Кардасевич О.О. Конспект лекции Тепломасообменные процессы и аппараты 2 часть - файл n1.doc

Кардасевич О.О. Конспект лекции Тепломасообменные процессы и аппараты 2 часть
скачать (8578.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc8579kb.06.11.2012 15:29скачать

n1.doc

  1   2   3   4
Часть 2.

Лекция 1.
Введение.

    1. Цели и задачи этой части курса.


Цель– систематизировать и углубить представления о выпарных установках, сформировать целостное представление о процессах, которые протекают в выпарных установках.

Задача –изучить схемы выпарных установок, которые ииспользуются для подготовки добавочной воды, и аппараты, которые входят в эти схемы, получить навыки расчетов выпарных установок.

Ключевые слова: Испарители, выпарные аппараты.

Испарители – это тепломассообменные аппараты(ТМА), которые используются в технике обработки и приготовления воды ( на ТЭС – для подготовки добавочной воды, на промышленных предприятиях химии и АЭС – для концентрирования растворов, на мед. предприятиях для получения дистиллированой воды и т.д.)

0.2. Место выпарных установок в системах подготовки воды

ТМА достаточно распространены в системах подготовки добавочной воды на ТЭС и АЭС. Причем роразличают три основные группы подготовки воды (по назначению) и четыре главные методы (за физико-химичними процесами). Это возможно представить следующей схемой.



Не трудно заметить, что приведенные методы конкурируют друг с другом. Глубокие и содержательные знанния этих методов и есть получение знаний по специальности.

Обессоливание – это процесс удаления практически всех растворенных твердых примесей из воды и получения идеально чистой воды (обессоленой воды). Обычно, такая вода все-таки содержит остатки примесей, которые измеряются мкг/л в то время как в природных водах концентрация примесей имеет уровень сотен мг/л.

Умягчение – это процесс удаления из воды примесей (или ионов), которые являются основными накипеобразователями ( Са2+, Мg2+ и их соединения), ещё говорят „удаление жёсткости воды”.

Дегазация – это процесс удаления газових примесей (они изучались в первой части курса).

Из наведенной схемы видно, что все эти процессы могут быть выполнены обратным осмосом, ионным обменом, термической обработкой и реагентной обработкой.

Ионный обмен – протекает при фильтрации воды через слой специального твердого материала – ионита, в котором происходит обмен ионов матрицы (слоя материала) на ионы примесей, которые находятся в воде.

Если обмениваются катионы ( ионы со знаком +) на Н+ , а анионы (ионы со знаком -) на ОН- , то это – обессоливание. Ясли обмениваются катионы Са2+, Мg2+ на катион Na+ - то это умягчение.

Ионный обмен изучается в специальных курсах. Он пригоден при суммарном содержании анионов <5...7 мг-экв/л.

Термическая обработка основывается на фазовом переходе.

Если в процессе фазового перехода водный раствор переходить в газовое состояние (испаряется вода) со следующей конденсацией, то полученный конденсат (дистиллят) почти не содержит примесей, то есть достигается обессоливание растворителя. Таке обессоливание единственно пригодно при сумме анионов в воде более чем 5...7 мг-экв/л.( это Восток Украины: Донбасс, Луганщина , Крым и причорноморье.)

Если в процессе фазового перехода твердые примеси (соединения Са и Мg) образуют кристаллическую структуру и в таком состоянии удаляются из воды, а другие примеси в ней остаются – то это термическое умягчение.

Если в процессе фазового перехода удаляются только газы – то это дегазация.

Термическая обработка таким образом универсальна. Для неё нет ограничений физических, однако могут быть ограничения экономические.

В [10] обосновываются следующие положения:

Количественно установлено, что для маломинерализованных вод ([СГ] +[SO4 "]<
2 мг-экв/дм3) химические и термические методы обработки воды обладают близкими эколо­
гическими характеристиками при значительном технико-экономическом превосходстве хими­
ческих методов. Зона равной экономичности при преимуществе экологических показателей
за термическими методами распространяется на воды средней минерализации ([СГ] +[SO42"]>
3,5-^6,0 мг-экв/дм3) и определяется уровнем технологического совершенства сравниваемых; вариантов. Для вод повышенной минерализа-1 ции ([Cr]+[SO42"]> 6,0 мг-экв/дм3) бесспорно преимущество термических и особенно термо- химических схем обессоливания.

Реагентная обработка основывается на обработке природной или сточной воды химическими реагентами. Таким путем возможно воду умягчить и дегазировать. Однако такая обработка не получила широкого использования. Она не может конкурировать с первыми назваными методами обработки воды.

