Буров В.Д. и др. Тепловые электрические станции

Подождите немного. Документ загружается.

6.1.

Элементы пароводяного тракта ТЭС

1390

б)

Рис. 6.6 (окончание)

Схемы движения потоков пара и воды представлены на рис. 6.7. Как видно

из рисунка, вода подводится по трем коллекторам. От этих коллекторов часть

потока воды перепускается в коллекторы ОД. После охладителя дренажа весь

поток воды вновь собирается в подводящих коллекторах и направляется в спираль-

а) б)

Рис. 6.7. Схемы движения

пара, конденсата (а) и

питательной воды (б) в

ПВД:

1—3 — поверхность соот-

ветственно ОД, подогрева-

теля-конденсатора и ОП;

4 — коллекторы питатель-

ной воды; 5,6 — коллекто-

ры ОД; 7 — ограничитель-

ные шайбы; 8,9 — вход пи-

тательной воды и ее выход;

10 — отвод воды из ОП;

11 — подвод пара; 12 —

вход конденсата; 13 —

отвод конденсата

121

Глава

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ТЕПЛОВЫХ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

ппо

БПО

Рис. 6.8.

Схема

движения

воды

в ПВД

блока

мощностью

500 МВт:

1 —

подпорные

шайбы;

2 —

дополнительные

коллекторы

ОД; ППО, БПО —

последовательный

параллельный

пароохладители

ные трубы КП и ОП. Поток воды, прошедший КП, отводится через коллекторы

в следующий подогреватель или питательную магистраль котла. Часть воды, про-

шедшей ОП, направляется в поток ее после всех подогревателей (по схеме Николь-

ного—Рикара).

Общая схема движения воды в ПВД блока мощностью 500 МВт приведена

на рис. 6.8. Все три корпуса ПВД выполнены одинаковых размеров, имеют ОП

и ОД. Охладитель пара второго и третьего ПВД подсоединены по параллельной

схеме Никольного—Рикара, а ОП первого подогревателя включен после-

довательно.

Конструкции горизонтальных подогревателей смешивающего типа и гравита-

ционная схема их установки приведены на рис. 6.9. Подогреватели 77-7 и 77-2 раз-

мещены один над другим. Это позволяет не использовать дополнительный насос

для перекачки конденсата. Разность высот между подогревателями выбирается

по максимально возможной разности давлений в них с учетом гидравлического

сопротивления трубопроводов слива и некоторого запаса высоты. Подогреватели

выполнены в виде горизонтально расположенных сосудов, внутри которых разме-

щены провальные тарелки для создания струйного движения нагреваемого кон-

денсата. Передача теплоты происходит при пересечении струй воды греющим

паром. При этом часть греющего пара конденсируется на струях, а часть его отво-

дится из подогревателя вместе с неконденсирующимися газами. Для предотвра-

щения попадания воды в турбину при снижении давления в отборе в корпусах

предусмотрен аварийный слив конденсата, а также устройства, исключающие

попадание воды из конденсатосборника в корпус подогревателя. Эти меры позво-

ляют не устанавливать обратный клапан на паропроводе подвода греющего пара

(диаметром 1100—1200 мм) к 77-7.

122

6.1.

Элементы пароводяного тракта ТЭС

Рис.

6.9. Схема установки подогревателей низкого давления смешивающего типа блока мощно-

стью 300 МВт:

П-1,

П-2 — первый и второй подогреватели; КН-2 — конденсатный насос второго подъема; 1 —

обратный затвор; 2 — гидрозатвор; 3 — аварийный слив; 4 — клапан; 5 — аварийный слив из П-1;

б — подвод конденсата к П-2; 7, 10 — отвод паровоздушной смеси; 8 — бак; 9 — слив конденсата

в обвод П-2; 11 — подвод конденсата

123

Глава

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ТЕПЛОВЫХ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

г—

1—1

у-

—*J

Рис. 6.10. Вертикальные смешивающие подогреватели:

а — П-1; б — П-2; 1 — подвод пара из отбора турбины; 2 — отвод паровоздушной смеси; 3 — подвод

основного конденсата; 4 — напорный коллектор; 5 — перегородка; 6 — гидрозатвор; 7 — аварийный

