Деаэрация питательной воды

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
Деаэрации подвергается все потоки:
 питательной воды,
 добавочной воды цикла,
 добавочной воды теплосети (подпитка),
 питательной воды испарителей и паропреобразователей.
На электростанциях нашей страны и за рубежом
наиболее широкое распространение получил метод
термической деаэрации воды.
Закон Генри
Массовая концентрация (растворимость) газа в воде


cГ  kГ  pГ  kГ p  pH2O , мг/кг
kГ – коэффициент растворимости газа, мг/(кг·МПа);
pГ – парциальное давление газа, МПа;
p
– суммарное давление газа и водяных паров, МПа;
pH2O
– парциальное давление водяных паров, МПа.
Закон Генри
kCO2  103
kO 2
1,4
90
1,2
80
1
70
0,8
60
0,6
50
0,4
40
0,2
30
0
20
kCO2
kO 2
40
80
120
t , С
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.
Концентрация газа
Влияние выпара на процесс деаэрации
1 – остаточное содержание О2;
2 – остаточное содержание СО2.
2
1
1
2
3
4
Выпар, кг/т
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).
 деаэраторы пленочные :
 с упорядоченной насадкой
(  до 300 т / м2·час );
 с неупорядоченной насадкой
(  = 90-110 т / м2·час );
 деаэраторы барботажные;
 деаэраторы капельные;
Также часто используют комбинированные
схемы контакта – например
струйно-барботажные деаэраторы.
Большинство деаэраторов выполняется в виде
вертикальной цилиндрической колонки,
которая размещается над бакомаккумулятором.
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
3
2
1
1 – деаэрационная колонка;
4
2 – подвод деаэрируемой
воды;
3 – отвод выпара;
4 – струйная тарелка
5 деаэратора;
5 – подвод греющего пара к
колонке
Конструкция пленочного деаэратора с
неупорядоченной насадкой
3
2
56 7
1
10
8
9
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
Конструкция пленочного деаэратора с
неупорядоченной насадкой
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 вышерассмотренных (-).
Конструкция пленочного деаэратора с
неупорядоченной насадкой
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 (-).
Конструкция пленочного деаэратора с
неупорядоченной насадкой
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.
Конструкция пленочного деаэратора с
неупорядоченной насадкой
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
17
2
1
1
3
4
6
16
7
15
13
5
14
8
9
10
11
12
Деаэрационная колонка струйно–
барботажного типа
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
Деаэрационная колонка струйно–
барботажного типа
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.
Деаэрационная колонка струйно–
барботажного типа
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.
Деаэрационная колонка струйно–
барботажного типа
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.
Деаэрационная колонка струйно–
барботажного типа
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.
Деаэрационная колонка струйно–
барботажного типа
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
Типоразмер деаэратора
Характеристика
ДП–500
Производительность
колонки (номинальная),
т/ч
Давление пара в
деаэраторе, МПа
ДП–1000 ДП–1600–2 ДП–2000
ДП–2600
ДП–2800
500
1000
1600
2000
2600
2800
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
185
150; 185
120
185
Полезная вместимость
бака–аккумулятора, м3
Тип паротурбинной
установки
65; 100 100; 120
К–200–130;
К–300–240;
К–200–130
К–500–60
Т–250–240;
К–500–65
К–500–60;
К–1200– К–750–65
240
К–800–
240
Схемы включения деаэратора
Деаэратор – отдельная ступень РППВ
2
1
7
4
8
1…3 – пар от
3
последовательных
отборов турбин;
4 – регенеративный
подогреватель;
5 – линия основного
конденсата;
4
6 – отвод дренажа;
5
7 – деаэратор;
6
8 – линия питательной
воды
Схемы включения деаэратора
Недостатки:
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.
Схемы включения деаэратора
Достоинства:
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).
Схемы включения деаэратора
Деаэратор – предвключенная ступень РППВ
(«вильчатая» схема)
1
3
7
4
8
1…3 – пар от
последовательных отборов
турбин;
4 – регенеративный
подогреватель;
5 – линия основного
конденсата;
4
5 6 – отвод дренажа;
7 – деаэратор;
8 – линия питательной воды
6
Схемы включения деаэратора
Недостатки:
На случай значительного снижения давления пара
в отборе 1 необходимо предусмотреть
дополнительный подвод пара из стоящего выше
отбора.
Схемы включения деаэратора
Достоинства:
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
Схемы включения деаэратора
Деаэратор – отдельная
ступень РППВ со скользящим давлением
2
1
3
7
4
4
5
8
6
1…3 – пар от последовательных отборов турбин;
4 – регенеративный
подогреватель;
5 – линия основного
конденсата;
6 – отвод дренажа;
7 – деаэратор;
8 – линия питательной
воды
Схемы включения деаэратора
Недостатки:
Деаэратор должен быть рассчитан на
максимальное давление в отборе.
В переменных режимах высокая вероятность
кавитации в ПН.
Схемы включения деаэратора
Достоинства:
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
3
10
2
4
2
5
5
7
7
1
8
1
8
1
9
9
1
Схемы ДЭ избыточного давления и
вакуумного ДЭ
1 – подвод деаэрируемой воды;
2 – охладитель выпара;
3 – отвод паровоздушной смеси;
4 – эжектор;
5 – подвод пара;
6 – отвод дренажа;
7 – деаэраторная колонка;
8 – бак–аккумулятор;
9 – питательный насос;
10 – выхлоп в атмосферу
Расчёт деаэратора
Расчетная схема деаэратора
В
j
h , j
hДП , Д
hР, ПР
П
i
h ,i
h4В ,  ОК
h3ДР ,(1   2  3 )
ВЫХ
hДВ
, ДВ
hДВ ,  ПВ
Расчёт деаэратора
В результате расчета деаэратора из уравнений
материального и теплового балансов должны быть
определены относительные расходы пара на деаэратор
д и основного конденсата ОК :
Уравнение материального баланса:
Д  ПР  ОК  ДВ   1   2  3     j  ПВ   i
Уравнение теплового баланса:
ВЫХ
 Д hДП  ПР hР   ОК h4В   ДВhДВ
  1   2  3  h3ДР 
   j h Вj
  ПВhДВ   i hiП