Исследование набивки в форме колец Поля для очистки пара энергетических испарителей
Юрчевский Е. Б.
Термический способ водоподготовки ТЭС на базе использования энергетических испарителей занимает пока сравнительно скромное место в общем балансе выработки обессоленной воды на ТЭС. Однако он незаменим при повышенном солесодержании исходной воды или при загрязненности исходной воды органическими соединениями.
Ужесточение требований к экологическим характеристикам водоподготовительных установок увеличивает внимание к термическим методам водоподготовки, позволяющим уменьшить расход химических реагентов и утилизировать значительно большую часть сточных вод, чем другие методы. В частности, разработаны и апробированы технологии утилизации продувочных вод испарителей в цикле регенерации, успешно ведутся натурные исследования переработки сточных вод ТЭС с использованием продувки испарителей, отрабатывается технология многократного использования регенерационных растворов [1]. Выполненные исследования положены в основу проектов реконструкции многих водоподготовительных установок ТЭС.
Одним из важнейших показателей, характеризующих работу испарителей, является качество вторичного пара.
Источник солевых загрязнений вторичного пара - концентрат, из которого образуется пар. Переходя из концентрата в паровое пространство, пузырьки пара неизбежно увлекают за собой некоторое количество концентрата. Концентрат присутствует в паре в виде капель различной степени дисперсности, которые образуются как вследствие затраты части кинетической энергии всплывающих в концентрате пузырей, так и вследствие освобождения части поверхностной энергии при разрыве оболочек паровых пузырей.
Крупные капли подпрыгивают над зеркалом испарения на некоторую высоту и возвращаются обратно. Если же вес капли уравновешивается силами трения, высота подъема капли может быть неограниченно большой. Унос капель влаги насыщенным паром называется капельным либо механическим уносом.
Энергетические испарители работают при давлениях до 1,6 МПа, когда растворимость солей в паре пренебрежимо мала, поэтому загрязнение вторичного пара солями определяется исключительно капельным уносом. Очистка пара от капель концентрата осуществляется в паровом объеме с использованием сил гравитации, промывкой пара на дырчатых листах и инерционным методом в жалюзийном сепараторе.
В качестве первой ступени промывки пара применялась также набивка из колец Рашига, на которую для орошения подавалась питательная вода.
В литературе [2] набивка из колец Рашига (d = 25/22 мм, h = 30 мм) толщиной 300 мм орошалась питательной водой, подаваемой через водораздающее устройство, а во второй ступени промывки использовался паропромывочный лист, на который подавался конденсат в количестве 3 - 5% производительности испарителя. Результаты испытаний показали, что испытуемая конструкция обеспечивает качество дистиллята по содержанию ионов Na+ на уровне 9 мкг/кг, a SiO2- на уровне 11-12 мкг/кг независимо от солесодержания концентрата.
На Приднепровской ГРЭС были проведены сравнительные испытания испарителя с двумя дырчатыми листами и жалюзийным сепаратором и испарителя с орошаемой набивкой, дырчатым листом и жалюзийным сепаратором [3]. Орошаемая набивка имела высоту 300 мм, причем нижняя орошаемая часть ее служила для промывки пара, а верхняя выполняла функции сепаратора влаги, унесенной паром. Испытания показали эффективность использования орошаемой набивки, которая обеспечила в равных условиях дистиллят более высокого качества.
Так, в диапазоне производительности испарителей от 15 до 24 т/ч (диаметр испарителей 3 м) для испарителя с орошаемой набивкой концентрация иона Na+ в дистилляте находилась в пределах от 4 до 6,5 мкг/кг. При такой же производительности испаритель с нижним паропромывочным листом обеспечивал концентрацию иона Na+ в дистилляте в интервале от 11 до 20 мкг/кг. На основании полученного опыта орошаемая набивка рекомендовалась для испарителей, работающих на исходных водах с солесодержанием выше 1500 — 2000 мг/л. В дальнейшем испарители с орошаемой набивкой не получили широкого применения и их свойства при работе в динамических условиях не определялись.
Рис. 1. Схема модели испарителя:
1 - корпус; 2 - парозаборное устройство; 3 - секция набивки; 4 - переливная труба; 5 - погружной дырчатый лист
Автор благодарит В. А. Берсенева и Е. К. Голубева за оказанную помощь в подготовке статьи.
В настоящее время серийные испарители комплектуются двумя паропромывочными листами для промывки пара и в сочетании с гравитационными и инерционными методами очистки обеспечивают при работе в стабильном режиме качество вторичного пара по Na+ на уровне 10-12 мкг/кг, что соответствует нормативным требованиям [4]. Однако при изменении давления пара вследствие изменения нагрузки турбоагрегата, при остановке и пуске испарителя качество вторичного пара может ухудшаться, что нередко приводит к необходимости отключения испарителей.
Многочисленными исследованиями показано, что для получения вторичного пара высокого качества максимальный физический уровень концентрата должен быть на расстоянии не менее 1000 мм от нижнего паропромывочного листа. При уменьшении высоты парового объема до 500 мм и ниже наблюдается резкое ухудшение качества вторичного пара [3]. Поэтому имеется необходимость в изыскании и исследовании технических решений, позволяющих повысить надежность работы энергетических испарителей.
Во ВНИИАМ были поставлены специальные исследования на стендовой модели испарителя, изображенной на рис. 1. Модель состояла из цилиндрического корпуса диаметром 630 мм и высотой 10 000 мм, внутри которого на лапах была подвешена греющая секция диаметром 500 мм и высотой 300 мм. Греющая секция образована обечайкой с двумя вваренными трубными досками толщиной 60 мм, в которых развальцованы и обварены 95 трубок диаметром 32/28 мм, образующие греющую поверхность.
На расстоянии 50 мм от нижней кромки секции набивки было установлено парозаборное устройство для определения влажности пара на входе в набивку.
Рис. 2. Секция орошаемой набивки
Выше греющей секции на расстоянии 900 мм была смонтирована секция орошаемой набивки, схематичное изображение которой показано на рис. 2.
Секция представляет собой двухзонную коробку, в которой пар подается в горизонтальном направлении через 440 отверстий dy 12 мм с каждой стороны коробки. В первую по ходу движения пара зону сверху подается вода на орошение, которая отводится через нижнее дно, перфорированное 230 отверстиями d 12 мм. Вторая по ходу движения пара зона предназначена для осушки пара.
В качестве орошаемой набивки использовалась модификация колец Рашига - латунные кольца Поля диаметром и длиной 20 мм с толщиной стенки 0,5; 1,0 и 1,5 мм в доле 86, 10 и 4% соответственно. Приблизительная характеристика такой набивки: удельная поверхность Fa = 280 м2/м3, свободное сечение Fc = 0,92 м3/м3.
Модель испарителя была оборудована погружным дырчатым листом. Питательная вода направлялась в нижнюю часть модели, ниже греющей секции. Греющий пар давлением 2,8 МПа и t = 320°С подавался в межтрубное пространство. Параметры вторичного пара были Р= 1,0 МПа, t= 180°С.
При исследовании работы набивки солесодержание концентрата изменялось путем подачи в питательную воду раствора сернокислого натрия с помощью насоса-дозатора.
В процессе опытов пробы отбирались в соответствии с рис. 1 в следующих точках: 1- концентрат; II- вода на орошение набивки; III- сепарат из сосуда гидрозатвора набивки; IV - вторичный пар до набивки; V- дистиллят.
Для отбора проб вторичного пара использовали пароотборный зонд, смонтированный в пароотводящей трубе dy 108/99.
Рис. 3. График зависимости влажности вторичного пара от расхода промывочной воды:
1 - скорость набегания 3,6 м/с; 2 - то же 2,4 м/с
Количество пара, отбираемого в пароотборном зонде, составляло 1,28% расхода вторичного пара.
В процессе исследований контролировались: давление вторичного пара, расход вторичного пара, расход питательной воды, давление греющего пара, физический уровень пароводяной смеси в корпусе модели, солесодержание вторичного пара, концентрата.
Качество пара определялось как отношение концентрации катионов Na+ в паре и в концентрате, т.е. определялся коэффициент выноса, который для данных параметров может быть приравнен к влажности пара. Содержание катионов в пробах конденсата пара и в воде определялось с помощью пламя фотометра ПАЖ-1 с погрешностью около 3 мкг/кг. Средняя квадратичная погрешность измерения расходов примерно 2,3%, измерения температуры - около 1,33% при абсолютной погрешности 5°С.
В процессе работы последовательно выполнялись следующие исследования:
определение оптимального расхода воды, подаваемой на орошение набивки;
исследование влажности вторичного пара в зависимости от скоростей набегания пара на набивку;
изучение эффективности работы набивки в условиях высокой влажности набегающего пара.
(1-х)", %
Рис. 4. График зависимости влажности пара от скорости движения пара в набивке:
1 - до набивки; 2 - после набивки
О 0,25 0,5 0,75 1,0 1,35 1,5 К
Рис. 5. График зависимости влажности после набивки от безразмерного комплекса Кутателадзе К
Для определения оптимального расхода воды, подаваемой на орошение набивки, были выполнены эксперименты для паропроизводительности модели испарителя Gп.в. 2,0 и 3,0 т/ч, что соответствовало скорости набегания пара на набивку 2,37 и 3,60 м/с при различных расходах воды, подаваемой на орошение. Во всех опытах высота парового объема превышала 1 м.
