Способы деаэрации воды и конструктивное выполнение деаэраторов.

Для удаления газов из воды могут быть использованы химические и термические методы. Химические методы основаны на избирательном взаимодействии удаляемых газов с дозируемыми реа­гентами. Практически химический метод применим только для уда­ления кислорода. Для этого используют гидразин N₂H₄, и то не как самостоятельный метод, а для удаления микроколичеств кис­лорода. Вместе с гидразином в воду могут поступать другие примеси. Кроме того, гидразин является токсичным веществом. На АЭС применяют в основном термическую деаэрацию. Термические деаэраторы позволяют удалять из воды любые растворенные в воде газы и не вносят никаких дополнительных примесей в воду.

Рассмотрим принцип работы термического деаэратора. В со­ответствии с законом Генри количество растворенного в воде газа, например кислорода, пропорционально парциальному давлению этого газа над жидкостью.

= , (5.3)

где - количество растворенного в воде кислорода; - ко­эффициент абсорбции кислорода жидкостью, зависящий от темпера­туры; - парциальное давление кислорода над жидкостью.

Суммарное давление над уровнем вода

(5.4)

где - парциальное давление водяных паров; - сумма парциальных давлений других, кроме кислорода, газов.

С учетом (5.4) уравнение (5.3) можно записать:

= ) (5.5)

На рис. 5.1 представлена зависимость растворимости кислорода (кривая I) от температуры, определяемая Несмотря на уменьшение количества кислорода в воде с повышением температуры оставшаяся его часть значительна. Так как изменение температуры воды от 20 до 50°С количество растворенного в воде кислорода уменьшается с 9 до 5 мг/кг. Оставшаяся часть кислорода (5 мг/кг) в сотни раз превыпает допустимые уровни.

Из уравнения (5.5) следует, что для сведения к нулю содер­жания кислорода в воде необходимо выполнение условия

(5.6)

Чем больше , тем меньше , в пределе, если Р ≈ , то . Это условие выполняется при повышении температуры воды до температуры насыщения, т.е. до кипения. Из рис. 5.1 видно,.что при атмосферном давлении воздуха 4 парциальное давление кислорода 3 и количество растворенного в воде кислорода 1 равны нулю и дав­ление над водой определяется давлением насыщенных паров воды 2.

Устройство, где происходит прогрев воды до температуры ки­пения с целью удаления газов, называется деаэратором. Подогрев воды в деаэраторе осуществляется за счет отборного пара из тур­бины.

Для надежного удаления из воды газов необходимо прогревать всю массу воды до температуры насыщения. Недогрев воды на 1-3°С увеличивает остаточное содержание газов в воде.

Д ля выполнения условия (5.6) необходимо постоянно удалять выделившиеся из воды газы. Отводимая из деаэратора парогазовая смесь называется выпаром. Чем больше выпар, тем эффек­тивнее будет работать деаэратор. Для возврата в цикл уходящего с выпаром пара на линии сброса выпара устанавливают охладитель выпара (см.рис.5.3, поз.3). Конденсация пара в охладителе выпа­ра происходит за счет пропуска воды 1, идущей на деаэрацию. Кон­денсат выпара возвращается в деаэратор, а несконденсировавшиеся газы по линии 2 выбрасываются либо в атмосферу (для двухконтурных АЭС), либо в конденсатор (для одноконтурных АЭС). Использова­ние выпара значительно упрощается, если его применить как рабо­чее тело для эжекторов турбин.

Рис. 5.3 Схема подключения деаэратора к тепловой схеме

1 - поток конденсата после ПНД

2 - выброс несконденсировавшихся газов

3 - охладитель выпара

4 – выпар

5 – деаэратор

6 – питательный насос

7 – ПВД

8 – отборный пар на ПВД

9 – пар от постороннего источника

10 – клапан регулятора давления

1 - подвод основного конденсата;

2- подвод конденсата регенеративных подогревателей высокого давления;

3- подвод конденсата испарителя;

4- отвод выпара;

5-подача греющего пара;

6- тарелки.

Стрелками в корпусе показано движение греющего пара.

Рис. 5.2 - Общий вид деаэрационной колонки

В смешивающем подогревателе расход пара определяется исходя только из догрева воды до температуры кипения при полной конденсации греющего пара. Отличие деаэраторной колонки от обычного смешивающего подогревателя заключается в массовом расходе греющего пара. В деаэраторной колонке расход греющего пара должен не только обеспечивать такой догрев, но и превышать его, для того чтобы создать наиболее благоприятные г/д условия для выноса неконденсирующихся газов.

