Учебная работа. Рабочие процессы деаэрационной установки и ее элементов

Инструкция

Abstract

Введение

1. Современные задачи энергетики

1.1 Главные задачи энергетики

1.1.1 Главные задачи общества, связанные с энергетикой

1.2 Задачи водоподготовки и деаэрации воды.

2. Теоретические базы тепловой деаэрации

2.1 Статика процесса десорбции в деаэраторах

2.2 Кинетика процесса десорбции

2.3 Принципы тепловой деаэрации воды

2.4 Источники поступления газов в цикл электростанции

3. Типы тепловых деаэраторов и область их внедрения

3.1 Деаэраторы атмосферного давления

3.2 Вакуумные деаэраторы

3.3 Деаэраторы завышенного давления

3.4 Индивидуальности эксплуатации тепловых деаэраторов

4. Общие принципы проектирования и расчета деаэрационных установок

4.1 Термический расчет деаэратора

4.2 Расчет выделения (десорбции) кислорода

4.3. Гидродинамический расчет

4.4 Определение главных конструктивных размеров колонки и ее частей

4.5 Расчет барботажных устройств деаэраторов

4.5.1 Термический баланс барботажного устройства

4.5.2 Гидродинамический расчет барботажного устройства

4.6 Расчет дегазации

5. Описание объекта исследования

5.1 Деаэрационная установка завышенного давления ДСП-500

5.2 Короткая техно черта вакуумного деаэратора ВД-400

6. Советы по увеличению эффективности работы деаэрационных установок

6.1 Модернизация деаэратора с внедрением разных современных насадочных колонн

6.2 Внедрение природного газа в качестве десорбирующего агента

7. Технико-экономический анализ

7.1 Расчет высоты насадочного слоя для деаэратора ДВ-400

7.2 Расчёт расхода пара на вакуумный деаэратор ВД-800

Заключение

Перечень литературы

Инструкция

В выпускной квалификационной работе рассмотрены вопросцы, связанные с рабочим действием деаэрационной установки и ее частей. Проанализирована работа таковых деаэраторов, как ДСП-500, ДВ-400 и ДВ-800 . Выполнены термо расчеты дегазации воды и деаэрационной колонны. Изготовлены надлежащие выводы по результатам расчетов. Приведены некие советы по улучшению работы перечисленных выше деаэрационных установок.

Abstract

In the final qualifying paper discusses issues related to the working process of deaeration system and its elements. The operation of these deaerators as DSP-500, DV-400 and DV-800. Submitted thermal calculations of water degassing and de-aeration of the column. Corresponding conclusions by results of calculations. We present some recommendations to improve the work of the above deaeration installs.

Введение

Предназначение большинства частей термический схемы котельной общеизвестно. Входящий в состав котельной деаэратор, по собственному предназначению несколько различается от других частей схемы. С одной стороны его можно разглядывать, как промежный подогреватель смешивающегося типа, так как в него поступает жаркий пар из отбора турбин и химочищенная вода, также разные потоки незапятнанного конденсата с производства в том числе с конденсатоочистки. Но основное предназначение деаэратора — удаление брутальных газов из питательной воды.

В воде конденсатно-питательного тракта могут находиться разные примеси: газообразные (кислород, углекислота, азот и т.п.), твердые (продукты коррозии конструкционных материалов), естественные (хлориды, кремнекислоты и остальные).

Борьба с коррозией — одна из важных технологических и экономических задач. Главным профилактическим мероприятием, предотвращающим коррозию энергетического оборудования и трубопроводов, является деаэрация, оканчивающая стадия всеохватывающего технологического процесса водоподготовки, созданная для удаления из питательной воды котлов растворенных коррозионно-активных газов.

При кажущейся физической простоте, процесс деаэрации достаточно трудно организуем технологически. Для действенной защиты от коррозии требуется удаление газов до весьма низких остаточных концентраций: для котлов — до 0,08 % от исходного значения, а для теплосетей — до 0,4 %, т.е. нужно понизить количество растворенных газов в 250-1250 раз. Удаление из воды 90-95% газов, обычно, не представляет технической трудности. Но в связи с тем, что скорость газоудаления существенно замедляется по мере понижения остаточной концентрации, конкретно оставшиеся в воде 5-10 % газов и приводят в буквальном смысле к разрушительным последствиям для теплоэнергетического оборудования и трубопроводов.

Продукты коррозии, также некие естественные примеси (к примеру, кальций и магний) выпадают в отложения на теплопередающих поверхностях, что приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи и появлению под отложениями местных, более небезопасных видов коррозионных повреждений.

Это понижает экономичность, надежность и сохранность работы котельной.

Из газовых примесей самую большую опасность представляют кислород и углекислота.

Кислород и углекислота являются коррозионно-агрессивными агентами.

Для уменьшения коррозионных действий, поверхности нагрева производятся из коррозионно-стойких материалов — латунных сплавов, нержавеющих аустенитных сталей и высоконикелевых сплавов.

Для того чтоб иметь возможность делать поверхности нагрева из наиболее дешевеньких углеродистых сталей, нужно удалить из воды коррозионно-агрессивные газы и, сначала, кислород и углекислоту. Для этих целей используют деаэрационную установку, делящую весь тракт от конденсатора до барабана сепаратора, на конденсатный и питательный тракты.

Огромное количество имеющихся деаэрационных установок не удовлетворяют котельные по расходу и качеству деаэрирования. Деаэраторы морально устарели и содержат внутри себя технические недочеты, которые не разрешают достигнуть устойчивого газоудаления до требуемых норм в нужном спектре нагрузок.

В выпускной квалификационной работе проанализирована работа разных деаэрационных установок, установленных на Астраханской ТЭЦ-2. Выполнены некие термо расчета процесса дегазации воды. Даны некие советы по улучшению работы установки.

Может быть, советы, приведенные в ВКР, дозволят повысить свойство питательной воды котлов, что в свою очередь продлит срок службы поверхностей нагрева котлов и оборудования станции, также содействуют наиболее экономному проведению процесса тепловой деаэрации.

1. Современные задачи энергетики

Каждое поколение обязано ответить на вопросец, как обеспечить для себя размеренное и экономически оправданное снабжение энергией как базу устойчивого развития цивилизации.

