ВНЕДРЕНИЕ ВАКУУМНО-КАВИТАЦИОННОГО МЕТОДА ДЕАЭРАЦИИ ПОДПИТОЧНОЙ ВОДЫ

Борисова Наталия Владимировна

ассистент, СамГТУ, г. Самара

E-mail: natallliyaborisova@yandex.ru

Никитин Максим Николаевич

ассистент, СамГТУ, г. Самара

E-mail: nikitin-pro@mail.ru

Центральная отопительная котельная (ЦОК) Самарской ГРЭС Волжской территориальной генерирующей компании снабжает теплом ряд микрорайонов г. Самара. Система теплоснабжения открытого типа, теплота используется на отопление и горячее водоснабжение жилых зданий и коммунально-бытовых объектов. Теплопроизводи­тельность ЦОК составляет 600 Гкал, проектная величина подпитки теплосети — 2000 т/ч. По первоначальному проекту подготовка подпиточной воды осуществлялась по следующей схеме [1, с. 39]:

1. частичное умягчение воды на Н-катионитных фильтрах при «голодной регенерации»;
2. освобождение воды от СО₂ в декарбонизаторах;
3. подогрев воды до температуры 60÷80 °С в поверхностных подогревателях типов ОГ-130 и МВН 2052-36 горячей сетевой водой;
4. деаэрация воды в вакуумных деаэраторах паром, образующимся из перегретой воды.

Одним из недостатков в работе ЦОК была плохая деаэрация подпиточной воды [2, с. 40]. Причина заключалась в том, что в соответствии с проектом на ЦОК были установлены деаэраторы типа ДСА (атмосферного типа), рассчитанные на подвод в качестве греющего теплоносителя пара от постороннего источника. Однако в действительности деаэрация подпиточной воды осуществлялась под вакуумом с помощью собственного пара, образующегося при вскипа­нии перегретой воды. Деаэрация воды в таких деаэраторах происходи­ла недостаточно глубоко. Вследствие этого качество подпиточной воды по содержанию СО₂ и О₂ в 2÷3 раза превышало нормируемые ПТЭ величины. Особенно ухудшалось качество деаэрированной воды при нагрузках деаэраторов близких к номинальным. Такое положение вело к интенсивной коррозии трубопроводов тепловых сетей и оборудования котельной. Проведенные в 1973 году работы по наладке режимов деаэрации, желаемых результатов не дали. Было принято решение выполнить реконструкцию деаэраторов ЦОК Самарской ГРЭС. Для этих целей применен вакуумно-кавитационный способ деаэрации химически очищенной воды, разработанный кафедрой ТЭС СамГТУ, и основанный на использовании явления кавитации в движущемся потоке жидкости.

Принцип работы вакуумно-кавитационного деаэратора заклю­чается в том, что перегретая деаэрируемая вода вскипает при падении статического давления вследствие увеличения скорости движения потока воды в сопле, присоединённому к корпусу деаэратора, и состоящему из последовательно расположенных конфузорного, цилин­дрического и диффузорного участков, причем паровые пузырьки воз­никают в конфузорном участке сопла, на выходе из цилиндрического участка происходит вскипание воды во всем её объёме, и пароводяная смесь разгоняется до скорости звука, а в диффузорном участке ско­рость пароводяного потока становится сверхзвуковой, вследствие снижения давления в потоке до давления в корпусе деаэратора. [3, с. 48]

Опытно-промышленная установка вакуумно-кавитационной деаэрации (ВКД), была разработана и выполнена с использованием бака-аккумулятора деаэратора № 4. Бак-аккумулятор имеет полезную ёмкость 75 м³, длину — 11,5 м, диаметр — 3,2 м. На баке установлены 2 деаэрационные колонки типа ДСА-300. Деаэратор подвергался следующему переоборудованию [1, с. 39]:

1. Деаэрируемая вода подводилась в паровой объем бака через сопла переменного поперечного сечения — кавитационно-разгонные устройства (КРУ), патрубки ввода деаэрируемой воды в колонки были заглушены.
2. КРУ с помощью фланцев прикреплены к патрубкам d_у=300 мм, ввареным в обе торцевые стенки бака. На каждом баке-аккумуляторе установлены 4 КРУ, по два с каждого торца. Расстояние между осями соседних по торцу КРУ по горизонтали составляет 1000 мм, расстояние по вертикали между осями КРУ и осью бака — 1000 мм.
3. Проложен трубопровод d_у=200 мм для подвода деаэрируе­мой воды к КРУ.
4. Для измерения расхода воды через КРУ на трубопроводах установлены измерительные шайбы (диафрагмы).
5. В баке установлены три поворотных пароотборника для отбора проб деаэрируемой воды из движущегося в паровом прост­ранстве бака пароводяного потока с целью контроля десорбции по длине потока.
6. Поверхностный подогреватель заменен на подогреватель смешивающего типа.

На опытно-промышленной установке, реализуемой метод ВКД, был выполнен ряд исследований, направленный на изучение влияния конструктивных и режимных факторов на конечный результат действия установки — на остаточное содержание кислорода и свобод­ной углекислоты в деарированной воде. Программа исследований включала следующие мероприятия [1, с. 39]:

1. Исследование зависимости глубины дегазации от угла раскрытия сопел.
2. Исследование зависимости глубины деаэрации от диаметра КРУ и длины кавитационной трубы.
3. Исследование зависимости глубины деаэрации от длины свободной струи в баке-аккумуляторе.
4. Исследование зависимости глубины деаэрации от уровня деаэрированной воды в баке- аккумуляторе.
5. Исследование зависимости глубины деаэрации от условий ввода двухфазной струи в бак.
6. Исследование зависимости глубины деаэрации от степени перегрева деаэрируемой воды.
7. Исследование зависимости глубины деаэрации от температуры воды перед КРУ.