Так как при этом уходит довольно большое количество пара (≤ 1 кг/т для удаления кислорода, ≤ 3 кг/т для удаления углекислоты ), то существует охладитель выпара.

Деаэраторы могут быть смешивающие, поверхностные и пере­гретой воды. Наибольшее распространение получили смешивающие деаэраторы. Поверхностные деаэраторы используются в том случае, если греющий пар изменяет материальный баланс установки. Так, например поверхностные деаэраторы устанавливаются на линии под­питки первого контура АЭС с ВВЭР-1000. В деаэраторах перегретой воды подаваемая на деаэрацию вода подогревается в теплообменнике до температуры, превышающей температуру насыщения в деаэраторе. Избыточная теплота этой воды расходуется на парообразование. Не­достатком деаэратора перегретой воды является сложность осущест­вления одновременной деаэрации потоков воды с разными энтальпия­ми, поэтому они не получили практического применения.

Смешивающие деаэраторы подразделяются по давлению на вакуумные, атмос­ферные, повышенного давления. Вакуумные деаэраторы устанавлива­ются на подпитке теплосети, атмосферные - на линии подачи доба­вочной воды и деаэраторы повышенного давления - на основном по­токе конденсата.

Само деаэрационное устройство представляет собой деаэрационную колонну, в которой подогреваемая вода стекает сверху вниз, а навстречу ей снизу подается греющий пар. Деаэрационная колонна устанавливается на бак - аккумулятор питательной воды, куда стекает продеаэрированная вода. В зависимости от мощности турбины на один деаэраторный бак устанавливают одну, две, реже три деаэрационные колонны. В эксплуатации под деаэратором пони­мают совокупность деаэрационных колонн и деаэрационного бака.

Для улучшения процесса деаэрации в деаэраторах смешивающего типа необходимо обеспечить большую поверхность контакта подогре­ваемой среды с паром. Поэтому конструкции термических деаэраторов подразделяются, в первую очередь, по способу дробления воды. Различают деаэраторы: сопловые, с насадками, пленочные, струйные и барботажные. В сопловых деаэраторах распыление воды идет с по­мощью сопел. Сопловые, с насадками и пленочные деаэраторы широко­го распространения не получили, так как сопловые - малоэффективны, а с насадками (установка большого количества металлических наса­док) и пленочные (вода стекает в виде пленки по концентрическим стальным кольцам) дают дополнительное количество продуктов корро­зии в воду. На АЭС широкое распространение получили струйные деаэраторы. На рис. 5.2 представлена деаэрационная колонна струй­ного деаэратора. Сверху по линии 1 конденсат после ПНД подается на устройства 5, называемые "тарелками". Через отверстия в нижней части "тарелок" вода струями стекает вниз на следующий этаж "тарелок". Снизу в паровую камеру по трубопроводу 4 подается пар из отбора турбины. Пар, двигаясь снизу вверх, пересекает струи воды и подогревает ее до температуры насыщения. По мере подъема пара его количество уменьшается за счет конденсации. Выпар отводится по трубопроводу 3. За счет дробления воды на струи образует­ся большая поверхность контакта воды с паром. По линии 2 подает­ся конденсат греющих паров ПВД. Для увеличения времени контакта пара с водой и глубины разложения бикарбонатов струйную деаэрацию можно дополнить барботажной, подавая часть пара под уровень воды в деаэраторном баке. Пар, барботируя через воду, способствует более полному удалению газов. Емкость деаэраторных баков выбирается из расчета трехминутной работы питательных насосов после прекращения подачи воды в деаэратор. Уровень воды в деаэраторе должен быть определенным и контролироваться с помощью водомерного стекла. При достижении предельно допусти­мого уровня, избыток воды сливается через переливное устрой­ство. Повышение уровня свыше максимально допустимого ухудшает ра­боту деаэрационной колонки. Давление в деаэраторе необходимо поддерживать постоянным. Это связано с тем, что после деаэратора вода, нагретая до температуры насыщения, питательным насосом 6 (рис. 5.3) подается в питательную магистраль. При резком изменении давления в деаэраторе может произойти вскипание воды, и работа насоса нарушается.

Недостаток деаэратора смешивающего типа: вследствие конденсации греющего пара в нижней части колонки, в верхнюю её часть проходит всё меньшее количество пара. Это затрудняет подогрев конденсата в верхней части колонки и требует увеличения расхода выпара до 5 ÷ 10.