Article

5.2. Основы термической деаэрации и ее схемное и конструктивное оформление

На АЭС, так же как и на современной ТЭС, осуществляется термическая деаэрация. Общая схема деаэраторной установки представлена на рис. 5.3. В ее состав входят деаэраторная

Рис. 5.3. Общая схема деаэраторной установки:
Рис. 5.3. Общая схема деаэраторной установки:

а — с охладителем выпара; б — без охладителя выпара;
1 — греющий пар из отбора турбины; 2 — резервная подача греющего пара (от БРОУ); 3 — деаэраторный бак; 4 — деаэраторная колонка; 5 — отвод выпара; 6 — сброс газов; 7 — охладитель выпара; 8 — подача основного конденсата минуя ПНД; 9 — отвод конденсата выпара; 10 — подача основного конденсата после ПНД; 11 — к питательному насосу; 12 — на эжекторы конденсатора

колонка (одна, или чаще две) и связанные с ней охладитель выпара и деаэраторный бак. Деаэраторая колонка является одновременно подогревателем смешивающего типа, в котором имеет место не только подогрев основного потока конденсата за счет отборного пара турбины, но и его соединение с некоторыми другими потоками и прежде всего с дренажами ПВД. В охладителе выпара пар из парогазовой смеси конденсируется со сбросом неконденсирующихся газов в конденсатор для последующего удаления и возвратом конденсата пара в регенеративную систему. Отличие деаэраторной колонки от обычного смешивающего подогревателя заключается в массовом расходе греющего пара. В смешивающем подогревателе расход пара определяется исходя только из подогрева воды до температуры кипения при полной конденсации греющего пара; в деаэраторной колонке расход греющего пара должен не только обеспечивать такой догрев, но и превышать его, для того чтобы создать наиболее благоприятные гидродинамические условия для выноса неконденсирующихся газов. Так как при этом уходит довольно большое количество пара (не менее 1 кг/т для удаления кислорода и не менее 3 кг/т для удаления углекислоты), то не рекомендуется выброс этой паровоздушной смеси, называемой выпаром деаэратора. При этом возможны два решения, которые позволяют увеличить расход выпара до 5 — 10 кг/т, что улучшает деаэрацию без потерь конденсата. Решения эти таковы: либо в схему деаэраторной установки включается охладитель выпара (ОВ) (7 на рис. 5.3а), в котором конденсация пара происходит за счет нагрева части питательной воды перед входом в деаэратор, либо выпар деаэратора направляется на эжекторы конденсатора (рис. 5.3б) и конденсируется в их холодильниках совместно с основным паром эжекторов (см. § 8.2). Для двухконтурной АЭС выброс пара в атмосферу нежелателен по условиям экономичности, а для одноконтурной АЭС он недопустим (в связи с радиоактивностью пара).

Рассмотрим основы термической деаэрации. При наличии в воде неконденсирующихся газов полное давление над кипящей водой

             (5.2)

где pH2O и Σрг — парциальное давление водяных паров и неконденсирующихся газов.

Из рис. 5.2 видно, что чем больше будет парциальное давление водяных паров, тем меньше парциальное давление неконденсирующихся газов и соответственно их содержание в деаэрируемой воде. В пределе, если р≈рH2O , то Σрг ≈ 0, то есть сущность термической деаэрации заключается в догреве воды до кипения и создании над ней возможно большего парциального давления водяных паров. Дополнительными

факторами, способствующими удалению газов из конденсата, являются повышение температуры, уменьшающее растворимость газов в воде (см. рис. 5.2) и эжектирующее воздействие греющего пара, подаваемого в деаэраторную колонку и проходящего по всей ее высоте.

На тепловых электростанциях применяют смешивающие деаэраторы струйного типа. Схема такой деаэраторной колонки представлена на рис. 5.4 (стрелками в корпусе показано движение пара). Конденсаты, подлежащие деаэрации, поступают через штуцера 1 и 14 в смесительное устройство 2 и через отверстия в горловине 3 сливаются на перфорированную тарелку 4. Такие деаэраторы поэтому часто называют тарельчатыми. Струи конденсата, падающие на тарелку 4 и далее на водоперепускной лист 5, пересекаются потоком греющего пара и прогреваются за счет его конденсации. С листа 5 конденсат сливается на арботажное устройство через сегментное отверствие 13. Барботажное устройство, в котором происходит окончательная деаэрация, состоит из перфорированного листа 6, пароперепускных труб 12 и сливных труб 7. Греющий пар подается по трубе 10 под барботажное устройство. Площадь перфорации барботажного листа принята такой, что даже при минимальной нагрузке деаэратора под листом образуется паровая подушка. Это обеспечивает контакт всей воды с греющим паром в барботажном устройстве. При максимальной нагрузке в работу включаются трубы 12 (сначала наружная, а затем внутренняя) для прохода пара помимо барботажного листа. Поддон 11 соединен с барботажным листом, образуя гидрозатвор. Оставшийся несконденсированным пар вместе с газами (выпар деаэратора) отводится через штуцер 15. Деаэрированная вода сливается в деаэраторный бак 8 через его горловину 9.

За время движения вниз вода прогревается до температуры насыщения за счет конденсации греющего пара. Конденсат

Рис. 5.4. Схема деаэраторной колонки
Рис. 5.4. Схема деаэраторной колонки

греющего пара присоединяется к струям воды, а остальной пар проходит дальше по высоте колонки, обеспечивая ее вентиляцию, унося с собой неконденсирующиеся газы, выделившиеся в процессе деаэрации.

Вода и греющий пар движутся встречными потоками: вода вниз, а пар — вверх. Движение пара вверх не только обеспечивает наилучшую вентиляцию в деаэраторе, но и увеличивает время пребывания в нем движущейся вниз воды, что улучшает ее прогрев и деаэрацию.

Деаэраторы смешивающего типа имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что вследствие конденсации греющего пара в нижней части колонки, в верхнюю ее часть проходит все меньшее количество пара. Это затрудняет прогрев конденсата в верхней части колонки и требует увеличения расхода выпара до 5 — 10 кг/т.

Увеличение расхода выпара улучшает характеристики деаэратора по конечному эффекту дегазации. Однако чрезмерно увеличивать этот расход не следует, чтобы не увеличивать затраты на теплообменную поверхность охладителя выпара (ОВ) или потери теплоты на тракте от выхода выпара из деаэратора до места установки эжекторов конденсатора.

Если для конденсации пара выпара использовать конденсат после ПНД, то перепад температуры для работы ОВ окажется малым, а потребная поверхность ОВ — очень большой. Можно применить решение, показанное на рис. 5.3а, направив в ОВ конденсат с низкой температурой. В таком случае потребная поверхность ОВ резко уменьшается. Большое кислородосодержание и влажнопаровая среда, в условиях которой работает поверхность нагрева охладителя выпара, способствуют его интенсивной коррозии. Поэтому, особенно для одноконтурных АЭС, поверхность теплообмена приходится изготовлять из коррозионно-стойких сталей.