ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДЕАЭРАТОРОВ

Деаэраторы в тепловой схеме станции выполняют целый ряд
функций. Помимо своей основной - деаэрации питательной воды, они
служат ступенью подогрева в регенеративной схеме подогрева воды; аккумулирующей и буферной емкостью между конденсатными и питательными насосами, являются источником пара постоянного давления и температуры; а также служат для ввода в схему разного рода высокопотенциальных дренажей. В энергоблоках с прямоточными котлами деаэратор включается в растопочную схему с целью частичной утилизации теплоты сбрасываемой среды при растопке котла.

Однако основной функцией термических деаэраторов является удаление из питательной воды коррозионно-активных газов. Такими газами являются кислород О 2 и свободная двуокись углерода С0 2 . Термический деаэратор (рис.7.1) состоит из деаэрационной колонки и бака
аккумулятора. Деаэрируемая вода подается в верхнюю, а греющий пар - в нижнюю часть колонки. Поступающая в бак-аккумулятор вода имеет температуру, близкую к температуре насыщения. Процесс дегазации воды в основном осуще­ствляется в колонке, хотя и в баке-аккумуляторе за счет отстоя проис­ходят частичное выделение мель­чайших пузырьков газа и их удале­ние. Эффективность деаэрации воды в термических деаэраторах зависит от конструкции деаэраторов, давле­ния, при котором происходит деа­эрация, а также от режима экс­плуатации.

Нагрев деаэрируемой воды до температуры насыщения еще не яв­ляется

достаточным условием для качественной деаэрации. Не менее важной задачей является создание условий для быстрой эвакуации вы­делившихся из воды газов. В деаэраторных колонках газы удаляются паровой продувкой колонки снизу вверх навстречу потоку падающей воды, после чего парогазовая смесь удаляется в атмосферу. Этот поток называется выпаром. Данные экс­плуатации показывают, что эффек­тивность деаэрации в значительной мере зависит от выпара.Деаэраторы повышенного давления имеют выпар не более 1,5-2 кг па­ра на тонну воды.

На эффективность деаэрации влияет также температура поступа­ющей в деаэратор воды. С повыше­нием температуры воды вязкость и поверхностное ее натяжение умень­шаются, скорость диффузии кисло­рода в слое воды возрастает и эф­фект деаэрации улучшается. Одна­ко подавать в колонку воду с тем­пературой, близкой к температуре насыщения, тоже не рекомендуется, поскольку это сокращает расход греющего пара и ухудшает условия вентиляции колонки. Минимальный нагрев воды в деаэраторе должен быть не ниже 5-6 °С. Нагрев на 10-15 °С следует считать оптималь­ным. На рис. 6.2 представлена зави­симость остаточного содержания кислорода от расхода и температу­ры обогреваемой воды.

Низкая температура подаваемой воды вызывает перегрузку деаэра­тора. В этом режиме помимо высо­кого кислородосодержания наблю­дается неустойчивая работа деаэ­ратора, характеризующаяся появ­лением гидравлических ударов в колонке, сильной вибрацией деаэра­тора и связанных с ним трубопрово­дов. Нормальная и безопасная рабо­та деаэратора поддерживается ав­томатическими регуляторами: уров­ня воды в баке-аккумуляторе; дав­ления греющего пара, перелива, давления на трубопроводе сброса пара в конденсатор (для блоков с прямоточными котлами), а также двумя предохранительными клапа­нами.

Предохранительные клапаны должны быть рассчитаны на макси­мальный расход пара, поступающе­го в деаэратор, и отрегулированы на давление, не превышающее 1,15 рабочего.

Текущий контроль за работой деаэратора осуществляется по по­казаниям водоуказательных стекол, манометра для измерения давления в колонке, термометра для измере­ния температуры деаэрированной воды и кислородомера непрерывно­го действия. В блочных установках контроль за работой деаэратора ве­дется по приборам, установленным на БЩУ.

В задачу обслуживающего пер­сонала помимо наблюдения за при­борами контроля и автоматики вхо­дят систематическая продувка во­домерных стекол, расхаживание вентилей и задвижек, отбор проб деаэрированной воды для после­дующего химического анализа.

Для обеспечения безопасной ра­боты деаэрационной установки должна быть организована систе­матическая проверка предохрани­тельных клапанов. При длительной безостановочной работе деаэратора опробование предохранительных клапанов должно производиться по специальному графику. Это не ис­ключает опробования этих устройств при каждом пуске деаэрационной установки.

При рассмотрении вопросов пус­ка деаэратора в работу следует ос­тановиться на двух случаях: пуске деаэратора с опорожненным баком-аккумулятором (после ремонта, внутреннего осмотра и т. д.) и при заполненном баке-аккумуляторе (вывод из резерва, пуск блока пос­ле непродолжительного останова).

В первом случае производится прогрев деаэратора паром, давле­ние поднимается до полного в деаэ­раторах атмосферного типа (1,2 кгс/см 2) или до избыточного, равного 0,0196-0,049 МПа (0,2- 0,5 кгс/см 2), в деаэраторах повы­шенного давления, после чего в де­аэратор подается вода. После за­полнения бака-аккумулятора до нужной отметки давление плавно повышается до рабочего, включа­ются регуляторы давления, уровня и перелива.

При пуске блока с прямоточным котлом, когда в деаэратор подает­ся пар от постороннего источника и сброс из пускового сепаратора, дав­ление в нем на весь период пуска поддерживается на уровне 0,1175 МПа (1,2 кгс/см 2) регулятором давления. После включения бло­ка в параллельную работу и набо­ра нагрузки, при которой в отборе, питающем паром деаэратор, уста­новятся необходимые параметры, давление в деаэраторе плавно под­нимается до рабочего, после чего включаются регулятор давления и все другие автоматические устрой­ства. Резервный источник питания деаэратора паром отключается.

Во втором случае воду в баке необходимо довести до температу­ры насыщения, т. е. вывести на ре­жим деаэрации. Для этого необхо­димо собрать схему рециркуляции воды в деаэраторе и прокачивать по ней воду с одновременной подачей пара избыточного давления. При достижении водой температуры на­сыщения и необходимой степени де­аэрации, определяемой по показа­ниям кислородомера, проводится заполнение котла водой (в блочных установках) или после подъема давления до рабочего - подключе­ние деаэратора в параллельную ра­боту (в установках неблочного типа).

Слово «деаэрация» означает процесс освобождения жидкости от примесей - в частности, от газообразных веществ, к которым относятся кислород и углекислый газ. Деаэратор, в свою очередь, является обязательным для систем водоподготовки в котельных устройством, которое позволяет значительно продлить и улучшить их работу.

Большим распространением пользуются химическая и термическая деаэрация . В первом случае удаление лишних газов осуществляется путём добавления в воду реагентов, во втором - путём прогревания воды до температуры кипения вплоть до момента, пока она не окажется свободна от любых растворённых в ней газообразных веществ.

Зачем нужен деаэратор в котельной?

Углекислый газ и кислород относятся к так называемым «агрессивным» газам, стимулирующим быстрый износ и корродирование трубопроводов котельной системы. Прежде чем пустить воду по трубам, её необходимо подготовить, и именно для этого применяются деаэрирующие фильтры.

Вызванные загазованностью воды неполадки в конечном итоге могут привести к выходу из строя всей системы, к возникновению утечек воды и газа. Газовые пузыри в котельной воде ведут к ухудшению эксплуатационных функций гидравлической системы, отрицательно сказываются на работе форсунков и провоцируют выход насосов из строя.

В долгосрочной перспективе установка надёжного деаэратора в котельную выходит дешевле, чем аварийные ремонтные работы.

Что представляет из себя деаэратор в котельной?

Деаэраторы могут быть вакуумными и атмосферными: первые используются с паром, вторые - с паром или водой.

Как правило, все деаэраторы для котельных установках имеют общее двухступенчатое устройство. Вода поступает в специальный деаэрационный бак, где проходит через мембраны и тарелки, и последовательно очищается от всех агрессивных газов и примесей. Кислород и углекислота по результатам обработки превращаются в выпар, который удаляется из системы, а наличие в баке химической воды предотвращает образование в теплоносителе всевозможных естественных примесей.

Лабораторная работа №4

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И СХЕМ ДЕАЭРАТОРОВ

Цели работы: изучить принцип действия и схемы деаэраторов, лабораторное оборудование, позволяющее произвести деаэрацию, изучить порядок работы деаэратора, произвести рабочее очищение воды.

1. Общие сведения

Деаэрация питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей является обязательной для всех котельных. Деаэраторы предназначены для удаления из воды растворенных в ней неконденсирующихся газов. Присутствие в питательной и подпиточной воде кислорода и углекислоты приводят к коррозии питательных трубопроводов, кипятильных труб, барабанов котлов и сетевых трубопроводов, что может привести к тяжелой аварии. Наличие даже таких инертных газов, как азот, также крайне нежелательно, оно препятствует теплопередаче и снижает теплопроизводительность подогревателей.

Количество остаточного содержания О 2 и СО 2 в питательной воде паровых котлов строго регламентируется правилами Госгортехнадзора . Так для котлов со стальным экономайзером при давлении до 1,4 МПа содержание О 2 должно быть не более 30 мкг/кг. Свободная углекислота (СО 2) в питательной воде после деаэраторов должна отсутствовать.

Для деаэрации питательной воды в котельных, применяются струйные смешивающие термические деаэраторы. В зависимости от давления, поддерживаемого в деаэраторе, различают деаэраторы повышенного давления, атмосферные и вакуумные деаэраторы. В котельных установках с паровыми котлами на давление до 4,0 МПа применяют атмосферные деаэраторы.

2. Термическая деаэрация воды

Термическая деаэрация воды. В воде тепло­энергетических установок растворены и требуют удале­ния коррозионно-агрессивные (O2, CO2, NH3) и прочие газы. Удаление газов из воды производят в основном с помощью термических деаэраторов, декарбонизаторов и химическим способом.

Термическая деаэрация (дегазация) воды основана на законе Генри - Дальтона, выражающемся примени­тельно к данному случаю следующим уравнением, спра­ведливым для условий равновесия:

m = kppг = kр (p - pп),

где т - растворимость газов в воде;

р - суммарное давление газа и водяных паров в пространстве над во­дой;

рп, рг - парциальные давления соответственно пара и газа в том же пространстве;

kр-коэффициент раст­воримости газа в воде, зависящий от температуры (чем выше температура, тем меньше коэффициент раствори­мости).

Если воду нагреть до температуры кипения, то, с одной стороны, коэффициенты растворимости газов в воде становятся равными нулю, а с другой стороны, пар­циальное давление пара над поверхностью воды стано­вится равным суммарному давлению смеси. В итоге рав­новесия растворимость газов в воде становится равной нулю. Отсюда вывод: для удаления из воды растворен­ных в ней газов достаточно нагреть ее до температуры кипения. В этом и заключается суть термической дега­зации.

Уравнение (18.2.1) характеризует предельное состоя­ние равновесия, к которому придет система, если будут созданы определенные условия и предоставлено системе достаточно

времени. Рассмотрим вкратце эти условия.

Из изложенного следует, что воду необходимо на­греть. Обычно деаэрируемую воду, стекающую струйка­ми, каплями и пленкой, нагревают протекающим на­встречу паром. Тогда необходимое количество теплоты Q для нагрева в единицу времени воды в количестве W от начальной температуры t1 до температуры кипения tв (и соответствующих значений энтальпии i1, i")

где F - площадь поверхности теплообмена;

t ср - сред­няя для условий теплообмена температура воды;

t - температурный напор;

 - коэффициент теплоотдачи.

Правая часть уравнения (18.2.2) позволяет заклю­чить, что площадь поверхности теплообмена желательно сделать как можно больше. Это дает возможность уско­рить процесс теплообмена и уменьшить габариты аппа­рата. Решая эти задачи, потек воды дробят на струи, капли или тонкие пленки. Для обеспечения максималь­ного температурного напора создают противоток пара и воды. Дробление потока и особенно сток ее тонкими пленками обеспечивают турбулизацию потока и соответ­ственно увеличение коэффициента теплоотдачи.

Этими же средствами добиваются увеличения скорости десорбции газа из воды, поскольку количество уда­ляемого из нее в единицу времени остью концентраций газа в воде и в пространстве над водой, а следовательно, с учетом. (18.2.1), разностью давлений газа в соответствии с уравнением

m  = k д F  p = k д F (pr .p - pr), (18.2.3)

где pr.p – так называемое равновесное парциальное давление газа в воде, оно отвечает концентрации газа в воде в условиях равновесия в соответствии с (18.2.1.);

pr – парциальное давление газа над водой;

kд – коэффициент десорбции, зависящий от турбулентности потока воды, вязкости, поверхностного натяжения, скорости диффузии газа в воде, а следовательно, от температуры.

Для достижения минимального парциального давле­ния газа в пространстве над водой осуществляют непре­рывное удаление газов (с примесью паров) из рабочего пространства деаэратора через специальный штуцер для отвода выпара деаэратора. Если деаэратор вакуумный (т. е. давление в нем меньше атмосферного), то осуще­ствляют отсос воздуха пароструйными или водоструйны­ми эжекторами.

Примеры конструктивного выполнения деаэраторов приведены на рис. 12.2.3, 12.2.4. В первом из этих случа­ев реализован пленочный принцип дробления потока во­ды, во втором-струйный. На рис. 12.2.4 в качестве вто­рой ступени дегазации применяют барботаж, т. е. пропускают пузырьки пара через слой воды. Барботаж применяется для более полной дегазации воды, особен­но для более полного удаления двуокиси углерода.

На промышленных ТЭЦ деаэраторы чаще всего пи­таются паром из промышленного регулируемого отбора турбины, а на конденсационных электростанциях - из нерегулируемых отборов турбин (рис. 18.2.5). При дега­зации питательной воды на ТЭС деаэратор одновремен­но выполняет функцию подогревателя очередной сту­пени подогрева в системе регенерации.

Деаэраторы типа изображенного на рис. 12.2.4 назы­вают деаэраторами «перегретой» воды. Деаэраторы не требуют подачи на них греющего пара, пар в них обра­зуется в результате

дросселирования нагретой воды до такого давления, температура насыщения при котором меньше температуры воды, поступающей на деаэратор. Эта вода оказывается предварительно как бы перегре­той сверх температуры в деаэраторе, до которой охлаж­дается в результате дросселирования и частичного превращения в пар.

В конденсаторах паровых турбин происходит доста­точно полное удаление газов из основного конденсата» т. е. конденсатор одновременно выполняет роль деаэратора.

Рис. 18.2.5. Схемы включения деаэраторов питательной воды.

а-в качестве самостоятельной ступени регенеративного подогрева воды; б- в качестве предвключенного подогревателя в данной ступени подогрева; в - к регулируемому отбору на ТЭЦ; /-.парогенератор; 2 -турбина; 3-кон­денсатор; 4 - конденсатный насос; 5 - подогреватель низкого давления- 6- деаэратор; 7 - питательный насос; 8 - подогреватель высокого давления- 9- регулятор давления.

Однако из-за присосов воздуха через сальники конденсатных насосов и другие неплотности в вакуумной системе турбин конденсат вновь загрязняется газами. Эти газы затем удаляются в деаэраторах атмосферного типа (с давлением несколько выше атмосферного) или в деаэраторах повышенного давления (с давлением, в несколько раз превышающим атмосферное).

Атмосферный деаэратор состоит из цилиндрической деаэрационной колонки и бака питательной воды. Потоки деаэрируемой воды поступают в распределитель воды, из которого равномерно по кольцевому сечению колонки стекают на перфорированные противни. Проходя через отверстия противней, вода, разбивается на мелкие струйки и падает вниз. В нижнюю часть деаэраторной колонки подводится пар для нагрева деаэрируемой воды до температуры кипения. При температуре воды, равной температуре кипения, растворимость газов в воде равна нулю, чем и обусловливается удаление из воды кислорода и углекислоты. Выделяющийся кислород и углекислота с небольшим количеством пара удаляется через вестовую трубу вверху деаэрационной колонки. Для эффективной работы деаэрационной колонки необходимо, чтобы выделяющиеся из воды газы достаточно быстро удалялись из колонки, что обеспечивается выпаром. Количество выпара принимают равным 2 кг на 1 т деаэрированной воды.

Деаэрационные колонки не рассчитаны на подогрев воды более чем на 10-40 о С. Оптимальный режим работы деаэраторной колонки, т.е. наилучшее удаление газов из питательной воды, имеет место, когда средняя температура всех потоков воды, входящих в колонку, на 10-15 о С ниже температуры кипения при давлении, поддерживаемом в деаэраторе. Для полной деаэрации питательной воды совершенно необходимым условием является нагрев ее до температуры кипения. Недогрев воды даже на несколько градусов приводит к резкому увеличению остаточного содержания в ней кислорода. Поэтому деаэраторы обязательно снабжаются автоматическими регуляторами, поддерживающими соответствие между поступлением пара и воды в колонку.

Схемы деаэраторов

а – атмосферного; б – барботажного; 1 – бак; 2 – выпуск питательной воды;

3 – водоуказательное стекло; 4 – предохранительный клапан; 5 – тарелки; 6 – вход химически очищенной воды; 7 – вестовая труба; 8 – вход конденсата; 9 – деаэраторная колонка; 10 – вход пара; 11 – гидравлический затвор; 12 – лоток; 13 – решетка; 14 – перегородка с жалюзи.

Количество и производительность устанавливаемых деаэраторов питательной воды выбираются из расчета полного покрытия расхода питательной воды котлами с учетом их продувки и расхода питательной воды на впрыск в РОУ при максимально-зимнем режиме. Должно быть установлено не меньше двух деаэраторов. Резервные деаэраторы не устанавливаются. Полезная суммарная емкость баков питательной воды должна обеспечивать запас ее не менее чем на 15 мин при максимально-зимнем режиме. Полезная емкость баков принимается равной 85% их геометрической емкости.

Подпиточная вода также во всех случаях должна подвергаться деаэрации. Содержание кислорода в подпиточной воде должно быть не более 50 мкг/кг, а свободная углекислота должна полностью отсутствовать. В системах теплоснабжения с непосредственным водоразбором качество подпиточной воды, кроме того, должно удовлетворять ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая».

Деаэрация подпиточной воды осуществляется либо в термических смешивающих атмосферных деаэраторах, либо в вакуумных деаэраторах.

Деаэраторы должны устанавливаться на площадках с отметкой, превышающей отметку установки питательных насосов. Величина этого превышения определяется суммой требуемого подпора воды при входе в насос, задаваемого заводом-изготовителем насоса, и требуемого гидростатического напора для преодоления сопротивления трубопроводов от деаэратора до насоса. Для котлов на давления ~4,0 и 1,4 МПа (40 и 14 кгс/см2) отметка площадки деаэраторов соответственно 10 и 6 м.

В центральных котельных установках, работающих на крупные системы теплоснабжения с открытым водоразбором, требующие деаэрации подпиточной воды в количествах, измеряемых сотнями тонн, предпочтительна установка вакуумных подпиточных деаэраторов. Подпиточная установка с атмосферными деаэраторами при больших расходах подпиточной воды из-за ограниченной единичной производительности атмосферных деаэраторов (максимум 300 т/ч) и необходимости установки за ними охладителей подпиточной воды (до 70 о С) получается очень громоздкой и дорогой. Кроме того, подпиточные установки с атмосферными деаэраторами обладают еще одним существенным недостатком: в целях сохранения конденсата греющего пара химически очищенную воду, подаваемую в деаэраторы, необходимо предварительно подогревать до 90 о С.

Подогрев ее производится в водо-водяных теплообменниках-охладителях деаэрированной подпиточной воды и в пароводяных подогревателях. Эти подогреватели, а также трубопроводы за ними подвержены интенсивному коррозионному разрушению и не обеспечивают необходимой длительности эксплуатации узла подпитки теплосети.

Деаэрация подпиточной воды под вакуумом позволяет избавиться от перечисленных выше недостатков подпиточной установки. Промышленность выпускает вакуумные деаэраторы единичной производительностью до 2000 т/ч, температура выдаваемой деаэратором подпиточной воды 40 о С, при этом не требуется установка специальных охладителей. При вакууме в деаэраторе ~0,0075 МПа (0,075 кгс/см2) при температуре деаэрации 40 о С не требуется предварительный подогрев подаваемой в деаэратор химически очищенной воды, конструкция ДСВ обеспечивает подогрев деаэрируемой воды в самом аппарате на 15-25 о С.

При использовании для деаэрации подпиточной воды в небольших вакуумных деаэраторах, работающих под вакуумом – давление ~0,03 МПа (0,3 кгс/см2), создаваемый водоструйными эжекторами или водокольцевыми насосами, процесс деаэрации протекает при температуре 70оС. При этом подаваемую в деаэраторы химически очищенную воду нужно предварительно подогревать только до 50оС.

В паровых промышленно-отопительных котельных при закрытых системах теплоснабжения, где расход подпиточной воды определяется только утечками теплосети, подпитку теплосети разрешается производить водой из деаэраторов питательной воды. Технические характеристики деаэраторов приведены в таблицах 10.1 и 10.2 (см. приложение).

3. Охладители выпара деаэраторов

Удаление из деаэраторной колонки выделившихся кислорода и углекислоты производится через вестовую трубу в крышке деаэраторной колонки. Вместе с кислородом и углекислотой из колонки выходит некоторое количество пара и уносит с собой тепло, которое при сбросе выпара в атмосферу теряется. В целях использования тепла выпара деаэраторы снабжаются специальными поверхностными теплообменниками-охладителями выпара, в которых производится конденсация выпара химочищенной водой, подаваемой в деаэратор.

4. Питательные насосы

Питательные устройства являются ответственными элементами котельной установки, обеспечивающими безопасность ее эксплуатации. Правила Госгортехнадзора предъявляют ряд требований к питательным установкам.

Питательные устройства должны обеспечивать необходимый расход питательной воды, при давлении, соответствующем полному открытию рабочих предохранительных клапанов, установленных на паровом котле. Суммарная производительность основных насосов должна быть не менее 110% для всех рабочих котлов при их номинальной паропроизводительности с учетом расходов на непрерывную продувку, на пароохладители, редукционно-охладительные и охладительные установки. Суммарная производительность питательных резервных насосов должна обеспечивать 50% нормальной производительности всех работающих котлов с учетом продувки, расхода воды на редукционно-охладительные и охладительные установки. При выборе насоса надо стремиться к тому, чтобы в рабочих условиях загрузка насоса была близкой к номинальной. При установке нескольких центробежных насосов для параллельной работы нужно устанавливать насосы с одинаковой характеристикой. Загрузка насосов с разными характеристиками в процессе регулирования производительности изменяется неравномерно, и насосы могут не обеспечить нужную подачу воды в режимах, отличных от номинального (на которую они выбраны), либо будут работать неэкономично.

Расчетный напор питательного насоса Рнас, Па, определяется из следующего выражения:

Рнас = Рк (1 +  Р) + Рэк + Рп.в.д +
,

где Рк – избыточное давление в барабане котла;

р – запас давления на открытие предохранительных клапанов, принимаемый равным 5%;

Рк – сопротивление водяного экономайзера котла;

Рп.в.д – сопротивление регенеративных подогревателей высокого давления;

Рнаг тр – сопротивление питательных трубопроводов от насоса до котла с учетом сопротивления автоматических регуляторов питания котлов;

Рвсос тр – сопротивление всасывающих трубопроводов;

Рс.в – давление, создаваемое столбом воды, равным по высоте расстоянию между осью барабана котла и осью деаэратора;

Рдр – давление в деаэраторе.

При подсчете сопротивлений плотность воды принимается по средней температуре ее в нагнетательном тракте, включая водяной экономайзер.

Определенное расчетом давление в нагнетательном патрубке питательных насосов должно быть увеличено на 5-10% для запаса на непредвиденное увеличение сопротивления питательного тракта. На напорном патрубке питательного центробежного насоса обязательно устанавливается обратный клапан.

Работа питательных насосов с производительностью ниже 10-15% номинального расхода не разрешается, так как это приводит к «запариванию» насосов. Для защиты от снижения расхода питательной воды сверх допустимого насосы снабжаются специальными сбросными клапанами и линиями рециркуляции, соединяющими их с деаэраторами, куда производится сброс воды. Рециркуляционные линии включаются при запуске и остановке насосов. Запорные клапаны на этих линиях имеют ручное управление. Обратные клапаны, устанавливаемые за насосами, имеют патрубки для подключения рециркуляционных линий.

Номенклатура питательных насосов для котлов, используемых в котельных, приведена в таблице 10.5. Как питательные центробежные насосы, так и паровые должны устанавливаться на отметке 0,0 под деаэраторами или при небольшом удалении от них, чтобы сопротивление всасывающих трубопроводов было по возможности малым, согласно нормам технологического проектирования – не более 10000 Па (1000 мм вод. ст.).

Заключительной стадией технологического процесса приготовления питательной воды для паровых котлов является удаление растворенных в ней агрессивных га­зов, в первую очередь кислорода, а также углекислоты, вызывающих коррозию металла теплосиловых установок. Кислородная коррозия является наиболее опасной, так как она проявляется на отдельных участках поверхнос­ти металла в виде небольших язвин и развивается в глу­бину металла вплоть до образования сквозных свищей. Для современных паровых котлов большой паропроизво - дительности даже самая незначительная концентрация растворенного в питательной воде кислорода может быть причиной нарушения нормальной работы и выхода из строя отдельных элементов их, из которых в первую очередь обычно подвергается коррозии экономайзер.

Таким образом, для обеспечения надежной эксплуа­тации современных паровых котлов необходимо стре­миться к практически полному отсутствию в питательной воде растворенного кислорода.

Процесс удаления из воды растворенных газов носит название дегазации или деаэрации. В настоящее время известно несколько способов деаэрации-термический и химический.

Наибольшее распространение получил термический способ деаэрации воды. Этот способ основывается на том, что растворимость в воде газов с повышением ее температуры уменьшается, а при температуре, равной температуре кипения, газы почти полностью удаляют­ся из воды. Таким способом газы удаляются из воды в специальных устройствах, которые принято называть тер­мическими деаэраторами.

Для дегазации воды применяются преимущественно деаэраторы атмосферного типа, работающие при абсо­лютном давлении 0,1 МПа (1 кгс/см2), и вакуумные деа­эраторы, работающие при абсолютном давлении от 0,0007 до 0,05 МПа (от 0,075 до 0,5 кгс/см2), т. е. при темпера­турах деаэрированной воды от 40 до 80 °С. Деаэрация воды основана на законе Генри, согласно которому ко­личество газа, растворенного в единице объема воды, пропорционально парциальному давлению этого газа в газовой или парогазовой смеси над поверхностью воды. Для полного удаления газов из воды необходимо создать условия, при которых парциальные давления этих газов над поверхностью воды будут равны нулю, что возмож­но при температуре кипения воды, т. е. при доведении ее до температуры насыщения при давлении в деаэраторе и отводе газов из парового пространства деаэратора.

В паровых котельных наибольшее применение полу­чили деаэраторы атмосферного типа - ДСА (рис. 3.1). Двуступенчатый барботажный деаэратор состоит из ма­логабаритной деаэрационной колонки и бака-аккумуля­тора со встроенным барботажным устройством и пере­городками, образующими специальные отсеки. Деаэра - ционная колонка имеет две тарелки с отверстиями, через которые вода стекает в бак-аккумулятор. На первой по ходу воды тарелке смонтировано устройство для луч­шего перемешивания поступающих в деаэратор потоков конденсата и химически обработанной воды. Эти по­токи поступают во внешнее кольцо смесительного уст­ройства, после чего вода через два водослива попадает на перфорированную часть первой тарелки.

После колонки деаэрируемая вода поступает в бак - аккумулятор, в нижней части которого у противополож­ного торца размещается затопленное барботажное уст­ройство. Греющий пар по трубе подается в паровую ко­робку и через отверстия дырчатого листа барботирует через слой воды, медленно движущейся над листом в сто-

Рону патрубка для отвода воды из деаэратора. Вода, вы­ходящая из барботажного устройства, поступает в подъ­емную шахту. Вскипание объясняется наличием неболь­шого перегрева воды относительно температуры насыщения, которая соответствует давлению в паровом пространстве бака-аккумулятора. Перегрев определяется высотой столба жидкости над барботажным листом.

Пар, проходящий через барботажное устройство и столб воды, попадая в паровое пространство, движется над поверхностью воды в сторону колонки. Размещение колонки на противоположной стороне от барботажного устройства обеспечивает четко выраженное противоточное движение потоков воды и пара и хорошую вентиляцию парового пространства бака.

Пар, необходимый для деаэрации, подается в барбо­тажное устройство от регулятора давления: давления пара перед регулятором 0,6-0,7 МПа (6-7 кгс/см2), после регулятора - 0,05-0,07 МПа (0,5-0,7 кгс/см2). На деаэраторах производительностью более 50 т/ч пре­дусмотрен патрубок для подвода низкотемпературного пара с давлением 0,02-0,03 МПа (0,2-0,3 кгс/см2) (от расширителей непрерывной продувки, от поршневых па­ровых насосов, турбонасосов) непосредственно в паро­вое пространство деаэратора для лучшей вентиляции па­рового объема деаэратора и на первую ступень деаэра­ции в деаэрационной колонке.

Выпар из деаэрационной колонки отводится в охлади­тель выпара и из него в канализацию, а газы - через воздушник в атмосферу. Деаэраторы комплектуются гид­розатворами для защиты от превышения давления.

Деаэраторы атмосферного типа рассчитаны на ра­боту при давлении 0,01-0,02 МПа (0,1-0,2 кгс/см2) и температуре воды 102-104 °С. Согласно ГОСТ 16860-71 «Деаэраторы термические» изменение подогрева воды в деаэраторах должно быть не более 10-40 °С.

НПО ЦКТИ разработана новая конструкция двухсту­пенчатых барботажных деаэраторов (типа ДА) атмос­ферного типа. Эти деаэраторы отличаются тем, что бар - ботажное устройство в них располагается в нижней час­ти деаэрационной колонки. Колонка устанавливается на деаэрационный бак старой конструкции. Подвод хими­чески очищенной воды и конденсата осуществляется в верхнюю часть колонки, пар подводится в паровое про­странство деаэраторного бака со стороны, противопо­ложной колонке. Такой подвод пара обеспечивает на­дежную вентиляцию парового объема бака. Отвод воды из деаэратора осуществляется со стороны, противопо­ложной колонке.

Преимущества новых деаэраторов сравнительно с де­аэраторами типа ДСА: повышенная заводская готов­ность, снижение металлоемкости, упрощение монтажа, повышение эксплуатационной надежности, уменьшение коррозии деаэраторных баков. Общая высота по срав­нению с ДСА увеличилась на 600-700 мм.

Вакуумные деаэраторы применяются в основном в во­догрейных котельных.

Вакуумная деаэрационная установка представляет собой вакуумную колонку (деаэратор) и аккумулятор­ный бак, находящийся под атмосферным давлением.

Вакуумная колонка имеет две ступени дегазации: струйную и барботажную.

Подогретая вода поступает на верхнюю тарелку, ко­торая секционирована с таким расчетом, что при мини­мальных нагрузках работает только часть отверстий во внутреннем секторе. При увеличении нагрузки в работу включаются дополнительные ряды отверстий, это позво­ляет избежать гидравлических перекосов по воде и пару при колебаниях нагрузки. Под барботажный лист по­дается пар или перегретая вода (120-140°С), при вски­пании которой образуется паровая подушка и происхо­дит процесс парового барботажа.

Вакуумные деаэраторы укомплектованы охладителя­ми выпара, водо-водяными эжекторами, системой авто­матического регулирования и контроля и соответствую­щими регулирующими клапанами.

Дегазация воды химическим способом осуществляет­ся путем сульфигирования, т. е. введения в нагретую (до 80°С) питательную воду раствора сульфита натрия Na2S0.5. Этот способ по сравнению с термической дега­зацией более дорогой и поэтому не получил широкого распространения.

Способ обработки воды для конкретной котельной установки должен определяться специализированной (проектной, наладочной) организацией. Согласно требо­ваниям Правил по котлам все котлы паропроизводитель­ностью 0,7 т/ч и более должны быть оборудованы уста­новками для докотловой обработки воды.

В котельных с котлами паропроизводительностью ме­нее 0,7 т/ч установка водоподготовительных устройств не обязательна, но периодичность проведения очистки котлов должна быть такой, чтобы к моменту остановки котла на очистку толщина отложений на наиболее тея - лонапряженных участках его поверхности нагрева не превышала 0,5 мм.

Для каждой котельной с котлами паропроизводи­тельностью 0,7 т/ч и выше должна быть разработана про­ектной, наладочной или другой специализированной ор­ганизацией и утверждена администрацией предприятия инструкция (режимные карты) по водоподготовке. В ин­струкции должны быть указаны нормы качества пита­тельной и котловой воды для данной котельной уста­новки, режим непрерывной и периодической продувок, порядок выполнения анализов котловой и питательной воды и обслуживания водоподготовительного оборудо­вания, сроки остановки котла на очистку и промывку и порядок осмотра остановленных котлов. В необходимых случаях в инструкции следует предусматривать также проверку агрессивности котловой воды.

Чтобы исключить случаи питания котла сырой водой, на резервных линиях сырой воды, присоединенных к ли­ниям питательной воды, должны устанавливаться два запорных органа и контрольный кран между ними. За­порные органы следует опломбировать в закрытом поло­жении (контрольный кран открыт), а каждый случай питания сырой водой записывать в журнал по во - доподготовке с указанием причин.

Во всех деаэраторах выделенные газы скапливаются в зоне пара выше уровня воды. Для уменьшения концентрации кислорода и высвободившейся углекислоты в зоне пара необходимо всегда проводить удаление части выпара.

Чем выше концентрация газов в паре, тем ниже эффективность удаления газов из воды. Поэтому продувка выпара осуществляется в месте, расположенном как можно ближе к входу воды, а именно рядом с распылителем или выше расположения каскадов.

Если температура в деаэраторе снизилась ниже температуры насыщения пара (напр. ниже 1,2 бар / 105 °С), то это является показателем не достаточной интенсивности продувки выпара.

Измеренное давление показывает суммарное давление смеси газов и пара. Однако парциальное давление газов составляет значительную часть от располагаемого давления 1,2 бар. Из-за этого фактическое давление пара ниже 1,2 бар и температура воды соответственно ниже 105 °С. Рекомендуется наряду с давлением в деаэраторе измерять также и температуру воды.

Рекуперация тепловой энергии выпара

В больших деаэраторах может быть выгодным использовать тепловую энергию гитара в теплообменнике для целей предварительного подогрева. Эффективность от использования тепловой энергии может снижаться из-за значительных ремонтно-эксплуатационных затрат на теплообменнике (из-за высоких коррозионных свойств удаляемых газов).

Защита насоса от воздействия не дегазированной воды удалением

Время процесса дегазации воды в деаэраторе должно составлять не менее 25 минут. Должны быть выполнены мероприятия против попадания не полностью дегазированной воды на всасывающий патрубок питательного насоса. Другими словами: не допускать контакт не дегазированной воды с питательным насосом.

У обоих типов деаэраторов, струйного и каскадного, место расположения распылителя воды должно быть как можно дальше (по ходу движения воды) удалено от патрубка присоединения питательного насоса. К сожалению, в практике это требование не всегда соблюдается. Некоторые производители устанавливают в тело деаэратора барьеры для увеличения пути движения воды через деаэратор.

Температура смеси воды подпитки и возвращённого конденсата

Для достижения желаемой степени дегазации необходима подача достаточного количества свежего пара. Это условие обеспечивается если у деаэратора, засчитанного на температуру напр. 105 °С, температура смеси не выше 90 или 95 °С. Условие должно соблюдаться также в случае, когда вода и конденсат подаются раздельно. Это условие не распространяется на конденсат под давлением, который в деаэраторе испаряется.

Предохранительный клапан

Как правило, деаэраторы защищены предохранительным клапаном, настроенным на давление 1,4 бар. При номинальном давлении выше 1,5 бар деаэратор подлежит периодическим испытаниям.

Некоторые деаэраторы старых конструкций оснащены защитой от перелива / перепуска, выполненной в форме гидрозатвора. В практике такие системы имеют недостатки. При каждом броске давления выше, чем давление столба воды, гидрозатвор опорожняется и пар выходит наружу. Чтобы снова восстановить гидрозатвор, необходимо снизить давление в деаэраторе.

В силу не надёжности этих устройств, для защиты от превышения давления сегодня почти всегда применяются предохранительные клапаны.

Источник : "Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010"

Вы в любой момент можете обратиться за помощью к специалистам по эл. адресу: info@сайт