Термическое обессоливание в своей основе использует тепло и масообменные аппараты, поэтому изучается в этом курсе. В историческом плане в энергетике сперва преобладали термические методы обработки воды. Только начиная с 30-х годов прошлого столетия началось широкое внедрение в практику энергетики ионообменников. Уже к 70-м годам они стали преобладающими, после чего снова возрос интерес к термическим методам поскольку они экологичнее.

Обратный осмос основывается на фильтрации воды через полупроникающие мембраны при перепаде на мебране давления, которое превышает осмотическое давление.

0.3. Потери пара и конденсата на ТЭС и АЭС

Рассмотрим тепловую схему ТЭС (рис.0.1).

Из неё видно, что для большинства оборудования ТЭС характерно наличие потерь или пара или конденсата, несмотря на то, что схема циркуляции теплоносителя замкнута и герметична, поэтому их казалось бы не должно быть. С чем связаны потери воды?

1.С неплотностью арматуры запирающих устройств (через штоки клапанов и задвижок).

2.С неплотностью, связанной с наличием вращающихся деталей (валы турбин, насосов).

3.Необходимость в удалении неконденсирующихся газов. С ними удаляется доля водяного пара, причём доля водяного пара значительно превышает долю удаляемых с паром неконденсирующихся газов.

4.Остановками и пусками оборудования.

5. Необходимостью выведения из контура примесей (продувка).

6 . Аварийными выпусками, сливами рабочего тела


Рис. 0.1. Принципиальная схема ТЭС

Согласно правил технической эксплуатации (ПТЭ) общие потери пара и конденсата (без продувочной воды) не должны превышать:

На конденсационных электростанциях (КЭС) – 1 % , при продувке 0,5...1 %.

На отопительной ТЭЦ - 1 %, при продувке до 5 % .

На ТЭЦ с промышленным и теплофикационным отбором пара – 1,6 % , величина потерь дополнительно определяется размером ?т и ?п и размером коэффициента невозврата конденсата потребителем (?), который определяется договором между субъектами.

На АЭС с ВВЕР – 1 %.

Ориентировочные значения отдельных потерь на оборудовании приводятся в табл.01.


Таблица 01.

?1

?2

?3

?4

?5

?6

?7

(5...9)10-3

(1...3)10-4

(3...5)10-3

(1...3)10-3

(3...5)10-3

(2...4)10-3

5 10-5


Где ?1-потери на турбине, ?2- потери из конденсатора, ?3- потери из системы подогревателей низкого давления (ПНД), ?4- потери из деаэратора , ?5- потери из системы подогревателей высокого давления (ПВД), ?6- потери из трубопроводов, ?7~ 5 10-5 - аварийные потери .

При этих условиях общая доля добавочной воды, которую необходимо готовить на ТЭС рассчитывается :
, (01)

где, кроме перечисленных ?і,, ?пр – доля продувки, ?т –доля теплофикационного отбора пара,?по – доля промышленного отбора пара, ?т- коэффициент невозврата конденсата от теплофикации, ?по- коэффициент невозврата конденсата от промышленных потребителей пара.

Вопросы для самоконтроля

  1. Зачем используются испарители? ( Для подг. воды (очистка) , для сгущения).

  2. В чем разница в обессоливании и умягчении воды?

  3. В чем разница между ионным обменом и термическим обессоливанием?

  4. При каких условиях экономически более выгодно термическое обессоливание?

  5. Почему нужна добавочная вода и чем определяется размер этой потребности?

Лекция 2

Тема 1. Выпарные установки поверхностного типа
Выпарные установки поверхностного типа или установки поверхностного испарения (УПИ) используются :

-для получения добавочной воды, которая идет на восполнение потерь пара и конденсата;

- для концентрации (сгущения, очистки) сточных вод (воды химводоочисток, радиоактивные и специальные воды АЭС).

Принцип очистки воды в выпарных установках (ВУ) основывается на том, что примеси очень слабо растворимы в паре, а поэтому при кипении они остаются в растворе, а пар содержит только Н2О. Сконденсировав пар, получают конденсат (дистиллят), в котором содержание примесей минимально.

1.1.Схема выпарной установки

Вариант схемы выпарной установки наведен на рис. 1.1.