На сей день главные задачи энергетики соединены с растущим ростом народонаселения Земли, недостатком энергии и ограниченностью топливных ресурсов, увеличивающимся загрязнением окружающей среды.

Современное энергоснабжение наиболее чем на 80 % базируется на невозобновляемых источниках энергии.

на данный момент на планетке живет примерно 7 млрд 392 миллионов людей. Население мира любой год растет на 80 миллионов человек. По прогнозам профессионалов, если таковая тенденция сохранится, то количество обитателей Земли в 2020 г. достигнет 9 млрд 200 миллионов человек. При этом главный рост населения будет в менее развитых регионах[1].

1.1 Главные задачи энергетики

Исключительная значимость для современной цивилизации ублажения её потребностей в энергии отыскала отражение во внедрении в обиход таковой свойства как «энергетическая сохранность», которая является одним из принципиальных частей государственной сохранности страны (вместе с военной, экономической, экологической, продовольственной и иными видами сохранности) [6].. В Энергетической стратегии Рф до 2030 г. (ЭС-2030) «энергетическая сохранность» трактуется как «состояние защищённости страны, её людей, общества, экономики от угроз надёжному топливо- и энергообеспечению». Существует фактически линейная зависимость от энергетического благополучия (выраженного, к примеру, в кВт*ч электроэнергии, потребляемой одним её обитателем в год) индекса людского развития — введённой ООН количественной свойства состояния общества/страны [2].

В индексе учтены три главных параметра:

• ожидаемая средняя длительность жизни человека,

• образованность (грамотность взрослого населения и охват населения 3-мя ступенями образования — исходным, средним и высшим);

• вещественный уровень жизни, определяемый величиной настоящего ВВП (Валовой внутренний продукт — макроэкономический показатель, отражающий рыночную стоимость всех конечных товаров и услуг, то есть предназначенных для непосредственного употребления, произведённых за год во всех отраслях экономики на территории государства) на душу населения, который пропорционален энергообеспеченности.

Для Рф индекс людского развития составляет 0,80 (60-е пространство из 173 государств), а для Норвегии — страны с большим душевым потреблением энергии и с одним из самых больших в мире актуальных эталонов, он добивается 0,98 (1-е пространство). Специалисты ООН, беря во внимание необыкновенную значимость не только лишь количественных, да и высококачественных характеристик энергопотребления, разглядывают возможность введения в индекс людского развития ещё 1-го показателя — энергоёмкости единицы ВВП (Валовой внутренний продукт — макроэкономический показатель, отражающий рыночную стоимость всех конечных товаров и услуг, то есть предназначенных для непосредственного употребления, произведённых за год во всех отраслях экономики на территории государства) [3].

Наша родина дает мировому обществу проект Конвенции по обеспечению глобальной энергетической сохранности, которую планируется обсудить на форуме АТЭС в 2012 г. Новенькая доктрина энергетической сохранности страны разрабатывается под эгидой Совета сохранности РФ (Российская Федерация — Разглядим, в качестве примера, динамику мирового употребления первичной энергии (рис.1.1) .

Рис.1.1. Динамика мирового употребления первичной энергии (в английских термических единицах — BTU. 1 BTU = 252 кал.)

Весь ХХв. характеризовался резвым ростом употребления первичных энергоресурсов и электронной энергии — суммарное мировое потребление энергии возросло в 15 раз, а душевое — в 4,4 раза. (Различие обосновано повышением численности населения от 1,6 до 6 миллиардов человек). Сразу происходило освоение первичных источников энергии со всё наиболее высочайшим энергосодержанием: каменного угля, нефти, газа, урана. Это послужило вещественной основой научно-технического прогресса и обеспечило неоднократное повышение производительности труда: в мире в среднем — в 4,5 раза, в Стране восходящего солнца — в 15,5, в Норвегии — в 11,5, в Германии и США (Соединённые Штаты Америки — 1-ое десятилетие новейшего столетия не занесло конструктивных конфигураций в «энергетическую картину» мира, в сформировавшиеся тенденции . Продолжает возрастать потребление энергии, невзирая на временами случающиеся экономические кризисы и вызванные ими краткосрочные понижения энергопотребления (рис. 1.1.1) [5].

1.1.1 Главные задачи общества, связанные с энергетикой

Можно гласить о 3-х главных дилеммах в большей мере влияющих на все стороны жизни человека и затрагивающих сами базы устойчивого развития цивилизации.

Этими 3-мя неуввязками являются:

• недостаток энергоресурсов и электроэнергии;

• угроза благополучию окружающей среды вследствие техногенного действия объектов энергетики ;

• геополитические и социальные опасности.

1-ая неувязка, сплетенная с исчерпаемостью (невозобновляемостью) главных на сей день и на довольно отдалённую перспективу энергетических ресурсов (из их сейчас вырабатывается наиболее 80 % электроэнергии), утежеляется последней неравномерностью их распределения по планетке. Даже в рамках «большенный восьмёрки» энергообеспеченность (отношение объёма наличных энергоресурсов к их надобному объёму) меняется в границах порядка величин, рис. 1.1.2.

Есть 2 метода увеличения энергообеспеченности: 1) поиск и освоение собственных энергоресурсов (невозобновляемых и возобновляемых); 2) энергосбережение и увеличение энергоэффективности.

Энергодефицитные страны обязаны растрачивать значительную часть собственного ВВП (Валовой внутренний продукт — макроэкономический показатель, отражающий рыночную стоимость всех конечных товаров и услуг, то есть предназначенных для непосредственного употребления, произведённых за год во всех отраслях экономики на территории государства) на закупку энергоресурсов, что плохо влияет на экономику и социальную сферу. К тому же они оказываются уязвимыми для политических и соц катастроф в странах-поставщиках энергоресурсов на мировой Рынок.

Неувязка энергоресурсов есть и у энергоизбыточных государств[6]. Речь идет о угрозы для их жить за счёт природной ренты. Сырьевая линия движения развития экономики страны, симпатичная простотой реализации сначала, оборачивается небезопасной зависимостью от конъюнктуры на мировом энергетическом рынке, ослаблением стимулов инноваторского развития.

Наша родина в крайние десятилетия оказалась, практически, в числе таковых государств (рис 1.2.).

