автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Повышение эффективности дегазации подпиточной воды теплосети при применении вакуумных деаэраторов

На правах рукописи

КУВШИНОВ ОЛЕГ НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕГАЗАЦИИ ПОДПИТОЧНОЙ ВОДЫ ТЕПЛОСЕТИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ВАКУУМНЫХ ДЕАЭРАТОРОВ

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 Ларин Б. М.

кандидат технических наук, доцент Коваль А. А.

Ведущая организация - Всероссийский теплотехнический

научно-исследовательский институт

Защита состоится _ 1998 г. в_часов на заседании

диссертационного совета по защите кандидатских диссертаций К-063.10.01 при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу: г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, корп. Б, ауд. № 237.

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан 9 ОЦ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Мошкарин А.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Защита оборудования и трубопроводов тепловых электростанций, котельных и тепловых сетей от внутренней коррозии является одной из важнейших проблем теплоэнергетики. В настоящее время одним из основных средств противокоррозионной обработки подпи-точной воды является вакуумная деаэрация. Однако подготовка воды с применением вакуумных деаэрационных установок в большинстве случаев вызывает значительные затруднения, которые во многом объясняются недостаточной научно-технической проработкой вопросов проектирования и эксплуатации водоподготовительных установок с вакуумными деаэраторами.

К числу наиболее актуальных задач, решению которых посвящена настоящая работа, относятся обеспечение экономичности и надежности оборудования для противокоррозионной обработки подпиточной воды (вакуумных деаэраторов, декарбонизаторов и газоотводящих аппаратов), а также обеспечение противоэпидемической безопасности открытых систем теплоснабжения при деаэрации воды под вакуумом. Работа выполнялась в рамках отраслевой программы 0.08 "Надежность и экономичность систем теплоснабжения" РАО" ЕЭС России".

Целью работы является повышение эффективности работы водоподготовительных установок с вакуумными деаэраторами. Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:

- разработана методика оценки экономичности оборудования для противокоррозионной обработки подпиточной воды, основанная на выборе в качестве критерия тепловой эффективности величины удельных затрат эк-сергии Е, кДж/м3;

- выполнен сравнительный анализ противокоррозионного оборудования - декарбонизаторов, вакуумных деаэраторов и газоотводящих аппаратов;

- разработаны технические решения, направленные на обеспечение требуемого качества обработки подпиточной воды при минимальных энергетических затратах;

- определены условия применения вакуумных деаэраторов в открытых системах теплоснабжения, гарантирующие надежную противоэпидемическую обработку подпиточной воды.

Основные методы научных исследований. В работе использован эксергетический метод анализа энергетических установок, методы вычислительной математики, общей химии и физики.

Научная новизна работы заключается в следующих основных положениях:

1. Обоснована целесообразность применения эксергетического метода анализа для исследования эффективности работы теплоиспользующего оборудования водоподготовительных установок.

2. Разработана методика определения затрат эксергии, позволяющая проводить расчеты температурного режима вакуумных деаэраторов и де-карбонизаторов с учетом потенциалов соответствующих отборов пара турбин, а также исследовать влияние различных факторов на экономичность этих аппаратов.

3. Разработаны способы утилизации теплоты выпара вакуумных деаэраторов, обеспечивающие повышение эффективности работы оборудования для противокоррозионной обработки подпиточной воды.

4. Выполнено обобщите и анализ статистических данных по сани-тарно-эпидемическому состоянию открытых систем теплоснабжения ряда городов страны и определены условия применения вакуумных деаэраци-онных установок, при которых обеспечивается противоэпидемическая безопасность центрального горячего водоснабжения.

Достоверность и обоснованность научных положений, результатов и выводов обусловлены применением современного метода термодинамического анализа, сопоставимостью полученных данных расчета затрат эксергии и других известных методов, использованием в диссертации

•г>о-м/тп.тотг»о »«цлгпгкчь-рлп»ггту *ъ*у/>тт*»г»т**.#л>ттт'<»гтт ттттчг т»ллттлттллот»тг оттатлплтттл

отображающих работу противокоррозионного оборудования, и практической проверкой предложенных решений на действующих теплоэнергетических предприятиях.

Практическая ценность работы. Результаты работы используются эксплуатационными и проектными организациями:

- при выборе наиболее эффективных и надежных типов декарбониза-торов, вакуумных деаэраторов и газоотводящих аппаратов;

- для обеспечения противоэпидемической безопасности открытых систем теплоснабжения при низкотемпературной обработке подпиточной воды в вакуумных деаэраторах;

- при определении рабочей производительности струйно-барботажных вакуумных деаэраторов;

- при выборе режимов и схем включения оборудования для противокоррозионной обработки подпиточной воды в тепловые схемы ТЭЦ и котельных.

Новизна созданных технических решений подтверждена 9-ю авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Реализация результатов работы. Рекомендации по выбору декарбо-низаторов водоподготовительных установок использованы на Усть-Илимской ТЭЦ, Саратовской ТЭЦ-5, Набережночелнинской ТЭЦ, Ульяновской ТЭЦ-3. Способ утилизации теплоты выпара декарбонизаторов внедрен на Ульяновской ТЭЦ-1. Рекомендации по выбору газоотводящих

аппаратов применены на Саратовской ТЭЦ-5 и Набережночелнинской ТЭЦ. Мероприятия по обеспечению противоэпидемической безопасности открытых систем теплоснабжения внедрены на Ульяновских ТЭЦ-1, ТЭЦ-3. Кроме того, условия противоэпидемической безопасности открытых систем теплоснабжения и предложения по нормированию нагрузки струйно-барботажных вакуумных деаэраторов включены в отраслевые нормативные материалы, утвержденные центральными органами Сан-эпиднадзора и Департаментом науки и техники РАО "ЕЭС России".

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика определения эффективности оборудования для противокоррозионной обработки подпиточной воды теплосети, основанная на выборе в качестве критерия тепловой эффективности величины удельных затрат эксергии Е, кДж/м3.

2. Способы утилизации теплоты выпара вакуумных деаэраторов.

3. Условия применения вакуумных деаэраторов, обеспечивающие противоэпидемическую безопасность открытых систем теплоснабжения.

4. Предложения по нормированию нагрузки струйно-барботажных вакуумных деаэраторов.

5. Методы энергосбережения при работе газоотводящих аппаратов в переменных режимах работы вакуумных деаэраторов.

Л ПОКлт! I ОР1ТЛГ»ТГГ»Л ГГЛТТЛЧ/'ОИТт Т»Т1ЛЛЛПФОТП»ЛГ»ТТЛТГ лойптгт

гшрииицмл риииши Wik4J.iJl.ixHw ЦУ ± Г1. райи ¿и*

докладывались на: IV Всесоюзной научной конференции "Интенсификация тепло- и массообменных процессов в химической технологии (Казанский химико-технологический институт, 1989 г.), на Межвузовской научной конференции "Создание новых технологических средств для снижения энергозатрат в народном хозяйстве" (Кутаиси, 1990 г.), Всесоюзном научно-техническом совещании по проблемам вакуумной деаэрации (Сре-цазтехэнерго, Ташкент, 1991г.), Межрегиональной научно-практической конференции (Саратовский политехнический институт, 1991г.), Всероссийской научно-технической конференции "Экология и рациональное природопользование" (УлПИ, 1992 г.), VI международной школе-семинаре "Рациональное использование энергетических и материальных ресурсов: прикладной энергетический анализ" (Очаков, 1994 г.), Российской научно-технической конференции по повышению надежности и маневренности оборудования атомных и тепловых электростанций (Санкт-Петербургский государственный технический университет, 1994 г.), II Международной научно-технической конференции "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики" (Московский энергетический институт, 1995г.), научно-практической конференции "Новые методы, средства и технологии в науке, промышленности и экономике (Ульяновск, 1997 г.), 24-32-й НТК (УлГТУ, 19891998г.), на заседании научного семинара проблемной научно-

исследовательской лаборатории ТЭУ СарГТУ (Саратов, 1998 г.), па заседании научного семинара кафедр ТЭС и ХХТЭ ИГЭУ (Иваново, 1998 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, списка литературы из 144 наименований и приложения.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели исследования, защищаемое положение, дано описание структуры диссертации.

В первой главе выполнен критический обзор существующих типов декарбонизаторов, которые являются первой ступенью противокоррозионной обработки подпиточной воды теплосети, вакуумных деаэраторов, а также газоотводящих аппаратов.

Показано, что обработка воды с применением вакуумных деазрациок-ных установок в большинстве случаев вызывает значительные затруднения. Основными недостатками струйно-барботажных вакуумных деаэраторов являются не обеспечение паспортной производительности при низких температурах теплоносителей и частая повреждаемость деаэрацион-ных элементов. Нередко нарушения в работе деаэраторов связаны с неудовлетворительным отводом выпара газоотводящими аппаратами. На многих электростанциях надежность и качество вакуумной деаэрации понижены из-за недостаточной массообменной и энергетической эффективности декарбонизатороз.

В настоящее время на теплоэнергетических предприятиях применяется большое количество вакуумных деаэраторов, декарбонизаторов и газоотводящих аппаратов различных типов. Для правильного выбора этого оборудования необходима объективная оценка его массообменной эффективности и экономичности.