1.2.Материальные балансы выпарной установки (ВУ) и её элементов

1.2.1.Определение расходов добавочной воды и производительности испарителя по пару

Схема материальных потоков для ВУ как объекта расчета в целом имеет вид (рис.1.2)
Расходы добавочной воды определяются потребителем. Для электростанций их вычисляют по величине ?дв, найденой по (01) и производительности парогенератора или расходе пара на турбину D0:
Dдв = ?дв D0 . (1.1)


Рис.1.1.Схема выпарной установки для подготовки добавочной воды

(1-испаритель, 2-деаэратор, 3-подогреватель питательной воды испарителя, 4-конденсатор, 5-осветлитель, 6-механический фильтр, 7- Na-катионитовый фильтр, 8- при необходимости – фильтр смешаного действия, 9- охладитель продувки, 10-бак продувочной (регенерационной) воды, 11- бак запаса дистиллята, 12- при необходимости - подогреватель исходной воды, 13- при необходимости –охладитель дистиллята, 14-водохранилище, 15- насосы)

Все остальные потоки определяются только рассчетами, в основе которых лежат материальные и энергетические балансы.

Полученная величина может использоваться как производительность ВУ только приближенно

D2? Dдв .

Более точное определение производительности испарителя D2 связано с необходимостью учета собственной потребности ВУ в чистой воде.В том случае, когда требования к качеству пара и добавочной воды очень високи, необходимо часть конденсата пара вернуть для внутреннего использования в испарителе в промывочном устройстве пара. В этом случае производительность испарителя:
D2 = Dдв (1+ ?к), (1.2)

где ?к –доля конденсата вторичного пара испарителя (дистиллята), которая возвращается для собстенных нужд испарителя, а также на собстенные нужды ФСД, который объязательно присутствует в схеме в случае очень жёстких требований к качеству дистиллята ( обычно это имеет место для блоков на сверхкритические параметры, а также блоков АЭС). Величина может принимать значения в интервале ?к = 0 ... 0,05. 0 - в случае, когда нет необходимости повышать качество дистиллята ( обычно – это блоки на давление докритических параметров).


Рис.1.2.Схема материального баланса ВУ в целом
1.2.2.Расход питательной воды на испаритель и продувочной воды

Схема потоков по вторичной среде испарителя наведена на рис.1.3.



Рис.1.3. Схема потоков вторичной среды испарителя

(Здесь А – площадь поверхности нагрева, м2 ; jо –интенсивность отложений, мг/(м2с))
Составим баланс материальных потоков ( все потоки кг/с) вторичной среды. По теплоносителю

mд = D2 + mпр (а) ,

а также по примесям в теплоносителе:

mдсд = mпрспр + D2 сп + jо А (б) ,

где mі – расходы материальных потоков , кг/с;

сд , спр , сп – соответственно начальная концентрация примесей в входной воде, конечная концентрация ( концентрация продувки), остаточная концентрация примесей в паре, мг/кг (мг/л); (важно , что фактич.Сд в мкг/л!)

jо –интенсивность отложений, которая зависит вид большого числа параметров и свойств (вида накипи, нагрузки испарителя и т.д.), мг/(м2 с);

А – площадь поверхности нагрева, м2.

Конечная концентрация или назначается, например, по условиям предупреждения накипеобразования, или выбирается по условиям последующего использования для регенерации Na- катионитовых фильтров (это, например, рекомендуется сделать при выполенении РГР по курсу). При этом исходят из того, что концентрация NaCℓ в продувочной воде должна составлять 5...12 %( или в долях 0,05...0,12 или (50...120)103 мг/л). Это интервал рекомендуемых концентраций в регенерационном растворе(по Na+ (19,6...47,2)103 мг/л) . Конкретное значения зависит от состава исходной воды. Возможно задавать также степень концентрирования

z=спр/ сд,

гле Сд – берут по составу воды в источнике с учетом предочистки, Спр - берут по оптимальным условиям регенерации Nа-катионитовых фильтров.

Анализ уравнений (а) и (б) свидетельствует, что они не образуют замкнутую систему, поскольку неизвестных переменных , даже при заданни jо и z - три: mд ,mпр, и А.

Как следствие, эту систему возможно решить только приняв дополнительные допущения или условия. Кроме того, в связи с тем, что поверхность А зависит от значительного числа параметров, то точное решение возможно только методом последовательных приближений.Поэтому сделаем допущение, что jо , z и А заданы или известны. Тогда из (а):

mпр = mд - D2, а из (б) mд = mпрспрд + D2 спд + jо А/сд. Для испарителя всегда сд» сп , поэтому другой составляющей возможно пренебречь и уравнение (б) преобразовать к виду:

mд = (mд - D2)z+ jо А/сд.

Откуда mд = (D2z- jо А/сд)/(z-1). (1.3)

Таким образом, расход воды при однаковой степени концентрирования наибольший, когда нет отложений. При их наличии расходы будут меньшими. Более того, возможен вариант, когда z – считать независимым невозможно, поскольку неравенство mд < D2 – не имеет физического смысла.

