Дегазация конденсата, питательной и добавочной воды

15.1. Основные положения.

Дегазация – это процесс удаления газов, находящихся в водных потоках ТЭС и АЭС и отрицательно влияющих на их водный режим. Наличие газов в потоках связано с неизбежным (работа значительной части оборудования под вакуумом) поступлением в цикл определенных количеств воздуха. Поэтому установки для дегазации называют деаэраторами.

На ТЭС в турбинный конденсат за счет присосов охлаждающей воды в конденсаторе поступают карбонаты и бикарбонаты. При повышении температуры в системе регенеративного подогрева за счет термолиза бикарбонатов (а частично и карбонатов) в конденсате обнаруживается углекислота, которая имеет только отрицательное воздействие на коррозию конструкционных материалов. Поэтому удаление углекислоты из пароводяного цикла обязательно.

В системе одноконтурных АЭС естественно также наличие радиоактивных благородных газов (ксенон, криптон). Эти газы не влияют на коррозию конструкционных материалов, но без их постоянного удаления в цикле происходит их накопление, повышающее радиоактивность оборудования. В связи с этим необходимо непрерывное выведение их из цикла.

Основным способом удаления из воды растворенных газов является термическая деаэрация, проводимая при различных физических условиях:

- при давлении 0,0075-0,05 МПа, т.е. при разряжении и температуре 40 – 80 ºС;

- при атмосферном давлении 0,12 МПа и t = 103 – 107 ºС;

- при повышенном давлении 0,6; 0,7 и 0,8 МПа и t = 158 – 170 ºС.

В качестве дополнительных методов удаления кислорода и углекислоты после термической деаэрации применяются химические методы: сульфитное и гидразинное обескислороживание и связывание СО₂ щелочами NaOH или NH₃:

; (20)

; (21)

; (22)

(23)

Однако метод связывания гидрозином достаточно дорог и не влияет на другие газовые составляющие, поэтому применяется для удаления кислорода, остающегося после основного дегазационного устройства, для которого используется термическая деаэрация. Она организуется в тех элементах цикла, где температура воды соответствует условиям кипения или конденсации. В таких условиях абсолютное давление над жидкой фазой представляет собой сумму парциальных давлений газов и водяного пара

. (24)

Если повысить парциальное давление водяных паров до

то получим (25)

Из этих уравнений следует, что термическая деаэрация универсальна, а не избирательна по отношению к отдельным газам, присутствующим в воде ТЭС и АЭС. Большим преимуществом термической деаэрации является ее органическое сочетание с элементами конденсационной установки и регенеративной системы. В конденсаторе происходит конденсация отработавшего пара, которая (в целях недопущения снижения термической эффективности) в современных конструкциях осуществляется без переохлаждения конденсата. Это означает, что температура конденсата в конденсатосборнике равна температуре насыщения, т.е. обеспечивается основное условие термической деаэрации. Эти же условия обеспечиваются в корпусах поверхностных регенеративных подогревателей, где происходит конденсация отборного пара турбин за счет подогрева питательной воды.

В конденсаторе и в корпусах регенеративных подогревателей деаэрация является не основным, а попутным процессом и не может обеспечить необходимую ее глубину.

Для обеспечения условия (25) необходим постоянный отвод выделяющихся из воды газов, что требует непрерывного расходования некоторого количества насыщенного пара, т.е. кроме температурного фактора необходимо обеспечить соответствующие гидродинамические условия.

Термическая деаэрация может осуществляться по двум схемам: барботажной и струйной. Сущность барботажной деаэрации заключается в подводе насыщенного пара в нижнюю часть объема конденсата или питательной воды, подлежащей деаэрации, барботаже этого пара через весь водяной объем и отводе парогазовой смеси из области над водяным паром, а продеаэрированного конденсата (питательной воды) – из области водяного объема ниже подвода пара.

Принцип струйной деаэрации заключается в том, что подлежащий деаэрации конденсат (или питательная вода) направляется на конструктивные детали, обеспечивающие дробление потока на отдельные струи, которые пересекаются потоком насыщенного пара. Отвод парогазовой смеси и продеаэрированного конденсата (или питательной воды) производится так же, как и при барботажной деаэрации. При струйной деаэрации контакт деаэрируемой воды с насыщенным паром происходит более полно, что приводит к более глубокой деаэрации.

