автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Исследование и разработка режимов эксплуатации и схем включения декарбонизаторов теплоэнергетических водоподготовленных установок

П ! 1 ^ : \ - -1 Яа правах рукописи

КРЫЛОВА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ И СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ ДЕКАРБОНИЗАТОРОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Специальность: 05.14.14 - Тепловые электрические станции , (тепловая часть)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1998

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Шарапов В.И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук . профессор кандидат технических наук, доцент

Шищенко В.В. Виноградов В.Н.

Ведушая организация: Всероссийский Теплотехнический научно-

исследовательский институт

Зашита состоится " // " ¿НО//% _ 1998 г. в часов на заседании диссертационного совета по защите кандидатских диссертаций К-063.10.01 при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу : город Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34. корпус Б, ауд. № 237.

Отзывы ( в двух экземплярах, заверенные печатью) просим отсылать по адресу: 153003. г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34. Ученый Совет ИГЭУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЭУ

Автореферат разослан: " ¿9 " &/7/SM9) 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

LUD^ia ^—----------

доктор технических наук, профессор (^О^^у-^О A.B. Мошкар

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Организация надежной и экономичной работы борудования электростанций, котельных и тепловых сетей является важ-ейшей задачей теплоэнергетики. Одной из наиболее острых проблем, воз-икающих при эксплуатации систем теплоснабжения и теплоэнергетиче-ких установок, является внутренняя коррозия . Отрицательными послед-твиями внутренней коррозии являются сокращение срока эксплуатации борудования и трубопроводов тепловых сетей, ТЭС и котельных, а также начительное снижение мощности источников тепловой и электрической нергии.

Перспективным направлением повышения надежности и экономично-ти работы систем теплоснабжения и теплоэнергетических установок явля-тся обеспечение эффективной противокоррозионной обработки воды в одоподготовительных установках ТЭС и котельных.

Одной из основных причин, вызывающих внутреннюю коррозию, яв-[яется присутствие в воде коррозионно-активных газов - диоксида углерода и кислорода. В настоящее время для удаления этих газов из воды широ-:о используются вакуумные деаэраторы. Однако возможности удаления Юг в данных аппаратах при пониженных параметрах ограничены. Потому в установках с вакуумной деаэрацией существенно возрастает роль [ервой ступени десорбции СОг - декарбонизаторов.

Актуальной проблемой при проектировании и эксплуатации водо-юдготовительных установок с вакуумными деаэраторами, решению ко-орой посвящена настоящая работа, является обеспечение высокоэффек-ивного удаления свободного диоксида углерода в декарбонизаторах.

Диссертационная работа выполнялась в рамках отраслевой научной фограммы 0.08 " Надежность и экономичность систем теплоснабжения " 'АО " ЕЭС России".

Целью настоящей работы является повышение массообменной эффектности и экономичности декарбонизаторов водоподготовительных установок с вакуумной деаэрацией.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- определены рациональные формы представления результатов экспериментальных исследований декарбонизаторов;

- определена область применения декарбонизаторов в водоподготовительных установках с вакуумной деаэрацией ;

- выполнена оценка влияния режимных факторов на массообменную |ффективность декарбонизаторов;

- разработана методика определения экономичности процесса десорбции СОг в декарбонизаторах;

- выполнена оценка энергетической эффективности декарбонизаторов;

- определен наиболее эффективный тип декарбонизатора;

- определены рациональные пути повышения эффективности проце( десорбции СОг в декарбонизаторах;

- выполнен анализ существующих схем включения декарбонизатор< разработаны новые способы работы декарбонизаторов, повышающие э фективность противокоррозионной обработки воды и экономичность ' плоэнергетических установок.

Основные методы научных исследований. В работе использован : сергетический метод анализа тепловой экономичности, а также мето] вычислительной математики, общей химии и физики.

Научная новизна работы.

1. Показана возможность определения коэффициента десорбции С в декарбонизаторах с помощью уравнений регрессии, полученных метод! активного многофакторного эксперимента.

2. Разработана методика определения энергетической эффективное процесса десорбции ССь в декарбонизаторах, с помощью которой дока; но преимущество тепловых, методов повышения массообменной эффекту ности декарбонизаторов.

3. Разработаны способы повышения массообменной и энергетически эффективности процесса удаления СОг в декарбонизаторах: способ с п вторным использованием выпара, контактный способ подогрева воды г ред декарбонизаторами.

4. Разработана модель процесса десорбции СОг в декарбонизатор с рециркуляцией выпара. Получено аналитическое выражение, позволяют

определить долю выпара, повторно используемого в декарбонизаторе.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждены практич ской проверкой на действующих теплоэнергетических установках.

Практическая ценность работы.