Если отложения малы, или ими возможно пренебречь, уравнение (1.3) упрощается:

mд = D2z/(z-1), (1.4)

где z=спр/ сд.

А величина продувки в упрощенном случае mпр = D2/(z-1), (1.5)

если использовать понятие доли продувки рпр= mпр / D2, то также

рпр= 1/(z-1), или z = 1+1/ рпр .
1.2.3.Расход воды на деаэратор

Схема материальных потоков деаэратора наведена на рис.1.4.


Рис.1.4. Схема материальных потоков деаэратора

mд –расход воды на испаритель; mу – расход умягченной воды на деаэратор; Dв –расход випара; Dд – расход пара на деаэратор

Как известно из первой части курса, расход пара на выпар возможно выразить через долю випара Dв = ?в mд , где ?в –доля випара, которая выбирается в интервале (1...3)10-3.

При этих условиях возможно записать:

mу = mд(1+ ?в)- Dд . (1.6)

Уравнение недостаточно для определения расходов воды. Необходимо замикающее уравнение, основанное на энергетическом балансе, поэтому определение mу и Dд отложим до рассмотрения энергобаланса деаэратора.

1.2.4. Материальные балансы и расход воды на осветлитель

В соответствии со схемой установки материальный баланс по воде в упрощенном виде рассматривается как равенство расходов на осветлитель и на Na – катионитовый фильтр, которые затем идут на деаэратор. Однако реальные расходы на этих участках схемы отличаются. Это связано с потерями воды вследствие продувки осветлителя , а также периодическими условиями работы Na – катионитовых фильтров.

Поэтому расход воды на осветлитель:

mосв = ?у mу, (1.7)

где = 1.1...1.2 – коэффициент, который учитывает потери воды в осветлителе и дополнительные расходы воды, связанные с периодичностью работы механического и Na – катионитового фильтра ( расход на взрыхление фильтров, на приготовление реагентов, отмывку фильтров).

Материальный баланс по примесям изучается в курсе «обработка воды». Вспомним, что в осветлителе образуются грубодисперсные примеси (ГДП), вследствие осажления Са2+, остаток этих ГДП задерживается на механическом фильтре. В Na – катионитовом фильтре идет замена ионов Са2+ и Mg2+ на ионы Na+ .

1.2.5. Расход охлаждающей воды

Этот расход связан с необходимостью конденсировать пар испарителя. Главная особенность состоит в том, что расход охлаждающей воды очень велик по сравнению с другими расходами. Вода на охлаждение забирается из природной среды ( водоемов, рек) и в основной своей массе возвращается в неё. Поэтому её температура не должна быть високой, чтобы не повредить природе этих источников воды. В то же время для осветления полезно подогреть воду до более высоких температур. Таким образом ту долю воды, которая после конденсатора используется на осветлителе, целесообразно и возможно дополнительно нагреть в регенеративных подогревателях 12 и 13 ( см. схему).

Материальный баланс на этом участке достаточно прост:
mохл = mосв + mсбр,

где mохл – расход воды на охолаждение конденсатора;

mосв – расход воды на осветлитель;

mсбр - расход воды, который возвращается в окружающую среду.

Соотношение между этими потоками определяется уравнениями энергобаланса.

1.2.6. Расход греющего пара, пара с «оттяжкой» и конденсата греющего пара

Численные значения этих потоков полностью определяются энергобалансом испарителя и деаэратора, но их соотношение описываются следующими материальными балансами: Dгп= D1+ Dд, где D1 – расход пара на испаритель. Кроме того D1= Dк+ Dот, где Dот- отвод пара с неконденсирующимися газами (оттяжка), как ранее отмечалось доля оттяжек (1..5)10-3, поэтому ей обычно пренебрегают и полагают D1? Dк .
Лекция 3

1.3.Энергобалансовые расчёты элементов выпарных установок

1.3.1. Испаритель.

Рассчётная схема наводится на рис.1.5. При выполнении энергобалансовых детальных рассчетов следует учесть :

- наличие оттяжки, т.е. отвода части пара из греющей камеры испарителя для удаления с нею неконденсирующихся газов (кислород, азот, углекислый газ и т. д.), оттяжка обеспечивает во-первых поддержку температуры насыщения греющего пара, а значит и рассчетных условий теплообмена при конденсации, благодаря тому, что неконденсирующиеся газы не накапливаются в греющем паре и парциальное давление пара не уменьшается, во-вторых оттяжка предупреждает развитие коррозионных процессов поверхности нагрева;

- рост температуры кипящего раствора по сравнению с температурой насыщения вторичного пара. Этот рост температуры кипения называют физико-химической депрессией.