Для исследования зависимости глубины дегазации от диаметра КРУ, длины кавитационной трубы и угла раскрытия сопла был разработан КРУ-50-4,5, где d_у=50 — условный диаметр кавитационной трубы и меньший диаметр сопла, α=4,5° — угол раскрытия сопла,(кавитационная труба 57х3,5 мм, длинной l=1983 мм).

Испытания показали, что КРУ-80-4,5 позволяет снизить содержание кислорода до 10÷50 мкг/кг, однако такое снижение было неустойчиво, имелись проскоки О₂ до 400 мкг/кг. По углекислоте нормы ПТЭ не выдерживались. Дальнейшие испытания данного КРУ позволили добиться глубокой дегазации деаэрируемой воды за счёт изменения длины кавитационной трубы. Результаты испытаний КРУ-80-4,5, снабжённого кавитационной трубой длинной 210 мм, приведены в таблице1. Во всех последующих испытаниях использовалось данное КРУ с длинной кавитационной трубы 210 мм.

Таблица 1

Результаты испытаний КРУ-80-4,5

* Примечание: концентрация СО₂ в химочищенной воде 2200—2800 мкг/дм³.

Исследования зависимости глубины деаэрации от длины свобод­ной струи в баке-аккумуляторе показали, что весьма глубокая дегазация обеспечивается в паровой струе протяжённостью не более 3,5 м.

Для определения зависимости эффективности деаэрации от уровня деаэрированной воды в баке-аккумуляторе (уровень воды отсчитывался от геометрической оси КРУ) замерялось расстояние (по вертикали) от оси КРУ до уровня воды h_КРУизмерялось водоуказатель­ным стеклом. Испытания показали:

1. Уменьшение h_КРУ от 1000 до 500 мм не влияет на глубину дегазации.
2. Уменьшение h_КРУ сверх 500 мм вызывает небольшое увеличение концентрации О₂ , но в пределах норм ПТЭ.
3. Уменьшение h_КРУ до 300÷350 мм ведет к резкому возрастанию концентрации О₂ и СО₂ . При этом нормы ПТЭ превышаются в 1,5÷2 раза.
4. Увеличение h_КРУ свыше 1000 мм, т. е. снижение уровня воды ниже оси бака не влияет на глубину дегазации.

Испытания, проведенные для исследования зависимости глубины деаэрации от условий ввода двухфазной струи в бак позволили сделать вывод, что качественная деаэрация обеспечивается при любой схеме работы, установленных на баке-аккумуляторе КРУ (одно КРУ, два КРУ на одной стороне бака, два КРУ по диагонали, два КРУ на проти­воположных сторонах бака с общей для КРУ осью), в т. ч. когда деаэрируемая вода подаётся ко всем КРУ (максимальная производи­тельность деаэратора перегретой воды).

Испытания деаэратора по определению зависимости глубины деаэрации от степени перегрева деаэрируемой воды показали, что результат дегазации существенно зависит от степени перегрева ∆t_ПЕР, представляющей собой разность между температурой воды перед КРУ и температурой насыщения, соответствующей абсолютному давлению в баке-аккумуляторе. Так, для обеспечения глубокой дегазации (О₂ — 10 мкг/кг, СО₂ — отсутствует), необходимо, чтобы степень перегрева ∆t_ПЕР была не менее 3,5°C. Если ∆t_ПЕР<3,5°C, то в интервале значений ∆t_ПЕР=0÷2°Cостаточные концентрации О₂ и СО₂ меньше исходных в 5÷10 раз. При ∆t_ПЕР=2÷3,5°Cглубина дегазации возрастает, однако нормы ПТЭ не выполняются. При увеличении ∆t_ПЕР>3,5÷4°C, достигалась дегазация по О₂ до10 мкг/кг, СО₂  — отсутствовала. Дальнейшее увеличение степени перегрева не влияют на глубину дегазации [2, с. 112].

Влияние температуры воды на эффективность деаэрации в явном виде не прослеживается. Однако имеется связь между температурой воды и качеством деаэрации, которое является следствием косвенных факторов, а именно необходимости достижения ∆t_ПЕР не менее 3,5°C, которая в свою очередь при неизменной температуре деаэрируемой воды перед КРУ зависит от абсолютного давления в баке-аккумуляторе, поддерживаемого эжекторами. В условиях опытно-промышленной установки эжекторы деаэратора № 4 создавали вакуум не глубже 0,77 кгс/см² , которому соответствует абсолютное давление 0,23 кгс/см².

Список литературы:

1. Кудинов А. А., Зиганшина С. К., Борисова Н. В. и др. Исследование режимов работы вакуумно-кавитационных электрических станций Самарской ГРЭС // Электрические станции. 2011. № 2. С. 38—42.
2. Кудинов А. А., Зиганшина С. К., Борисова Н. В. и др. Вакуумно-кавитационный деаэратор центральной отопительной котельной Самарской ГРЭС // Повышение энергоэффективности зданий и сооружений: межвузовский сб. научн. трудов СГАСУ, вып. № 5. Самара, 2010. С. 109—115.
3. Соколов Б. А. Устройство и эксплуатация оборудования газомазутных котельных. М.: Академия, 2007. 304 с.
4. Таран М. А. Водоподготовка и водно-химические режимы в теплоэнергетике. Омск: ОмГТУ, 2005. 384 с.