1. Определена область применения декарбонизаторов в схемах вод подготовительных установок с вакуумной деаэрацией. Разработаны рек мендации по дополнению и уточнению действующих нормативных док ментов по проектированию и эксплуатации водоподготовительных уст новок с декарбонизаторами и вакуумными деаэраторами.

2. Выполнено сравнение массообменной и энергетической эффекти ности декарбонизаторов различных типов, результаты которого позвол ют определить наиболее эффективный тип декарбонизатора.

3. Разработаны новые схемы включения декарбонизаторов водопо, готовительных установок с вакуумной деаэрацией.

Результаты работы позволяют обеспечить высокоэффективное удал ние свободного диоксида углерода в процессе противокоррозионной о1 работки воды с применением декарбонизаторов и вакуумных деаэраторе при экономичной работе ТЭЦ и котельных.

Внедрение результатов работы.

1. На Ульяновской ТЭЦ-3, Саратовской ТЭЦ -5, Усть-Илимской ТЭЦ и Набережночелнинской ТЭЦ использованы рекомендации по выбору типов декарбонизаторов.

2. На Воркутинской ТЭЦ-1 используется способ контактного подогрева подпиточной воды.

3. На Ульяновской ТЭЦ-1 используется способ обработки воды в де-карбонизаторе с рециркуляцией выпара.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты исследования области применения декарбонизаторов в схемах водоподготовительных установок с вакуумной деаэрацией.

2. Результаты оценки влияния режимных факторов на массообменную эффективность декарбонизаторов различных типов.

3. Методика и результаты исследования энергетической эффективности процесса десорбции СОг и результаты исследования экономичности декарбонизаторов различных типов.

4. Способы повышения массообменной и энергетической эффективности декарбонизаторов водоподготовительных установок с вакуумными деаэраторами и результаты их исследования.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на региональной научно- технической конференции " Актуальные вопросы охраны окружающей среды и рационального природопользования" ( Ульяновский политехнический институт, май 1992 г.) на У1 международной школе -семинаре " Рациональное использование энергетических и материальных ресурсов: прикладной энергетический анализ " (Очаков, сентябрь 1994 г.), га Российской научно-технической конференции по повышению надежности и маневренности оборудования атомных и тепловых электростанций ^Санкт-Петербургский государственный технический университет, ноябрь 1994 г.), на III Минском международном форуме по тепло-массообмену, май 1996 г., на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава УлГТУ, январь-февраль 1990- 1998 г.г., на заседании научного семинара лаборатории ТЭЦ (Саратовский государст-зенный технический университет, январь 1998 г.), на заседании научного семинара кафедр ТЭС и ХХТЭ (Ивановский государственный энергетический университет, февраль 1998 г.)

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 24 печатные работы.

Объем и построение работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав л основных выводов ; содержит 9 таблиц, 50 рисунков, список литературы чз 145 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации ее практике ское значение, сформулированы цели и задачи исследований, дается обща) характеристика работы, показаны научная ценность и практическая зна чимость полученных результатов.

Первая глава посвящена анализу литературных данных о свойства; водных растворов диоксида углерода и о существующих методах десорб ции СО2 в процессе противокоррозионной обработки воды на ТЭЦ и в ко тельных. Рассмотрены конструкции декарбонизаторов различных типов традиционные схемы их включения и режимы эксплуатации.

В настоящее время на ТЭС и в котельных наряду с широко распро страненными противоточными насадочными с кольцами Рашига декарбо низаторами применяются струйные аппараты - прямоточные распыли тельные и вакуумно-эжекционные.

Анализ литературных данных показал, что в последние 10 лет боль шинство работ посвящено исследованию десорбции СО2 в струйных де карбонизаторах. В настоящее время отсутствуют объективные данные п< сравнению массообменной и энергетической эффективности процесс; удаления СОг в струйных и противоточных декарбонизаторах с насадко] из керамических колец Рашига. Это затрудняет правильный выбор тип; декарбонизатора при проектировании водоподготовительной установки.

Анализ существующих схем включения и режимов эксплуатации де карбонизаторов показал, что они не всегда являются достаточно эффек тивными. При проектировании и эксплуатации водоподготовительных ус тановок с вакуумной деаэрацией не учитываются ограниченные возможно сти удаления СО2 в вакуумных деаэраторах, а роль декарбонизаторов не дооценивается.

На основании проведенного литературного обзора выполнена поста новка задач исследования.

Глава вторая посвящена анализу массообменной эффективности де карбонизаторов водоподготовительных установок с вакуумной деаэраци ей. Выполнено сравнение существующих форм представления результате экспериментальных исследований декарбонизаторов: однофакторных гра фических зависимостей, полученных Комарчевым И.Г. при исследовани: вакуумно-эжекционного декарбонизатора, критериального уравнени Кастальского A.A., полученного с помощью теории подобия, и уравнени регрессии, полученных при испытаниях насадочных декарбонизаторов применением метода активного многофакторного эксперимента. У станов лено, что более полное и точное описание процесса десорбции СО2 в де карбонизаторах обеспечивают уравнения регрессии, определяющие зав* симость остаточной концентрации СО2 от температуры, расхода и щело1 ности обрабатываемой воды.