Рис. 1.2. Энергообеспеченность государств «большенный восьмёрки» (отношение объёма наличных энергоресурсов к их надобному объёму)

Не случаем отказ от сырьевой модели развития экономики, переход на инноваторский путь развития объявлены управлением страны и воспринимаются обществом важной задачей.

2-ая неувязка — экологическая — наращивается по мере роста масштабов энергетики. А эти масштабы и применяемые энергетикой технологии на сей день таковы, что наиболее 50 % техногенных выбросов в атмосферу парниковых газов приходятся на объекты энергетики. Энергетика активно загрязняет также литосферу и гидросферу. Потоки энергии в энергосистемах стают соизмеримыми либо даже превосходящими потоки энергии в крупномасштабных природных системах и действиях, табл. 1.1. [7].

Всё это плохо влияет на климат («парниковый эффект», сопровождающийся увеличением температуры атмосферы) и на погоду . Техногенные трагедии на энергетических объектах вследствие их больших масштабов и мощностей стали получать черты техногенных катастроф. (Наиблежайшие примеры — трагедии на нефтяной платформе в Мексиканском заливе и на японской АЭС (Атомная электростанция — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор) «Фукусима-1»).

Таблица 1.1. Сравнение мощностей потоков энергии природного и антропогенного нрава

Выводы

• На сей день главный неувязкой в мировой энергетике является не недочет энергоресурсов, а недочет инвестиций. В XXI в. населению земли не угрожает глобальная нехватка энергетических ресурсов при условии удачной реализации стратегий энергосбережения и энергозамещения, также сотворения цивилизованного мирового рынка энергоресурсов и энергии.

• Более возможным представляется сценарий развития энергетики на базе использования всех либо, по последней мере, большинства уже узнаваемых на сей день энергоресурсов и более прогрессивных технологий их преобразования в электронную и термическую энергию. На наиблежайшие десятилетия не просматриваются ни новейшие источники энергии, ни принципно новейшие методы получения электро энергии и теплоты.

• Наиболее настоящая угроза устойчивому развитию цивилизации исходит от нарастающего гибельного техногенного действия на природную среду, в 0первую очередь, топливно-энергетического комплекса. В энергетике уменьшение вреда природе обязано осуществляться как за счёт энергосбережения, так и за счёт увеличения экологической чистоты энергетических технологий.

1.2 задачи водоподготовки и деаэрации воды

Существует ряд заморочек связанных с водоподготовкой и деаэрацией воды. Это наличие в воде, применяемой в работе теплоэнергетического оборудования, различного рода загрязнений: примеси дополнительной воды, вводимой в цикл для покрытия внутренних и наружных утрат пара и конденсата; присосы в конденсат пара охлаждающей воды в конденсаторах либо сетевой воды в теплообменниках; примеси грязного конденсата; возвращаемого от наружных потребителей пара на ТЭЦ; примеси искусственно вводимые в пароводяной тракт для корректировки аква режима (фосфаты, гидразин, аммиак, остальные различные добавки); продукты коррозии конструкционных материалов, переходящие в теплоноситель. Зависимо от типа основного теплоэнергетического оборудования и критерий работы вклад и воздействие всякого из перечисленных источников загрязнения в суммарное загрязнение аква теплоносителя ТЭС могут существенно варьироваться (см. табл.1.2)[8].

Таблица 1.2. Черта загрязнений трактов ТЭС

Источники загрязнений

Черта загрязнений

Дополнительная вода

Зависимо от схемы чистки может содержать в разных концентрациях соли натрия и аммония, кремниевую кислоту, соединения железа, органические вещества, растворенные газы.

Присосы охлаждающей воды

Все примеси природных вод в количестве, соответственном удельному значению присоса.

Коррозия конструкционных материалов

Оксиды и ионы железа, меди, алюминия, хрома и остальных частей.

Возвратимый конденсат наружных потребителей пара на ТЭЦ

Оксиды железа, нефтепродукты, ионы кальция и магния, специальные загрязнения, определяемые типом пароиспользующего компании.

Растворенные в воде вещества вызывают те либо другие проблемы в работе энергетического оборудования. В главном это соединено с образованием в термических агрегатах накипных отложений и коррозии.

При большей щелочности и солесодержании имеет пространство вспенивание котловой воды и занос солей в пароперегреватель.

В истинное время в котлах предусматриваются особые сепарационные устройства, ступенчатое испарение, промывка пара и остальные методы, содействующие получению незапятнанного пара. Допускаемое конструкцией котла солесодержание в чистом и солевом отсеках оговаривается заводом-изготовителем в паспортных данных к котлу.

В теплофикационных водогрейных котлах не считая карбонатных отложений при обогреве воды выше 130 °С очень понижается растворимость CaSO4, что потребовало принять нормы свойства подпиточной и сетевой воды, исключающие выпадение из раствора гипса (образующего весьма плотные накипи).

В теплообменной аппаратуре, работающей при 25-50 °С появляются так именуемые низкотемпературные отложения, главным компонентом которых является карбонат кальция (СаСО3).

Образующиеся накипные отложения существенно понижают теплопроизводительность теплообменников (время от времени требуется установка доп), также наращивают утраты напора в трубках.

В подогревателях жаркого водоснабжения (обогрев воды до 70 °С), использующих недеаэрированную начальную воду, накипные отложения могут быть очень значительны, потому применение начальной воды без подготовительной обработки ограничивается надлежащими нормами.

вместе с карбонатными отложениями в теплообменной аппаратуре идет скопление товаров коррозии. Достаточно соответствующим является состав отложений, отобранных из подогревателей жаркого водоснабжения (состав приводится в процентах): Са — 25,96; MgO — 1,97; Fe2O3 — 23,46; SiO2 — 6,2; SO3 — 0,42; утраты при прокаливании составляют 36 %[9].

В современных котлах, в особенности сжигающих высококалорийное горючее (газ, мазут), термический поток в экранных трубках может достигать 580-700 кВт/м2 [500-600 Мкал/(м2·ч)]. Образование на внутренней поверхности нагрева незначимых по толщине (около 0,1-0,2 мм) малотеплопроводных отложений приводит к перегреву сплава и, как следствие, к возникновению отдушин, свищей и даже разрывов экранных труб.