Выявлено, что на многих теплоэнергетических предприятиях отсутствуют технические возможности покрытия тепловых нагрузок водоподгото-вительных установок. Принятая в начальный период освоения вакуумных деаэраторов типовая схема их включения предусматривает подогрев воды во встроенных пучках конденсаторов и использование в качестве греющего агента сетевой воды из подающей магистрали. Основным недостатком этой схемы является нестабильность температурного режима: в зимнее время, при уменьшении пропусков пара в конденсаторы теплофикационных турбин недогревается исходная вода, а в летний период, при пониженной температуре воды в теплосети, недостаточна температура греющего агента для вакуумной деаэрации. В связи с этим поставлена задача по

разработке новых схем подогрева теплоносителей водоподготовительных установок, способных обеспечить требуемые температурные режимы работы аппаратов с минимальными энергетическими затратами.

В последние годы вопросы выбора способа деаэрации подпиточной воды стали активно обсуждаться специалистами в связи с необходимостью обеспечения противоэпидемической безопасности горячего водоснабжения, осуществляемого непосредственно из открытых систем теплоснабжения. Для гарантированной противоэпидемической безопасности горячего водоснабжения с помощью термической дезинфекции воды на теплоисточниках, в последнее издание СанПиН № 4723, включено требование об обязательном применении для подготовки подпиточной воды открытых систем теплоснабжения атмосферной деаэрации при температуре не менее 100 °С. Тем самым было запрещено использование вакуумных деаэраторов в открытых системах теплоснабжения.

Доказано, что выполнение требования СанПиН потребовало бы гигантских народно-хозяйственных затрат и практически неосуществимо в настоящее время. В связи с этим была сформулирована задача определения условий применения вакуумной деаэрации в открытых системах теплоснабжения.

Во второй главе приводится анализ возможностей применения вакуумных деаэраторов в открытых системах теплоснабжения.

Исследовано влияние режимов вакуумной деаэрации на стойкость патогенных микроорганизмов. Проанализированы статистические данные о санитарно-гигиеническом состоянии и представлены показатели бактериологического состояния систем теплоснабжения г. Ульяновска, Санкт-Петербурга и других городов. Определены условия обеспечения противоэпидемической безопасности открытых систем теплоснабжения. Выявлено, что полное уничтожение санитарно-показательных микробов гарантируется при выдержке воды при температуре 70 °С в течение одного часа или при температуре 60 °С в течение двух часов. Помимо температурного фактора, уничтожению многих патогенных микроорганизмов, относящихся к аэробам, способствует десорбция растворенного в воде кислорода, т. е. любая деаэрация сама по себе в значительной мере является бактерицидным процессом. На основании проведенных исследований при участии автора разработаны рекомендации по применению вакуумных деаэраторов для подготовки подпиточной воды, обеспечивающие противоэпидемическую безопасность открытых систем теплоснабжения.

Рекомендации согласованы с центральными органами государственного сакитарно-зпидемкологкческого надзора, что позволило снять запрет на применение вакуумных деаэраторов для обработки подпиточной воды открытых систем теплоснабжения, установленный правилами СанПиН № 4723-88.

Третья глава посвящена исследованию массообменной эффективности и экономичности вакуумных деаэраторов различных типов.

Установлено, что удовлетворительной массообменной эффективностью обладают только серийные струйно-барботажные вакуумные деаэраторы и модифицированные модели этих аппаратов.

Проведен анализ методов оценки экономичности тепловых схем ТЭС. Показано, что применение существующих методов для анализа экономичности отдельных аппаратов является в большинстве случаев сложной, а порой и неразрешимой задачей. В связи с этим автором разработана методика, основанная на эксергетическом методе анализа, позволяющая исследовать экономичность аппаратов независимо от места и схемы их установки. Методика включает в себя:

- выбор в качестве критерия тепловой эффективности процессов и аппаратов водоподготовительных установок величины удельных затрат эк-сергии, рассчитанных для 1 т обрабатываемой воды;

- разработку алгоритма и расчетных формул для определения затрат эксергии на работу оборудования для противокоррозионной обработки подпиточной воды;

- построение номограммы для определения удельных затрат эксергии на подогрев теплоносителей водоподготовительных установок.

Выражение для расчета удельных затрат экссргнн на вакуумную деаэрационную установку можно записать в следующем виде:

Е Еэ * Ет Егоа " (1)

где Еэ - расход электроэнергии на транспорт теплоносителей и на создание повышенного давления перед соплами прямоточных распылительных деаэраторов; Ет - затраты эксергии в виде теплоты; Егоа - затраты эксергии на отвод выпара в пересчете на 1 м3 обрабатываемой воды; дЕда - приращение эксергии деаэрированной воды.