перелив в конденсатор; 8 — отвод конденсата; 9 — подвод воды из обратного затвора; 10 — подвод

пара из уплотнений турбины; 11 — паровой обратный затвор; 12 — слив из уплотнений питательных

насосов

Наряду с горизонтальными подогревателями смешивающего типа разработаны

конструкции их в вертикальном исполнении (рис. 6.10) с напорным водораспре-

делением. Пар из отборов турбины поступает в верхнюю часть подогревателя, дви-

жется вниз и конденсируется на стекающих струях воды. В центре корпуса раз-

мещается воздухоохладитель, куда поступают не сконденсировавшаяся часть пара

и воздух. Паровоздушная смесь охлаждается струями холодного конденсата и отво-

дится из корпуса. Конденсат после нагревательной секции собирается на гори-

зонтальном лотке, под который может подводиться пар из уплотнений турбины

(при этом лоток работает как барботажная ступень подогрева). В нижней части

корпуса установлены обратные затворы, через которые конденсат поступает в водя-

ное пространство.

124

6.1.

Элементы

пароводяного тракта

ТЭС

Регенеративные подогреватели комплектуются заводом-изготовителем вместе

с турбиной

устанавливаются

без

резерва. Выход

из

строя одного

из ПВД

приво-

дит

отключению всей

их

группы,

при

выходе

из

строя одного

ПНД

остальные

остаются

работе.

Эффективность регенеративного подогрева

существенной мере зависит

от

значений

, At

Д?

. Величину

Д^

называют недогревом воды

и в

подогревателе

до температуры насыщения греющего пара.

Для

смешивающих подогревателей

эта

величина равна нулю.

Тепловая нагрузка подогревателя поверхностного типа

определяется

из

урав-

нения теплового баланса

-h^)4

-t

(6.1)

и уравнения теплопередачи

kFAt

kF(t

- t

)

In (At

/u).

(6.2)

Из этих уравнений получим

-kF/{D

с )

*,-/

в2

(Д*

)е

или

при At

= t

-t

= С

в2

.)/(е^

/Фл)

- 1) =

Q/[(e-

kF/{D

]

(6.3)

Выражение

(6.3)

называют экспоненциальной характеристикой подогревателя.

Из

(6.3)

видно,

что при

понижении нагрузки блока значение

снижается.

ТЕРМИЧЕСКИЕ ДЕАЭРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ.

Деаэраторные установки предназначены

для удаления

из

воды агрессивных газов (кислорода, углекислого газа), которые

поступают

в нее с

воздухом через неплотности

конденсаторе

подогревателях,

работающих

при

давлении ниже атмосферного.

Термическая деаэрация

— это

процесс десорбции газа,

при

котором происходит

переход растворенного газа

из

жидкости

находящийся

с ней в

контакте

пар.

Такой процесс может протекать

при

соблюдении законов равновесия между жид-

кой

газовой фазами. Совместное существование этих двух

фаз

возможно только

при условии динамического равновесия между ними, которое устанавливается

при

длительном

их

соприкосновении.

При

динамическом равновесии

(при

определен-

ных давлении

температуре) каждому составу одной

из фаз

соответствует равно-

весный состав другой фазы. Доведение воды

до

состояния кипения

не

является

достаточным условием

для

полного удаления

из нее

растворимых газов. Удаление

газов

при

термической деаэрации происходит

результате диффузии

дисперсного

выделения

их. При

этом должны быть созданы условия перехода газов

из

воды

в паровое пространство. Одним

из

таких условий является увеличение площади

поверхности контакта воды

паром, чтобы максимально приблизить частицы

потока деаэрируемой воды

поверхности раздела

фаз. Это

достигается

при

дроб-

лении потока воды

на

тонкие струи, капли

или

пленки,

также

при

барботаже пара

через тонкие слои воды.

Положительно сказывается

на

процессе деаэрации увеличение средней темпе-

ратуры деаэрируемой воды,

так как при

этом снижаются вязкость

поверхностное

натяжение

ее и

увеличивается диффузия газов.

В то же

время эффективное удале-

ние газа

из

воды также

не

является достаточным условием

для

эффективной

125

Глава

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ТЕПЛОВЫХ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

деаэрации. Выделившийся из воды газ находится на поверхности жидкости или

в непосредственной близости от нее, и при незначительном снижении температуры

воды или повышении ее давления он вновь поглощается водой.

Эффективная деаэрация достигается при полном отводе выделившихся газов

за счет непрерывной вентиляции и вывода их из деаэратора. Газ из деаэратора уда-

ляется вместе с паром, который называют выпаром. Значение выпара оказывает

существенное влияние на эффект деаэрации. Для деаэраторов повышенного давле-

ния значение выпара составляет 2—3 кг пара на 1 т деаэрируемой воды. Таким

образом, количество пара, подводимого к деаэратору, должно обеспечивать поддер-

жание состояния кипения деаэрируемой воды и оптимальный выпар, а гидравличе-

ская нагрузка деаэратора должна быть такой, чтобы динамическое воздействие

потока пара было преобладающим на границе фаз.

Применяемые на ТЭС деаэраторы различают по рабочему давлению, при кото-

ром 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 атмосферные

(с давлением 0,12 МПа) типов ДА-300, ДА-150

и других с подогревом воды на 10—50 °С и

деаэраторы вакуумные

(с давле-

нием 0,0075—0,05 МПа) типов ДВ-2400,

ДВ-2000 и других с подогревом воды

на 15—25 °С (числа в типоразмерах ука-

зывают производительность, т/ч).

Под номинальной производительно-

стью деаэратора понимается расход всех

потоков воды, подлежащих деаэрации, и

сконденсировавшегося в деаэраторе пара.

Деаэраторы различают также по спо-

собу контакта воды с паром: пленочные,

струйные, капельные, барботажные. При

этом часто используются комбинирован-

ные схемы контакта (например, струй-

но-барботажные деаэраторы).

Большинство деаэраторов выполня-

ется в виде вертикальной цилиндриче-

ской колонки, которая размещается над

баком-аккумулятором. Бак-аккумулятор

предназначен в основном для аккумули-

рования запаса питательной (подпиточ-

ной) воды. Кроме того, в нем заканчива-

ется процесс дегазации воды (выделение

дисперсных газов и разложение бикар-

бонатов).

На рис. 6.11 представлена колонка

Рис.

6.11.

Принципиальная схема конструкции

струйного атмосферного

деаэратора.

струйного

атмосферного

деаэратора:

Деаэраторы такого типа (в комбиниро-

/ —

корпус;

2 —

подвод

воды;

3 —

отвод

выпара;

ванных вариантах) широко распростра-

4 —

тарелки;

5 —

подвод греющего

пара

126

6.1.

Элементы пароводяного тракта ТЭС

нены

на

отечественных электростанциях.

Они

просты

по

конструкции

имеют

малое сопротивление

при

прохождении пара. Деаэрируемая вода подводится

в верхнюю часть колонки. Дробление

ее на

струи осуществляется

помощью дыр-

чатых тарелок, расположенных

по

высоте колонки

на

расстоянии 300—400

мм

друг

от друга. Тарелки имеют отверстия диаметром

5—7 мм,

площадь которых составля-

ет около

8 %

общей площади тарелки.

колонке устанавливаются тарелки двух

типов

проходом пара через центральное отверстие

или по

периферии. Чередуясь

между собой, тарелки обеспечивают многократное пересечение потоком пара струй

деаэрируемой воды. Число устанавливаемых тарелок определяется начальным

и конечным содержаниями кислорода

деаэрируемой воде (обычно пять

более).

Струйное движение деаэрируемой воды обусловливает обязательную неравно-

мерность интенсивности

ее

деаэрации, отнесенную

единице длины струи,

что

является существенным недостатком деаэраторов данного типа.

Для его

устране-

ния колонки струйного типа выполняют большой высоты

(3,5 ми

более).

Важной характеристикой всех типов деаэраторов является приведенная плот-

ность орошения (отношение расхода воды

площади поперечного сечения колонки).

Для колонок струйного типа

эта

величина составляет 60—100

т/(м

•

ч).

В настоящее время деаэрирующие устройства струйного типа

дырчатыми

тарелками широко используются

качестве первой ступени обработки воды

в деаэраторах струйно-барботажного типа.

В деаэраторных

колонках пленочного типа

(рис. 6.12)

деаэрируемая вода разби-

вается

на

тонкие пленки, стекая вниз

по

поверхности насадки. Используются упо-

рядоченная

неупорядоченная насадки. Упорядоченная насадка выполняется

из вертикальных, наклонных

или

зигзагообразных листов, концентрических цилин-

дров,

укладываемых правильными рядами колец

или

других элементов, обеспечи-

вающих непрерывное направленное движение воды.

Колонки

упорядоченной насадкой позволяют работать

плотностью ороше-

ния

до 300 т/(м

•

ч) при

подогреве воды

на

20—30

°С. Они

могут использоваться

для дегазации неумягченной воды,

также воды, загрязненной шламом

или

наки-

пью.

В то же

время

в них

практически нельзя обеспечить равномерность распреде-

ления потока воды

по

насадке.

Неупорядоченная насадка выполняется

из

отдельных элементов определенной

формы, которые заполняют объем колонки.

Это

могут быть шары, кольца, Q-образ-

ные элементы

и т.п.

Деаэрационная колонка

неупорядоченной насадкой допускает

плотность орошения 90—НО т/(м

ч)

при

подогреве воды

на 40 °С,

обеспечивает

более высокий коэффициент массопередачи

соответственно меньшее остаточное

содержание газа

воде.

В то же

время предельная гидравлическая нагрузка

этих

колонках существенно ниже,

чем в

колонках

упорядоченной насадкой.

В основном пленочные деаэраторы применяются

для

дегазации подпиточной

воды тепловых сетей.

Им

присущи: большая чувствительность

перегрузкам,

которые могут привести

обратному движению воды

и к

гидроударам;

как

правило,

недостаточная удельная пропускная способность

на

единицу площади поперечного

сечения колонки,

что

вызывает необходимость использования нескольких парал-

127

Глава

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ТЕПЛОВЫХ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Рис. 6.12.

Конструкция деаэрационной

колонки пленочного типа

неупорядоченной

насадкой:

1 —

корпус;

2 —

подвод

воды;

3 —

крышка;

4 —

отвод

выпара;

5 —

отверстия

для

слива

воды;

6 —

патрубки

для

выпара;

7,8 —

нижний

верхний листы водораспределительной

камеры;

9 —

орошае-

мая

насадка;

10 —

подвод

пара;

11 —

подвод

дренажа

лельно работающих колонок; гидравлические и тепловые перекосы за счет смеще-

ния слоя насадки, уменьшения ее удельной площади поверхности под действием

потоков воды и пара.

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 ее

дроблении. При этом обеспечивается интенсивная турбулизация и удельная пло-

щадь поверхности контакта фаз может достигать 1500 м

/м

. 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 про-

цессе барботажа интенсивно выделяется не только кислород, но и углекислый газ,

который 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 нагре-

ва воды до температуры, близкой к температуре насыщения, и для предваритель-

ной грубой ее деаэрации.

128

6.1.

Элементы

пароводяного

тракта

ТЭС

Рис. 6.13.

Конструктивная

схема

деаэрационной

колонки

струйно-барботажного

типа:

/ —

подвод

воды; 2 —

смесительное

устройство;

3 —

переливное

устройство; 4 —

дырчатая

тарел-

ка; 5 —

пароперепускная

тарелка;

6 —

сливной

канал; 7 —

барботажная

тарелка;

8 —

переливной

порог;

9, 15 — гидрозатворы; 10 — корпус; 11 —

водослив; 12 — бак-аккумулятор; 13 —

подвод

пара;

14 —

пароперепускная

труба;

16 — барбо-

тажный

слой; 17 —

штуцер

для

отвода

выпара

На рис. 6.13 показана конструктивная

схема деаэрационной колонки струйно-

барботажного типа. Предназначенная для

деаэрации вода поступает в смесительное

устройство 2 и через переливное устройст-

во 3 сливается на дырчатую тарелку 4.

Через отверстия дырчатой тарелки вода

перетекает на перепускную тарелку 5,

откуда через сегментное отверстие 6 посту-

пает на барботажную тарелку 7. На тарелке

7 вода барботируется паром, проходящим

через отверстия. Затем, переливаясь через

порог 8, она поступает в гидрозатвор, по-

сле которого 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 на-

грузке существовала устойчивая паровая подушка, препятствующая проходу воды

через отверстия.

При значительном повышении давления в паровой подушке (до 130 мм вод. ст.)

при увеличении нагрузки часть пара из нее перепускается по трубе 14 в обвод бар-

ботажного листа. Это исключает нежелательное повышение уноса воды из слоя

над листом. Постоянному проходу пара через трубу 14 препятствует гидрозатвор

75,

который заполняется водой. Пройдя через слой воды над тарелкой 7, пар выхо-

дит 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 77 пар и выделив-

шиеся газы удаляются из колонки. Эффективность работы таких деаэраторов весь-

ма высока. Они широко используются для блоков мощностью 300 МВт. Чтобы при-

менять эти деаэраторы для блоков большей мощности, их конструкция была не-

сколько изменена в целях уменьшения габаритов и расширения диапазона эффек-

тивной работы барботажного устройства.

Деаэраторы питательной воды включаются в систему ее регенеративного подо-

грева. При этом применяются две схемы подсоединения их к отборам турбины

(рис.

6.14). При включении деаэратора по схеме, приведенной на рис. 6.14,

а,

грею-

щим паром его является пар из самостоятельного отбора турбины. Деаэратор

129

Глава

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ТЕПЛОВЫХ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

а) б)

Рис. 6.14.

Схемы

включения

деаэратора:

а —

деаэратор

является

отдельным регенеративным

подогревателем;

б —

деаэратор

является

пред-

включенной ступенью

поверхностного

подогревателя;

1—3 —

трубопроводы

пара

от

последователь-

ных

отборов

турбины;

4 —

регенеративный

подогреватель;

5 —

линия

основного

конденсата;

6 —

линия

отвода

дренажа;

7 —

деаэратор;

8 —

линия

питательной

воды

в этом случае работает как регенеративный подогреватель смешивающего типа.

Однако в целях поддержания постоянства давления в нем при пониженных нагруз-

ках блока давление в отборе должно быть выше рабочего давления в деаэраторе.

Это приводит к недовыработке электроэнергии турбоустановкой. При включении

по схеме, изображенной на рис. 6.14, б, деаэратор и следующий за ним по ходу

воды подогреватель составляют одну ступень подогрева питательной воды. Дрос-

селирование пара на входе в деаэратор в этом случае никак не отражается на теп-

ловой экономичности. Давление в деаэраторе может поддерживаться постоянным

в широком диапазоне изменения нагрузки турбины. В процессе расчета тепловой

схемы из уравнений теплового и материального балансов определяется расход

пара, необходимый для подогрева деаэрируемой воды до температуры насыщения

при давлении в деаэраторе. Для струйных деаэраторов в процессе расчетов для

отсеков определяется конечная концентрация газов в питательной воде.

Для барботажных деаэраторов (или отсеков) находят необходимую площадь

барботажной тарелки. Деаэрированная вода собирается в баке-аккумуляторе, рас-

положенном непосредственно под деаэрационной колонкой. Суммарный запас

питательной воды в баке-аккумуляторе для блочных электростанций должен обес-

печивать работу котлов в течение не менее 3,5 мин.

Деаэраторы питательной воды выбираются по максимальному расходу этой

воды. Работа деаэратора должна обеспечивать минимальное остаточное содержа-

ние кислорода (не более 10 мкг/кг) и отсутствие углекислого газа в питательной

воде.

На блок устанавливают одну или две деаэрационные колонки с рабочим дав-

лением 0,59—1,29 МПа. Для деаэрации подпиточной воды и питательной воды

испарителей применяют деаэраторы атмосферного типа (обычно струйные).

Деаэраторные колонки комплектуются заводами-изготовителями вместе с охлади-

телями выпара.

В табл. 6.1 приведены основные характеристики струйно-барботажных деаэра-

торов, выпускаемых для блоков ТЭС, и указано, на каких блоках они применяются.

130