Анализ уравнений регрессии показал, что они содержат все необхо-(имые данные для определения коэффициента десорбции свободного диок-:ида углерода к ж , по величине которого традиционно принято оценивать дассообменную эффективность аппаратов. Для иллюстрации возможностей определения величины к ж с помощью уравнений регрессии были по-гучены графические зависимости коэффициента десорбции от температу-)ы при различных плотностях орошения насадки. Сравнение полученных ¡ависимостей с графической зависимостью к ж = f (t), полученной Касталь-:ким A.A. из критериального уравнения, показало, что уравнения регрес-:ии и подобия дают весьма близкие результаты. Преимуществами многофакторных уравнений регрессии являются учет химических факторов и трогая оценка адекватности полученных моделей и возможность их непо-;редственного применения для управления процессом декарбонизации.

Полученные по уравнениям регрессии зависимости остаточного со-[ержания СОг в воде от ее температуры и щелочности в системе 'декарбонизаторы - вакуумные деаэраторы" использовались в диссертаци-шной работе, в частности, при определении области применения декарбо-шзаторов в установках с вакуумной деаэрацией.

Анализ данных графических зависимостей показывает, что при низ-сой щелочности воды (< 0,7 мг-экв/дм3) полное удаление СОг в вакуумных ^аэраторах возможно при содержании СО2 перед деаэрацией не выше 3 ir/дм3 . Поэтому в устройствах с вакуумной деаэрацией применение де-;арбонизаторов необходимо не только в случаях, отмеченных в методиче-:ких указаниях по водоподготовке, когда в процессе противонакипной об-)аботки в воде увеличивается содержание СОг (при применении мето-[ов Н-катионирования, H-Na-катионирования (параллельного и совмест-юго), подкисления). Установка декарбонизаторов также необходима при ^пользовании методов противонакипной обработки, не вызывающих из-яенения содержания СО2 (Na- катионирования, дозирования фосфона-ов), или при отсутствии противонакипной обработки, если щелочность обрабатываемой воды ниже 0,7 мг-экв/дм3, а содержание СО2 в исходной ¡оде выше 3 мг/дм3. При этом величина щелочности обрабатываемой воды юлжна приниматься за наиболее неблагоприятный период года.

Проведенный анализ области применения декарбонизаторов в схемах юдоподготовительных установок с вакуумной деаэрацией позволил размотать ряд рекомендаций по дополнению и уточнению действующих юрмативных документов по проектированию и эксплуатации установок с (акуумными деаэраторами.

Во второй главе на основе анализа результатов экспериментальных «¡следований процесса десорбции в декарбонизаторах различных типов, федставленных в работах Кастальского A.A., Комарчева И.Г., Галустова i.C., Шарапова В.И., была выполнена сравнительная оценка влияния ряда >ежимных факторов на процесс удаления СОг в декарбонизаторах. Уста-ювлено, что влияние некоторых из них обусловлено общими закономер-

ностями десорбции СО2 и проявляется одинаково во всех типах декарбо низаторов, а влияние других связано с особенностями конструкции. К чис лу универсальных факторов относятся температура и щелочность обраба тываемой воды, а также расход воздуха в насадочных или объемный коэф фициент эжекции в струйных декарбонизаторах. Установлено, что наи больший эффект удаления СОг достигается при повышении температурь воды. С возрастанием температуры уменьшается вязкость и поверхностно! натяжение воды, облегчаются условия переноса газа внутри жидкости i через поверхность раздела фаз. При повышении температуры воды на 15 20 °С остаточное содержание СОг снижается примерно в 2 раза как в наса дочных, так и в струйных аппаратах. Специфическими факторами являют ся температура воздуха и давление воды. Температура воздуха, подаваемо го в декарбонизатор, оказывает большее влияние на эффект удаления СО2 ] противоточных насадочных, чем в прямоточных струйных аппаратах Давление воды оказывает существенное влияние на десорбцию СО2 ) струйных декарбонизаторах. На эффективность удаления СО2 в струйны: декарбонизаторах большое влияние оказывает качество их изготовления i монтажа. Анализ массообменной эффективности декарбонизаторов раз личных типов показал, что наиболее высокое качество декарбонизацш достигается в вакуумно-эжекционных и насадочных декарбонизаторах.