Для вод, в которых преобладают натриевые соединения физико-химическую депрессию возможно рассчитать по соотношению:

∆tф-х = 0,38 exp(0,05 +0,04 Си) , (1.8)

где Си – средняя концентрация раствора в %. ( обычно её берут максимально возможной, однако следует учесть также влияние исходной концентрации Сд и кратности циркуляции раствора в испарителе, которая обеспечивает выравнивание концентрации по объёму. Обычно Сипр.



Рис.1.5. Схема потоков к энергобалансу испарителя

(D1, h1, h1'- расход пара и соответственно энтальпии греющего пара и конденсата в состоянии насыщения; Dот, hот –расход и энтальпия оттяжки; D2 h2- расход и энтальпия вторичного пара; mд, hд , cд - расход, энтальпия и концентрация питательной (деаэрированной) воды; mпр, h2', cпр - расход, энтальпия и концентрация продувочной воды; ?0 – потери тепла на теплообмен с окружающей средой; р1 , t1- давление и температура греющего пара; р2, t2s – давление и температура вторичного пара; h2', t2' –энтальпия и температура кипящего раствора)
С учетом физико-химической депрессии температура кипения раствора:
tґ 2= t2s +∆tф-х, (1.9)

где t2s =f(р2) –температура насыщения чистой воды при давлении вторичного пара р2 .

Тогда энтальпию кипящего раствора( h΄2 ) находят по температуре tґ 2 , а насищенного пара ( h˝2 ) по давлению р2 .

С учетом указанного, энергобаланс испарителя запишется в виде:
D1 h1+mд hд =Dот hот+ (D1-Dот)h1'+D2 h2"+mпр h2' + Ф0 ,
где обозначения величин наведены на рис.1.5.

Для упрощения решения уравнение сначала пренебрегают величиной оттяжки ( ?от =Dот/ D1 ?0) , также Ф0?0. Тогда получают для расходов пара на испаритель:

, (1.10)
где, кроме обозначений с рис.1.5, h1| - энтальпия конденсата греющего пара, которая обычно определяется по давлению первичного пара; ?и – коэффициент, который учитывает как наличие оттяжки так и теплообмен с окружающей средой. Величина этого коэффициента составляет 0,98...0,99.

С учетом (1.4) и (1.5), уравнение (1.10) возможно представить в виде:
. (1.11)
1.3.2. Энергобаланс деаэратора

Используем уже рассмотренные соотношения для деаэратора в первой части курса. Для этого начертим схему работы деаэратора рис.1.6 и составим энергобаланс: Dд h1+mу hу =mд hд' +Dв hд" + Ф0 , из которого вместе с материальным балансом Dд+mу=mд+Dв =(1+?в)mд найдем после преобразований
. (1.12)

Здесь, кроме уже использованных и обозначенных величин, hу –энтальпия умягчённой и подогретой ; ?то = 0,98...0,99 , коэффициент, который учитывает теплообмен с окружающей средой, и ?в = (1,5...3) 10-3 – доля выпара. Часто этими коэффициентами пренебрегают и тогда уравнение упрощается.

Ф0


Рис.1.6. Рассчётная схема деаэратора

Другой величиной, которая определяется этими уравнениями, является расход умягченной воды:

mу = (1+ ?в)mд – Dд . (1.13)

Величину hу находят по температуре воды на входе в деаэратор и давлении умягченной воды , где ?р =(0,1...0,5)рд.

Температура воды на входе в деаэратор зависит от выбранного давления в деаэраторе. Если давление в деаэраторе меньше чем давление вторичного пара р2, то

tу = tд' – ?tопт, где ?tопт =5...150С – оптимальний нагрев воды в деаэраторе. Если давление в деаэраторе равняется или близко к р2 , то tу = t2s –?, где t2s – температура насыщения при р2 , а ?= 10...150С – недогрев воды в подогревателе.
1.3.3. Подогреватель питательной воды (поз.3, рис.1.1.)
Рассчётная схема наводится на рис.1.7.



Рис. 1.7. К энергобалансу подогревателя питательной воды

Здесь уже h2п| - энтальпия конденсата греющего пара, каким является вторичный пар испарителя, и она обычно определяется по давлению вторичного пара

Составляя энергобаланс и решая его относительно расходов пара получаем:
, (1.14)

где ?то –коэффициент, который учитывает теплообмен с окружающей средой и наличие оттяжки неконденсирующихся газов.

m3= mу – m9 – расход воды на подогреватель. Этот расход составляет часть умягчённой воды, которая подаётся на деаэратор и рассчитывается в соответствии с (1.13), и определяется путем распределения этой воды межу подогревателями 9 и 3 (рис.1.1.). Подогреватель 9 небольшой мощности и его задача не подогрев воды, а охлаждение продувки. Поэтому расход воды на этот охладитель лучше назначить. Например, исходя из того, что это водоводяной подогреватель и при противотоке для него оптимально иметь m9?mпр=D2 (1/(z-1)). Тогда m3= mу – D2 (1/(z-1)). Учитывая выражения (1.13) и (1.4), возможно также получить:
. (1.15)

Энтальпия воды на входе в подогреватель определяется температурой, при которой происходит осветление и умягчение воды ( 30...40 0С). До этой температуры начальная вода нагревается частично в конденсаторе 4, а также в подогревателях 12 и 13 (рис.1.1), если они имеются. Следует принять во внимание, что в конденсаторе подогрев воды ограничен по условиям безопасности окружающей среды (это не выше 35 0С).

Энтальпия воды на выходе из подогревателя определяется температурой воды на входе в деаэратор tу , выбор которой рассмотрен в разделе 1.3.2 . Причём hу=f(tу, ру) , где давление ру =( 1,2...1,5)рд. Т.е. h=hу.
1.3.4. Охладитель продувки


Рис.1.8. Рассчётная схема охладителя продувки
Рассчётная схема наводится на рис.1.8. Составляя энергобаланс и решая его относительно конечной энтальпии продувки, получаем:

hпрк = hпр –(h-h) (m9/ mпр).

Поскольку важна температура продувочной воды , то также
tпрк = tпр – (m9/ mпр)(h – h)/Cр , ( 1.16)

где, кроме уже расшифрованных понятий, Ср- изобарная теплоёмкость воды. Потерями тепла в окружающую среду здесь пренебрегается.

Если учесть (см.1.3.3) что m9?mпр, h=h, а также второй сомножитель заменить на разницу температур, то возможно получить: tпрк ? tпр –?t , где ?t =t –t.
1.3.5. Конденсатор

Рассчётная схема наводится на рис.1.9. Составляя энергобаланс и решая его относительно расходов охлаждающей воды, получаем:
, (1.17)

где D4 = D2- Dп2 – расход пара на конденсатор;

h2- энтальпия вторичного пара;
h2| - энтальпия конденсата греющего пара, обычно определяется по давлении вторичного пара;

hохк, hохн –энтальпия охлаждающей воды соответсвенно на выходе и входе, определяются по давлении и температурах;

?то = 0,98...0,99 , коэффициент, который учитывает теплообмен с окружающей средой.



Рис.1.9. Рассчётная схема конденсатора

Следует отметить, что температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора не должна превышать температуру, которая является опасной для окружающей среды ( 32…35 оС).
1.3.6. Энергобалансовые расчёты других элементов схемы

Они появляются, когда схема дополняется, например, подогревателями 12 и 13 или другими элементами. Методика выполнения этих рассчетов подибна выше наведенным рассчётам.

Лекция 4

1.4. Испарители

Испарители являются основными устройствами выпарной установки, поскольку именно в них происходят основные процессы, которые обеспечивают обессоливание воды.

1.4.1. Конструкция испарителя

Конструкции испарителей очень разнообразны. В зависимости от расположения поверхности нагрева их делят на вертикальные и горизонтальные.На электростанциях чаще всего используются вертикальные испарители. Кроме того в зависимости от способа расположения греющей секции испарители бывают с погруженными греющими секциями или с вынесенной зоной кипения. Испарители с погруженными греющими секциями более распространены на тепловых электростанциях и изготовляются, например, Таганрогским котельным заводом. Маркируются они следующим образом: первой стоит буква „И” далее идет цифра, которая указывает на округленную величину поверхности нагрева в м2. Например, И -120 [1].

Испарители с вынесенной зоной кипения используются на СВО АЭС и в химической промышленности.

Варианти конструкций наведены на рис. 1.10а , 1.10б, 1.10в.

Корпус испарителя изготовляется из листовой стали 3, а для АЭС из стали 20К.

Промывка осуществляется или в одну или в две ступени. На первую ступень подаётся вся или часть питательной воды, а на другу ступень подаётся чистий конденсат вторичного пара испарителя. Перепускные трубы обеспечивают перепуск промывной воды в испаритель, а виступающие закраины этих труб позволяют удерживать нужный уровень воды. Греющая секция находится в подвешенном состоянии и погружена под уровень кипящей в испарителе воды. Она герметична и образуется двумя трубными досками, с закрепленными в них прямыми трубками, и внешней цилиндрической обечайкой. Трубки изготавливаются из стали 20 или нержавеющей стали 08Х18Н10Т(АЭС) , диаметр трубок 32х2,5 мм, длина трубок в зависимости от типа испарителя L = 1,6 ;1,7; 2,25; 3,6 м .