Величина Ег включает в себя затраты эксергии на подогрев исходной воды и греющего агента паром соответствующего отбора турбины и определяется при помощи номограммы, представленной на рис. 1. В данном случае принято, что подогрев осуществляется в основном отборным паром турбины Т-100-130 по наиболее экономичным схемам. Подогрев воды от 120 до 150 °С производится паром с давлением 1,3 МПа из общестанционного коллектора. Температура окружающей среды соответствует средней температуре исходной подпиточной воды до подогрева и составляет 10 °С.

В результате анализа установлено, что наиболее экономичными являются вакуумные деаэраторы горизонтального типа конструкции ЦКТИ-СЗЭМ.

е,

МДж/м3 160

150 140

130 120

110 100

90

80 70 60

50

40

30

20

10 0

100

200

300

400

500

600 О,

МДж/м3

Рис. 1. Номограмма для определена? удельных затрат эксергии на подогрев теплоносителей вакуумных деаэраторов в турбоуста-новке Т-100-130 (С? = 120 МДж/м3) при давлении греющею пара:

0-1 - Рконд = 0,0008 МПа; 1-2 - рнсп = 0,05 МПа; 2-3 - р„сп= 0,07 МПа; 3-4 -р,.сп = 0,09 МПа; 4-5 - рЛИ1 = 0,1 МПа; 5-6 - рвст = 0,12 МПа; 6-7 - р„м = 0,2 МПа; 7-8 - рго=1,3 МПа

Вакуумные деаэрапионные установки предназначены для эксплуатации в широком диапазоне изменения абсолютного рабочего давления 0,015 -0,08 МПа, что соответствует интервалу изменения температуры деаэрированной воды 54 - 94 °С. При понижении температуры воды растворимость газов в воде растет, а коэффициенты массоотдачи в жидкой фазе при прочих равных условиях существенно уменьшаются. Следовательно, и достигаемая при этих условиях максимальная нагрузка деаэратора, при которой обеспечивается нормативное качество деаэрации, должна уменьшаться. По этой причине выбранные по номинальной производительности

вакуумные деаэраторы зачастую не обеспечивают требуемую эффективность деаэрации при нагрузках, близких к номинальным. В связи с этим для практики проектирования и эксплуатации, вакуумных деаэрационных установок весьма актуальны вопросы о том, какую производительность следует считать расчетной (рабочей) при выборе вакуумных деаэраторов для проектируемых установок, а также какие меры необходимо принимать в случаях не обеспечения проектной нагрузки деаэраторами, установленными на действующих теплоэнергетических предприятиях. Из построенных по экспериментальным данным математических моделей струйно-барботажных вакуумных деаэраторов получены выражения для ориентировочной оценки нагрузки деаэраторов, при которой обеспечивается качество деаэрации в соответствии с ПТЭ. Ниже приведены две формулы для определения нагрузки Оив, т/ч, наиболее распространенных на ТЭЦ деаэраторов ДВ-800. Остаточгное содержание кислорода 50 мкг/дм3 достигается в них при нагрузке

С„а=600+[ 162,811Ш+120^,-6, а(0 Д9би+0,48{га-62,2)-16222]/ [0,010,-/0,185^3+0,1 ^ 19,48)^,0044^-0,9^-0,48^+82,2], (2)

где 1га - температура исходной воды и греющего агента, °С; Сга - расход греющего агента, т/ч.

Отсутствие свободной углекислоты, соответствующее величине показателя рН деаэрированной воды 8,3, обеспечивается при нагрузке деаэратора

Ои0=6ОО+[5бгга-14666Щяв+Ога(О,2121га-21,2)+1кв(166,6-3,Нга)+

+12394]/[1ив(0>92Щиз-0,5)-44,4Щив-0,81га+31,44], (3)

где Щиа - щелочность исходной воды.

С помощью выражений (2) и (3) для аппаратов ДВ-800 или полученных аналогичным образом формул для других типов вакуумных деаэраторов можно прогнозировать их рабочую производительность, исходя из предполагаемого режима работы проектируемой установки, или оценить их достижимую нагрузку по реально возможным параметрам режима действующей установки. Выявлено, что существуют большие возможности снижения энергозатрат в переменных режимах работы вакуумных деаэрационных установок. В частности, при снижении нагрузки деаэратора ДВ-800 до 70 % номинальной более чем в два раза уменьшаются удельные энергетические затраты на деаэрацию (рис. 2).

Е. Мдж/м3

Рис. 2. Зависимости удельных затрат эксергии на деаэрацию воды в аппарате горизонтального типа ДВ-800 от нагрузки:

1-Сга=125т/ч,1Х11,= 30°С;

2-1га=90°С,гмм=30°С

0,75 0,8 0,85 0.9 0

В целях повышения экономичности, а также гарантированного обеспечения качества деаэрации предложено ограничить нагрузку серийных образцов вакуумных деаэраторов. Для деаэраторов горизонтального типа минимальный запас по производительности составляет 30 %, рекомендуемый - 50 %. Для установок вертикального типа соответственно - 50 и 100%.

Результаты исследований использованы в отраслевых рекомендациях по выбору схем теплофикационных установок с вакуумными деаэраторами.

В процессе анализа экономичности вакуумных деаэрационных установок, выявлено, что на экономичность применения вакуумных деаэраторов на тепловых электростанциях нередко решающее влияние оказывает не тип деаэратора, а схема его включения в паротурбинную установку. Чем ниже потенциал пара, расходуемого на подогрев теплоносителей деаэратора, тем полнее могут быть реализованы преимущества вакуумной деаэрации. Для более глубокого использования теплоты отработавшего пара турбины предложено применение химически очищенной воды в циркуляционном контуре станции. Такое решение обеспечивает увеличение мощности турбины за счет снижения температуры охлаждающей воды, отсутствие накипеобразования в трубной системе конденсатора. При этом сокращаются затраты на водоподготозительную установку за счет исключения из схемы декарбонизаторов, функцию которых выполняет градирня.

В четвертой главе рассматриваются вопросы выбора газоотводящих устройств вакуумных деаэраторов с точки зрения надежности и экономичности их работы.

В качестве газоотводящих аппаратов вакуумных деаэраторов применяются водоструйные или пароструйные эжекторы, а также механические вакуумные насосы. Выявлено, что наибольшей надежностью обладают водоструйные эжекторы.

Разноречивость различных авторов в оценке экономичности газоотво-дящих аппаратов послужила поводом для исследования их энергетической эффективности. Выражение для расчета затрат эксергии на работу пароструйного эжектора Еп.„ кДж можно записать в виде:

Е[]Э Г*'ф.Г| Ьт.вып Еэ.тр. - ДБг^о]

(4)

где Е1р.Г1 - затраты эксергии рабочего пара; Е„ вьш - эксергия инжектируемого выпара деаэратора; Е э.тр. - затраты эксергии на транспорт охлаждающей воды; ДЕТ.,» - приращение эксергии охлаждающей воды.

Затраты эксергии па работу механического вакуумного насоса Е^н, кДж определяются по формуле:

-ОЛр.

Еэ.тр. Е-

э.тр. 1 ^т.выт

(5)

где Еэ.пр. - затраты эксергии на привод насоса, кДж. При применении водоструйного эжектора затраты эксергии на его работу составляют:

Еаз Еэ.рв. + Ет.вып " Д Ет.

рв>

(6)

Где А^з.рз,- затра>ы элекцюзкергии ка лодачу ¡»¿шичей воды в эжектор, кдж; ДЕт.рв - приращение эксергии рабочей воды, кДж.

На рис. 3. представлены диаграммы затрат эксергии на работу газоот-водящих аппаратов различных типов. Е, кВт/кг

12

9

б

3 О

1

Е, кВт/кг

4

3 О

3

а) б)

Рис. 3. Результаты расчета удельных затрат эксергии (на 1 кг удаляемого газа) в газоотводящих аппаратах различных типов при давлении Рн = 12 кПа в деаэраторе ДВ-800: а - без учета величины Д Етоп; б - с учетом величины Д Е,0".

1 - пароструйный эжектор ЭП-3-25/75 (1шт.); 2 - водоструйный эжектор ЭВ-340 при Ррв = 0,5 МПа (2 шт.); 3 - то же при Ррв= 0,35 МПа; 4 - вакуумный насос ВВН-12 (2 шт.)

Результаты расчетов показывают, что наиболее экономичными являются механические вакуумные насосы, а затраты на пароструйные и водоструйные эжекторы близки по величине (рис. 3 а). Однако полученные результаты не учитывают влияния работы газоотводящих аппаратов на последующие энергетические затраты в цикле водоподготовительной установки. С учетом этих затрат показатели энергетической эффективности характеризуются диаграммой на рис. 3 б. Наиболее экономичным типом газоотводящих аппаратов являются, таким образом, водоструйные эжекторы, обладающие, кроме того, более высокой надежностью.

Исследована работа газоотводящих устройств в переменных режимах эксплуатации вакуумных деаэраторов. Определены минимальные параметры газоотводящего оборудования деаэраторов при различных значени- | | ях рабочего давления в вакуумных деаэраторах. Для водоструйных эжек- |; торов построена зависимость мощности насоса от соответствующего дав- ! 1 ления в деаэрационной установке. Установлено, что в переменных режи- ;: мах работы вакуумных деаэраторов существуют возможности значительного снижения энергетических затрат на газоотводящие аппараты. Так, для условий работы Набережночелнинской ТЭЦ, годовая экономия топлива от регулирования мощности газоотводящих устройств на водоподготовительной установке производительностью свыше 6000 т/ч может достигать 2300 т.у.т.

В процессе расчета экономичности вакуумных деаэраторов выявлено, что большая часть теплоты выпара этих аппаратов безвозвратно теряется. Разработан ряд схем включения водоструйных эжекторов, позволяющих полезно использовать эту теплоту в цикле подготовки подпиточной воды теплосети. Достоинством новых схем, кроме того, является повышение экономичности эжекторов за счет подключения их по рабочей среде к трубопроводам исходной или декарбонизированной воды.

Пятая глава посвящена исследованию работы первой ступени противокоррозионной обработки подпиточной воды - декарбонизации.

В процессе декарбонизации затрачивается определенное количество тепловой и электрической энергии. Электрическая энергия расходуется на подъем исходной воды к месту ввода ее в декарбонизатор (как правило, верхняя отметка декарбонизаторов любого типа, установленных на баках-аккумуляторах декарбонизированной воды составляет 15-20 м), на создание технологически необходимого давления ртех„ перед прямоточными декарбонизаторами и на подачу воздуха вентиляторами в насадочные де-карбонизаторы. Тепловая энергия (Здк, кДж, затрачивается на подогрев воздуха перед декарбонизаторами или при отсутствии подогрева воздуха на дополнительный подогрев воды для компенсации ее охлаждения в де-

карбонизаторах. Часть расходуемого тепла теряется с отработавшим воздухом, покидающим декарбонизаторы.

Эксергетическую эффективность рассматриваемого процесса предложено определять по общему количеству расходуемой энергии в расчете на 1 м3 обрабатываемой воды. При этом все составляющие энергии определяются в качественно одинаковых единицах измерения, т. е. в единицах эксергии:

Еда Е, + Ег,

(7)

где Еэ - затраты эксергии на декарбонизацию в виде электроэнергии, кДж; Ет - затраты эксергии в виде тепла, кДж. Расход эксергии Еэ определяется как

Еэ Ен

м.+ Еиасхехн + ЕВ(

(8)

где Енас геом. - затраты эксергии на подъем исходной воды к месту ее ввода в декапбонизатоо: Е, тс.тея. ~ затраты эксергии на создание Р^хи* - затраты эксергии на привод вентилятора. В зависимости от типа декарбонизатора одна из двух последних составляющих исключается из формулы (8).

Результаты расчета затрат зксергки прсдст&влспь* в виде графиков на рис. 4, 5.

Е , к Д ж /м 3

700

500

300

4

3

! 1 \_

и,

20

30

40

50

Рис. 4. Зависимости расхода эксергии на обработку 1 м3 воды в на-садочном декарбонизаторе от температуры исходной воды: 1 - Пвоз== 20 м3/м3, греющий агент (га) для подогрева воздуха или исходной воды - обратная сетевая вода; 2 - ПБ03 =■ 20 м3/м3, га - пар 0,12 МПа; 3 -Овся=40м/м, га-обратная сетевая вода; 4-Овш = 40 м V, га - пар 0,12 МПа

Е Я к , к Д ж /м 3

1500

1250

1000

750

500

3 1 У

> //у

г / /

Р техн,

М П а

0,1 0,4

0,7

1 ,0

Рис. 5. Зависимости расхода эксерпш на обработку 1 м воды в прямоточных декарбонизаторах от давления рабочей воды: 1 - в вакуумно-эжекционном декарбошпаторе при ^в - 35 °С и га - паре с Ртгхя = 0,12 МПа; 2,3 - в прямоточном распылительном декарбонизаторе при ида, соответственно, >.г/м" и м /м"

Из сравнения графических зависимостей следует, что наибольшей экономичностью обладают насадочные декарбонизаторы.

Для насадочных аппаратов, определены потери теплоты с выпаром и предложен ряд схем, позволяющих снизить энергетические затраты на работу декарбонизаторов этого типа.

Заключение

1. Обработан статистический материал по бактериологическим показателям сетевой воды ряда городов страны с открытыми системами теплоснабжения. Исследовано влияние режимов и схем вакуумной деаэрации на стойкость патогенных микроорганизмов в подпиточной воде. Определены технические условия по применению вакуумных деаэраторов для обработки подпиточной воды, позволившие снять запрет на применение этих аппаратов в открытых системах теплоснабжения.

2. Разработана методика оценки энергетической эффективности, основанная на применении в качестве критерия экономической эффективности процессов и аппаратов водоподготовительных установок величины удельных затрат эксергии.

3. Оценена массообменная эффективность основных типов вакуумных деаэраторов. Установлено, что наибольшей массообменной эффек-

тишюстыо и экономичностью обладают струйно-барботажные вакуумные деаэраторы горизонтального типа конструкции ЦКТИ. Разработаны расчетные формулы дня определения рабочей производительности вакуумных деаэраторов горизонтального типа, при которой обеспечивается надежная деаэрация воды при минимальных энергетических затратах. Материалы по выбору производительности вакуумных деаэраторов включены в отраслевые рекомендации по выбору схем теплофикационных установок с вакуумными деаэраторами.

