Применение метода виртуального источника сейсмических волн для мониторинга резервуара тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат наук Александров, Дмитрий Владимирович

• Александров, Дмитрий Владимирович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Александров, Дмитрий Владимирович

Предисловие ...,...,....................5

Глава 1. Недостатки действующих деаэраторов..............7

1.1. Струйные деаэраторы ..........8

1.2. Деаэраторы с насадкой из омегообразных элементов 12

1.3. Комбинированные деаэраторы с затопленным барботаж-

ным устройством в баке.........15

1.4. Струйно-барботажные колонки........17

Глава 2. Устройство и расчет струйно-барботажных колонок ... 34

2.1. Водораспределитель....................35

2.2. Отсек массовой конденсации пара......39

2.3. Барботажная тарелка .......46

2.4. Пароперепускной гидрозатвор ......57

2.5. Водосливное устройство..........62

2.6. Присоединительные штуцеры ......64

Главе 3. Характеристики модернизированных деаэраторов .... 67

3.1. Варианты модернизации струйных деаэраторов ... —

3.2. Модернизация насадочной колонки.......75

3.3. Реконструкция комбинированных деаэраторов .... 77

3.4. Усовершенствование струйно-барботажных колонок ... 80

Глава 4. Доработка вспомогательного оборудования после модернизации деаэраторов............89

4.1. Охладители выпара...........91

4.2. Воздухоотсасывающие устройства.......96

4.3. Защитные устройства..........103

Глава 5. Рекомендации по монтажу и эксплуатации модернизированных деаэраторов.............109

5.1. Изготовление и монтаж рабочих элементов.....—

5.2. Эксплуатация модернизированных деаэраторов .... 114

Глава 6. Новые системы деаэрации воды.........—■

Приложения.................118

П.1. Примеры расчета модернизированных деаэраторов ... — П.1.1. Расчет вакуумного деаэратора Д8-400 с интегрально-

модульными элементами........—

П.1.2. Расчет колонки атмосферного деаэратора ДА-300 129 П.1.3. Расчет струйно-кавитирующих устройств (СКУ) для

деаэратора ДВ-250 ..................136

П.2. Типовые проекты модернизации деаэраторов .... 139

Л,2.1. Модернизированная колонка ДВ-200М ... —

П.2.2. Модернизированный деаэратор ДВ-400М . . . 140 П.2.3. Струйно-кавитирующее устройство для вакуумных

деаэраторов производительностью 50 -н 400 т/ч . - 141 П.2.4. Модернизированная колонка атмосферного давления

производительностью от 25 до 500 т/ч . 142

П.2.5. Модернизированная колонка ДА-300М .... J44

П.2.6. Модернизированная колонка ДП-225М .... 145

П.2,7. Модернизированная колонка ДП-500М .... 146

П.2.8. Модернизированная колонна ДП-1000М .... 147

Таблицы размеров модернизированных деаэраторов ......148

П.З. Расчет охладителя выпара смешивающего типа для атмосферного деаэратора ДА-200 . •.......152

П.4. Расчет водоструйного эжектора для вакуумного деаэратора

производительностью 500 т/ч..... . 153

П.5. Расчет комбинированного гидрозатвора для атмосферного деаэратора ДА-200 ....................155

Список литературы................156

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение метода виртуального источника сейсмических волн для мониторинга резервуара»

ПРЕДИСЛОВИЕ

Примерно половина термических деаэраторов, эксплуатируемых на электростанциях и объектах промышленной энергетики, уже исчерпала свой ресурс, отработав по 30—40 п более лет, н представляет собой морально и физически устаревшее оборудование. Заменить его практически нечем, так как объем производства новых деаэраторов едва покрывает потребности вновь вводимых энергомощностей и ожидать увеличения их выпуска (на требуемые тысячи единиц в год) не приходится. Низкая эффективность наличного парка деаэраторов, с одной стороны, и потребность предприятий в более качественной деаэрации — с другой, являются застарелым противоречием, которое с годами все более усугубляется.

Реальный путь преодоления указанного противоречия — модернизация деаэраторов. Крупным достижением стало создание струй-но-барботажных способов деаэрации воды, на базе которых разработаны новые конструкции деаэраторов и различные схемы их включения. Накопленные результаты экспериментально-промышленных исследований модернизированных деаэраторов и ряд теоретических проработок позволили уточпить механизм газоудаления при бар-ботагйе и полупить более четкие представления о гидродинамике барботажных процессов. Однако эти достижения почти не используются эиергопредприятиями главпым образом из-за отсутствия в литературе обобщенных сведении по данным вопросам.

Настоящая монография написана с целью систематизировать знания, разрозненные в многочисленных источниках, о конструкциях, результатах исследований, методах расчета и опыте эксплуатации новых деаэраторов. Описаны лишь те аппараты, которые внедрены в производство и обеспечили наиболее эффективную и надежную деаэрацию воды. Их основой служит устройство в виде непровальной барботажной тарелки, снабженной пароперепускным и водосливным гидрозатворами. Модернизация деаэраторов в различных отраслях народного хозяйства показала, что замена струнных сит, насадок, затопленных барботеров и подобных им устаревших устройств на барботажную ступень позволяет существенно улучшить деаэрацию и одновременно понизить металлоемкость, вес и габариты деаэрациоиных установок.

Изложенные материалы базируются в основном на разработках струйно-барботажных колонок, выполненных Уральским филиалом ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского.

В книге также нашли отражение вопросы технического уровня отечественных деаэраторов, результаты теоретических и экспериментальных исследований барботажиых процессов, сведения о конструкциях, назначении и методах расчета струйно-барботажных элементов. Рассмотрен ряд модификаций модернизированных деаэраторов и их эксплуатационные .характеристики. Большая часть приведенных положений ранее опубликована автором в журнальных статьях и тематических сборниках.

Первые в стране сведения о физике промышленных процессов деаэрации воды были получены сотрудниками ВТ И им. Ф. Э. Дзержинского и ЦКТИ им. Н. И. Ползунова еще в 40-х годах. На их основе составлены указания по эксплуатации и проектированию деаэрационных установок [I, 2], многие положения которых актуальны и по сей день. Значительный вклад в эти работы внесли позже Уральский филиал ВТИ и ПО «Союзтехэнерго», создавшие оригинальные барботажные устройства и изучавшие их в натурных условиях. Широкое внедрение струйно-барботажных деаэраторов в значительной мере является заслугой ЦКТИ, создавшего опытные образцы и совместно с заводами (ПО «Красный котельщик» и ПО «Сибэнергомаш») новую технологию их серийного производства.