Рис.1.10 а. Конструкция вертикального испарителя для ТЭС
1-цилиндрический корпус и два сферических днища; 2- трубки греющей секции 3- промывной лист второй ступени , 4 - трубы для отвода питательной (промывной) воды; 5- опоры промывного листа, 6- жалюзийный сепаратор, 7 - патрубок отвода вторичного пара; 8-- промывной лист первой ступени ; 9- патрубок для подвода конденсата на промывку; 10 - патрубок подвода греющего пара; 11- патрубок отвода конденсата греющего пара; 12 – патрубок отвода неконденсирующихся газов

В испарителе происходят следующие процессы. Греющий пар по трубе 10 поступает в межтрубное пространство греющей секции и там конденсируется на внешней поверхности трубок. Тепло конденсации передается через стенку трубок к кипящей в трубках воде. Конденсат греющего пара стекает в нижнюю часть греющей секции и удаляется из неё патрубком 11 через гидравлическое затвор. Питательная вода подаётся патрубком 8 на промывное устройство, которое обеспечивает „промывку” пара и понижение концентрации примесей в паре. Чаще всего на промывной лист подаётся вся питательная вода, откуда она затем переправляется в нижнюю часть испарителя, где подерживается заданный уровень кипящей воды. С нижней части испарителя ведется непрерывная продувка, которая обеспечивает рассчетную допустимую концентрацию примесей в кипящей воде. Слив воды при остановках работы испарителя осуществляется по отдельному патрубке в нижнем днище. Вторичный пар, который образуется во внутреннем пространстве кипятильных трубок, после выхода из них и отделения от воды, подымается вверх, где проходит, как уже омечалось, промывку, а завершается улучшение качества пара в жалюзийном сепараторе 6, который удаляет почти всю влагу, а с нею и примеси. Удаляется вторичный пар по патрубку 7.


Рис.1.10 б. Конструкция вертикального испарителя с одной промывкой

  1. цилиндрический корпус и два сферических днища; 2- кожух греющей секции; 3-патрубок непрерывной продувки; 4- трубная доска; 5- патрубок подвода пара; 6- паропромывное устройство; 7- патрубок отвода вторичного пара; 8 – патрубок подачи питательной (промывной воды; 9 – трубки греющей секции; 10 - патрубок отвода конденсата; 11,16 - лазы; 12 - патрубок периодической продувки и отбора воды на анализы; 13 – перепускная трубка; 14 – указатель уровня воды в испарителе; 15- вентиль; 17- манометры; 18 – регулятор уровня ; 19 - указатель уровня конденсата

Для улучшения качества вторичного пара объязательно используется осадительная сепарация, поэтому всегда между уровнем воды в испарителе и промывном устройством оставляется значительное расстояние (не менее 1 м). Приблизительно такое же расстояние сохраняется и между промывочными устройствами.



Рис.1.10в. Конструкция горизонтального испарителя

  1. горизонтальний цилиндрический корпус; 2,13- трубки греющей секции; 3- патрубок отвода конденсата; 4 – паровая камера; 5- трубная доска; 6- патрубок подвода пара; 7-патрубок подачи питательной воды; 9 – центробежный сепаратор; 10 - патрубок отвода вторичного пара; 11 - патрубок отвода сепарата; 8,12 – днища; 14 – патрубок периодической продувки; 15- тавровые балки; 16 – ролики; 17 - патрубок указателя уровня воды в испарителе и регулятора уровня; 18 – анкерные связи; 19 - патрубок непрерывной продувки; 20 - отстойник



1.4.2. Конструкция погружной греющей секции

Вариант конструкции греющей секции наводится на рис. 1.11.

Греющие секции серийних испарителей имеют диаметр до 3 м, а высота секций, т.е. длина трубок Lтр= H =1,6 ... 3.6 м при диаметре трубок Шdтр = 32х2.5 мм . Число трубок находится в пределах 900 ... 2800. Крепление труб в трубных досках исполняется вальцовкой.

Как уже отмечалось, материал трубок в испарителях сталь 20, для АЭС трубная система исполняется из аустенитнои стали 08Х18Н10Т. Внутренняя перегородка имеет назначение равномерно распределить пар по трубной системе. Выпускной патрубок конденсата исполняется U-образной формы, что позволяет организовать гидравлическое затвор и предупредить прорыв пара в конденсатопровод.