Отложения, образующиеся конкретно на поверхностях нагрева, принято именовать первичной накипью; грубодисперсные частички, находящиеся в объеме воды (шлам), потом могут оседать на поверхности нагрева, образуя вторичные отложения (вторичная накипь).

Образование отложений на поверхности нагрева происходит вследствие протекания в нагреваемой среде действий, связанных с образованием труднорастворимых веществ вследствие концентрирования солей при неоднократном упаривании в котле, питательной воды, также снижения растворимости ряда веществ с увеличением температуры.

По хим составу накипи подразделяют:

а) на накипи щелочноземельных металлов, которые содержат ; ; ; . Зависимо от преобладающего аниона они делятся на карбонатные, сульфатные, фосфатные и силикатные.

б) железнокислые и железнофосфатные накипи;

в) медные накипи.

Как уже отмечалось, карбонатная накипь появляется в теплообменниках, термических сетях, конденсаторах турбин и др. В критериях бурлящей среды обычно выпадает в виде шлама.

Сульфатные накипи, как правило, образуют плотные отложения, крепко связанные с сплавом.

Силикатные накипи сложны по собственному составу (; ; и др.), а по собственной структуре многообразны и образуют плотные, пористые и комковые отложения.

Железоокисные накипи, состоящие в главном из магнетита (Fe3O4), отлагаются обычно в зоне больших температур (экранные трубы).

Железофосфатные накипи [NaFePO4; Fe3(PO4)2] образуются при завышенном содержании в котловой воде железа, фосфата натрия и низкой ее щелочности.

В медных накипях содержится до 30 и наиболее процентов меди с примесями окислов железа, соединений кальция и магния. Медь в накипи находится в виде сплава и окислов. Такие накипи образуются в зонах больших температур на стороне трубы, обращенной в топку.

Поступает медь в котел с питательной водой как продукт коррозии латуни и остальных медных сплавов конденсатного тракта.

Все материалы, из которых производится теплоэнергетическое оборудование, в силу собственной природы подвергаются коррозии — разъеданию под действием среды.

При плохо налаженной деаэрации коррозии подвергаются трубопроводы, теплообменная аппаратура, аккумуляторные баки и другое оборудование.

Скопление товаров коррозии на участках теплосети с малыми скоростями может привести к повышению гидравлического сопротивления сети, понижению ее пропускной возможности, забиванию коррозионными отложениями местных систем отопления[10].

Таковым образом, примеси, попавшие в пароводяной тракт теплоэнергетических объектов, понижают надежность и увеличивают аварийность теплоэнергетического оборудования и термических сетей.

2. Теоретические базы тепловой деаэрации

Удаление из воды растворенных газов — принципиальная часть всеохватывающего технологического процесса обработки воды, реализуемого на ТЭС. Необходимость этого процесса вызвана рвением уменьшить интенсивность коррозии внутренних поверхностей теплосилового оборудования под действием растворенных в теплоносителе брутальных газов. Не считая того, наличие в воде растворенной углекислоты негативно сказывается на эффективности работы анионитных фильтров, установленных в схеме чистки дополнительной воды.

Один из главных потоков, подвергаемых дегазации — питательная вода котлов. Но растворенные газы убирают и из потоков, не являющихся конкретно рабочим телом. Таковыми потоками являются химически очищенная вода, подпиточная вода термических сетей, конденсат пара, возвращаемый в термический цикл станции от наружных потребителей, охлаждающая вода конденсаторов турбин.

Деаэрация воды представляет собой один из видов абсорбционного процесса, заключающийся в переносе веществ (газов) из водянистой фазы (воды) в газовую (паровую) фазу и именуемый десорбцией. При всем этом удаление из раствора газа, не вступающего в хим реакции с его компонентами, носит заглавие физической десорбции (вариант десорбции из воды растворенного в ней кислорода). При наличии хим связей меж газом и компонентами раствора процесс удаления этого газа именуется хемосорбцией-десорбцией (вариант удаления из воды диоксида углерода).

Во всех вариантах перенос компонента из одной фазы в другую обоснован разностью хим потенциалов его в обеих фазах. Процессы абсорбции и десорбции обратимы. Направление движения массы зависит от того, в какую сторону от состояния равновесия отклоняется состав газа и воды[11].

2.1 Статика процесса десорбции в деаэраторах

Статика десорбции (абсорбции) есть равновесие меж водянистой и газовой фазами, которое устанавливается при весьма продолжительном их соприкосновении (при постоянных давлении и температуре системы).Равновесие меж фазами определяется термодинамическими качествами компонент и, в итоге, составом одной из фаз, температурой и давлением системы.

Статика процесса десорбции быть может описана константой фазового равновесия, представляющей собой отношение концентрации газа в газовой фазе к его концентрации в водянистой фазе. В общем случае константа фазового равновесия зависит от давления, температуры системы и концентрации компонента в воды.

Большая часть присутствующих в технологических системах электростанции аква смесей газов являются нескончаемо разбавленными. При описании статики десорбции для таковых смесей применим законГенри, выражаемый зависимостью вида:

р = mрхх, (2.1)

где р — парциальное давление газа над веществом; х- молярная толика газа в растворе; mрх — константа фазового равновесия, именуемая в этом случае коэффициентом Генри и имеющая размерность давления.

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

Из закона Генри следует, что для данного парциального давления газа над веществом существует предельная(наибольшая) концентрация этого газа в растворе. Другими словами существует предельная растворимость газа в растворе.

Растворимость газов в воде время от времени оценивают по значению коэффициента абсорбции, который для данной температуры системы представляет собой размер газа в м3, приведенный к обычным условиям(760 мм. рт. cт. ° С), который способен раствориться в 1 м3 воды. Нрав конфигурации коэффициентов абсорбции незапятанной водой диоксида углерода и кислорода показан на (рис. 2.1).

В рассмотренном виде законГенри справедлив для безупречных смесей газов. Нескончаемо разбавленный раствор газа может считаться безупречным лишь в случае, если газ не образует хим связей с растворителем(к примеру, вариант растворения кислорода в воде). Если же газ в растворе находится в химически связанном состоянии(например, вариант растворения в воде диоксида углерода), законГенри обрисовывает состояние системы лишь примерно [12].

Сложность описания процесса хемосорбции-десорбции диоксида углерода обоснована необходимостью учета разнообразных форм, в каких углекислота содержится в аква смесях.