Рис. 15.1.1

Рис. 10. Схема барботажной деаэрации в конденсаторе:

1 – нижняя часть конденсатора; 2 – конденсатосборник; 3 – направляющая перегородка;

4 – переливная перегородка; 5 – дырчатый щит;

6 – отвод паровоздушной смеси к отсосу из конденсатора; 7 - подвод насыщенного пара;

8 – отвод продеаэрированного конденсата к конденсатным насосам

Рис. 11. Схема струйной деаэрации в кондесаторе

1 – подвод пара; 2, 3 – конденсат для деаэрации с подачей его на дырчатый лист;

4- система стержней для дробления конденсата на струйки;

5 – отвод продеаэрированного конденсата в конденсатосборник;

6- отвод паровоздушной смеси к отсосу из конденсатора

Из рис. 10 видно, что весь конденсат перегородкой 3 направляется навстречу потоку насыщенного пара, который уносит с собой воздух в область, откуда производится общий отсос паровоздушной смеси из конденсатора. Для улучшения контакта конденсата и пара последний проходит через дырчатый щит 5, разбиваясь на большое число струек. К конденсатным насосам конденсат может поступать только переливаясь через перегородку 4, т.е. после деаэрации. Из этой схемы следует, что количество подаваемого пара должно быть достаточным для того, чтобы безусловно обеспечивалась температура насыщения деаэрируемого конденсата, и для того, чтобы был обеспечен интенсивный отвод воздуха, выделяющегося из конденсата. Чем больше расход пара, тем лучше деаэрация, но тем больше поверхность теплообменников. Оптимальным является расход пара, равный 1 – 2 кг на 1 тонну деаэрируемого конденсата. В случае отказа от деаэрации конденсата достаточно прекратить поступление насыщенного пара по линии 7. Из рисунка видно, что при малых расходах пара он может не занимать все сечение дырчатого щита и тогда часть конденсата будет проливаться через щит непродеаэрированной. Так же можно видеть, что затруднительно обеспечить контакт всех потоков конденсата с паром. Поэтому барботажная деаэрация в конденсаторе в последние годы заменяется струйной, схема которой показана на рис. 11. Деаэрационное устройство располагается в нижней части конденсатора над конденсатосборником. Дырчатый лист и система шахматно расположенных стержней 4 обеспечивают стекание конденсата в виде отдельных струек. Это обеспечивает более полный контакт конденсата с насыщенным паром, подаваемым для деаэрации по линии 1.

15.2. Деаэраторные установки.

Удаление кислорода и углекислоты при термической деаэрации происходит в результате снижения растворимости этих газов до нуля при кипении воды. Одновременно с удалением О₂ и свободной СО₂ при кипении воды происходит частичный распад бикарбонатов и карбонатов натрия с выделением и уносом паром освобождающейся СО₂

, (26)

. (27)

Термическое разложение бикарбоната натрия наиболее интенсивно происходит после того, как из воды практически будет удалена вся свободная углекислота. Следовательно, в деаэраторе должен быть обеспечен непрерывный отвод в паровое пространство и далее в атмосферу выделяющейся из деаэрируемой воды свободной углекислоты. Процесс разложения бикарбоната натрия происходит тем интенсивнее, чем выше температура и больше длительность пребывания воды в деаэраторе.

Для ускорения извлечения из воды растворенных газов, кроме доведения ее до температуры кипения, необходимо создание большой поверхности раздела «вода-газ». При этом сокращается время, необходимое для выделения из воды пузырьков газа и уноса их паром.

При термической деаэрации кислород удаляется из воды быстрее и полнее, чем свободная углекислота, которая более растворима в воде и способна образовывать с водой угольную кислоту

. (28)

Таким образом, углекислота находится как в виде свободной (агрессивной и равновесной), так и в виде полусвязанной , и связанной , а для распада последних необходимы время и температура. С повышением температуры распад , на и ускоряется.

Аммиак из деаэрируемой воды удаляется лишь на 10 – 20 %, так как обычно он связан с углекислотой в менее летучие соединения: и

В деаэрационной колонке, в размельченном на капли и струи состоянии, вода находится всего несколько секунд и поэтому распад бикарбонатов и карбонатов в ней совсем не происходит или происходит в незначительной степени. Только при длительном барботаже воды в аккумуляторном баке (10‑20 мин) при давлении более 0,1 МПа и температуре более 100 ºС происходит заметный распад бикарбонатов (в меньшей степени карбонатов) и унос освобождающейся углекислоты с паром (выпаром).

Для удаления кислорода и углекислоты следует незамедлительно отводить выделившееся газы от деаэрированной воды, для чего необходимо быстро удалять пар в количестве 1,5-2 кг на 1 тонну деаэрируемой воды из верхней части колонки деаэратора.

При деаэрации в вакууме распад бикарбонатов, а тем более карбонатов не происходит.

Существенными показателями эффективности работы деаэратора, при работе его на воде содержащей бикарбонаты (умягченная после натрий-катионирования), является повышение рН воды с 6,7 ¸7,5 до 8,5-9,5 за счет распада бикарбонатов и удаления свободной углекислоты, и появление розовой окраски в пробе воды по фенолфталеину.

При отсутствии амминирования появление окраски деаэрированной воды по фенолфталеину служит показателем не только распада бикарбонатов, но и полноты удаления кислорода, так как последний удаляется обычно раньше и быстрее, чем свободная углекислота.

15.3. Термические деаэраторы

атмосферного и повышенного давления.

Деаэраторы атмосферного давления, точнее работающие под небольшим избыточным давлением, применяются на ТЭС для деаэрации питательной воды паровых котлов низкого и среднего давления, испарителей, паропреобразователей, подпиточной воды теплосетей (с охлаждением в водо-водяных теплообменниках), а также для предварительной деаэрации загазованных составных частей питательной воды паровых котлов ВД и СВД (обессоленная вода, бойлерный конденсат, дистиллят, дренажи, конденсат из запасных баков – БЗК и др.), если их нельзя направить для предварительной конденсации в конденсаторы турбин.