Рис.1.11. Конструкция греющей секции

1 – верхняя трубная доска; 2- патрубок греющего пара; 3- патрубок неконденсирующихся газов; 4- обечайка; 5- нижняя трубная доска; 6- патрубок конденсата; 7- трубки; 8- перегородка
Лекция 5
1.4.3. Паропромывные устройства
Конструктивно такие устройства очень разнообразны. Это связано как и с тем, для какой ступени они предназначены, а также как гарантируется вероятность отсутствия провала воды в отверстия промывного листа, так и с другими решениями. Для предотвращения провала воды в отверстия используются или механические накрывные устройства(мигалки), или гидравлические затворы , а также иные технические решения.

На рис.1.12а. наводится конструкция самого простого „провального” промывного устройства.


Рис.1.12а. Провальное промывное устройство

1 –распределительная труба для промывной воды; 2 – паропромывной лист; 3 – корпус испарителя; 4 – косынка (опора); 5 - перепускные трубы; 6 – слой промывной воды
В этом устройстве динамический напор пара обеспечивает „подвисание” воды в отверстиях, однако, при снижении этого напора возможен провал воды в отверстия. Изготавливают такие листы из слаболегированной стали 1Х13, диаметр отверстий 5...6 мм, их размеры зависят от качества пара и должны предупредить загрязнение отложениями. Перепускные трубы для слива воды выполняются диаметром 108 мм. Высота слоя воды на промывочном устройстве составляет 50 ... 60 мм, её уровень обеспечивается закраинами перепускных труб. Эта высота определяет сопротивление всего паропромывочного устройства, поэтому её стремятся выбрать найменьшей, но такой, которая не приведет к срыву слоя воды в целом.

В случае использования гидравлического затвора промывное устройство усложняют и выполняют его в секционированном виде. Каждая из секций погружена в поддон с водой, слой воды в котором и предотвращает прорыв пара и отсутствие промывки при изменении нагрузки и провале воды в отверстия. (рис.1.12 б).

Принципиально другой подход реализуется в промывочном устройстве с набивкой, которая орошается промывной водой, рис.1.13.

Такое промывное устройство имеет слой пористой массы (набивку), которая может быть изготовлена или из колец Рашига, или из насадки другой формы, в том числе и в виде слоёв из ситчатого материала. Главное, что все эти виды материала обеспечивают образование на их поверхности плёнки промывной жидкости. Пар проходит сквозь свободные каналы, которые имеются в слое насадки. При этом он постоянно изменяет направление движения, что позволяет каплям, которые движутся вместе с потоком пара, „налипать” на слой воды, образующий пленку на поверхности насадки, и таким образом освобождать пар от влаги.



Рис.1.12б. Безпровальное промывное устройство

1. Секции промывных листов с отверстиями; 2- Поддоны, обеспечивающие гидравлический затвор при провале воды
Недостаток такого устройства состоит в значительном гидравлическом сопротивлении.


Рис. 1.13. Промывка пара в слое орошаемой набивки

1 – корпус испарителя; 2- распределительный коллектор промывной воды; 3 – слой набивки; 4 – поддерживающая решётка; 5 – трубопровод промывной воды


1.4.4. Механические сепараторы
Как правило такие сепараторы влаги используются на заключительной стадии очистки вторичного пара. Они удаляют так называемую „транспортную влагу” т.е. влагу состоящую из очень мелких капель воды, которые двигаются вместе с паром и не могут быть удалены осадительной сепарацией. Механизм улавливания влаги состоит в изменении прямолинейного направления движения пара и использования центробежных сил. Влага прижимается к поверхности и закрепляется на ней, образуя плёнку жидкости, которая стекает под действием силы тяжести.

Вариант жалюзийного сепаратора наводится на рис. 1.14.

Сепараторы могут иметь профильные листы в форме жалюзи разной формы.

Жалюзи выполняются из коррозионно стойких материалов. Например, из легированной стали ст.1Х13.

Расположение возможно как горизонтальное так и вертикальное. В плане жалюзи могут иметь форму квадрата или круга. Жалюзийные сепараторы используются в станционных испарителях. Особым видом сепараторов являются циклонные сепараторы, выполненные таким образом, что поток пара в них закручивается и движется в форме вихря.


Рис.1.14. Жалюзийный сепаратор

1 – корпус испарителя; 2 – профильные листы ; 3 – поддерживающее устройство

Вопросы для самоконтроля

  1. Зачем «моют» вторичный пар испарителей ?

  2. Какие разновидности конструкций промывных устройств используются?

  3. Какая особенность «провального» промывного устройства?

  4. Как работает беспровальное промывное устройство?

  5. Какая особенность промывного устройства с орошаемой набивкой?

  6. Что такое «жалюзийный» сепаратор?

  1   2   3   4


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации