Оценка целесообразности применения барботажно-промывочных устройств в барабанных котлах высокого давления

В барабанных котлах высокого давления наряду с капельным уносом примесей имеет место значительный избирательный унос различных солей и, прежде всего, кремнекислоты за счет непосредственного физико-химического растворения в паре. Избирательный унос кремнекислоты для котлов с давлением 11,5 МПа составляет 1,0-2,0%, а для котлов с давлением 15,5МПа – 2,5-4,0%.

Барботажно-промывочные устройства (БПУ) как элементы сепарационных схем барабанных котлов высокого давления применяются в котлостроении с середины пятидесятых годов и предназначены, прежде всего, для снижения кремнесодержания пара котлов. Необходимость их применения была вызвана тем, что при питании котлов высокого давления водой с кремнесодержанием более 100 мкг/дм³ обеспечить нормируемое значение кремнесодержания пара без БПУ невозможно.

В настоящее время все котлы с давлением 11,5 МПа и более питаются смесью конденсата турбин и добавочной воды, которая проходит двухступенчатое обессоливание и обескремнивание. Это позволяет поддерживать кремнесодержание питательной воды не более 30 мкг/дм³ для котлов ГРЭС и ТЭЦ с отопительными отборами и не более 60 мкг/дм³ для котлов ТЭЦ с производственными отборами пара (нормы ПТЭ). При таких значениях кремнесодержания питательной воды котлы отпускают пар с кремнесодержанием не более 15 мкг/дм³ для котлов ГРЭС и не более 25 мкг/дм³ для котлов ТЭЦ (удовлетворяющий нормам ПТЭ). Обследование ряда станций показывает, что фактические среднегодовые значения кремнесодержания пара и питательной воды, как правило, ниже норм в 2-3 раза.

На рисунке 2 приведена типовая сепарационная схема с БПУ для котлов высокого давления

1, 2 – потолочный и барботажный листы; 3 - сливной короб; 4 – короба циклонов; 5 – коллектор фосфатирования; 6 – циклон; 7 – короб подвода питательной воды; 8 – диск; 9 – поддон; 10 – сбросной канал.

Рисунок 2 Сепарационная схема барабанного котла.

На рисунке 3 приведены показатели качества пара и питательной воды (по SiO₂) в зависимости от нагрузки котла.

ПВ – питательная вода; НП – насыщенный пар; НП_бл.ц. – насыщенный пар II ступени испарения; НП_д.ц. – насыщенный пар III ступени испарения; ОП – острый (перегретый) пар котла.

Рисунок 3 Зависимость концентрации кремнекислоты в паре от его паровой нагрузки при Р=11.5–5,5 МПа.

Из приведенных данных следует, что кремнесодержание пара после БПУ составляет примерно 10 мкг/дм³ и практически не зависит от нагрузки.

Работу БПУ в целом характеризует коэффициент эффективности промывки , где - кремнесодержание насыщенного пара, - кремнесодержание питательной воды.

На рисунке 4 приведена зависимость коэффициента эффективности промывки пара от кремнесодержания питательной воды.

Рисунок 4 Зависимость коэффициента эффективности паропромывочного устройства от кремнесодержания питательной воды.

Из графической зависимости, показанной на рисунке 3, следует, что при снижении концентрации кремнекислоты в питательной воде эффективность промывки снижается. Это вызвано тем, что при сближении концентраций кремнекислоты в паре и питательной воде эффективность массообмена на промывочном устройстве снижается. Недостаточная скорость массообмена вызвана низким концентрационным напором между паром и промывочной водой, являющимся движущей силой массообмена.

Так, при = 30 мкг/дм³ = 0,3-0,4 (концентрация в паре составит 30-40% концентрации в питательной воде); при =15-10 мкг/дм³ = 0,7-0,9; при = 7-8 мкг/дм³ =1,0 , т.е. при кремнесодержании питательной воды менее 15 мкг/дм³ промывка пара практически перестает «работать».

К положительным сторонам работы котла без БПУ следует отнести меньшую загроможденность барабана, хорошую ремонтопригодность, возможность визуального контроля сепарационных устройств (при плановых осмотрах), экономию металла, увеличение кратности циркуляции, меньшие колебания уровня воды в барабане при эксплуатации котлов, возможность поднятия среднего уровня и использования внутрибарабанных циклонов большей паровой производительности и другие преимущества. Отсюда можно сделать вывод, что при соблюдении норм ПТЭ по кремнесодержанию питательной воды для котлов ГРЭС и ТЭЦ применение БПУ необязательно. Отказ от применения БПУ в барабанах позволит увеличить надежность работы котлов за счет организации оптимальной гидравлики в барабане и циркуляционных контурах. При проектировании новых котлов можно применять более высокие удельные паровые нагрузки на погонный метр длины барабана, за счет этого можно будет устанавливать барабаны меньшей длины.

Для получения информации подтверждающей или опровергающей данные выводы в конкретных эксплуатационных условиях проводят расчетно-экспериментальное или расчетное определение качества пара при работе без БПУ.

а)Расчетно-экспериментальное определение качества пара при работе без БПУ.

Исходные данные: D_к, т/ч; , , , мкг/дм³; n_Ι, n_{ΙΙ ,} n_ΙΙΙ ; k^Ι .

Величины n_Ι, n_ΙΙ, n_ΙΙΙ – значения относительной паропроизводительности чистого и солевых отсеков в процентах или долях от паропроизводительности; k^Ι –коэффициент избирательного уноса кремнекислоты из котловой воды чистого отсека в процентах или долях от паропроизводительности.

Кремнесодержание пара чистого отсека составит:

,

Кремнесодержание насыщенного пара котла без БПУ будет равно:

Для того, чтобы оценить целесообразность применения БПУ необходимо сравнить полученное значение кремнесодержания пара с данными графика на рисунке 2. Если расчетное значение кремнесодержания пара без БПУ не превышает величины, указанной на графике, это означает, что кремнесодержание пара котла как при работе с БПУ, так и без него практически одинаково.

б) Расчетное определение кремнесодержания пара при работе без БПУ.

Основными расчетными уравнениями солевого баланса котла являются:

(1)

(2)

(3)

где р – непрерывная продувка (в долях от паропроизводительности котла)

Расчеты необходимо выполнить при коэффициенте избирательного уноса из чистого отсека =3,5% (0,035), а солевого - =2,0% (0,02); непрерывной продувке равной 1 (0,01), 2 (0,02) и 3% (0,03); при относительной паропроизводительности ступеней испарения n₁ = 95% (0,95) и n₁₁ =5% (0,05).

Решая систему уравнений (1), (2) и (3), необходимо получить зависимости, которые затем представить графически в координатах: . И далее, на основании полученных графиков выяснить, подтверждаются ли следующие предположения:

- отпуск пара с кремнесодержанием, ответствующим норме, т.е. 15 мкг/дм³, будет обеспечиваться для котлов ГРЭС при кремнесодержании питательной воды до 30 мкг/дм³ и непрерывной продувке равной 1%;

- отпуск пара с кремнесодержанием, соответствующим норме, т.е. 25 мкг/дм³ , для котлов ТЭЦ при кремнесодержании питательной воды не более 50 мкг/дм³ и продувке 1%.