Третья глава посвящена исследованию энергетической эффективност) декарбонизаторов. Для оценки энергетической эффективности процесс; десорбции СОг совместно с Кувшиновым О.Н. разработана методика, ос нованная на сопоставлении затрат эксергии в виде электроэнергии теплоты £^кв декарбонизаторах различных типов. Затраты эксергии в ви де электроэнергии определялись по формуле

Т?дк _т? ГЕОМ , Т?ТЕХ11 , ВЕНТ м

ьэ +ЬЭ . О

г—г еом

гдеЕэ - затраты эксергии на подъем исходной воды к месту ввода ее : декарбонизатор, кДж/м3; Еэ6*- затраты эксергии на создание дополнитель ного давления воды перед струйными декарбонизаторами, кДж/м3; f^eHT затраты эксергии на привод вентиляторов в насадочных декарбонизато pax, кДж/м3.

Результаты исследования энергетической эффективности процесс; удаления СОг в декарбонизаторах различных типов приведены в табл. 1.

Установлено, что наиболее энергетически эффективным типом декар бонизатора является насадочный декарбонизатор, затраты эксергии н; обработку 1 м3 воды в котором не превышают 700 кДж.

'аблица 1. Энергетическая эффективность декарбонизаторов различных типов

Типы декарбонизаторов Температура обрабатываемой воды, °С Избыточное давление воды, МПа Удельный расход воздуха, м3/ т Удельные затраты эксергии кДж/т

Прямоточный распылительный 35 0,18 34 850

Вакуумно-эжекционный 35 0,7 3 1250

Противоточный насадочный 35 0 40 700

Капитальные затраты на изготовление различных типов декарбониза-оров и строительно-монтажные работы приблизительно равны.

Из анализа экономичности декарбонизаторов сделаны следующие ос-ювные выводы:

Во-первых, наиболее эффективным типом декарбонизатора является [ротивоточный насадочный декарбонизатор, обеспечивающий достаточно ;ысокук> массообменную эффективность при низких эксплуатационных атратах.

Во-вторых, наиболее рациональным путем повышения массообмен-юй эффективности декарбонизаторов является повышение температуры юды, а не ее давления или расхода воздуха. При предварительном подог->еве воды большая часть затраченной эксергии теплоты остается в цикле еплоэнергетической установки, тогда как эксергия, затрачиваемая на [ривод насосов и вентиляторов, полностью теряется.

Четвертая глава посвящена разработке способов повышения массооб-1енной и энергетической эффективности установок с декарбонизаторами.

На основе анализа массообменной и энергетической эффективности формулированы основные требования к установкам с декарбонизатора-1И, определяющие следующие показатели эффективности их работы.

1. Конечное содержание СОг в воде не должно превышать 3 мг/дм3,что >беспечит эффективное удаление СОг в вакуумном деаэраторе.

2. Затраты эксергии на обработку 1 м3 воды не должны превышать 100- 700 кДж , что соответствует затратам эксергии в наиболее эффектив-юм типе декарбонизатора.

Кроме того, установки с декарбонизаторами должны быть надежны, 'добны и просты при обслуживании в процессе эксплуатации.

Анализ существующих установок с декарбонизаторами показал, чтс они зачастую не удовлетворяют указанным требованиям. Недостаткам! существующих схем включения декарбонизаторов является необходимости применения специального теплообменного оборудования для предвари тельного подогрева воды и воздуха, а также пониженная экономичное^ вследствие потерь теплоты с выпаром декарбонизаторов.

Для определения потерь с выпаром декарбонизаторов ДОвып исполь зовано выражение

^Овып ~~ Сдк С1еоз Рвоз^воз^вып_

ХнПО , (2

где (Здк - производительность декарбонизатора, т/ч; с1в03- удельный рас ход воздуха на декарбонизацию, м3/т; рвоэ- плотность воздуха, кг/м3 (Хоз' СРВДНЯЯ теплоемкость воздуха , кДж/( кг °С); { н - температура на ружного воздуха °С; {вып- температура выпара °С.

Расчеты показали, что эти потери существенны. Так , для декарбони затора производительностью 550 т/ч с расходом воздуха 25 м3/т при тем пературе обрабатываемой воды 30 °С и температуре воздуха, подаваемоп в декарбонизатор, - 20 °С потери с выпаром достигают 0,2 Гкал/ч.

Повышение экономичности декарбонизационной установки достига ется за счет снижения потерь теплоты с выпаром. Предложен способ обра ботки воды в декарбонизаторе с повторным использованием выпара дл десорбции СО г. Возможность повторного использования выпара в декар бонизаторе обеспечивается тем, что обычное содержание СОг при однора зовом пропускании воздуха через насадку не достигает величины, соответ ствующей равновесию с принятым требуемым остаточным содержание} СО2 в воде ( содержание СОг при одноразовом пропускании воздуха чере насадку соответствует его концентрации в воде 0,68 - 0,89 мг/дм3). Выпар таким содержанием СОг вполне пригоден для повторного использования качестве рабочей среды в декарбонизаторе.

Однако, при многократном использовании выпара содержание СО2 нем будет постепенно увеличиваться. Для предотвращения постепенного увеличения СОг в воздухе предполагается использовать только определен ную долю выпара, добавляя к ней атмосферный воздух.

Разработана схема с рециркуляцией выпара в декарбонизаторе (рис 1). В предложенной схеме трубопровод выпара связан перемычкой со вса сывающим патрубком вентилятора. На трубопроводе свежего воздуха : перемычке установлены регулирующие органы.

с. 1. Схема повторного использования части выпара в качестве рабочей среды в декарбонизаторе: 1 - декарбонизатор; 2 - вентилятор; 3 -калорифер; 4 - забор свежего воздуха; 5 - выпуск выпара в атмосферу; 6 - перемычка; 7 - регулирующие шибера или заслонки.

Доля повторно используемого выпара не должна превышать вели-ны, определяемой по формуле

х _ к d..,P.0,(CO2" -СОГ")Ю-3_

С О™ " - COjK + d,03p Воз(С05 - CC>2™)10~3

5 СО5 и СО""- предельная концентрация СОг в воздухе, подаваемом д насадку и концентрация СО2 в атмосферном воздухе, мг/дм3; СО""и )"- начальная и конечная концентрации СО2 в обрабатываемой воде, /дм3; К - коэффициент, учитывающий отклонение величины остаточной нцентрации от равновесной, соответствующей концентрации СОг в воз-хе, равной COJ.

Формула (3) получена теоретически путем составления материального ланса десорбции при многократной рециркуляции части выпара.

В результате экспериментальных исследований действующей уставки с рециркуляцией выпара была определена величина поправочного эффициента К. Установлено, что при температуре обрабатываемой во-[ tB = 40 °С для декарбонизатора производительностью 550 т/ч К = 0,7. )и этом доля повторно используемого выпара может составить 50 %.

Принцип повторного использования выпара в декарбонизаторе р лизуется в схеме при последовательном включении группы декарбош торов по воздуху. Расчеты показали, что требуемая эффективность десо ции СО2 (остаточная концентрация СОг в воде не более 3 мг/л) может oi печиваться при последовательном включении по воздуху не более 3-х карбонизаторов.

Эффективно подключение такой группы декарбонизаторов к ду; вому вентилятору котла (рис.2.), напора которого достаточно для прео ления сопротивления группы из 2-х или 3-х декарбонизаторов.

Рис.2. Схема с подключением группы декарбонизаторов к дутьевому Bei тилятору котла: 1 - котел; 2 - дутьевой вентилятор; 3 - забор атмо сферного воздуха для котла; 4 - декарбонизатор; 5 - калорифер; б выпар декарбонизаторов

Предложен способ декарбонизации воды с использованием в кач& рабочей среды в декарбонизаторе горячего воздуха после воздухоподо вателя котла. При этом установка значительно упрощается за счет иск чения из нее вентиляторов и калориферов декарбонизаторов.

Подача воздуха в декарбонизатор осуществляется от дутьевого Bei лятора котла. Использование в декарбонизаторе горячего воздуха с те! ратурой 250-300 °С, нагретого уходящими газами, повышает эконоь ность установки, а также способствует глубокой десорбции СОг из oi батываемой воды.

При повторном использовании части выпара в восьми декарбон торах, с расходом воздуха 40 м3/т, производительностью 550 т/ч при Tei ратуре наружного воздуха 5 °С и температуре обрабатываемой вод!

адовая экономия условного топлива может составлять около 2,5 тыс.

Полное использование теплоты выпара обеспечивается при примене-способа декарбонизации с отводом выпара во всасывающий короб ;вого вентилятора котла.

Методы декарбонизации с подключением декарбонизаторов к дутье-вентилятору котла и с отводом выпара во всасывающий короб дутье-вентилятора могут использоваться в небольших отопительных ко-шх при достаточно близком территориальном расположении декар-заторов и тягодутьевых механизмов котлов.

При невозможности применения данной схемы из-за удаленности де-онизаторов и тягодутьевых механизмов котлов, а также при отсутст-:пециальных теплообменников для подогрева воды перед декарбони-эами предварительный подогрев может быть организован контактным эбом путем подмешивания к исходной воде горячей сетевой воды, низация контактного подогрева возможна с минимальными капи-зыми затратами, так как не требует установки дополнительного теп-менного и насосного оборудования.

С помощью уравнений регрессии проведено исследование влияния на эобменную эффективность противоточных декарбонизаторов с насад-га керамических колец Рашига и вакуумных деаэраторов двух проти-ложно направленных факторов при контактном подогреве воды >1шение температуры воды и гидравлической нагрузки аппаратов). Ус-влено, что эффективность работы декарбонизаторов повышается при льзовании сетевой воды с любой температурой (рис. 3). Однако под-геание воды с температурой 140-150 °С обеспечивает максимальное гние СОг в декарбонизаторах. В системе "декарбонизатор - вакуумный эатор" контактный подогрев целесообразен лишь при использовании ой воды с температурой 100 °С и выше ( рис. 4 ). Использование для ешивания менее нагретой воды вызовет увеличение гидравлической узки вакуумных деаэраторов, что негативно скажется на их работе. :ость полученных результатов исследования влияния контактного по-гва на эффективность массообменных аппаратов характеризуется венами дисперсий воспроизводимости и адекватности применяемых лей в виде уравнений регрессии. Дисперсии воспроизводимости и аде-юсти при исследовании декарбонизаторов составляют соответственно 3 и 0,932, а при исследовании системы «декарбонизатор - вакуумный >атор»- 0,0071 и 0,0115. "

Таким образом, контактный подогрев целесообразен только при не-ой нагрузке декарбонизаторов и вакуумных деаэраторов. Границы енения контактного подогрева могут быть определены по графикам [с. 5.

контактный подогрев может успешно применяться на отопительных гьных при отсутствии или недостаточной мощности источников пара

или на ТЭЦ с небольшим расходом подпиточной воды, где приме! традиционных схем подогрева неэффективно из-за неполной нагруз! тевых подогревателей или встроенных пучков конденсаторов турбин.

Рис.3. Графики зависимости остаточного содержания диоксида углер< декарбонизированной воде от температуры исходной воды, наг{ контактным способом: 1 - гг.в. = 70 °С; 2 - ^.в. = 100 °С; 3 - =140(

Рис.4. Графики зависимости показателя рН деаэрированной воды от т пературы исходной воды, нагретой перед декарбонизаторами и аэраторами контактным способом: 1 - tr.ii. = 70 °С; 2 - 1Г.В. = 100 °С Ъ.».* 140 °С

. 5. Графики зависимости максимально допустимой нагрузки системы ;екарбонизаторы - вакуумные деаэраторы" по условию рНд.в = 8,3 от :мпературы горячего потока: 1,2, 3,4 - ^и.в = 25, 30, 35, 50 °С

Для ТЭЦ с большим расходом подпиточной воды разработан способ □подготовки с использованием циркуляционного контура электростан-(рис.б). В циркуляционной системе ТЭЦ предполагается использова-воды питьевого качества.

Декарбонизация подпиточной воды осуществляется в градирнях ба-[ного типа.

Возможность использования градирни в качестве декарбонизатора словлена большим сходством процессов обработки воды, происходя-с в них . Роль насадки в градирне выполняет оросительное устройство, )верхность охлаждения является поверхностью десорбции. Сравнитель-[ анализ технических характеристик градирен и декарбонизаторов по-1Л, что в градирнях при больших расходах воздуха и малых плотностях шения насадки обеспечиваются возможности для более эффективного пения СОг, чем в декарбонизаторах.

Более того, многократная рециркуляция воды в контуре значительно гачивает время процесса десорбции СОг из обрабатываемой воды. Пому в градирнях можно обеспечить конечную концентрацию СОг в воде ную равновесной при парциальном давлении свободного диоксида угода в атмосферном воздухе.

Рис. 6. Схема ТЭС с декарбонизацией подпиточной воды в градирня шенного типа : 1 - химводоочистка ; 2 - градирня ; 3 - конден! турбины; 4 -тепловая сеть ; 5 - турбина; 6 - вакуумный деаэратс нижний сетевой подогреватель; 8- верхний сетевой подогревав - подогреватель греющего агента деаэратора; 10 - подогрев подпиточной воды

Новый способ подготовки подпиточной воды обеспечивает су венное повышение экономичности и надежности станции.

Во-первых, за счет прироста мощности турбины вследствие угл ния вакуума в конденсаторе при подаче в него воды с пониженной т ратурой. Температура охлажденной воды определяется по формуле

Ц = tx + де'

С Ц ~ С I

с „ - в

где и - температура воды после ХВО, °С; Оа и йп - расходы циркуля ной и подпиточной воды , м3/ч; Д ^ нагрев воды в конденсаторе т ны, «С.

Формула составлена с учетом многократной циркуляции воды стоянным отводом части воды на подпитку теплосети и восполнение;* тура таким же количеством холодной водопроводной воды.

Во-вторых, повышение экономичности ТЭС обеспечивается вследст-2 прироста мощности турбины за счет повышения эффективности тепло-эедачи в конденсаторе из-за отсутствия накипных отложений в трубном же конденсатора при подаче в него умягченной водопроводной воды.

Расчеты показали, что общий прирост мощности турбины Т - 100 -130 л переходе на новую схему с Сп = 8000 т/ч в летнем режиме работы мог составлять до 2200 кВт.

Достоинством способа является отсутствие необходимости в декарбо->аторах и вентиляторах в схеме водоподготовки, что обеспечивает зна-гельное снижение капитальных и эксплуатационных затрат.

Таким образом, предложенные решения позволяют повысить эффек-(ность десорбции СОг при снижении энергетических затрат и упроще-1 схем за счет исключения из них части вспомогательного оборудования.

Заключение

Исследования, выполненные в работе, позволили получить следуто-е результаты.

1. Выполнена оценка существующих способов представления данных периментального исследования кинетики процесса десорбции СО2 в де-бонизаторах. Доказано, что уравнения регрессии, полученные методом ивного многофакторного экспериментального исследования декарбо-аторов, более полно и точно описывают кинетику десорбции СОг, чем диционно используемые однофакторные графические зависимости и внения, полученные с помощью теории размерностей и подобия.

2. Исследована область применения декарбонизаторов в водоподгото-ельных установках с вакуумными деаэраторами. Установлено, что менение декарбонизаторов в схемах с вакуумной деаэрацией необхо-[О во всех случаях, когда щелочность обрабатываемой воды поддержи-гся ниже 0,7 мг-экв/дм3, а концентрация СОг в воде превышает 3 мг/дм3. елью обеспечения требуемого качества противокоррозионной обработ-зоды разработаны рекомендации по дополнению и уточнению дейст->щих нормативных документов по проектированию и эксплуатации во-одготовительных установок. Предложено дополнить:

-ГОСТ 16860-88 на термические деаэраторы уточненными данными об ективности десорбции СОг при вакуумной деаэрации;

- методические указания по водоподготовке и воднохимическому ре-!у водогрейного оборудования и тепловых сетей рекомендациями о менении декарбонизаторов перед вакуумной деаэрацией при щелочно-воды ниже 0,7 мг-экв/дм*и содержании СОг более Змг/дм3;

- правила технической эксплуатации электрических станций и сетей и щические указания по водоподготовке и воднохимическому режиму >грейного оборудования и тепловых сетей нормативами массообмен-

ной эффективности декарбонизаторов в водоподготовительных уст; ках с вакуумной деаэрацией.

3. Выполнена оценка влияния основных параметров режима д бонизации на эффективность удаления СО2 в различных типах дек; низаторов. Установлено, что температура и щелочность воды, а т. расход воздуха являются универсальными факторами. К числу слег ческих факторов относятся давление воды и температура подаваемо декарбонизатор воздуха.

4. Выполнен сравнительный анализ массообменной эффектив! различных типов декарбонизаторов. Установлено, что в насадочш кольцами Рашига и в вакуумно-эжекционных декарбонизаторах об чивается наиболее высокое качество десорбции СОг.

5. Разработана методика определения энергетической эффектив! удаления СОг в декарбонизаторах, основанная на сопоставлении з; эксергии в виде электроэнергии и теплоты в аппаратах различного Определен наиболее экономичный тип декарбонизатора, которым явл противоточный насадочный декарбонизатор.

6. На основе анализа энергетической эффективности декарбони ров установлено, что при выборе путей повышения массообменно! фективности следует отдавать предпочтение тепловым, а не механич« методам воздействия на процесс. Эксергия механического воздей полностью теряется в декарбонизаторах, в то время, как знaчитeJ часть затраченной эксергии теплоты остается в цикле установки.

7. Сформулированы основные требования к установкам с декар! заторами, на основе которых выполнен анализ существующих схем I чения декарбонизаторов.

8. Разработан способ обработки воды в декарбонизаторе с по ным использованием выпара в качестве рабочей среды, а также спс отводом выпара на всас дутьевого вентилятора котла. Получена ф< ла для определения доли повторно используемого выпара.

9. Разработан способ включения декарбонизаторов, предусм вающий использование в декарбонизаторе горячего воздуха после е хоподогревателя котла.

10. Предложен контактный способ подогрева воды перед дек низаторами, исследовано влияние контактного подогрева на массоо ную эффективность декарбонизаторов и вакуумных деаэраторов и делена область его применения.

11. Предложен способ подготовки воды для крупных систем 1 снабжения с использованием градирен башенного типа в качестве I бонизаторов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

Ларапов В.И., Крылова М.А., Малышев A.A. Контактный подогрев тодпиточной воды в водоподготовительных установках// Электрические станции. 1994. №10. С. 25-28.

Шарапов В.И., Крылова М.А. О кинетике десорбции свободной углекислоты в декарбонизаторах// Теплоэнергетика. 1996. № 8. С. 47-49. Sharapov V.l., Krylova М.А. The Kinetics of Desorption of Free Carbon Dioxide in Decarbonizers// Thermal Engineering. 1996. № 8. P.s. 665-668. Шарапов В.И., Крылова М.А. О применении декарбонизаторов водоподготовительных установок с вакуумными деаэраторами// Электрические станции. 1997. № 3. С. 25-29.

Шарапов В. И., Крылова М.А. Пути снижения топливно-энергетических затрат на противокоррозионную обработку воды в декарбонизаторах//Энергосбережение. 1998. №1 С. 36-37 Крылова М.А. Оценка эффективности рециркуляции выпара в наса-дочных декарбонизаторах// Тезисы докл. научн.-техн. конф./ Ульяновск: УПИ. 1990. С. 16,18.

Крылова М.А., Шарапов В.И. Рециркуляция выпара в насадочных декарбонизаторах// Актуальные вопросы окружающей среды и рационального природопользования. Тезисы докл. региональной научн.-техн. конф./ Ульяновск: УПИ. 1992. С. 45,46.

Крылова М.А., Шарапов В.И. Контактный подогрев исходной воды в водоподготовительных установках систем теплоснабжения// Тезисы докл. региональной научн.-техн. конф./Ульяновск: УПИ. 1993. С. 105, 106.

Шарапов В.И., Крылова М.А. Кинетика десорбции свободного диоксида углерода в декарбонизаторах/ЛГезисы док.науч .-техн. конф./ Ульяновск: УГТУ. 1995. С. 83, 84.

Шарапов В.И., Крылова М.А. Влияние свободного диоксида углерода на интенсивность внутренней коррозии систем теплоснабжения// Тезисы докл. научн.-техн. конф./Ульяновск: УГТУ. 1996. С. 81,82. Шарапов В.И., Крылова М.А. Повышение массообменной и энергетической эффективности массообменных аппаратов водоподготовительных установок электростанций// Тепломассообмен - ММФ - 1996. III Минский международный форум. Том X часть I. Минск: АНК "Институт тепло- и массообмена им. A.B. Лыкова". 1996 .С. 170 - 172. , Шарапов В.И., Крылова М.А. Декарбонизация подпиточной воды систем теплоснабжения в градирнях тепловых электростанций// Тезисы докл. науч. -техн. конф./ Ульяновск: УГТУ. 1997. С. 9,10. . Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Крылова М.А. Анализ эффективности декарбонизаторов водоподготовительных установок// Теплоэнергетика. 1990. №9. С. 33-36.

14. Sharapov V.l., Kuvshinov O.N., Krylova M.A. Analyzing the Effic of Decarbonizers for Water - Treatment systems// Termal Enginee 1990. №9. P.S. 348 -352.

15. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Крылова M.A. Способы повьш эффективности декарбонизаторов котельных установок// Про: ленная энергетика. 1990. № 11. С. 41-44.

16. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Крылова М.А. Анализ эффектив! оборудования для противокоррозионной обработки воды на ti вых электростанциях// Повышение надежности, маневренности of дования тепловых и атомных электростанций. Тезисы докл. Ро ской научн.-техн. конф./ Санкт-Петербург: СПБГТУ. 1994. С.57,58.

17. СССР, МКИ3 F01K17/02 Установка для подготовки подпиточно ды/ В.И. Шарапов, М.А. Крылова, О.Н. Кувшинов// Открытия, бретения, 1991. № 34.

18. СССР, МКИ5 F01K17/02. Установка для подготовки подпито воды энергоустановки/ В.И. Шарапов, О.Н. Кувшинов, М.А. Кры Н.В. Татаринова// Открытия. Изобретения, 1992. № 13.

19. СССР, МКИ5 F01K17/02. Способ дегазации подпиточной воды гоустановки/ В.И. Шарапов, М.А. Крылова, О.Н. Кувшинов// От тия. Изобретения, 1992. № 18.

20. СССР, МКИ5 F01K17/02. Установка для подготовки подпиточно ды энергоустановки/ В.И. Шарапов, М.А. Крылова, О.Н. Кувшк Открытия. Изобретения, 1992. № 24.

21. СССР, МКИ5 FÓ1K17/02. Установка для подготовки подпиточно ды/ В.И. Шарапов, В.И. Шлапаков, М.А. Крылова, О.Н. Кувшр Открытия. Изобретения, 1992. № 25.

22. СССР, МКИ5 F01K17/02. Установка для подготовки подпиточно ды теплосетиI В.И. Шарапов, В.И. Шлапаков, М.А. Крылова, Кувшинов, Н.В. Татаринова// Открытия. Изобретения, 1992. № 28.

23. Патент № 2008442 CI F01K13/00 Тепловая электрическая станция; Шарапов, М.А. Крылова, О.Н. Кувшинов// Открытия. Изобрет 1994. №4.

24. Патент № 2069770 С10117/02 Способ работы системы теплосн ния/ В.И. Шарапов, М.А. Крылова, A.A. Малышев// Окрытия. 1 реггения, 1996. № 33.