1. Курс лекций ТМиВО ТЭС_для ФЗВО

(конечного температурного напора). Предельные расчетные недогревы воды в по- догревателях системы регенерации при номинальном режиме работы турбины не превышают 5 оС (при наличии пароохладителя недогрев воды может быть и отрица- тельным – для ПВД характерны значения от «–1» до «–3» оС).

Недогрев воды до температуры насыщения в подогревателях, температура пи- тательной воды (конденсата) за подогревателем, переохлаждение конденсата грею- щего пара должны контролироваться:

–до и после капитального ремонта турбоустановки;

–после ремонта подогревателей;

–периодически по графику (не реже 1 раза в месяц).

Для каждого турбоагрегата его энергетической характеристикой регламентиро- ваны номинальные для каждой нагрузки значения температуры воды за каждым по- догревателем, особенно за ПВД (см. рис. 2.26). При этом конечная энтальпия пита- тельной воды за группой ПВД (за обратным клапаном!) непосредственно влияет на удельный расход тепловой энергии брутто на выработку электроэнергии турбоуста- новкой, поэтому этот показатель особенно важен. Эта температура является отчет- ным показателем, помещаемым в регулярные отчеты электростанции о тепловой экономичности оборудования. Температура воды за прочими регенеративными по- догревателями влияет на перераспределение расходов пара в регенеративные отбо- ры и, следовательно, на электрическую мощность турбоагрегата при постоянном расходе свежего пара.

Для оценки влияния технического состояния регенеративных подогревателей на эффективность работы турбоустановки в целом в энергетических характеристи- ках турбоагрегатов приводятся поправки к удельному расходу тепловой энергии брутто на выработку электроэнергии на отличие фактических значений температуры питательной воды от номинальных. Для теплофикационных турбоагрегатов такие поправки обычно даются в расчете на отклонение значений температуры на 10 оС (см. рис. 2.27). При отклонении, отличном от 10 оС поправка принимается в соответ- ствующей пропорции. Для конденсационных турбоагрегатов рассматриваемая по- правка строится в зависимости от величины недогрева питательной воды до номи- нальной температуры (рис. 2.28).

Например, для турбоагрегата ПТ-80/100-130/13 ЛМЗ при работе в теплофика- ционном режиме с двухступенчатым подогревом сетевой воды при нагрузке произ- водственного отбора 90 Гкал/ч, нагрузке теплофикационного отбора 60 Гкал/ч, но- минальных давлениях пара в камерах этих отборов и электрической мощности 80 МВт (расход свежего пара на турбоагрегат 433 т/ч) при отклонении конечной температуры питательной воды на 5 оС от номинального значения в сторону умень- шения затраты топлива за месяц возрастут приблизительно на 55 т у.т. или около 0,4 %. Аналогично и для конденсационных турбоагрегатов: при том же недогреве питательной воды до номинальной температуры, равном 5 оС, для турбоагрегата К-210-130-3 ЛМЗ при электрической мощности 200 МВт перерасход топлива за ме- сяц составит около 80 т у.т. (0,15 %).

36

Причинами повышения недогрева воды в регенеративных подогревателях мо- гут быть:

–неудовлетворительная работа системы отсоса паровоздушной смеси из паро- вого пространства подогревателей;

–недостаточность поверхности теплообмена (например, по причине затопления части трубной системы при повышенном уровне конденсата в корпусе подогревате- ля или из-за отглушения дефектных трубок);

–повышенное аэродинамическое сопротивление паропроводов от камер отбо- ров турбины до подогревателей;

–протечки в водяных камерах между ходами, байпасирование части расхода питательной воды в обвод аппарата;

–загрязнение поверхности теплообмена аппарата – в редких случаях. Оперативный контроль показателей работы регенеративной установки возлага-

ется на машиниста турбины. Этот контроль осуществляется по выведенным на щит управления турбиной показаниям контрольно-измерительных приборов. Периоди- ческий контроль осуществляется в процессе обходов оборудования по месту, вы- полняемых машинистом-обходчиком турбинного оборудования, старшим машини- стом цеха или турбинного отделения, а также начальником смены цеха.

39

Раздел 2. ДЕАЭРАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ

Рекомендуемая литература:

- учебная и учебно-научная литература

1.Шарапов В.И., Цюра Д.В. Термические деаэраторы. – Ульян. гос. техн. ун-т., 2003. – 560 с (любое издание; расширенный объем материала по разделу).

2.Оликер И.И., В.А. Пермяков. Термическая деаэрация воды на тепловых элек- тростанциях. – Л.: Изд-во «Энергия», 1971. – 185 с (расширенный объем материа-

ла по разделу).

3.Теплообменники энергетических установок: Учебник для вузов. К.Э. Арон- сон, С.Н. Блинков, В.И. Брезгин и др. Под ред. профессора, докт. техн. наук Ю.М. Бродова. – Екатеринбург: Изд-во «Сократ», 2002. – 968 с (любое издание; со-

кращенный конспект материала по разделу).

4.Справочник по теплообменным аппаратам паротурбинных установок / Ю.М. Бродов, К.Э. Аронсон, А.Ю. Рябчиков, М.А. Ниренштейн; под. общ. ред. Ю.М. Бродова. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 480 с (любое издание; сокра-

щенный конспект материала по разделу).

5. Шарапов В.И. Подготовка подпиточной воды систем теплоснабжения с применением вакуумных деаэраторов. – М.: Энергоатомиздат, 1996. – 176 с (рас-

ширенный объем материала по подразделу «Вакуумные деаэрационные установ- ки»).

6. Капелович Б.Э. Эксплуатация паротурбинных установок / Б.А. Капелович. –

М.: Изд-во «Энергия», 1975. – 288 с. (вопросы эксплуатации)

- нормативно-технические и методические документы:

7. Правила технической эксплуатации тепловых электрических станций и сетей Российской Федерации : офиц. текст : утв. Приказом Минэнерго России № 229 от

19.06.03: ввод. в действие с 30.06.03 : зарег. в Минюсте России 20.06.03 № 4799. – М.: Омега-Л, 2006. – 256 с.

8. Методические указания по испытаниям вакуумных деаэраторов: СО 34.40.514 / Красавин А.В., Кукин Н.А., Рязанов С.В., Волынцева Т.М. – « Сре- дазтехэнерго», 1981.

9.Методические указания по испытаниям деаэраторов повышенного давления: СО 34.40.515 / Соколкина И.В., Мальчиков М.А. – « Уралтехэнерго», 1981.

10.Типовая инструкция по обслуживанию деаэрационных установок энерго- блоков мощностью 150-800 МВт КЭС и 110-250 МВт ТЭС: РД 34.40.502-92 / Смир- нов Ю.Н., Юдина И.М. – М.: «Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС», 1993.

11.Типовая инструкция по эксплуатации автоматизированных деаэрационых установок подпитки теплосети: РД 34.40.507 (ТИ 34-70-032-84) / Бравиков А.М. – «Сибтехэнерго», 1985. – с изм. № 1 от 11.07.1988 г.

1

Перечень вопросов для изучения:

1.Физико-химические основы процессов термической деаэрации воды: статика процесса десорбции (константа фазового равновесия; закон Генри; коэффициент аб- сорбции газов водой).

2.Физико-химические основы процессов термической деаэрации воды: отличия десорбции от хемосорбции-десорбции; процессы гидратации и диссоциации уголь- ной кислоты в водном растворе; диаграмма распределения различных форм угле- кислоты в зависимости от водородного показателя рН раствора.

3.Физико-химические основы процессов термической деаэрации воды: кинети- ка процесса деаэрации (закон Фика для случаев молекулярной, конвективной и тур- булентной диффузии).

4.Базовые принципы конструирования высокоэффективного термического де- аэратора и их обоснование с точки зрения основных законов статики и кинетики де- аэрации.

5.Типы термических деаэраторов и область их применения.

6.Принципиальная схема атмосферной деаэрационной установки с колонкой струйно-барботажного типа и барботажным устройством в водяном объеме деаэра- торного бака. Объем теплотехнического и химического контроля атмосферной де- аэрационной установки. Влияние режимных параметров на эффективность деаэра- ции воды.

7.Принципиальная схема вакуумной деаэрационной установки с горизонталь- ным деаэратором и пароструйным эжектором. Принципиальные схемы вакуумной деаэрационной установки с водоструйным эжектором. Преимущества и недостатки различных схем.

8.Принципиальная схема деаэрационной установки повышенного давления. Защиты и блокировки в деаэрационных установках повышенного давления.

9.Конструктивная схема атмосферной деаэрационной установки с колонкой струйно-барботажного типа и барботажным устройством в водяном объеме деаэра- торного бака. Назначение и принцип работы элементов деаэрационной установки: собственно деаэратора, предохранительно-сливного устройства, охладителя выпара, затопленных барботажных устройств.

10.Конструктивная схема горизонтального вакуумного деаэратора конструк- ции НПО ЦКТИ, элементы конструкции, их назначение и принцип работы.

2

А. Физико-химические основы технологических процессов термической деаэрации воды

Деаэрация воды представляет собой один из видов абсорбционного процесса, заключающийся в переносе веществ (газов) из жидкой фазы (воды) в газовую (паро- вую) фазу и называемый десорбцией. При этом удаление из раствора газа, не всту- пающего в химические реакции с его компонентами, носит название физической де- сорбции (случай десорбции из воды растворенного в ней кислорода). При наличии химических связей между газом и компонентами раствора процесс удаления этого газа называется хемосорбцией-десорбцией (случай удаления из воды диоксида угле- рода).

Во всех случаях перенос компонента из одной фазы в другую обусловлен раз- ностью химических потенциалов его в обеих фазах. Процессы абсорбции и десорб- ции обратимы. Направление движения массы зависит от того, в какую сторону от состояния равновесия отклоняется состав газа и жидкости.

Различают статику и кинетику десорбции (абсорбции).

А.1. Статика процесса десорбции

Статика десорбции (абсорбции) есть равновесие между жидкой и газовой фаза- ми, которое устанавливается при очень длительном их соприкосновении (при неиз- менных давлении и температуре системы). Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами компонентов и, в конечном итоге, составом одной из фаз, температурой и давлением системы.

Статика процесса десорбции может быть описана константой фазового равно- весия, представляющей собой отношение концентрации газа в газовой фазе к его концентрации в жидкой фазе. В общем случае константа фазового равновесия зави- сит от давления, температуры системы и концентрации компонента в жидкости.

Большинство присутствующих в технологических системах электростанции водных растворов газов являются бесконечно разбавленными. При описании стати- ки десорбции для таких растворов применим закон Генри, выражаемый зависимо- стью вида:

р = mрхх,

где р – парциальное давление газа над раствором; х – молярная доля газа в растворе; mрх – константа фазового равновесия, называемая в этом случае коэффициентом Генри и имеющая размерность давления.

Коэффициент Генри определяется только температурой раствора и не зависит от количественного состава фаз и общего давления системы.

Из закона Генри следует, что для заданного парциального давления газа над раствором существует предельная (максимальная) концентрация этого газа в рас- творе. То есть существует предельная растворимость газа в растворе.

Растворимость газов в воде иногда оценивают по значению коэффициента аб- сорбции, который для данной температуры системы представляет собой объем газа в м3, приведенный к нормальным условиям (760 мм рт. cт. и 0 ° С), который спосо- бен раствориться в 1 м3 воды. Характер изменения коэффициентов абсорбции чи- стой водой диоксида углерода и кислорода показан на рис. 2.1.

В рассмотренном виде закон Генри справедлив для идеальных растворов газов. Бесконечно разбавленный раствор газа может считаться идеальным только в случае, если газ не образует химических связей с растворителем (например, случай раство-

3

рения кислорода в воде). Если же газ в растворе находится в химически связанном состоянии (к примеру, случай растворения в воде диоксида углерода), закон Генри описывает состояние системы только приблизительно.

Рис. 2.1. Коэффициен-

коэффициенты абсорб- ции водой соответствен- но кислорода и диоксида углерода, м3/м3; t – тем- пература раствора, ° С

Сложность описания процесса хемосорбции-десорбции диоксида углерода обу- словлена необходимостью учета многообразных форм, в которых углекислота со- держится в водных растворах. При растворении диоксида углерода в дистилляте лишь часть молекул СО2 (на уровне 0,2 – 0,3 %) подвергается гидратации с образо- ванием молекул угольной кислоты:

СО2 + Н2О ↔ Н2СО3.

Молекулы угольной кислоты подвергаются диссоциации по первой и второй ступени:

-по первой ступени:

Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3– ;

-по второй ступени:

НСО3– ↔ Н+ + СО32– .

Приведенные уравнения показывают, что существует жесткая связь между раз- личными формами угольной кислоты и концентраций ионов водорода (следователь- но, и водородным показателем рН раствора). Эта связь наглядно может быть пред- ставлена диаграммой рис. 2.2.

4

Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3 + Н2О + CO2,

CaCO3 ↔ CaCO3↓,

Ca(HCO3)2 + Н2О ↔ Ca(OH)2 + H2CO3,

Ca(HCO3)2 ↔ CaHCO3+ + HCО3-,

Ca(HCO3)2 ↔ Ca2+ + 2HCО3-,

Mg(HCO3)2 ↔ MgCO3 + Н2О + CO2,

Mg(HCO3)2 ↔ Mg(OH)2 + 2CO2,

Mg(HCO3)2 ↔ MgHCO3+ + HCО3-,

Mg(HCO3)2 ↔ Mg2+ + 2HCО3-,

MgCO3 ↔ Mg2+ + CО32-.

А.2. Кинетика процесса десорбции

Кинетика десорбции выражается в скорости процесса массопереноса и опреде- ляется степенью отклонения системы от равновесного состояния, свойствами ком- понентов и способом организации соприкосновения фаз.

При отсутствии равновесия между фазами происходит переход вещества из одной фазы в другую, то есть идет процесс массопередачи. Массопередача есть результирующий процесс, включающий процессы переноса вещества в пределах каждой фазы (массоотдача) и перенос вещества через границу раздела фаз (по ана- логии с процессами теплопередачи).

Перенос вещества в пределах фазы может происходить за счет молекулярной, конвективной и турбулентной диффузии. Преобладание того или иного типа диффу- зии определяется гидродинамическими условиями протекания процесса.

Процесс молекулярной диффузии описывает закон Фика, который устанавлива- ет связь между количеством WА компонента А, переносимого в направлении z через поверхность F за единицу времени:

WA = −DАF dCА , dz

где DА – коэффициент молекулярной диффузии, dCA/dz – градиент концентрации компонента А в направлении z.

При наличии конвективного переноса массы выражение для WА можно запи- сать:

где εd – коэффициент турбулентной диффузии.

Иногда сумму (DА + εd ) обозначают как Dэф и называют эффективным коэф-

фициентом диффузии.

6