Рис.2.1 Коэффициенты абсорбции СО2 (1), N2 (2) и О2 (3) водой кг/м3

При растворении диоксида углерода в дистилляте только часть молекул СО2 (на уровне 0,2 — 0,3 %) подвергается гидратации с образованием молекул угольной кислоты:

СО2 + Н2О — Н2СО3.

Молекулы угольной кислоты подвергаются диссоциации по первой и 2-ой ступени:

-по первой ступени:

Н2СО3 — Н+ + НСО3-;

-по 2-ой ступени:

НСО3- — Н+ + СО32- .

Приведенные уравнения демонстрируют, что существует твердая связь меж разными формами угольной кислоты и концентраций ионов водорода(как следует, и водородным показателем рН раствора). Эта связь наглядно быть может представлена на (рис 2.2).

Рис. 2.2. Зависимость соотношения молярных концентраций разных форм угольной кислоты от значения рН25 аква раствора

Из диаграммы видно, что при рН25 = 4,3 вся угольная кислота содержится в растворе в молекулярной форме (вольная углекислота- СО2 и Н2СО3). С повышением рН раствора толика молекулярных форм миниатюризируется; при всем этом соответственно возрастает содержаниегидрокарбонат-ионовНСО3- . При значении рН25 = 8,33 достигается малое содержание молекулярных форм углекислоты (наименее 2 %). При предстоящем увеличении рН вольный диоксид углерода отсутствует, но возрастает долякарбонат-ионовСО32- .

Список реакций, протекающих, к примеру, в деаэраторе подпитки теплосети, приведен ниже:

Н2О — Н+ + ОН-,

2NaHCO3 — Na2CO3 +Н2О + CO2, NaHCO3 — Na+ +HCO3-,

CO2+Н2О — H2CO3,

H2CO3 — Н+ +HCO3-,

HCO3- — CO32- +Н+,

2HCO3- — CO32- +Н2О + CO2, CO2 — CO2^,

Ca(HCO3)2 — CaCO3 +Н2О + CO2,

CaCO3 — CaCO3v,

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-.

В настоящих критериях деаэрации подвергаются не незапятнанные смеси газов в воде, а смеси, содержащие разные примеси. В этом случае разные формы содержания в растворе углекислоты оказываются вовлечены в хим взаимодействия с иными компонентами (примесями) аква раствора. Это значительно осложняет механизм протекания действий хемосорбции-десорбции углекислоты [13].

2.2 Кинетика процесса десорбции

Кинетика десорбции выражается в скорости процесса массопереноса и определяется степенью отличия системы от сбалансированного состояния, качествами компонент и методом организации соприкосновения фаз.

При отсутствии равновесия меж фазами происходит переход вещества из одной фазы в другую, другими словами идет процесс массопередачи. Массопередача есть результирующий процесс, включающий процессы переноса вещества в границах каждой фазы (массоотдача) и перенос вещества через границу раздела фаз (по аналогии с действиями теплопередачи).

Перенос вещества в границах фазы может происходить за счет молекулярной, конвективной и турбулентной диффузии. Доминирование того либо другого типа диффузии определяется гидродинамическими критериями протекания процесса.

процесс молекулярной диффузии обрисовывает закон Фика, который устанавливает связь меж количеством WА компонента А, переносимого в направлении z через поверхность F за единицу времени:

(2.2)

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

При наличии конвективного переноса массы выражение для WА можно записать:

(2.3)

где w — скорость перемещения массы

Для варианта турбулентной диффузии можно получить уравнение для WА в виде

(2.4)

где еd — коэффициент турбулентной диффузии.

время от времени сумму (DА + еd ) обозначают как Dэф и именуют действенным коэффициентом диффузии. Как правило, основное сопротивление процессу массопереноса имеет пространство в водянистой фазе.

Не считая диффузионного удаления из воды газов постоянно имеет пространство их дисперсия (образование и удаление относительно больших газовых пузырей). Диффузия происходит в течение всего процесса деаэрации, дисперсное выделение газа из воды начинается с того момента, когда достигается насыщение ее удаляемым газом. молвят, что раствор пересыщен газом, другими словами его концентрация в воде больше, чем сбалансированная при данных критериях[14].

2.3 Принципы тепловой деаэрации воды

Процесс тепловой деаэрации проходит в согласовании с законом Генри, который говорит что количество растворенного в воде газа, к примеру кислорода — GО2 , пропорционально парциальному давлению этого газа над жидкостью.

GO2=KO2ЧPO2 (2.5)

где GO2 — количество растворенного в воде кислорода; KO2 — коэффициент абсорбции кислорода жидкостью либо коэффициент растворимости кислорода, зависящий от температуры; PO2 — парциальное давление кислорода над жидкостью.

Из закона Генри следует, что уменьшение парциального давления газа над веществом приводит к уменьшению его концентрации в растворе. Согласно закону Дальтона, парциальное давление газа над веществом соответствует разности полного давления над веществом и парциального давления водяных паров. Другими словами при данном полном давлении над веществом уменьшить парциальное давление газа(и, соответственно, его концентрацию в растворе)можно, увеличив парциальное давление водяных паров.

Наибольшее парциальное давление водяных паров над веществом имеет пространство в этом случае, если водянистая фаза находится в состоянии насыщения (кипения). Но при всем этом газ, находящийся в паровой фазе, нужно безпрерывно отводить от границы раздела фаз, в неприятном случае его концентрация в паре растет, и разность концентраций газа в воде и паре миниатюризируется, другими словами миниатюризируется движущая сила десорбции.

При достижении обозначенных критерий (кипение воды и непрерывный отвод газов от границы раздела фаз), согласно закону Фика, количество перенесенного в единицу времени газа будет тем больше, чем больше площадь поверхности раздела фаз. Повышение данной для нас площади достигается разбивкой воды на струи и капли либо барботажом пара через слой воды. Повышение располагаемого времени процесса десорбции также приводит к увеличению эффективности деаэрации. Для этого требуется выдержка воды в деаэраторном баке, который обязан иметь соответственный размер[15].

При контакте пара с водой в деаэраторе содержание газов в паре возрастает в направлении от точки ввода греющего пара в деаэратор до точки отвода выпара (консистенции выделившихся из воды газов с оставшейся несконденсированной частью греющего пара). Потому некое повышение сбалансированной концентрации газов в воде в том же направлении безизбежно. Для обеспечения наибольшей в данных критериях разности текущей и сбалансированной концентраций газов в воде целенаправлено организовывать в деаэраторе очевидно выраженный противоток воды и греющего пара.

Таковым образом, для действенной тепловой деаэрации воды нужно:

1 — нахождение воды в состоянии насыщения; 2 — непрерывный отвод выделяющихся из воды газов от границы раздела фаз;

3 — наибольшая в хоть какой точке поверхности раздела фаз разность концентраций газа в воде и паре;

4 — наибольшая площадь поверхности раздела фаз;

5 — наибольшее располагаемое время протекания процесса.

Наиболее непосредственно причины, обеспечивающие эффективную работу теплового деаэратора, можно найти последующим образом:

а) снутри каждой ступени деаэратора должны отсутствовать циркуляционные токи, которые могут привести к проскоку необработанных масс воды в отводящий трубопровод;

б) в деаэраторе не обязано быть застойных зон ни по воде, ни, в особенности, по пару;

в) в деаэраторе на всем пути меж паром и водой должен быть верно выраженный противоток и наибольшая разность меж текущей и сбалансированной концентрацией газа в воде;

г) паровое место деаэратора обязано вентилироваться нужным количеством пара, при этом парциальное давление удаляемых газов в подводимом к деаэратору паре обязано быть наименьшим;

д) метод обработки деаэрируемой воды, в особенности на крайних ступенях дегазации, должен обеспечивать неоднократную обработку ее паром и наибольшее развитие поверхности контакта фаз;

е) в деаэраторе должны быть предусмотрены условия для удаления мелких газовых пузырьков, возникающих при нагревании воды либо падении давления;

ж) для обеспечения глубочайшей дегазации и, в особенности, для действенного протекания действий теплового разложения гидрокарбонатов и остальных термически нестойких соединений нужно перед крайней ступенью деаэрации выдерживать воду при температуре, близкой к температуре насыщения;

з) обработка воды в крайней ступени дегазации обязана по способности осуществляться при температуре наиболее высочайшей, чем температура насыщения, соответственная давлению в паровом пространстве деаэратора, что обеспечивает доп дегазацию воды за счет эффекта вскипания;

и) в деаэраторе обязана быть исключена возможность повторного инфецирования воды кислородом и углекислотой[16].

2.4 Источники поступления газов в цикл электростанции

В теплоносителе (турбинном конденсате, питательной воде котлов, сетевой воде и др.) постоянно содержится некое количество газовых примесей (кислорода, диоксида углерода, азота, аммиака и пр.). часть этих газов коррозионно-активных (кислород, диоксид углерода, аммиак в отношении медных сплавов, в особенности в присутствии кислорода). Остальные газы (к примеру, азот), не участвуют в коррозионных действиях, но усугубляют условия термообмена.

Источники поступления газов в цикл электростанции различны. Например, кислород поступает с добавком теплоносителя в цикл при восполнении внутристанционных утечек теплоносителя и невозвращения конденсата от потребителей пара, с присосами воздуха и охлаждающей воды в конденсаторах турбин, воздуха и сетевой воды в подогревателях сетевой воды, работающих под разрежением, присосами воздуха в остальных элементах цикла, работающих в зоне вакуума(к примеру, подогревателях низкого давления). Диоксид углерода может поступать в цикл всеми перечисленными в отношении кислорода способами и добавочно в итоге теплового разложения гидрокарбонатов и гидролиза карбонатов в теплообменном оборудовании. Примеры реакций теплового разложения гидрокарбонатов:

— тепловое разложение гидрокарбоната натрия:

2NaHCO3 > Na2CO3 + H2O + CO2^;

— тепловое разложение гидрокарбоната кальция:

Ca(HCO3)2 > CaCO3 + H2O + CO2^.

Поступившие в цикл газы расходуются в коррозионных действиях или удаляются при деаэрации с разными отсосами и газовыми сдувками. ясно, что 2-ой путь является желаемым.

В цикле организован целый ряд ступеней деаэрации. Первой из их является конденсатор паровой турбины, где ввиду относительно низких температур удаляются, основным образом, газы, находящиеся в растворенном состоянии — кислород, азот, вольный диоксид углерода. Ввиду малости времени протекания процесса деаэрации в конденсате турбины за конденсатосборником конденсатора рассматриваемые газы постоянно находятся. Нередко газы добавочно поступают через не плотности тракта «конденсатосборник конденсатора — конденсатные насосы», с дренажами ПНД. Не считая того, в процессе нагрева воды в системе регенерации интенсифицируются процессы теплового разложения гидрокарбонатов и гидролиза карбонатов, что приводит к повышению содержания в главном конденсате вольного диоксида углерода.

Дальше по тракту деаэрация теплоносителя протекает в подогревателях низкого давления смешивающего типа (при их наличии) и в деаэраторе питательной воды. Крайний, в силу протекания в тракте регенерации низкого давления обозначенных выше действий теплового разложения гидрокарбонатов и гидролиза карбонатов, несет, основным образом, нагрузку по удалению химически связанных форм углекислоты и остальных летучих кислот.

По данной для нас причине даже при организации окислительного вводно-химического режима с дозированием в конденсатно-питательный тракт кислорода либо воздуха деаэратор питательной воды является нередко нужным.

Генерация вольного диоксида углерода из примесей воды длится и опосля деаэратора питательной воды — в системе регенерации высочайшего давления и дальше — в поверхностях нагрева котла[17].

3. Типы тепловых деаэраторов и область их внедрения

Тепловые деаэраторы принято систематизировать по рабочему давлению и по способу организации соприкосновения фаз.

По рабочему давлению выделяют последующие типы деаэраторов:

— вакуумные, работающие при абсолютном давлении в корпусе от 0,075 до 0,5 атмосфер;

— атмосферные, абсолютное давление в каких варьируется в спектре от 1,1 до 1,3 атмосфер;

— завышенного давления, работающие при абсолютном давлении от 5 до12 атмосфер.

метод организации соприкосновения фаз определяется конструкцией деаэратора. Так как в одном и том же деаэраторе, как правило, применяется несколько различающихся друг от друга по принципу деяния деаэрационных устройств, современные деаэраторы являются обычно комбинированными. При всем этом выделяют последующие главные типы деаэрационных устройств (либо отдельных частей деаэраторов):

-струйные, в каких поверхность раздела фаз образована поверхностью свободно падающих в паровом потоке струй воды;

-барботажные, в каких греющий теплоноситель в виде паровых пузырей распределяется в потоке воды;

-пленочные, где поверхность раздела фаз появляется при пленочном течении воды в паровом потоке;

-капельные, в каких вода распределяется в паровом потоке в виде капель.

поверхность раздела фаз быть может условно фиксированной, как, к примеру, в пленочных деаэраторах с упорядоченной насадкой, или нефиксированной, как в деаэраторах с неупорядоченной насадкой, струйных, капельных и барботажных. Область внедрения деаэраторов в термических схемах энергетических объектов, как правило, определяется рабочим давлением, деаэраторы завышенного давления используются только в качестве деаэраторов питательной воды термических электростанций высочайшего, сверхвысокого и сверхкритического исходного давления пара;

-деаэраторы атмосферного давления употребляются в качестве деаэраторов питательной воды электростанций и котельных низкого и среднего исходного давления пара, деаэраторов дополнительной воды цикла теплофикационных электростанций (ТЭЦ) при большем исходном давлении пара, деаэраторов подпиточной воды термических сетей закрытого типа (реже- для теплосети открытого типа с внедрением охладителей деаэрированной воды), деаэраторов питательной воды испарительных и паропреобразовательных установок электростанций;

-вакуумные деаэраторы используются в качестве деаэраторов подпиточной воды термических сетей, в схемах испарительных и паропреобразовательных установок, пореже — в качестве деаэраторов дополнительной воды цикла электростанций и котельных[18].

3.1 Деаэраторы атмосферного давления

Более всераспространенный тип атмосферного деаэратора — это струйно-барботажные деаэраторы. В таковых деаэраторах применяется, как правило, двухступенчатая схема деаэрации, включающая струйную и барботажную ступени. нужно отметить, что под ступенью деаэрации принято осознавать один либо несколько включенных поочередно по воде деаэрационных частей, работающих по одному принципу. к примеру, два расположенных один под иным струйных отсека относятся к одной струйной ступени.

Конструкции таковых деаэраторов несколько различаются друг от друга для аппаратов разной производительности из обычного ряда. Большая часть типовых конструкций струйно-барботажных атмосферных деаэраторов разработаны НПО (Научно-производственное объединение, также научно-производственное предприятие — организация любой организационно-правовой формы, проводящая научные исследования и разработки) ЦКТИ им. И.И. Ползунова. В истинное время употребляются как устаревшие модели таковых деаэраторов(типа ДСА), так и их современные аналоги(типов ДА иДА-м). Разработан обычный ряд типоразмеров таковых деаэраторов, различающихся номинальной производительностью по деаэрированной воде: 1, 3, 5, 15, 25, 50, 100, 200 и 300 т/ч.

Атмосферные деаэраторы, как правило, состоят из деаэрационной колонки, установленной на горизонтально расположенном цилиндрическом деаэраторном баке. Деаэраторный бак в составе деаэратора делает две принципиальные функции. Во-1-х, он служит средством сотворения припаса деаэрированной воды для технологической схемы. Если, к примеру, деаэратор употребляется в качестве деаэратора питательной воды паровых котлов низкого давления, то в деаэраторном баке нужно сделать припас воды для обеспечения бесперебойного питания этих котлов в аварийных ситуациях. Во-2-х, как показано выше, деаэраторный бак дозволяет прирастить время выдержки воды при температуре, близкой к температуре насыщения, что содействует увеличению эффективности деаэрации.

Применительно к аппаратам малой производительности (1 и 3 т/ч по деаэрированной воде) деаэратор может делать обозначенные функции и без деаэраторного бака, так как нужный припас воды можно сделать конкретно в корпусе деаэрационной колонки, размеры которой не будут при всем этом очень большенными. В типовых системах таковых деаэраторов не выделяют деаэрационную колонку и деаэраторный бак, а молвят о корпусе деаэратора в целом. Такие деаэраторы именуют бесколонковыми.

Деаэраторы большей производительности комплектуются деаэраторными баками различной вместимости. Русскими энергомашиностроительными завода-ми выпускаются деаэраторные баки обычных типоразмеров вместимостью 2, 4, 8, 15, 25, 35, 50 и 75 м3, при этом любой деаэраторный бак предназначен для деаэрационной колонки определенной производительности. Но по запросу заказчика, как правило, вероятны поставки избранных деаэрационных колонок с баками иной вместимости из обычного ряда.

Не считая деаэраторов, разработанных НПО (Научно-производственное объединение, также научно-производственное предприятие — организация любой организационно-правовой формы, проводящая научные исследования и разработки) ЦКТИ им. И.И. Ползунова, применяется ряд конструкций атмосферных деаэраторов, разработанных иными организациями. Посреди таковых деаэраторов отметим барботажный деаэратор конструкции Уралэнергометаллургпрома.

В истинное время атмосферные деаэраторы выпускаются последующими главными русскими заводами:

ООО «Нефтехиммаш оборудование», ОАО (форма организации публичной компании; акционерное общество)«Бийский котельный завод», ОАО (форма организации публичной компании; акционерное общество)«Сибэнергомаш», ОАО (форма организации публичной компании; акционерное общество)«Белэнергомаш», ЗАО«Теплоэнергокомплек», ОАО (форма организации публичной компании; акционерное общество) «ТКЗ- Красноватый котельщик», ОАО (форма организации публичной компании; акционерное общество)«Сарэнергомаш» [19].

Ниже разглядим главные конструктивные решения, применяемые в деаэраторах атмосферного давления и элементах их обвязки: охладителях выпара и предохранительно-сливных устройствах.

Разглядим конструктивную схему бесколонковых деаэраторов производительностью 1 и 3 т/ч (рис.3.1), разработанных НПО (Научно-производственное объединение, также научно-производственное предприятие — организация любой организационно-правовой формы, проводящая научные исследования и разработки) ЦКТИ им. И.И. Ползунова.

Рис. 3.1. Конструктивная схема бесколонковых деаэраторов ДА-1 и ДА-3: 1 — штуцер подвода начальной воды; 2 — перфорированный водораспределительный коллектор; 3 — струеобразующая тарелка; 4 — водоприемный лоток; 5 — секционирующий порог струеобразующей тарелки; 6 — ограничительный порог струеобразующей тарелки; 7 — барботажное устройство; 8 — барботажный лист; 9 и 10 — перегородки; 11 — штуцер отвода деаэрированной воды; 12 — штуцер подвода греющего пара; 13 -паропровод; 14 — пароприемный короб; 15 — пароперепускное окно; 16 -паровпускное окно; 17 — входное окно встроенного охладителя выпара; 18 — штуцер отвода выпара; 19 — лючок; 20 и 21 — штуцеры для подключения предохранительно-сливного устройства соответственно по пару и воде; 22 -дренажный штуцер.

энергетика десорбция барботажный гидродинамический

Деаэратор ДА-1 либо ДА-3 представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами и размещенными снутри него деаэрационными устройствами.

Направляемая на деаэрацию вода поступает в деаэратор через штуцер 1 и перфорированный водораспределительный коллектор 2. Из отверстий водораспределительного коллектора 2 вода в виде струй стекает на струеобразующую тарелку 3, перфорированную в части, расположенной над водоприемным лотком 4. Струеобразующая тарелка 3 секционирована порогом 5 таковым образом, что при малой гидравлической перегрузке вода стекает в виде струй в лоток 4 лишь через отверстия, расположенные до порога 5 по ходу движения воды. При увеличенной гидравлической перегрузке уровень воды на струеобразующей тарелке 3 увеличивается, вода переливается через порог 5 и в работу врубаются все отверстия струеобразующей тарелки. Такое секционирование струеобразующей тарелки 3 выполнено для того, чтоб при малых гидравлических отягощениях деаэратора не появлялось разверки («перекосов») меж потоками воды и греющего пара, приводящих к ухудшению критерий термообмена и деаэрации. Наибольшая гидравлическая перегрузка деаэратора ограничена высотой ограничительного порога 6: при завышенной гидравлической перегрузке уровень воды на струеобразующей тарелке возрастает и если наступает перелив воды через порог 6, эффективность нагрева воды и деаэрации резко усугубляется[20].

В струйном потоке снутри лотка 4 происходит главный нагрев воды при контакте её с греющим паром и начинается процесс дегазации. Вода, сливающаяся из лотка 4 в виде потока в водяной размер деаэратора, при большинстве режимов работы деаэратора остается недогретой до температуры насыщения, соответственной давлению в паровом пространстве деаэратора, и содержит газы как в растворенном, так и в дисперсном виде.

Опосля определенной выдержки воды в водяном объеме деаэратора, продолжительность которой определяется гидравлической перегрузкой и уровнем воды в деаэраторе, вода поступает в барботажное устройство 7. Это устройство выполнено в виде канала прямоугольного сечения, ограниченного сверху и по краям сплошными перегородками и имеющего в нижней части перфорированный барботажный лист 8. При барботировании пара через слой воды в барботажном устройстве 7 вода догревается до температуры насыщения, соответственной давлению в барботажном устройстве. Это давление больше, чем давление в паровом пространстве деаэратора над поверхностью воды на величину давления водяного столба высотой Н, потому и температура воды в барботажном устройстве становится больше температуры насыщения при давлении пара над поверхностью воды в деаэраторе. В барботажном устройстве 7 из-за заслуги водой температуры насыщения большая часть растворенных газов перебегает в дисперсное состояние в виде маленьких газовых пузырьков, тут же происходит частичное тепловое разложение гидрокарбонатов и гидролиз карбонатов с образованием вольного диоксида углерода, который, в свою очередь, также перебегает в дисперсное состояние.

Покинув барботажное устройство 7, вода в консистенции с несконденсированной частью греющего пара поступает в канал, образованный перегородками 9 и 10 и движется по этому каналу ввысь. При всем этом движении давление среды безпрерывно миниатюризируется от давления в барботажном устройстве до давления пара над поверхностью воды в деаэраторе. Соответственно вода, оказывающаяся перегретой относительно температуры насыщения, вскипает в объеме, что сопровождается переходом большей части еще находящихся в растворенном виде газов в дисперсное состояние. В высшей части водяного размера происходит разделение фаз: вода переливается через перегородку 10 и опускается в сторону штуцера отвода деаэрированной воды 11, а пар с выделившимися из воды газами движется в сторону струйной ступени деаэрации.

нужно отметить, что проскок пароводяной консистенции из барботажного устройства 7 конкретно в штуцер отвода деаэрированной воды 11 маловероятен. Поток среды в зазоре меж перегородками 9 и 10 из-за присутствия пара имеет наименьшую плотность, чем поток воды, опускающийся в канале, образованном перегородкой 10 и стеной корпуса, что обуславливает лишь подъемное движение среды меж перегородками 9 и 10. Меж тем, зазор меж перегородкой 10 и корпусом в нижней части нужен для обеспечения способности некой циркуляции воды вокруг перегородки 10. Таковая циркуляция наращивает кратность обработки воды паром и наращивает располагаемое время процесса деаэрации, что увеличивает эффективность удаления из воды газов.

Весь греющий пар подается в деаэратор через штуцер 12 и по паропроводу 13 поступает в пароприемный короб 14 под барботажный лист 8.Под барботажным листом 8 при всем этом создается паровая подушечка, исключающая провал воды через отверстия барботажного листа. Такие барботажные листы именуются непровальными.

тут целенаправлено тормознуть подробнее на предельном режиме работы непровального барботажного листа — режиме «захлебывания» либо инжекционном режиме. Если скорость пара в отверстиях листа очень велика, пар, выходящий из отверстий барботажного листа, захватывает всю жидкость, дробит её и уносит в виде брызг. Конкретно по данной для нас причине наибольшее давление пара под барботажным листом нужно ограничивать. В рассматриваемых деаэраторах ДА-1 и ДА-3 с данной для нас целью в перегородке 9 выполнено пароперепускное окно 15, байпасирующее часть пара кроме отверстий барботажного листа8 при увеличении давления пара под сиим листом сверх нужного для действенной работы барботажного устройства[21].

]]>