Центральное место в монографии отведено результатам многолетней работы автора по изучению и внедрению модернизационных деаэраторов. Построение книги подчинено главной задаче — слу-жить руководством по модернизации деаэраторов для эксплуатаци-онпо-ремонтного персонала эвергопредприятин. Практическая направленность предлагаемых материалов усилена введением в соответствующие разделы примеров: подробных расчетов и приложения типовых проектов в объемах, достаточных для их выполнения собственными силами предприятий. Прошедшее десятилетие с момента выхода в свет последних указаний по модернизации деаэраторов [3) показало, что низкая отдача от этого документа обусловлена отсутствием в нем именно практических рекомендаций.

Для проектных и научно-исследовательских организаций, создающих новое энергетическое оборудование, будет интересна информация о перспективных устройствах, предназначенных для. работы в условиях, где деаэраторы оказываются неэффективными.

Автор надеется, что данная публикация позволит ускорить внедрение в хозяйство страны новой прогрессивной техники.

Замечания и предложения просим направлять по адре.су: 454080 г. Челябинск, ул. Энгельса, 43. П/П «Челябэиергоналадка» А. Д. Кондратьеву.

Глава 1

НЕДОСТАТКИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ДЕАЭРАТОРОВ

Среды значительной части персонала, эксплуатирующего деаэра-цнонные установки, сложилось мнение, что деаэраторы должны нормально работать в любых условиях. При этом обычно забывают, что работоспособность деаэратора ограничена рам.ками требований и стандартов, действующих при его создании. Кроме того, и сами требования к качеству деаэрации воды все более ужесточались по мере роста мощности и маневренности энергооборудования. Например, в 30-х годах считалось допустимым содержание кислорода в питательной воде паровых котлов 0,05-4-1 мг/кг [4], современным стандартом [5] оно ограничено до 0,01 -н 0,02 мг/кг.

Чтобы поддерживать эффективность деаэраторов на должном уровне, их постоянно совершенствовали, в результате чего в энергетике на данный момент действуют десятки тысяч аппаратов самых различных типов, конструкций и уровней эффективности. Большинство из них — аппараты струнного, насадочпого и комбинированного типов, снятые в 70-е годы с серийного производства. Им на смену пришли деаэраторы со струйпо-барботажными колонка мй, производимые по стандарту [5]. Однако никакие нормы не могут отразить все многообразие режимов, возможных на конкретных1 предприятиях. Тем более, что с течением времени условия эксплуатации деаэраторов неизбежно отклонялись от проектных. Наиболее напряженные нз них характеризуются сегодня диапазонами требуемых нагрузок в 3—5 раз шире расчетных и нагревом воды в колонках при пусках до 140 "С. В таких условиях теряют работоспособность даже новейшие модификации струйпо-барботаж-ных деаэраторов, а деаэраторы устаревших типов почти повсеместно работают неудовлетворительно.

Поскольку в количественном отношении доля струйно-барбо-тажных деаэраторов от общего числа установленного оборудования пока невелика (по нашим оценкам около 10%), в ближайшие 5—10 лот деаэрацию воды будут обеспечивать в основном устаревшие типы. Несмотря на существенное их различие в конструкциях внутренних устройств, им в той или иной мере присущи одинаковые недостатки, а именно:

— ухудшение деаэрации в пределах стандартных нагрузок и нагрева воды;

— появление гидравлических ударов и уноса воды с выпаром при нагрузках и нагревах, близких к номинальным значениям;

— завышенные габаритно-весовые показатели.

1.1. СТРУЙНЫЕ ДЕАЭРАТОРЫ

Деаэраторы этого типа до конца 60-х годов имели преимущественное распространение в отечественной энергетике. В пих вода дробится системой дырчатых тарелок на струи, стекающие каскадами сверху вниз. Деаэрация осуществляется при продольно-поперечном омывании каскадов струй греющим паром. Схема струйной колонки для атмосферной и вакуумной деаэрации питательной воды паровых котлов низкого и среднего давлений и нодпиточной воды различных систем теплоснабжения показана па рис.. 1.

Некипящие (холодные) потоки воды через штуцеры 1 и Г поступают к открытую камеру 2, откуда после смешения переливаются через порог 3 и попадают на первую дырчатую тарелку 5. В этой тарелке имеется горловина 4 для отвода выпара. Затем вода каскадом через отверстия в тарелках 7 и 7' сливается в деаэра-торный бак. Перегретые потоки вводятся по штуцерам 6 и 6" на вторую (сверху) тарелку. Пар в колонку поступает по штуцеру 9 и кольцеобразным коллектором 8 распределяется по всему поперечному сечеипю. Проходя через горловины тарелок и в зазоры между корпусом колонки и бортами тарелок, пар омывает стекающие струи и подогревает воду до температуры, близкой к насыщению. Вьшар отводится из верхпей части колонки через штуцер 10 (па охладитель выпара или в атмосферу).

Данные эксплуатации и последующих исследований [6, 7] показали, что струйные атмосферные деаэраторы не обеспечивают качественной деаэрации как при небольших перегрузках (па 10— 15 % сверх номинальной производительности), так и при нагрузках ниже 40 % номинальной. Изложенное связано с влиянием на газо-выделоние в струях: двух разнонаправленных процессов: обогащения воды газами в результате эжекции их струями из газопарового пространства колонки (восходящие ветви кривых иа рис. 2) и улучшения отделения газов из воды при турбулизации струй паровым потоком (нисходящие ветви, рис. 2) [2].

Понижение температуры воды вызывает рост пиков кривых и их смещение в область меньших гидравлических нагрузок, т. е. сокращает диапазон эффективных пагрузок деаэратора. Это происходит из-за сдвига зоиьт массовой конденсации пара вниз по колонке и уменьшения турбулизации струй в вышележащих отсеках, что в совокупности с повышенным парциальным давлением газов кверху колонки ведет к педогреву воды и ухудшает газовыделеыие.