Рис. 12. Схема двухступенчатого барботажного атмосферного деаэратора:

1 ‑ подвод основного конденсата; 2 ‑ деаэрационная колонка; 3 ‑ дырчатые тарелки;

4 ‑ отвод выпара; 5 ‑ выхлоп в атмосферу; 6 ‑ регулятор уровня; 7 ‑ охладитель выпара;

8 ‑ подвод горячих конденсатов; 9 ‑ подвод барботажного пара; 10 ‑ ограничительная диафрагма; 11 ‑ подвод химически очищенной воды; 12 – регулятор давления; 13 ‑ вертикальная перегородка;

14 ‑ подвод греющего пара; 15 ‑ направляющая перегородка; 16 ‑ отвод деаэрированной воды; 17 ‑ канал перепуска пара в обвод барботажного листа; 18 ‑ теплообменник для охлаждения проб воды; 19 ‑ барботажный лист; 20 ‑ барботажный канал; 21 ‑ горизонтальная перегородка; 22 ‑ дренаж;

23 ‑ бак-аккумулятор; 24 ‑ расширительный бачок; 25 ‑ отвод воды от деаэратора;

26 ‑ трубка для залива гидрозатвора химочищенной водой; 27 ‑ дренаж;

28 ‑ гидрозатвор от повышения давления; 29 ‑ сливная труба для воды;

30 – выхлоп пара в атмосферу; 31 ‑ отвод пара из деаэратора

Деаэраторы повышенного давления применяются для окончательной деаэрации всей питательной воды паровых котлов ВД и СВД.

В котельных малой и средней мощности применяют двухступенчатые деаэраторы атмосферного типа Д С А (деаэраторы смешивающие атмосферные), производительностью 1-300 т/час, рассчитанные на температуру 104,25 °С (см. рис. 12).

Двухступенчатый барботажный деаэратор состоит из струйной деаэрационной колонки, имеющей дырчатые тарелки. Через них конденсат и химически очищенная вода, перемешиваясь и распыляясь, падают в аккумуляторный бак, встречая на своем пути движущийся противотоком пар. В колонке происходит нагрев воды и первая ступень ее деаэрации.

Бак секцинирован вертикальной перегородкой, верхняя часть которой доходит до уровня переливной трубы. В нижней части перегородки – окно, к которому присоединяется барботажная (дырчатая) коробка. Барботажный пар, давлением 1,5-1,75 кГс/см² подводится к затопленной барботажной коробке под дырчатый лист в количестве 20¸30 кг на тонну деаэрируемой воды.

Вода медленно движется в сторону сливного патрубка (12), вскипает в подъемной шахте между листами перегородки (13) и через лист (15) переливается на слив. Это вторая ступень деаэрации.

Пар, прошедший через барботажное устройство, попадает в паровое пространство, где движется над поверхностью воды в сторону деаэрационной колонки, чем обеспечивается вентиляция парового объема бака.

Деаэраторы производительностью 50 т/час и более могут иметь еще один подвод пара давлением 1,2-1,3 кГс/см² в паровое пространство бака-аккумулятора. Подвод этого пара преследует две цели: использование сбросного низкопотенциального пара (от паровых насосов, расширителей непрерывной продувки котлов, сгонная вода экономайзеров и пр.) и осуществление вентиляции парового объема деаэратора.

Пар с агрессивными газами проходит через охладитель выпара. Это теплообменник, где через пучок труб движется химочищенная вода на деаэратор и частично подогревается. Таким образом, тепло выпара утилизируется, а конденсат, ввиду его высокой агрессивности не используется.

Абсолютное давление пара в паровом пространстве поддерживается в пределах 1,1 - 1,2 кГс/см.², что позволяет воде кипеть при температуре 103-105 °С.

Расход выпара на тонну обрабатываемой воды составляет: 1,5-2,0 кг, что обеспечивает полное удаление газов.

Для обеспечения глубокой деаэрации воды количество греющего барботажного пара, подаваемого в деаэратор, должно соответствовать непрерывному поддержанию деаэрированной воды в состоянии кипения. Недостаточное количество его вызывает падение давления и ухудшение эффекта деаэрации.

Надежная эксплуатация термического деаэратора возможна лишь при автоматическом поддержании в нем постоянного давления. Благодаря этому обеспечивается, независимо от его тепловой и гидравлической нагрузки, постоянство температурного режима деаэрации, необходимое для наиболее полного удаления газов из питательной воды.

Все регистрирующие приборы по деаэратору: давления, температуры, уровня, производительности должны быть установлены на щите машиниста. Указанные приборы могут быть и местными.

Для исключения разрыва корпуса деаэратора, при повышении давления выше допустимого, или при образовании вакуума в нем, деаэратор снабжен гидрозатвором (см. схему поз. 24-31).

Поиск по сайту: