X. ДЕАЭРАЦИОННО-ПИТАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

38. Каково назначение деаэрации на ТЭС и АЭС? Опишите пути поступления газов в пароводяной контур. Каково воздействие растворенных в воде газов на работоспособность оборудования?

Деаэрационно-питательную установку можно условно разделить на две – деаэрационную и питательную.

Начнем рассмотрение с деаэрационной установки.

Назначение деаэрации на ТЭС и АЭС – удаление растворенных в воде газов:

- из питательной воды котлов и парогенераторов;

- из подпиточной воды теплосетей;

- из воды, потребляемой испарителями и паропреобразователями.

Газы могут поступать в пароводяной контур несколькими путями:

- подсосы воздуха в корпус конденсатора, конденсатные насосы и первые по ходу конденсата ПНД, работающие на вакуумных отборах турбины;

- некоторый вклад может внести поступление газов с добавочной водой, в зависимости от принятого способа водоподготовки;

- с присосами охлаждающей воды в паровой объем конденсатора в контур поступают бикарбонаты; по мере нагрева конденсата происходит их термическое разложение с выделением углекислого газа:

Растворенные в воде кислород и углекислый газ являются коррозионно-опасными примесями.

Кислород в воде высокой чистоты (с электропроводностью не более 0,1 мкСм/см – микросименс на сантиметр) может создавать защитную пленку, предохраняющую металл от коррозии, но в присутствии естественных примесей воды (катионы натрия, кальция, магния, карбонат-ион, хлор-ион, кремнекислота и др.) приводит к резкому ускорению коррозионного разрушения агрегатов и трубопроводов.

Двуокись углерода при растворении в воде образует углекислоту, которая сама по себе вызывает коррозию, а также ускоряет коррозионное воздействие кислорода.

Таким образом, растворенные в воде газы могут привести к снижению работоспособности оборудования электростанций – ухудшению эксплуатационных характеристик и уменьшению надежности агрегатов.

39. Какие существуют способы деаэрации воды? Каков принцип действия деаэраторов ТЭС и АЭС?

Основными способами деаэрации воды являются термический и химический.

Термическая деаэрация основана на законе Генри-Дальтона: концентрация какого-либо растворенного в воде газа прямо пропорциональна парциальному давлению этого газа над водой. Если нагреть воду до температуры насыщения, то над ее поверхностью парциальное давление водяного пара станет намного больше парциального давления любого газа, находящегося в воде. Это приведет к тому, что все газы покинут водный объем. Кроме того, с повышением температуры растворимость газов сама по себе уменьшается.

Химическая деаэрация основана на использовании различных химических реагентов для уменьшения содержания в воде определенных газов. Например, при гидразинно-аммиачном водном режиме (ГАВР) парогенераторов на всас питательного насоса подается гидразин N₂H₄ для связывания кислорода:

N₂H₄ + O₂ → N₂ + 2H₂O

Для снижения концентрации свободной углекислоты дозируется аммиак:

2NH₃ + H₂CO₃ → (NH₄)₂CO₃

Аммиак вводится с некоторым избытком, что позволяет поддерживать слабощелочную среду для уменьшения скорости коррозии.

Для обработки основного конденсата на электростанции применяется термический способ. Деаэраторы ТЭС и АЭС обеспечивают удаление растворенных в воде газов путем доведения конденсата до температуры насыщения за счет теплоты отборного пара из турбины (рис.28).

Рис. 28. Схема включения деаэратора

Охладитель выпара предназначен для уменьшения потерь теплоты при деаэрации рабочего тела.

40. Приведите классификацию деаэраторов. Каковы условия применимости бездеаэраторных схем?

Деаэраторы классифицируются прежде всего по рабочему давлению:

- деаэраторы высокого давления (ДВД), рассчитанные на рабочее давление 0,6-0,7 МПа и предназначенные для удаления газов из питательной воды парогенераторов с начальным давлением пара 10 МПа и выше; даже в случае вынужденного отключения регенеративных подогревателей высокого давления ДВД обеспечивают достаточно высокую температуру питательной воды – порядка 160 ^оС;

- атмосферные деаэраторы с рабочим давлением 0,10-0,11 МПа (температура примерно 104 ^оС), которые могут применяться для обработки добавочной воды, питательной воды испарителей, подпиточной воды теплосетей;

- деаэраторы низкого давления (ДНД), называемые еще вакуумными деаэраторами; здесь температура деаэрируемой воды составляет меньше 100 ^оС, поэтому рабочее давление должно быть ниже атмосферного, и в связи с этим необходим эжектор для отсоса выпара; ДНД применяются обычно в качестве деаэраторов подпитки теплосети (ДПТС) и на химводоподготовке.

По способу подвода греющего пара бывают:

- барботажные деаэраторы, в которых пар вводится под уровень деаэрируемой воды; это обеспечивает хорошее качество деаэрации, но требует более высоких параметров отборного пара для преодоления гидростатического давления;

- деаэраторы смешивающего типа; в таких аппаратах пар движется снизу вверх, а навстречу вода, поток которой необходимо дробить тем или иным способом для увеличения общей поверхности ее соприкосновения с паром;

- деаэраторы перегретой воды; перегрев деаэрируемой воды 5-10 ^оС обеспечивает качественную деаэрацию, но усложняет конструкцию.

По способу дробления воды деаэраторы делятся на струйные, пленочные и сопловые.

В струйных деаэраторах предусмотрены дырчатые тарелки, с помощью которых вода распадается на капли. Недостатком здесь является снижение качества деаэрации при повышении производительности аппарата.

Плёночные деаэраторы имеют пакеты из вертикальных или наклонных пластин для стекания по ним деаэрируемой воды. Пропускная способность таких аппаратов невысока, и к тому же возможны перекосы в насадочном слое.

Сопловой способ дробления воды может применяться в деаэраторах перегретой воды. Сопловые деаэраторы имеют невысокую надежность вследствие повышенной коррозии и образования отложений, а также проблем с регулировкой.

На современных энергоблоках широко распространены струйно-барботажные деаэраторы, в которых предусмотрены две ступени деаэрации – барботажная (вносящая основной вклад) и струйная.

При нейтрально-кислородном водном режиме (НКВР) конденсатно-питательного тракта возможно использование бездеаэраторной схемы турбоустановки. Кислород вводится в рабочее тело для создания плотной защитной окисной пленки на металлических поверхностях оборудования. При этом величина рН воды находится вблизи нейтрального значения pH = 7. Поскольку кислород оказывает защитное действие только при высокой чистоте воды, непременным условием применимости НКВР является наличие полной очистки турбинного конденсата. Еще одно важное ограничение - отсутствие медьсодержащих конструкционных материалов на тракте регенеративных подогревателей, так как кислород вызывает повышенную коррозию меди.

В бездеаэраторной схеме остается только деаэрация в конденсаторе, а отсутствие регенеративного подогрева в деаэраторе компенсируется еще одним ПВД или увеличением подогрева в имеющихся ПНД. Отказ от деаэратора облегчает компоновку главного здания электростанции, ибо он должен располагаться на деаэраторной этажерке на значительной высоте.

На действующих станциях переход к бездеаэраторной схеме может осуществляться закрытием выпара деаэратора, который при этом становится обычным смешивающим подогревателем при меньшем расходе отборного пара.

41. Каково назначение питательной установки? Зачем устанавливается бустерный насос? Каковы возможные схемы включения питательных насосов?

Питательные насосы (ПН) создают необходимое рабочее давление в парогенераторе, а также преодолевают гидравлическое сопротивление питательного тракта, включая все ПВД.

В питательную установку помимо ПН может входить бустерный насос (БН). Это предвключенный «подталкивающий» насос с небольшим числом оборотов, который создает подпор на всасе основного питательного насоса для улучшения условий его работы (рис. 28).

Возможны две схемы включения питательных насосов:

- одноподъёмная схема, в которой ПН устанавливается только после деаэратора перед первым по ходу питательной воды ПВД; данная схема получила наибольшее распространение ввиду ее простоты и повышенной надежности, обусловленной более низкой температурой поступающего на всас ПН рабочего тела;

- двухподъёмная схема с питательными насосами первой ступени перед ПВД и второй ступени непосредственно перед парогенератором обеспечивает снижение металлоемкости при изготовлении подогревателей высокого давления, так как давление в них меньше, чем при одноподъемной схеме.

42. Обоснуйте взаимное расположение по высоте питательного насоса и деаэратора. Какие существуют типы привода питательных насосов, каковы их достоинства и недостатки? Как производится выбор мощности и количества питательных насосов?

В конструкции деаэратора предусмотрен аккумуляторный бак для создания запаса деаэрированной воды на 5-10 минут работы питательного насоса.

Этот бак питательной воды располагают на некоторой высоте над ПН для предотвращения кавитации (вскипания) рабочего тела на всасе насоса.

Дело в том, что рабочий процесс в деаэраторе происходит при температуре насыщения, а питательная вода проходит путь оттуда до входа в ПН за короткое время и не успевает остыть. Это означает, что даже небольшой подогрев воды в насосе (а он неизбежен) вызовет ее вскипание, которое может привести к срыву насоса.

Если же мы расположим деаэраторный бак выше питательного насоса, то за счет гидростатического давления, обусловленного разностью высот, питательная вода на всасе ПН окажется недогретой до температуры насыщения, соответствующей новому, более высокому давлению рабочего тела.

Наиболее широко распространенные деаэраторы ТЭС и АЭС, которые рассчитаны на рабочее давление 0,7 МПа, могут располагаться примерно на 10-12 м выше питательных насосов.

Питательный насос может иметь электрический привод или турбопривод. Электропривод обычно применяется на ТЭС с докритическим давлением острого пара. Его достоинствами являются простота, высокий КПД, быстрый пуск в работу.

Однако единичная мощность питательных электронасосов (ПЭН) ограничена, поэтому для мощных энергоблоков с большими расходами питательной воды предпочтительнее турбопривод, т.е. привод питательного насоса от специальной паровой турбины. Она может работать на паре главной турбины, прошедшем промперегрев, или на остром паре, а конденсат отработавшего пара направляется в конденсатный тракт или конденсатор.

Помимо высокой мощности, у турбопривода есть еще одно достоинство – экономичное регулирование производительности питательного насоса за счет изменения числа оборотов приводной турбины.

При выборе питательных насосов их мощность рассчитывают на максимальную нагрузку электростанции с запасом по расходу питательной воды не менее 5%.

Для энергоблока ТЭС берут, как правило, один основной ПН и один резервный, который может обеспечить 30-50% расчетной нагрузки. Если же основных насосов два, то резерв не предусматривается.

На неблочных станциях вопрос о резервировании ПН решается в зависимости от количества основных насосов.

При использовании ПН с турбоприводом на АЭС необходимо предусмотреть аварийные ПЭНы с небольшой подачей и надежным питанием от автономного источника. Например, на энергоблоке АЭС с реактором типа ВВЭР-1000 имеется 2 основных турбонасоса и 4 аварийных электронасоса с подачей 2-3% от номинальной.

Если электростанция является изолированной (т.е. не входящей в энергосистему), то для ее пуска с нуля необходимы резервные питательные насосы с турбоприводом.