К ухудшению деаэрации в струйных деаэраторах приводят также:

— увеличение содержания газов в деаэрируемой воде при неизменном расходе выпара;

— наличие в греющем паре свободной углекислоты с концентрацией более 5—10 мг/кг и одновременно низким (меиее 0,07 мг-экв/кг) содержанием в воде бикарбонатов натрия;

— подача па верхние тарелки горячих дренажей, пар из которых нарушает нормальную вентиляцию струй;

02,мкг/кг

so

40

О

50

750 Вв,т/ч

Рис. 2. Зависимость концентрации кислорода после струйпой колонки ДА-200 от гидравлической пагрузки и температуры

поступающей воды. 2-(в = 10°С; 2 — 40; 3 — 67; 4 — 97 "С.

Рис. 1. Схема струйной колонки ДА-200. 1, 1' — подвод холодных потоков воды; г—камера; 3 — переливной порог; 4 — горловина; 5 — первая тарелка; 6, о" — подвод перегретых потоков; 7, Т — струйные тарелки; я — парораспределительный коллектор; и — подвод пара; 10 — отвод иыпцрл.

— подвод в деаэраторный бак дренажей, содержащих удаляемые газы;

— недогрев воды в колонке до температуры насыщения, соответствующей рабочему давлению в деаэраторе, из-за ее переохлаждения при сбросе в бак холодных дренажей или колебаниях давления греющего пара;

— засорение отверстий в тарелках, их отрыв или коробление.

На близких к номинальной нагрузках увеличение нагрева воды в струйных колонках евыше 10—15 °С вызывает гидравлические удары, унос воды с выпаром и «проскоки» газов в деаэрированную воду.

Если нагрев воды в таких колонках превышает 20 °С, то отмеченные нарушения можно ожидать при любых нагрузках в диапазоне от 30 до 100 % номипальпой производительности деаэраторов.

Как показали визуальные наблюдения [7], причиной гидравлических ударов является то, что при понижении температуры воды струи под динамическим давлением парового потока распадаются па капли, которые уносятся с паром в верхние отсеки колонки (рис. 3). Для определения критической (по распаду струй) скорости пара используют рис. 4 [2].

В местах поворотов парового потока и сужений проходов капли распавшихся струй сепарируются и скапливаются в подвешенном состоянии до тех пор, пока их тяжесть пе превысит подъемную

Рис■ 3. Разрушение струй под динамическим напором парового

потока. Рд = 0,12 МПа; AiK = 62° С. а ■-струйное истечение, DB= — 80 т/ч; б — струйно-капе-льное, Пв = 100 т/ч; в —распад струй на капли, Лв = = 150 т/ч.

силу пара, после чего вода обрушивается на нижележащие тарелки. При этом возникают значительные ударно-динамические нагрузки, приводящие к накоплению в металле тарелок усталостных напряжений, их повреждению и отрыву от корпуса колонки по сварным швам. Вызвать гидравличе^ ские удары могут также: засорение отверстий в тарелках, резкие «набросы» воды в колонку, быстрое падение давления, приводящее к вскипанию воды в деаэраторном баке, и чрезмерный расход выпа-ра с характерным уносом воды из колонки.

Попытки стабилизировать гидродинамику струйных деаэраторов предпринимались многократно, но сводились в основном к увеличению сечений для прохода пара. Однако достигаемое таким путем повышение гпдроустойчивости деаэраторов обесценивалось ухудшенной деаэрацией из-за ослабления турбулнзации струй при пониженной скорости парового потока.

Несколько отличаются от показанной на рис. 1 по конструкции и принципу действия вакуумные двухкорпусные колонки системы И. В. Васильева, которые хотя л не выпускались серийно,-но получили в 60-х годах определенное распространение для деаэрации подпиточной воды теплосетей [8].

Двухкорпусная колонка состоит, по сути, из двух колонок

Рис. 4. Предельная по уносу капель скорость пара в струйных отсеках

деаэраторов. 1 - Рд = 0,1 МПа; 2 — 0,12; «—0,2; ¿ — 0,4; 5 — 0,5; 6 — 1,0 МПа.

0,004 0,006 с/0,м

Рас. 5. 'Схема двухкормус-иой вакуумной колонки ДВ-200.

1 — подвод перегретой воды;

2 — верхняя сегментная та-рвлнй; 3— «горячая» колонка; 4, 5—струйные тарелки; а— «холоднаяч колонка; т — дырчатые тарелки; £— подвод

ХОБ; Э — отвод выпара.

Выпар

Холодная soda —<

перегретая вода —

(рис. 5), «дна из которых «холодная» является смешивающим охладителем выпара и размещена в центре другой — «горячей» колонки, объединенной с ней общим верхним днищем. Перегретая (на 5—8 °С выше температуры насыщения) вода в количестве "-90 % от общего ее расхода поступает через штуцер 1 в «горячую» колонку 3, на верхнюю сегментную тарелку 2, из отверстий которой струями стекает вниз но

тарелкам 4, 5. Выделившийся при вскипании горячих струй пар движется параллельно струям сверху вниз и из-под тарелки 4 попадает внутрь «холодной» колонки 6'. В нее через ¡штуцер 8 подводится холодная вода (с температурой 15—20 °С) в количестве до 10 % от производительности деаэратора. Эта вода проходит ряд дырчатых тарелок 7 навстречу пару, обеспечивая его коидепсацию. Неконденсирующиеся газы удаляются из колонки 6 отсасывающим устройством через штуцер 9.

Спутное движений воды и пара в «горячей» колонке в большинстве случаев не позволяет достичь глубокой деаэрации, из-за чего содержание газов в воде за такими деаэраторами обычно выше нормы [9]. Например, содержание кислорода в подппточной воде за вакуумными деараторами, установленными на Челябинской ТЭЦ-2, много лет превышало 200 мкг/кг.

Низкая интенсивность деаэрации воды, отнесенная к единице длипы струи, обусловливает большую высоту таких колонок, достигающую 2,5—5 м (табл. 1), ввиду чего эти деаэраторы требуют для своего размещения относительно высоких зданий. Кроме того, большая высота колонок зэтрудпяет их обслуживание и ремонт. К другим конструктивным недостаткам струйных колонок относятся [9]:

— обилие фланцевых соединений на подводящих штуцерах;

— подвод греющего пара непосредственно в нижнюю часть ко-

Таблица 1. Габарнтно-масеовые показатели струйных колопок

Показатель Типоразмер деаэраторов (старая маркировка)

ДСА-25 )П t— О Ч ДСА-100 ДСА-150 ДСА-200 г> о СЗ <! и Ч ДСП-160 (ДСЕ-1) hiW so чЗ о еъ G и Ч

Высота колонки, м 2,53 2,76 2,79 2,95 2,99 3,68 3,883 3,888 5,00

Диаметр колонки, м 1,112 1,292 1,492 1,712 1,892 2,092 1,82 1,82 2,032

Сухая масса колонки,

кг 922 1185 1450 1785 1993 2723 4030 4230 5540

Масса колонки с водой,

кг 3200 4500 6000 8100 9700 14500 — — —

ложки, из-за чего не обеспечивается вентиляция деаэраторпого бака от выделяющихся в нем газов;

— повышенная металлоемкость и значительная масса, достигающая (с водой) 10—15 т.

В свою очередь, масса колонки делает узел сочленения ее с баком наиболее нагруженным [10]. В результате в стыковочных швах п прилегающем к ним металле после 100—150 тыс. ч работы деаэратора, как правило, развиваются трещины. Они имеют меж-кристаллитпый характер, заполнены окислами и зарождаются внутри корпуса. Их развитие ускоряется при наличии дефектов сварки, колебаниях рабочего давления и особенно под воздействием гидравлических ударов. Трещины ослабляют прочность швов и делают данный узел наиболее уязвимым для повреждений. Известные случаи разрушений деаэраторов от повышения внутрикорпусного давления начинались именно с отрыва колонки от бака по сварному шву.

При наличии таких недостатков выход из строя любого из группы параллельных деаэраторов ведет к значительному и длительному ограничению паропроизводительности котлов, а в под-питочных узлах — к необходимости подачи в теплосеть «сырой» воды. Поэтому для обеспечения необходимой надежности деаэрации. в частности питательной воды котлов, па старых ГРЭС и ТЭЦ устанавливались группы из 10—12 деаэраторов.

1.2. ДЕАЭРАТОРЫ С НАСАДКОЙ ИЗ ОМЕГООБРАЗНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Деаэраторы с насадочными колопками выпускались серийно двух типов: ДСП-320 и ДС11-500 (рабочее давление соответственно 0,6 и 0,7 МПа) и до середины 70-х годов использовались преимущественно в схемах регенерации энергоблоков мощностью 200 и 300 МВт, а также па некоторых ТЭЦ — обычно как вторая ступень деаэрации с предвключенными деаэраторами атмосферного давле-

Рис. 6. Схема насадочпой колонки ДСП-320.

1 — водораспределитель; г, з — горизонтальные листы; 4 — цилиндрическая перегородка; 5 — подвод конденсата турбин; 6 — кольцевая перегородка; 7 — отверстия; 8 — дырчатая тарелка; 0—насадочный слой; 10 — сетка; 11 — опорное кольцо; 12 — сетка; 13 — каркас; 14 — подвод пара; 15 — подвод гроячих дренажей; 16 — кольцевой корой; П — патрубки; .24' — отвод выпара.

Вода

Л

Развертка

ния. Б насад очных колонках деаэрация происходит при контакте тонких пленок воды, стекающей по поверхности тел насадочного слоя, с поступающим снизу паром.

Конструкция колонки ДСП-320 показана на рис. 6, а. Внутри ее разъемного корпуса размещен водораспределитель 1, образованный листами 2 и 3 и цилиндрической перегородкой 4, в который через штуцеры 5 подается конденсат турбин. Для выхода воды в открытую водяную камеру (образованную листом 3 и перегородкой 6) предусмотрены два отверстия 7. После того как уровень воды превысит перегородку 6, вода переливается на тарелку 8,

пз отверстий в которой струями стекает на расположенный ниже насадочный слой 9. Этот слой образован на садочными телами оме-гообразной формы (см. рис. 6,6), насыпанными на плетеную металлическую сетку 10, закрепленную по окружности кольцами 11.

Чтобы предотвратить вынос насадочных тел с потоком пара, слой 9 ограничен сверху сеткой 12. Для предупреждения отбрасывания насадочных тел паром к стенкам колонки и выпучивания нижней сетки 10 в насадочном слое размещен каркас жесткости 13, из двух концентрических обечаек с радиальными перегородками. Пар вводится в нижнюю часть колонки через штуцеры 14 п 15 и попадает под насадку сквозь щелп в кольцевом коробе 16. В насадке пар омывает смоченную поверхность омегообразных тел и бар-ботнрует воду в местах ее скопления. Выделившиеся при деаэрации газы перепускаются по патрубкам 17 пз пространства над слоем 9 под крышку колонки и отводятся через штуцер 18 к охладителю выпара.

5-

Таблица 2. Габаритно-массовые показатели колонок с омегообразной насадкой

Типоразмер неловки

Высота колонки, м Диаметр колонки, м Сухая масса колонки, кг Масса колонки с водой,

3,00 2,032 6925(4230*)

2,65 2,432 9660 (5540)

*

кг

17000

20000

* Струйные колонки (для сравнения).

Деаэраторы с насадочными колонками по сравнению со струйными обеспечивают более глубокую деаэрацию, но при несколько меньших гидравлических нагрузках. Предельная нагрузка таких колонок при нагревах воды до 30 °С не превышает 85%, а для нагрева свыше 60 °С — 70 % от номинальной производительности. При больших нагрузках происходит захват воды паром и ее обращенное движение снизу вверх по насадке. В этих режимах часть воды уносится из колонки с выпаром, а при ее низкой температуре возникают гидравлические удары, последствием которых могут быть: в случае жестаого крепления верхней сетки — ее поломка н как результат — смятие и унос части насадочных тел с выпаром па водораспределительную тарелку и даже в охладитель выпара; если верхняя сетка свободно положена на слой насадки, то в ней может образоваться углубление, сквозь которое будет проходить осиовпой поток пара. В обоих случаях деаэрация воды резко ухудшается. Некоторое перемещение насадочного слоя под динамическим воздействием воды и пара нередко происходит и при нормальной работе колонки, что ведет к гидравлическим перекосам и ухудшает деаэрацию при нагрузках колонок ниже 30—40 % от номинальной. Деаэрация в насадочных колонках ухудшается также при:

— сбросе перегретых дренажей в верхнюю часть колонки;

— увеличении содержания свободной углекислоты в деаэрируемой воде свыше 0,5 мг/кг. При этом полного удаления свободной углекислоты в колонке не происходит и в деаэрированной воде может оставаться 55—98 % от ее начального содержания [11].

Невозможность удаления свободной углекислоты является главным эксплуатационным недостатком таких колонок. К их конструктивным недостаткам относятся:

— большой расход нержавеющей стали и трудоемкость изготовления насадочных тел;

— значительная масса колонок, которые почти вдвое тяжелее струйных колонок близкой производительности (табл. 2);

— отсутствие гидравлических затворов па входе воды в колонки, из-за чего при останове насосов, питающих деаэратор водой, возможны гидравлические удары в водоподводящих трубопроводах.

Несмотря на перечисленные недостатки, деаэраторы с иасадоч-ными колонками в делом хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации и заменяются на новые только при отсутствии омегообраз-ных тел, производство которых прекращено.

1.3. КОМБИНИРОВАННЫЕ ДЕАЭРАТОРЫ С ЗАТОПЛЕННЫМ БАРБОТАЖНЫМ УСТРОЙСТВОМ В БАКЕ

Ужесточение к концу 60-х годов требований по качеству питательной воды, особенно в части удаления свободной и «связанной» углекислоты, что не обеспечивалось струйпыми и насадочными колонками, привело к с-оздаиию комбинированных деаэраторов. В энергетике наиболее широко применялись деаэраторы с укороченными струйными колонками п затоплепным в деаэраторном баке (под слоем воды толщиной 1,5—2,5 м) барботажным устройством конструкции ЦКТИ. Этими устройствами были укомплектованы в с о серийные деаэраторы атмосферного, а также деаэраторы повышенного давления, поставляемые до середины 70-х годов для головных энергоблоков мощностью 500 н 800 МВт.

У большинства таких деаэраторов колонка и барботажное устройство расположены вблизи противоположных торцов деаэра-торного бака. Небольшими партиями были выпущены деаэраторы с одной колонкой в центре бака и с барботажпымн устройствами у его торцов, а также с двумя колонками на баке.

Укороченная колонка (рис. 7) имеет только две струйные тарелки 1 п 2, на верхней нз которых выполнена камера 3 для смешения разиотемпературпых потоков воды. После смешения вода переливается из камеры 3 на тарелку 2, через отверстия которой сливается струями на тарелку 1 и далее в бак. Бак секциопировак перегородкой в с окпоы 7 в ее нижней части, к которому примыкает барботажпое устройство 10 [12]. Пар поступает по трубе 4 в устройство 10 и через отверстия в ием барботирует слой воды, движущейся внутри бака 8ыпар

в сторону водоотводятцето 2 \ у

патрубка 9. Листы 6 н 8 \ Л У ?

образуют подъемную шах- вода ту, в которой происходит вскипание воды, выходящей из барботажного устройства 10. Вскипа-

Рис. 7. Схема деаэратора с затопленным барботажным устройством в баке.

1. г — струйные тарелки; з — смесительная камера; 4 — подвод барботажного пара; -5 — подвод греющего пара; 6 •— секционирующая перегородка; 7 — окно; 8 — лист; 9 — отвод воды; 10 — барботажное устройство; 11 — отвод выпара.

ние обусловлено перегревом воды, зависящим от высоты столба жидкости над поверхностью устройства 10. Пройдя слой воды, пар попадает в паровой объем бака, где движется над поверхностью воды в сторону колонки, что улучшает вентиляцию бака. В колонке пар копденсируется на струях воды, а газы отводятся через штуцер 11. Противоположное размещение колонки и барботажпого устройства позволяет более длительное время выдержать воду в баке (перед подачей ее на барботаж) при температуре близкой к насыщению, что способствует лучшему выделению газов. Эффект деаэрации на затопленных устройствах слагается пз газоудаления при барботаже и газовыделеиия в процессе вскипания воды при ее движении в подъемной шахте.

Испытания опытных образцов комбинированных деаэраторов (13, 14] подтвердили их высокую эффективность, в результате чего за короткий срок затопленными устройствами было оборудовано также большинство из действующих деаэраторов. Однако последующая длительная эксплуатация выявила ряд присущих им недостатков:

— возникновение гидравлических ударов и «проскоки» газов в деаэрированную воду при нагреве воды в колонках сверх 30 °С (особенно в пусковых режимах), что требовало установки в схеме дополнительных (пусковых) подогревателей деаэрируемой воды;

— ухудшение деаэрации при уменьшении подогрева воды в колонках ниже 5 °С из-за недостаточного расхода пара на барботаж;

— повышенное паровое сопротивление барботажпого устройства, требующее подачи в него пара с давлением па 0,04 МПа выше рабочего (для атмосферных деаэраторов 0,16 МПа, для деаэраторов повышенного давления 0,64 -н 0,74 МПа);

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Александров, Дмитрий Владимирович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Руководящие указания по эксплуатации установок для термической деаэрации воды.— М.: Л.: ГЭИ, 1957.

2. Руководящие указания по проектированию термических деаэрационных установок питательной воды котлов.— М,; Эпергии, 1968.

3 Руководящие указания но модернизации деаэрациоппых колонок термических деаэраторов,— М.: СПООРГРЭС, 1976.

4 Казанский А. М. Вспомогательное оборудование турбинных установок.— М.; Л.: ГЭИ, 1941.

5 ГОСТ 16860—87. Деаэраторы термические. Технические условия.— М.: Изд-яо стандартов, 1988.

6. Гршцук II. К. Основная характеристика атмосферной деазрацпопной колонки ДС-200 Ц Электр, станции,— 1957.— № 6.

7. Гршцук И. К. Эксплуатационные характеристтгкп дегазационных колонок II Повышение параметров пара п мощности агрегатов в теплоэнергетике—М.: ГЭИ,—1961.

В Иванов В. А., Постоев В. С., Пермяков В. А. Усовершенствованная схема регенерации турбин мощностью 300 МВт Ц Энергомашиностроение.— 1984.—№ 11.

9. Оликер И. И. Термическая деаэрация воды з отопнтельно-производетвен-ных котельных и тепловых сетях.— Л.: Изд. лит. по строительству, 1972.

10. Пароменскин А. А. Экспериментальные исследования прочности деаэра-торпых баков Ц Труды'ЦКТИ,— 1976,— Вып. 137.

11. Оликер И. И., Пермяков В. А. Термическая деаэрация воды на тепловых электростанциях.— Л.: Энергия, 1971.

12. А. с. 200586 СССР. Двухступенчатый термический деаэратор/К. А. Блинов, В. А. Пермяков, И. И. Оликер,—Опубл. в БИ, 1967, № 17.

13. Оликер И. И., Пермяков В. А., Брач М. М. Работа термического деаэратора атмосферного давления с барботажным устройством ЦКТИ / Электр, станции.— 1965.— № 9.

14. Оликер И. Р., Пермяков В. А., Тоц Ю. Л. Исследование работы термического деаэратора повышенного давления с барботажным устройством ЦКТИ // Теплоэнергетика.— 1966.— № 12.

1.ч А. с. 383688 СССР. Термический деаэратор/И. И. Оликер, Г. М. Внхан-ский, В. Е, Иванов и др.—Онубл. н БИ,— 1973,—№ 24.

16. Курнмк Л. П., Кондратьев А. Д., Смирнов Г. Ф. Особенности гидравлических и тепломассообменных характеристик новых термических деаэраторов барботашного типа Ц Освоение и совершенствование вспомогательного турбинного оборудования тепловых электростанций.— Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 1982.

17. Курнык Л. П. Гидродинамические исследования водосливных устройств барботажиьтх деаэраторов Ц Электр, станции.— 1982.— № 1.

18. РТМ 108.030.21.— 78. Расчет и проектирование термических деаэраторов,—Л., 1979.

19. А. с. 857003 СССР. Теплообменный аппарат/Л. Н. Курнык, А. Д. Кондратьев,—Опубл. в БИ,— 1931.— № 31.

20. А. с. 867884 СССР. Термический деаэратор/А. Д. Копдратьев, Л. Н. Курнык, Т. Ю. Новикова.— Опубл. в БИ— 1981,— № 36.

21. А. с. 1330405 СССР. Деаэрациониая колонка/В. Ф. Костыдев. А. Д. Кондратьев, Л. Б. Сенигова —Опубл. в БИ,— 1987,—№ 30.

22. А. с. 966479 СССР. Тепломассообменный аппарат/Л. Н. Курнык. А. Д. Кондратьев, Т. Н. Яловец п др.— Опубл. в БИ,— 1982,— № 38.

23. Кондратьев А. Д., Костылев В. Ф. Причины гидравлических ударов и деаэраторах и пути пх устранения Ц Электр, станции.— 1986.— № 6.

24. Кондратьев А. Д., Курнык Л. Н., Баранов А. Т. и др. Реконструкция се-рийпых деаэраторов в схемах энергоблоков 200 п 500 МВт Ц Там же.— 1982,— № 1.

25. Кондратьев А. Д., Костылев В. Ф. Предельная производительность термических деаэраторов с колонками Ц Там же.— 1986.— № 9.

26. Кондратьев А. Д. Причнпы потери гидродинамической устойчичости деаэратора прн снижении нагрузки блока Ц Там же,— 1984.— № 9.

27. Ефимочкин Г. И., Крашенинников В. В., Вербицкий В. Л. Вскипание воды в вакуумных подогревателях смешивающего типа Ц Теплоэнергетика,— 1979,— N° 6.

28. Кондратьев А. Д., Курнык Л. П., Махлин В. Ф. Работа деаэраторов ДП-1000 блока 300 МВт при работе па скользящем давлении в период повышения нагрузки турбины Ц Энергетик.— 1978.— № 12.

29. Кондратьев А. Д., Курнык Л. Н., Макаркин Ф. И. Исследование деаэраторов ДП-1000 блока 300 МВт при работе на скользящем давлении в период снижения нагрузки турбины Ц Там же.-- 1978.— № 5.

30. А. с. 1344737 СССР. Термический деаэратор/А. Д. Кондратьев, Л. Е Се-нигова,— Опубл. в БИ — 1987,— № 38.

31. А, с. 1281525 СССР. Способ работы деаэратора и устройство для его осуществления/А. Д. Копдратьев, Т. П. Яловец,—Опубл. в БИ,— 1987,—№ 1.

32. Кондратьев А. Д., Курнык Л. Н. Барботажпая деаэрация воды при снижении нагрузки блока Ц Электр, станции,— 1982.— № 11.

33. А. с. 1201532 СССР. Способ работы паротурбинной установки/А. Д. Кондратьев, Л. Н. Курнык, Т. П. Яловец,— Опубл. в БИ,— 1985,— № 48.

34. А. с. 547390 СССР. Термический деаэратор/Г. М. Вдханектга, 10, М. Шубников, В. А. Пермяков и др.— Опубл. в БИ.— 1977,— № 7.

35. Курнык Л. П., Кондратьев А. Д. Принципиальные недостатки барботаж-пых деаэраторов ЦКТИ п мероприятия по пх усовершенствованию в схемах энергоблоков 500 МВт ТПС Ц Освоение и исследование головного блока 500 МВт Троицкой ГРЭС па экибастузском угле.— Челябинск: Юж.-Урал, кн. изд во, 1980.— Вып. 24.

36. А. с. 257511 СССР. Вакуумный деаэратор/И. И. Олпкер, В. И. Пермяков, К. А. Блинов и др.— Опубл. в БИ,— 1969,— № 36.

37. Методические указания по наладке п эксплуатации вакуумных деаэраторов,— М.: СПО Союзтехэперго, 1980.

38. Шарапов В. И. О надежности вакуумных деаэрацпоппых устапопок Ц Электр, станции.— 1984.— № 7.

39. Олнкер И. И., Пермяков В. А., Иванов В. Е. и др. Укрупненные деаэраторы мощных энергоблоков Ц Теплоэнергетика,— 1970,— № 4.

40. А. с. 793947 СССР. Термический деаэратор/Н. Н. Трифонов, Д. Б. Бирюков,—Опубл. в БИ.—1981.—№ 1.

41. А. с. 399706 СССР. Подогреватель смешивающего тппа/Р. Ш. Бускунов, Г. Т. Школьник, П. М. Должиков,—Опубл. в БИ.— 1973,—№ 39.

42. А. с. 661221 СССР. Подогреватель смешивающего тппа/Л. Н. Курнык, Р. Ш. Бускунов, А. Д. Кондратьев,—Опубл. в БИ.— 1979,— № 17.

43. Курнык Л. Н. Гидродпнамнка, тепломассообмен и рациональпая организация процессов в термических деаэраторах с барботажмымп колонками:

Автореф. дне. ... канд. техн. наук.— Одесса: ОХТИ, 1985.

44. Вопросы теплообмена при изменении агрегатного состояпия вещества/ Под ред. С. С. Кутателадзе,— М.; Л.: ГЭИ, 1953.

45. Оликер И. И. Методика расчета вакуумных деаэраторов с паровым бар-ботажем Ц Водоснабжение и санитарная техника,— 1968.— № 5.

46. Пенный режим и пенные аппараты/Под ред. И. П. Мухленова и Э. Я. Та-рата,—Л.: Химия, 1977.

47. Кондратьев А. Д., Курнык Л. II., Сенигова Л. Е. Исследование влияния гидравлической нагрузки на теплообмен в укороченном струйном отсеке атмосферного деаэратора Ц Изв. вузов. Энергетика.— 1983.— № 7.

48. Оликер И. И. Термическая деаэрация с применением парового барботажа под вакуумом Ц Энергомашиностроение,— 1963.— № 8.

49.' Грищук И. К. О механизме деаэрации воды в струях Ц Теплоэнергетика.— 1957.- № 4.

50. А. с. 1273684 СССР. Деаэрацпонная колонка/А. Д. Кондратьев, Л. Н. Кур-нык, Л. Е. Сеингова.— Опубл. в БИ,— 1986,— № 44.

51. А. с. 1286876 СССР. Бесколонковый струйно-барботая?ный деаэратор/ А. Д. Кондратьев, Л. Н. Курнык, Л. Е. Сонигова.— Опубл. в БИ.— 1987.— № 4.

52. Кондратьев А. Д., Зайков 10. П., Яловец Т. П. и др. Разработка и исследование бесколонкового деаэратора па базе модернизации атмосферного деаэратора ДА-300 Ц Электр, станции,— 1989.— № 6.

53. Аксельрод Л. С., Дильман В. В. О барботаже при малых скоростях газа Ц ЖПХ,— 1954,— Т. 27,— № 5.

54. Кафаров В. В. Основы массопередачи.— М.: Высш. шк„ 1979.

55. А. с. 1321688 СССР. Способ термической деаэрации воды и вакуумпый деаэратор для его осуществления/Л. П. Окунев, А. М. Тесис, В. Ф. Косты-лев и др.—Оиубл. в БИ,— 1987,—№ 25.

56. Тесис А. М., Костылев В. Ф., Окунев Л. П. Интенсификация рабочего процесса вакуумных деаэраторов Ц Электр, станции.— 1987.— № 11.

57. А. е. 984995 СССР. Деаэрацпонная колопка/Л. Н. Курпык. В. М. Белянин, А. Д. Кондратьев и др.— Опубл. в БИ,— 1983,— № 48.

58. Кондратьев А. Д. Исследование конденсации и теплообмена при паровом барботаже движущейся недогретой жидкости Ц Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт.— \ 985.— № 6.

59. Кондратьев А. Д. О теплообмене при конденсации пара в объеме жидкости Ц Там же,— 1984,—№ 2.

60. Кондратьев А. Д. Методика теплового расчета барботажных конденсаторов пара Ц Изв. вузов. Энергетика.— 1987.— № 2.

61. Кондратьев А. Д, О динамике паровых пузырей в слое недогретой жидкости Ц ИФЖ,— 1986 —Т. 50, № 6.

62. Курнык Л. Н., Марушкнн В. М., Смирнов Г. Ф. Влияпие подогрева воды перед барботажпой ступенью деаэрационной колопки па степень конденсации пара / Кондепсатор и система регенерации паровых турбин.— М.: Энергоатомиздат, 1985.

63. Кондратьев А. Д. О режиме диспергирования пара в недогретую жидкость Ц ЖПХ,— 1987 —№ 3.

€4. Бравиков А. М., Федоров В. П. Реконструкция деаэрационной колопки ДА-150 Ц Электр, станции,— 1978,— № 3.

65. Кондратьев А. Д. Конденсация пара в слое недогретой непроточной жидкости Ц Атомная энергия.— 1986.— Т. 60, вып. 4.

66. Богатых С. А. Цпклонно-пенпые аппараты.— Л., Машиностроение, 1978.

67. Кондратьев А. Д. Методика теплового расчета барботажных конденсаторов пара Ц Изв. вузов. Энергетика.— 1986.— № 5.

68. Кондратьев А. Д., Курнык Л. Н. Возможность нагрева воды па барботажных устройствах термических деаэраторов Ц Энергетик.—• 1983.— № 10.

69. А. с. 646179 СССР. Подогреватель смешивающего тина/Л. Н. Курпык. А. Д. Кондратьев. В. М. Беляппн,— Опубл. в БИ.— 1979,—№ 5.

70. А. с. 1333949 СССР. Термический деаэратор/А. Д. Кондратьев, В. Ф. Костылев, Т. Ю. Новикова п др.— Опубл. в БИ.— 1987,— Я» 32.

71. Кондратьев А. Д., Сеингова Л. ГЦ Курнык Л. П. Укрупненные деаэраторы для энергоблоков Ц Электр, станции,— 1986.— № 4.

72. А. с. 1276876 СССР. Термический деаэратор/Л. И. Курпык, А. Д. Кондратьев, Л. Е. Сеингова,—Опубл. в БИ,—1986,—№ 46.

73. А. е. 1294772 СССР. Деаэрацпонная колонка/А. Д. Копдратьев, Л. Н. Курпык, Л. Е. Сеиигова и др.—Опубл. в БИ,— 1987,—№ 9.

74. Курнык Л. П., Кондратьев А. Д. Исследование водосливных устройств барботажных деаэраторов Ц Электр, станции.— 1983.— № 7.

75. Курнык Л. Н., Кондратьев А. Д. К расчету водосливных устройств барбо-тажпых деаэраторов.— Ден. ст., № 559-МЛ. Онубл. БУ ВИНИТИ № 3 (173), 1986.

76. А. е. 1250819 СССР. Тепло- п массообменпый аппарат/Л. Н. Курвык. А. Д. Кондратьев. Т. Н. Яловец,—Опубл. в БИ,— 1986,—№ 30.

77. А. с. 966479 СССР. Тепломассооблгеиный аппарат/Л. Н. Курнык, А. Д. Кондратьев, Т. И. Яловец п др.—Опубл. в БИ,— 1982,—№ 38.

78. Труб И. А., Лнтвин О. П. Вакуумные деаэраторы.— М.: Энергия, 1987.

79. Деаэраторы атмосферного и повышенного давления Ц Каталог-справочник 18.7.71.— М.: Минивформтяжмаш, 1972.

80. А. с. 885153 СССР. Деаэрационпая колоика/А. Д. Кондратьев, Л. Н. Кур-пык, Ф. И. Копылов —Опубл. в БИ,— 1981.—№ 44.

81. Кондратьев А. Д., Зайков Ю. П., Ейбог Е. П. и др. Повышение производительности вакуумных деаэраторов Ц Электр, станции.— 1988.— № 10.

82. Кондратьев А. Д., Зайков 10. П., Чпжов А. В. и др. Модернизация и испытания вакуумного деаэратора с вертикальной колонкой ДВ-200 Ц Электр, станции,— 1990.—№ 9.

83. А. е. 635045 СССР. Деаэратор перегретой воды/В. Д. Муравьев, В. Б. Черепанов. А. Г. Свердлов и др.— Опубл. в БИ.— 1978,— № 44.

84. А. с. 1754910 СССР. Установка для подготовки подппточной воды теплосети/А. Д. Кондратьев, 10. П. Зайков, 10, Д. Буйлов и др.— Опубл. в БИ.— 1992.— № 30.

85. А. с. 1071580 СССР. Деаэратор/А. Д. Кондратьев, Л. Н. Курвык, Л. Е. Се-нигова,—Опубл. в БИ.— 1984.—№ 5.

86. Кондратьев А. Д., Курнык Л. Н., Исламов А. X. и др. Результаты модернизации и промышленных испытаний деаэратора ДП-320 Уфимской ТЭЦ-1 Ц Энергетик,—1981,—№ 1.

87. Курнык Л. II., Кондратьев А. Д. Опыт модернизации серийного деаэратора ДСА-150 л результаты его промышленного исследования Ц Пром. энергетика.— 1978.— № 7.

58. Курнык Л. II., Страдымов В. А. Анализ работы серийных деаэраторов ДСП-800 н результаты их модернизации на головном блоке 500 МВт Троицкой ГРЭС Ц Повышение надежности и экономичности энергетических блоков.— Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во.— 1978.— Вып. 18.

89. Курнык Л. Н. Удаление растворенного кислорода в деаэраторах с барбо-тажпымп колонками Ц Электр, станции,— 1980.— № 2,

90 .Курнык Л. Н. Удаление свободной углекислоты в деаэраторах с барбо-тажнымн колонками Ц Там же.— 1980.— № 6.

91. Тееис А. М., Коетылев В. Ф., Окунев Л. П. и др. Результаты исследований модернизированного вакуумного барботажио-модульного деаэратора // Там же,— 1988,— № 5.

92. Кострикин Ю. М. Инструкция по анализу воды, пара, накипи и отложений в теплосиловом хозяйстве,— Л.: Эпергпя, 1967,

93. РТМ 24.030.21—72. Вакуумные деаэрациопные установки,—Л., 1973.

94. Деаэраторы вакуумные. Каталог-справочник 18.7.71.— М.: Минппформтяж-маш, 1972.

95. Куриык Л. Н., Кондратьев А. Д., Сенигова Л. Е. Повышение надежности и экономичности термических деаэраторов Ц Энергетик.—1981.— № 11.

96. Руководящие указания по наладке и эксплуатации пароструйных эжекторов и конденсационных установок.— М.; Л.: ГЭИ, 1956.

97. Сборник правил и руководящих материалов по котлонадзору.— М.: Недра, 1977.

98. Типовая инструкция по обслуживанию деаэрационных установок энергоблоков мощностью 150—800 МВт. ТИ 34-70-020-83,—М.: СИО Союзтех-эиерго, 1983.

99. Теплотехнический справочник,— М.: Энергия, 1975,— Т. 1.

100. Кочетов В. А. Улучшение работы атмосферных деаэраторов Ц Энергетик,— 1976,—№ 1.

101. А. с. 1219112 СССР. Деаэрационное устройство/В. М. Копоплев, И. Л. Лобанова.— Опубл. в БИ.— 1986.—№ 11.

102. Устройство для разделения газов и жпдкостей/В. М. Белов.— Инф. лист Восточно-Казахстанского ЦНТИ, 1989,—№ 89-6.

103. А. с. 684005 СССР. Деаэратор/А. Д. Копдратьев, Л. И. Курпык,—Опубл. в БИ,- 1979,— № 33.

3 02

Ч£сЬ-

Научное издание

Кондратьев Алексей Дмитриевич

МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕАЭРАТОРОВ 5 ПРОМЫШЛЕННОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

Редактор М. Г.. Успенская Художественный редактор Л. В. Матвеева Художник Л. Л. Мордохоиич Технический редактор Т. К. Драгун

Н/К

ЛР М 020297 от 27.ll.9t. Сдано в набор D6.07.B3. Подписаио в ™чать П2 11.93. Формат 60Х90 1/16 Гарнитура обыкновенная. Бумага типографская М1. 2. Высокая печать. Усл. печ. л. 10. УЧ.-ИЭД. д. 12.2. Тираж 2035 акз. Заказ 690.___.

Ордена Трудового Красного Знамени ВО «Наука», Сибирская издательская фирма. 630099 Новосибирск, уя. Советская, 18. „„„„„¿»„п чч

Новосибирская типография N 4 ВО «Наука». 630077 Новосибирск, ул. Станиславского,