CC BY
68
Фомин Александр Николаевич, окончил физико-математический факультет Ульяновского государственного педагогического университета. Аспирант кафедры «Теплоэнергетика», имеет статьи в области тепло- физики.
УДК 621.187.12
О. В. МАЛИНИНА, В. И.ШАРАПОВ
ОХЛАДИТЕЛИ ВЫПАРА ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕАЭРАТОРОВ
Рассмотрены основные типы охладителей выпари термических деаэраторов и проблемы, связанные с их эксплуатацией. Определена высота установки охладителя выпара над колонкой деаэратора, обеспечивающая надежный самотечный слив теплоносителя после охладителя в деаэратор
В качестве основного способа, противокоррозионной обработки воды на тепловых электрических станциях применяется термическая деаэрация. Десорбция растворенных в воде газов происходит за счет доведения температуры воды до температуры кипения для принятого давления в деаэраторе, диспергирования воды в потоке греющего пара и последующего удаления образовавшейся смеси, неконденсирующихся газов и водяного пара.
Эффективность отвода парогазовой смеси оказывает значительное влияние на экономичность процесса деаэрации, поскольку выпар является ценным теплоносителем. Так, при расходе питательной воды на ТЭЦ
м /ч и нормативном расходе выпара из деаэратора с выпаром удаляется до полутора тонн дорогостоящей обессоленной воды и 5 ГДж/ч теплоты. Кроме того, действительный расход выпара оказывается, как правило, в несколько раз выше нормативного. Например, оценивая значение расхода выпара по сечению патрубка выпара термического деаэратора, можно заключить, что расход выпара для термического деаэратора ДП-500 с ра-бочим давлением 0,6 МПа и диаметром трубопровода выпара 80 мм может составлять более 4,6 т/ч; удельный расход выпара при этом составит 9,2 кг/т вместо регламентированных ГОСТ [1] 1,5 кг/т. Необходимо отметить, что требование нормативных материалов по удельному, расходу выпара в настоящее время не выполняется ни на одной электростанции. Возникающие при этом потери теплоты и конденсата выпара весьма значительны.
С целью сохранения тепла и конденсата в тепловой схеме деаэратора применяют теплообменные аппараты, называемые охладителями выпара. По типу охладители выпара могут быть поверхностными (трубчатыми) и
смешивающими, выносными или встроенными в деаэрационную колонку [2]. Наиболее широкое распространение получили выносные охладители поверхностного типа (рис. 1).
Площадь поверхности теплообмена F, м , в поверхностном охладителе рассчитывается по формуле
СП
ык
где Ь - коэффициент запаса, учитывающий материал трубок охладителя; Ош„ - расход выпара, кг/ч;
г - удельная теплота парообразования при давлении в деаэраторе, кДж/кг; Л1 - среднелогарифмическая разность температур, At °С, к ~ коэффициент теплопередачи, кДж/(м2-°С).
Эксплуатация поверхностных охладителей связана с рядом трудностей из-за коррозии трубок, вызываемой кислородом, свободной углекислотой и аммиаком, содержащимися в значительных количествах в отводимой парогазовой смеси. Применяемые латунные трубки не обеспечивают долговечной работы охладителей. В качестве более надежного материала для трубных систем используются дорогие мышьяковистая латунь или нержавеющая сталь. Наиболее употребительными для данных аппаратов являются трубы с наружным диаметром 16 мм и толщиной стенки 1,0*1,2 мм. Кроме пониженной надежности и необходимости значительных капитальных затрат на проведение частых ремонтных работ, применение поверхно-стных охладителей малоэкономично из-за неэффективной утилизации отводимого из термических деаэраторов выпара.
На многих электростанциях теплота и масса выпара вообще не утилизируются, весь выпар термического деаэратора направляется в атмосферу. Обычно это объясняется низкой надежностью охладителей выпара из-за частых повреждений их поверхностей нагрева. В этих условиях повышенный расход выпара приводит к ощутимому понижению экономичности электростанций.
Весьма целесообразным является применение смешивающих охладителей выпара, выполненных в виде циклона. Охладители смешивающего типа, в сравнении с поверхностными охладителями, просты и удобны в эксплуатации. Для конденсации выпара в смешивающем охладителе следует использовать поток воды с температурой на 12-15 °С ниже температуры насыщения. Расход охлаждающей воды должен быть таким, чтобы ее нагрев не превышал 5-7 °С, причем он меньше, чем расход воды на охладитель поверхностного типа. Охладитель рассчитывается как противо- точный конденсатор смешения при условии конденсации 99 % поступающего выпара.
Охидлк/шюшан Бьшар йода
Окзодда»- |
пая иода
Рис.1. Охладитель выпара; а) поверхностного типа; б) смешивающего типа.
В качестве охлаждающей воды в охладителях выпара деаэраторов повышенного давления используется основной конденсат турбин или воду после деаэраторов атмосферного давления. Для охладителей выпара атмосферных и вакуумных деаэраторов в качестве охлаждающей среды применяется поток исходной воды, подаваемой па деаэрацию.
Несмотря на то, что охладитель выпара, согласно нормативным материалам [1], является обязательным элементом деаэрационной установки, вопрос о расположении охладителя относительно колонки деаэратора никогда не ставился. Тем не менее о том, что высота расположения охладителя выпара над деаэраци-онной колонкой не является очевидной, свидетельствуют многочисленные примеры. На всех тепловых электростанциях охладитель выпара установлен на отметке обслуживания деаэратора. В результате этого возврат теплоносителя после охладителя в деаэрационную колонку невозможен. Конденсат выпара после охладителя поверхностного типа или смесь конденсата выпара и охлаждающей воды после охладителя смешивающего типа отводится в канализацию или дренажные баки. Это приводит к ощутимым потерям теплоты и массы конденсата выпара.
Повысить экономичность процесса термической деаэрации можно с помощью представленных на рис. 2 схем, которые предусматривают установку охладителей выпара над деаэрациоппыми колонками на высоте
обеспечивающей самотечный слив конденсата выпара в верхнюю часть колонок
Высоту расположения охладителя выпара ^ м, над деаэрационной колонкой избыточного давления можно определить по формуле Р -Р
РЗ
где Рл, Рт1 - рабочее давление соответственно в деаэраторе и паровом пространстве охладителя, Па; р - плотность конденсата выпара (или смеси конденсата выпара и охлаждающей воды) при давлении в охладителе, кг/м ; g - ускорение свободного падения, м/с .
Такое размещение охладителей исключает отмеченные выше недостатки, поскольку обеспечивает надежный и полный возврат охлажденного исходной водой выпара в колонку деаэратора, и предотвращает унос ценного теплоносителя по трубопроводу отвода неконденсирующихся газов в атмосферу.
Рис. 2. Включение охладителей зыпара в деазрационкую установку: 1 - термический деаэратор атмосферного давления; 2 трубопровод исходной во- мкг; 3 -охладитель выпара (а - смешивающего типа, б - поверхностного типа); 4 трубопровод отвода выпара; 5 - трубопровод отвода неконденсирующихся газов
В технологически обоснованных случаях могут применяться другие решения по утилизации теплоты и массы выпара. Например, при двухступенчатой схеме дегазации воды целесообразно вы пар деаэратора повышенного давления использовать в качестве источника греющей среды в
[3].
51
5
атмосферных [4] или вакуумных [5] деаэраторах, что повышает экономичность установки за счет сокращения затрат на подачу греющей среды в деаэратор.
Выводы:
1.Рассмотрены основные типы охладителей выпара термических деаэраторов и проблемы, связанные с их эксплуатацией.
2.Определена высота расположения охладителя выпара над колонкой деаэратора, позволяющая обеспечить возврат охлажденного исходной водой выпара на повторную деаэрацию, что приводит к повышению экономичности деаэрационной установки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1.ГОСТ 16860-88. Деаэраторы термические. Типы, основные параметры, приемка, методы контроля. М.: Изд-во стандартов, 1989.
2.Оликер И.И., Пермяков В.А. Термическая деаэрация воды на тепловых электростанциях. Л.: Энергия, 1971.
3.Патент по заявке № 2002100946 кл. М1Ж7 С 02 F 1/20 от 11.09.2002. Деаэраци-ониая установка/ В. И. Шарапов, О. В. Малинина.
4. Патент 2174102 RU кл. МГЖ7 С 02 F 1/20. Способ термической деаэрации питательной воды тепловой электростанции/ В. И. Шарапов, О.
В. Малинина, Е. В. Макарова, М. А. Башкарев // Изобретения. Полезные модели. 2001. № 27.
5. Патент 2182116 RU кл. МПК7 С 02 F 1/20. Способ термической деаэрации воды В. И. Шарапов, О.В. Малинина, Е. В. Макарова
// Изобретения. Полезные модели. 2002. № 13.
Малинина Ольга Владимировна, инженер, окончила Ульяновский государственный технический университет, сфера научных интересов - энергосбережение в теплоэнергетических установках.
Шарапов Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Тепло - газоснабжение и вентиляция». Заслуженный изобретатель РФ, окончил Иркутский политехнический институт. Сфера научных интересов - тепловые электрические станции и системы теплоснабжения.