4. Установлено, что среди газоотводящих аппаратов ВДУ, наибольшей надежностью и экономичностью обладают водоструйные эжекторы.

15 т тпггпгтгт пЛ'»«/Л^г/,г1Л1^гм ^гти^'аноя »->п-гч^п-г ттп глп/чли*

водящих аппаратов в условиях переменных режимов работы вакуумных деаэраторов. Разработаны способы утилизации теплоты выпара вакуумных деаэраторов, которые предполагают включение водоструйных эжекторов по разомкнутой схеме.

5. Анализ работы декарбонизаторов, выполненный с учетом данных об их массообменной эффективности и экономичности, позволил установить, что наиболее эффективными типами декарбонизаторов являются на-садочные декарбонизаторы с насадкой из колец Рашига. Выявлено, что на экономичность декарбонизаторов существенное влияние оказывают затраты ТеПЛОТЫ На НаГрьБ БОЗДуХа И БОСПОЛНСНйс ПОТсрЬ 7£Т5лО»ТЫ С ВыПа-ром.

6. Разработана тепловая схема ТЭЦ, обеспечивающая наиболее полное использование теплоты отработавшего пара турбин для нужд водо-подготовительных установок. Повышение экономичности достигается за счет работы циркуляционной системы ТЭЦ на химически очищенной воде и исключения из схемы водоподготовительной установки декарбонизаторов с вентиляторами.

7. Проведенный в диссертации анализ водоподготовительных установок с вакуумными деаэраторами и разработанные технические решения позволяют осуществить правильный выбор оборудования противокоррозионной обработки, обеспечить экологическую безопасность открытых систем теплоснабжения, повысить массообменную и энергетическую эффективность отдельных аппаратов водоподготовительных установок и ТЭЦ в целом.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Анализ эффективности вакуумных деаэраторов теплоэнергетических водоподготовительных установок //Теплоэнергетика, 1997, № 11, с. 51-55.

2. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Татаринова Н.В. Газоотводящие аппараты вакуумных деаэрационных установок ТЭЦ// Электрические сташши, 1993, № 1, с. 28-33.

3. Временные рекомендации по применению вакуумных деаэраторов в схемах подготовки подпиточной воды для открытых систем теплоснабжения/ Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Белотелое С.П., Сухачева А.В., Ставский И.В., Варлашина И.В.// Справочно-информационные материалы по применению вакуумных деаэраторов для обработки подпиточной воды систем централизованного теплоснабжения. М.: СПО ОРГРЭС, 1997, с. 5.

4. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Рекомендации по выбору схем теплофикационных установок с вакуумными деаэраторами /УСправочно-информационные материалы по применению вакуумных деаэраторов для обработки подпиточной воды систем централизованного теплоснабжения. М.: СПО ОРГРЭС, 1997, с. 5-19.

5. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Экологическая безопасность систем теплоснабжения при применении вакуумных деаэраторов подпиточной воды// Электрические станции, 1997, № 2, с. 16-21.

6. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Повышение эффективности десорбции

диоксида углерода в декарбонизаторах котельных установок/ Тезисы докл. IV Всесоюзной конф.// КХТИ - Казань, 1989, с. 55-56.

7. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Крылова М.А. Анализ эффективно-

сти декарбонизаторов водоподготовительных установок// Теплоэнергетика, 1990, № 9, с. 33-36.

8. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Крылова М.А. Способы повышения эффективности декарбонизаторов котельных установок//' Промышленная энергетика, 1990, jY° 12, с. 41-44.

9. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Новые решения по повышению энергетической эффективности декарбонизаторов теплоэнергетических установок/ Тезисы докл. Межвузовской конф.// Кутаиси, 1990, с. 19.

10. Sharapov V.L, Kuvshinov O.N,, Krylova М.А. Analyzing the Efficiency of Dekarbonizers for WaterTreatment Systems// Thermal Engineering, 1990, №9, s. 33-36.

11. Шарапов В.И., Кувшинов O.H., Прокудина Т.Н. Способ подготовки подпиточной воды для открытых систем теплоснабжения/ Тезисы

докл. Всероссийской научн.- техн. конф.// УлГТУ - Ульяновск, 1992, с. 44-45.

12. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Прокудина Т.Н. Экологические характеристики открытых систем теплоснабжения/ Тезисы докл. Всероссийской научн.- техн. конф.// УлГТУ - Ульяновск, 1992, с. 45-46.

13. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Кряжев H.A. Новая схема производственно-отопительной котельной/ Тезисы докл. Всероссийской науч.-техн. конф.// УлГТУ - Ульяновск, 1992, с. 56-57.

14. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Крылова М.А. Анализ эффективности оборудования для противокоррозионной обработки воды на тепловых электростанциях/' Тезисы докл. Российской научи.-техн. конф./У Санкт-Петербург, 1994, с. 38.

15. Вакуумная деаэрация подпиточной воды. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Прокудина Т.Н., и др. Водоснабжение и санитарная техника, 1995, № 3, с. 11-13.

16. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Методы энергосбережения в водо-подготовительных установках систем теплоснабжения/ Тезисы докл. II Международной паучн-техн. конф.//МЭИ - Москва, 1995, с. 153-155.

17. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Экологическая безопасность открытых систем теплоснабжения с вакуумными деаэраторами подпиточной воды'" Тезисы докл. П Международной научи.- техн. конф.// МЭИ-1995, с. 247-249.

18. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Эксергетический анализ эффективности аппаратов водоподготовительных установок/ Тезисы докл. XXIX научн.-техн. конф.// УлГТУ - Ульяновск, 1995, с. 85-86.

19. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Пути снижения энергетических затрат на подготовку подпиточной воды теплосети//Энергетик, 1997, №11, с. 34-35.

20. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. О производительности вакуумных деаэраторов/ Тезисы докл. XXXI научн,- техн. конф.// УлГТУ - Ульяновск, 1997, с. 8-9.

21. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Пазушкин П.Б. Работа газоотводя-щих аппаратов вакуумных деаэрационных установок в переменных режимах/ Тезисы докл. Международной научн.-техн. конф.// Ульяновск, 1997, с. 62.

22. Sharapov V.l., Kuvshinov O.N. Analysis of vakuum deaerators efficiency //Thermal Engineering, 1997, № 11, s. 51-55.

23. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. О рабочей производительности вакуумных деаэраторов// Электрические станции, 1998, № 3, с. 21-24.

24. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н. Экономия затрат топлива на работу газоотводящих аппаратов в переменных режимах вакуумных деаэрационных установок // Вестник УлГТУ, 1998, № 2, с. 12-15.

25. А. с. № 1677350 (СССР) F01k17/02. Установка для подготовки подпи-точной воды/ В.И. Шарапов, М.А. Крылова, О.Н. Кувшинов// Открытия. Изобретения, 1991, № 34.

26. А. с. № 1724587 (СССР) F01 к 17/02. Установка для подготовки под-питочной воды энергоустановки /В.И. Шарапов, О.Н. Кувшинов, М.А. Крылова, Н.В. Татаринова// Открытия. Изобретения, 1992, № 13.

27. А. с. № 1733387 (СССР) F01k17/02. Способ дегазации подпиточной воды энергоустановки/ В.И. Шарапов, М.А. Крылова, О.Н. Кувшинов// Открытия. Изобретения, 1992, № 18.

28. А. с. № 1744278 (СССР) F01k17/02. Установка для подготовки подпи-

Т,/Л*ТТТЛ\Т* ТЭГЧТТТТ 1Т1ЛПГЛТГРТ01ТППТЛТ1/ Q Т/Т ТТТопоплп О U ТУч ттттт/ттглп Л А А

Ж V» UlVJIi syiiV|yi \JJ VlUiiVUlUl/ 1^.11. W.ll. AVj ишмпии, A»A./ "V.

Крылова// Открытия. Изобретения, 1992, № 24.

29. А. с. № 1745987 (СССР) F01 к 17/02. Установка для подготовки подпиточной воды/ В.И. Шарапов, В.И. Шлапаков, О.Н. Кувшинов, М.А. Крылова, Н.В. Татаринова// Открытия. Изобретения, 1992, № 25.

30. А. с. № 1751168 (СССР) F01 к 17/02. Установка для подготовки подпиточной воды теплосети/ В.И. Шарапов, В.И. Шлапаков, О.Н. Кувшинов, М,А. Крылова, Н.В. Татаринова// Открытия. Изобретения, 1992, №28.

31. Патент № 1787197 F01k13/00. Промышленно-отопительная котель-

---/ Г» ТТ Г I Т -----тт А ------ /"Л 11 Т Г_____...____/ ! Г\___________ 11^__

нам/ о.и. ixidpciiiim, п./л. (\|)ижсн, ил, iyy «ШИний// >_шфЫ1пя. зиирс-

тения, 1993, № 1.

32. Патент № 2008442 F01k13/00. Тепловая электрическая станция/ В.И. Шарапов, О.Н. Кувшинов, М.А. Крылова// Открытия. Изоб ретения, 1994, № 4.

33. Патент № 2088842 F01k13/00. Установка для подготовки подпиточной воды/ В.И. Шарапов, О.Н. Кувшинов// Открытия. Изобретения, 1997, № 24.