25 °С, (деаэраторы подпиточной

воды тепловых сетей).

Применяемые на ТЭС деаэраторы различают

по способу контакта воды с паром:

деаэраторы струйные

( * = 60-100 т / м2·час );

* здесь - приведенная плотность орошения

(отношение расхода воды к площади поперечного

сечения колонки).

с упорядоченной насадкой

( до 300 т / м2·час );

с неупорядоченной насадкой

( = 90-110 т / м2·час );

деаэраторы пленочные :

деаэраторы капельные;

деаэраторы барботажные;

Также часто используют комбинированные

схемы контакта – например

струйно-барботажные деаэраторы.

Большинство деаэраторов выполняется в виде

вертикальной цилиндрической колонки,

которая размещается над баком-

аккумулятором.

Бак-аккумулятор предназначен для

аккумулирования запаса питательной воды, а

также в нем заканчивается процесс дегазации

воды. На КЭС запас должен обеспечить работу

котла в течение 5 мин, на ТЭЦ – 15 мин.

Деаэрационная колонка струйного типа

1 – деаэрационная колонка;

2 – подвод деаэрируемой

воды;

3 – отвод выпара;

4 – струйная тарелка

деаэратора;

5 – подвод греющего пара к

колонке

1

2

3

4

5

Конструкция пленочного деаэратора с

неупорядоченной насадкой

1 – корпус;

2 – подвод воды;

3 – отвод выпара;

5 – патрубки для выпара;

6,7 – нижний и верхний

листы

водораспределительно

й камеры;

8 – орошаемая насадка;

9 – подвод пара;

10 – подвод дренажа

2

1

3

5 6 7

8

9

10



Неупорядоченная насадка выполняется из отдельных

элементов определенной формы, которые заполняют

объем колонки. Это могут быть шары, кольца, Ω–

образные элементы и т.п.

Деаэрационная колонка с неупорядоченной насадкой

обеспечивает более высокий коэффициент массоотдачи

и соответственно меньшее остаточное содержание газа в

воде (+).

В то же время предельная гидравлическая нагрузка в

этих колонках существенно ниже чем в вышерассмот-

ренных (-).



В основном, пленочные деаэраторы применяются для

дегазации подпиточной воды тепловых сетей.

Им присущи: большая чувствительность к перегрузкам,

которые могут привести к обращенному движению воды

и к гидроударам; как правило, недостаточная удельная

пропускная способность на единицу площади

поперечного сечения колонки, что вызывает

необходимость наличия нескольких параллельно

работающих колонок; гидравлические и тепловые

переносы за счет смещения слоя насадки, уменьшения

ее удельной площади поверхности под действием

потоков воды и пара (-).



В деаэраторных колонках пленочного типа деаэрируемая

вода разбивается на тонкие пленки, стекая вниз по

поверхности насадки.

Используется упорядоченная или неупорядоченная

насадка.

Упорядоченная насадка выполняется из вертикальных,

наклонных или зигзагообразных листов, концентрических

цилиндров, укладываемых правильными рядами колец

или других элементов, обеспечивающих непрерывное

направленное движение воды.



Они могут использоваться для дегазации неумягченной

воды, а также воды загрязненной шламом или накипью

(+).

В то же время в них практически нельзя обеспечить

равномерность распределения потока воды по насадке

(-).

Деаэрационная колонка струйно–

барботажного типа

1 1 2

3 4

5 6

7 8 9 10 11

12

14 16

15

13

17



1 – подвод воды; 2 – смесительное устройство;

3 – переливное устройство; 4 – дырчатая тарелка;

5 – пароперепускная тарелка; 6 – сливной канал;

7 – барботажная тарелка; 8 – переливной порог;

9 – гидрозатвор; 10 – корпус;

11 – водослив; 12 – бак–аккумулятор;

13 – подвод пара; 14 – пароперепускная труба;

15 – гидрозатвор; 16 – барботажный слой;

17 – выпар



На рисунке показана конструктивная схема

деаэрационной колонки струйно–барботажного типа.

Предназначенная для деаэрации вода поступает в

смесительное устройство 2 и через переливное

устройство 3 сливается на дырчатую тарелку 4. Через

отверстия дырчатой тарелки вода сливается на

перепускную тарелку 5, откуда через сегментное

отверстие 6 поступает на барботажную тарелку 7. На

тарелке 7 вода барботируется паром, проходящим

через отверстия. С этой тарелки вода переливается

через порог 8 и поступает в гидрозатвор, после

которого она сливается в бак–аккумулятор 12.



Пар из коллектора 13 подводится под барботажный лист.

Степень перфорации барботажного листа принимается

такой, чтобы под ним даже при минимальной нагрузке

существовала устойчивая паровая подушка,

препятствующая проходу воды через отверстия. При

значительном повышении давления в паровой подушке

при увеличении нагрузки (до 130 мм вод. ст.) часть пара

из нее перепускается по трубе 14 в обвод барботажного

листа. Это исключает нежелательное повышение уноса

воды из слоя над листом. Постоянному проходу пара

через трубу 14 препятствует гидрозатвор 15, который

заполняется водой.



Пройдя через слой воды над листом 7, пар выходит

через горловину перепускной тарелки 5, омывает струи

воды и подогревает ее до температуры, близкой к

температуре насыщения при давлении в колонке.

Здесь же происходит первичная дегазация воды. Через

штуцер 17 пар и выделившиеся газы удаляются из

колонки.

Эффективность работы таких деаэраторов весьма

высока и они получили широкое распространение для

блоков мощностью 300 МВт.



Наилучший эффект деаэрации достигается при

использовании деаэраторов, сочетающих струйный,

пленочный или капельный принцип распределения

воды с барботажем.

В барботажных устройствах контакт пара с водой

происходит при дроблении ее. При этом

обеспечивается интенсивная турбулизация и удельная

площадь поверхности контакта фаз может достигать

1500 м2/м3. При проходе пара через слой воды

происходит ее перегрев относительно температуры

насыщения, соответствующей давлению в паровом

пространстве над поверхностью воды.



При этом пузырьки пара увлекают за собой слой воды,

которая вскипает при движении вверх. Это способствует

лучшему выделению из воды растворенных газов. В

процессе барботажа интенсивно выделяется не только

кислород, но и углекислота, которая в деаэраторах

других типов полностью не удаляется из воды.

Барботажные деаэрирующие устройства компактны и

хорошо сочетаются с устройствами струйного типа.

Струйный отсек при этом служит лишь для нагрева воды

до температуры, близкой к температуре насыщения, и

для предварительной грубой ее деаэрации.

Основные характеристики струйно–

барботажных деаэраторов

Характеристика Типоразмер деаэратора

ДП–500 ДП–1000 ДП–1600–2 ДП–2000 ДП–2600 ДП–2800

Производительность

колонки (номинальная),

т/ч 500 1000 1600 2000 2600 2800

Давление пара в

деаэраторе, МПа 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

Диаметр колонки, м 2,0 2,4 2,4 3,4 3,4 3,4

Высота колонки, м 3,6 4,6 7,5 5,07 7,54 7,17

Полезная вместимость

бака–аккумулятора, м3 65; 100 100; 120 185 150; 185 120 185

Тип паротурбинной

установки К–200–130

К–200–130;

К–300–240;

Т–250–240;

К–500–65

К–500–60

К–500–60;

К–1200–

240

К–750–65 К–800–

240

Схемы включения деаэратора

8

1

4

7

2

3

4

5

6

1…3 – пар от

последовательных

отборов турбин;

4 – регенеративный

подогреватель;

5 – линия основного

конденсата;

6 – отвод дренажа;

7 – деаэратор;

8 – линия питательной

воды

Деаэратор – отдельная ступень РППВ


Давление в отборе 2 на деаэратор должно быть

выше давления в деаэраторе, чтобы при

сниженных нагрузках обеспечить постоянное

давление в Д. Это приводит к недовыработке

мощности.

На случай значительного снижения давления пара

в отборе 2 необходимо предусмотреть

дополнительный подвод пара из стоящего выше

отбора 1.

Недостатки:


Схему целесообразно применять на электростанциях

с нагрузкой, изменяющейся в небольших пределах

[базовой нагрузкой], или на ТЭЦ при подсоединении

деаэратора к производственному отбору (когда

давление пара в этом отборе изменяется мало).

Достоинства:


8

3

4

5

6

7

1

4

Деаэратор – предвключенная ступень РППВ

1…3 – пар от

последовательных отборов

турбин;







8 – линия питательной воды

(«вильчатая» схема)



На случай значительного снижения давления пара

в отборе 1 необходимо предусмотреть

дополнительный подвод пара из стоящего выше

отбора.


Дросселирование пара на входе в деаэратор в этом

случае никак не отражается на тепловой

экономичности, и давление в деаэраторе легко может

поддерживаться постоянным в сравнительно

широком диапазоне изменения мощности турбины.

Поэтому данная схема находит наиболее широкое

применение



8

1

4

7

2

3

4

5

6

1…3 – пар от последова-

тельных отборов турбин;







8 – линия питательной

воды

Деаэратор – отдельная

ступень РППВ со сколь-

зящим давлением


Деаэратор должен быть рассчитан на

максимальное давление в отборе.

В переменных режимах высокая вероятность

кавитации в ПН.



Применение скользящего давления повышает

экономичность турбоустановки за счет:

ликвидации потерь, связанных с

дросселированием пара;

Более полного использования ПВД при

пониженных нагрузках.


Схемы ДЭ избыточного давления и

вакуумного ДЭ

1 1

1 1

2 2

3 10

5

7

8

9

7

8

9

5

4

Схемы ДЭ избыточного давления и

вакуумного ДЭ

1 – подвод деаэрируемой воды;

2 – охладитель выпара;

3 – отвод паровоздушной смеси;

4 – эжектор;

5 – подвод пара;


7 – деаэраторная колонка;

8 – бак–аккумулятор;

9 – питательный насос;

10 – выхлоп в атмосферу

Расчёт деаэратора

Р ПР,h

ВЫХ

ДВ ДВ,h

В

4 ОК,h

П

Д Д,h

ДР

3 1 2 3,( ) h

В

Д ПВ,h

В ,j jhП ,i ih

Расчетная схема деаэратора

Расчёт деаэратора

ПР ДВ 1 2Д О 3 ПВК j i

Уравнение материального баланса:

П В ВЫХ ДР

Д ПР Р 4 ДВ ДВ 1 2 3 3

В В П

ПВ

Д

Д

ОК

j j i i

h h h h h

h h h

Уравнение теплового баланса:

В результате расчета деаэратора из уравнений

материального и теплового балансов должны быть

определены относительные расходы пара на деаэратор

д и основного конденсата ОК :

Питательная установка

Схемы включения питательных насосов

1

2

3

4

Под

вод

пара

Под

вод

ОК

1 – котел;

2 – ПВД;


4 – питательный насос

Одноподъемная схема



простота и компактность питательной установки;

маневренность (быстрота включения в работу).


возможно возникновение кавитации;

используются только у блоков небольшой мощности

до 220 МВт;

ПВД работают при высоком давлении воды –

снижается их надежность.


1 – котел;

2 – ПВД;


4 – питательный насос;

5 – бустерный насос (Р ≈ 20 бар)

1

2

3

4

Под

вод

пара

Под

вод

ОК

5

Одноподъемная схема с предвключенным бустерным

насосом



отсутствие кавитации;

маневренность (быстрота включения в работу);

используются у блоков любой мощности;


усложнение и удорожание питательной установки;

ПВД работают при высоком давлении воды –

снижается их надежность.


1 – котел;

2 – ПВД;


4, 5 – питательные насосы

первого и второго подъема

Двухподъемная схема 1

2

3

4

5

Под

вод

пара

Под

вод

ОК

ПН1

ПН2



меньшее давление воды в ПВД, их повышенная

надежность, возможность применения более

эффективных и дешевых конструкций ПВД

(камерного, смешивающего типа);

повышенная кавитационная надежность ПН2 и ПН1.


усложнение и удорожание питательной установки;

пониженная надежность и повышенный расход э/э

на ПН2 из-за высокой температуры ПВ;

сложность синхронизации работы ПН1 и ПН2 и их

регулирования.

Кавитация в насосах объясняется нарушением сплош-ности жидкости в тех местах, где

давление снижается до давления насыщенного пара при данной темпера-туре, при этом

происходит быстрое вскипание жидкос-ти с образованием пузырьков пара, которые после

перехода в зону повышенного давления и исчерпания кинетической энергии быстро

сокращаются.

Борьба с кавитацией в насосах и других гидравличес-ких машинах имеет большое значение,

так как кавита-ция приводит к быстрому разрушению элементов проточной части и снижению

их надежности.

Кроме разрушения материала, кавитация приводит к существенному снижению КПД,

повышению вибрации, ударным нагрузкам на элементы проточной части и, в конечном итоге, к

срыву характеристик Н, N и КПД.

Основным средством предупреждения кавитации, обеспечивающим надежную работу насоса,

является поддержание достаточного избыточного давления на входе в насос над давлением

парообразования, то есть соблюдение такой высоты всасывания насоса, при которой

кавитация не возникает.

Превышение напора на входе в насос над напором, равным давлению насыщенного пара

перекачиваемой жидкости, называется кавитационным запасом dh.

Бескавитационный режим работы обеспечивается при соблюдении условия:

dh>dhдоп,

где

допускаемый кавитационный запас

dhдоп = k x dhкр;

коэффициент запаса k=1,1-1,5 устанавливается в зависимости от условий работы и типа насоса;

dhкр - кавитационный запас, соответствующий началу снижения параметров (первому

критическому режиму кавитации) при кавитационном испытании насоса.

Установка деаэраторов питательной воды на определенную отметку (выше ПН на 12-15 м)

также увеличивает кавитационный запас насосов.

– давление, развиваемое

насосом;

ПВ 0(1,3 1,35)Р Р

Н ПВ Д , [ ]Р Р Р МПа – повышение давления в

насосе;

– повышение энтальпии воды

в насосе;

3

СР НН

Н

10Ph

v

Н- КПД насоса;

– средний удельный объем воды в насосе; СРv

Схемы включения приводных турбин

ПК

ПВД

ПН

ПТ

Д

БН ПНД

КН

ПП

ТГ

Конденсационный

турбопривод

С собственным конденсатором


Конденсационный турбопривод

ПК

ПВД

ПН

ПТ

Д

БН ПНД

КН

ПП

ТГ

Со сбросом отработавшего пара в

основной конденсатор


ПК – паровой котел;

ПП – промежуточный пароперегреватель;

ТГ – турбогенератор;

КН – конденсатный насос;

ПНД – подогреватели низкого давления;

Д – деаэратор;

БН – бустерный насос;

ПН – питательный насос;

ПТ – приводная турбина;

ПВД – подогреватели высокого давления


Конденсационные приводные турбины имеют обычно свой конденсатор, эжекторную

установку, конденсатные насосы и т.д.

Отработавший пар конденсационной приводной турбины в некоторых случаях отводят

непосредственно в конденсатор главной турбины.

Питание приводной турбины свежим паром не выгодно, так как из-за высоких параметров

пара ее КПД низок.


При большой мощности главной турбины для разгрузки последних ее ступеней

целесообразно иметь приводную турбину с конденсацией пара.

Такой тип приводной турбины широко применяется в крупных энергоблоках.


С противодавлением из холодной нитки промперегрева

ПК

ПВД

ПН

ПТ

Д

БН ПНД

КН

ПП

ТГ


ПК

ПВД

ПН

ПТ

Д

БН ПНД

КН

ПП

ТГ

С противодавлением после горячей нитки промперегрева


Если отбор пара на ТП выполнен после

промежуточного перегрева, то отработавший пар

турбопривода смешивается в главной турбине с ос-

новным потоком пара (питательные установки турбин

К-300-240, Т-230-240), и в последующих ступенях

работает объединенный поток пара.

Использование холодного пара связано с потерей

дополнительной работы, получаемой вследствие

промежуточного перегрева пара.


Если отбор пара на ТП выполнен до промежуточного

перегрева, то холодный пар после работы в привод-

ной турбине с противодавлением не следует возвра-

щать в ступени главной турбины, так как при недос-

таточно тщательном перемешивании его с основным,

более горячим потоком пара в деталях турбины могут

возникнуть дополнительные термические напряжения,

снижающие надежность ее работы. Пар сбрасывается

в подогреватель. Приводная турбина конденсацион-

ного типа при этом не применяется из-за недопустимо

высокой влажности отработавшего пара приводной

турбины, работающей на холодном паре.

Рабочий процесс в турбоприводе

ПН

ТП

ТГ

p0, T0

s

H

ТП ТП ТП

0i oiH H ТП

0H

КPТП

КP

0P0P

Рабочий процесс в турбоприводе

ПН НТП ТП ТП ТП

0 Мoi

h

H

Относительный расход пара на приводную турбину ПН:

ПН - относительный расход воды через питательный

насос;

Нh - повышение энтальпии в питательном насосе;

ТП

0H- располагаемый теплоперепад на приводную

турбину;

ТП

oi - относительный внутренний КПД приводной

турбины;

ТП

М- механический КПД приводной турбины;

Documents

Деаэрация питательной водыportal.tpu.ru/SHARED/m/MATVEEV/education/TiAES/Tab/ЛК... · 2014-04-01 · Струйный отсек при этом служит