Эта же статья есть в Word
При первом чтении статьи желательно предварительно ознакомиться с содержанием и обозначениями в статье "Обозначения" данного раздела.
Итак, устройство типичного котлоагрегата. Котел однобарабанный, с естественной циркуляцией и давлением пара в барабане котла Рб более 90 кгс/см2. Котел имеет две ступени испарения мощностью: 1-я nI=~90% и 2-я nII=~10% от паровой нагрузки котла Dк. В первую ступень испарения входят барабан котла с опускными и подъемными трубами, во вторую - два выносных циклона тоже со своими циркуляционными контурами. Питательная вода подается в барабан котла - частично в его водяной объем, а частично на паропромывочный лист. Котловая вода опускается по опускным трубам, а пароводяная смесь подымается по экранным (подъемным) трубам, которыми экранируется топка котла. Пароводяная смесь чистого отсека сепарируется во внутрибарабанных циклонах, откуда пар поступает под промывочный лист, где дополнительно очищается от влаги и примесей, и затем промытый насыщенный пар поступает в пароперегреватель и далее на турбину.
Качество непромытого пара чистого отсека характеризуется коэффициентом уноса примеси из котловой воды в пар:
CIпдп=КIун*CIкв
где CIпдп - концентрация примеси в паре до промывки, КIун - коэффициент уноса, CIкв - концентрация примеси в котловой воде чистого отсека.
Качество промытого пара чистого отсека характеризуется коэффициентом промывки примеси на промывочном листе:
CIп=Кпр*CIпдп
или, с учетом предыдущего уравнения:
CIп=КIун*Кпр*CIкв
Часть котловой воды из барабана поступает не в опускные трубы, а в выносные циклоны за счет разности уровней воды в барабане и циклонах. Пароводяная смесь из экранных труб контура выносных циклонов сепарируется в этих циклонах, из которых пар поступает в барабан котла под промывочный лист и далее проделывает описанный выше путь.
Качество промытого пара солевого отсека (циклонов) характеризуется уравнением, аналогичным уравнению для пара ч.о.:
CIIп=КIIун*Кпр*CIIкв
Пар, выдаваемый котлом, отвечает средневзвешенному пару чистого и солевого отсеков:
Cп=(nI*CIп+nII*CIIп)/Dк
Часть котловой воды из опускных труб выносных циклонов выводится на непрерывную продувку.
Все примеси питательной воды, поступающей в котел, выводятся из котла с паром и непрерывной продувкой. При этом в котловой воде концентрируются малолетучие примеси - прежде всего, соли натрия, затем кремнекислота, затем железо, - а газообразные примеси - кислород, аммиак и углекислота (в т.ч. и ее соли) - практически не обнаруживаются в котловой воде.
В целом, баланс поступления и вывода примесей в котле в рамках данного рассмотрения описывается уравнением:
Gпв*Cпв=Dк*Сп+y*Cy
или
(Dк+y)*Cпв=Dк*Сп+y*Cy
где Gпв=(Dк+y) - расход питательной воды на котел, Cпв - концентрация примеси в питательной воде, y - расход воды на непрерывную продувку, Cy=CIIкв - концентрация примеси в продувочной воде.
Кроме непрерывной продувки, производится и периодическая продувка котла из его нижних коллекторов (которые связывают опускные и подъемные трубы), предназначенная для вывода шламовых форм примесей (в основном железа).
Соли натрия, поступающие в котел, выводятся практически только с непрерывной продувкой. Поэтому солесодержание питательной воды на ее расход равно солесодержанию продувочной воды (котловой воды циклонов) на расход этой воды. По этому упрощенному балансу солесодержания в питательной и в продувочной воде зачастую и рассчитывают размер непрерывной продувки. Однако для точного расчета надо концентрации считать в г-молях и вычитать из правой части баланса (вывод солей с непрерывной продувкой) солесодержание, обусловленное дозированием фосфатов. Кроме того, если солесодержание определяется по электропроводности, то лучше оперировать с оттитрованными пробами, потому что щелочность вносит в этот показатель неэквивалентный вклад (подвижность OH- и H+ ионов в несколько раз больше подвижностей других ионов).
С точки зрения расчета баланса, концентрацией солей натрия в паре можно пренебречь. Однако с точки зрения солевого заноса турбин этой концентрацией уже нельзя пренебрегать. По ПТЭ регламентируется, прежде всего, содержание натрия и кремнекислоты в парах. По этим предельно допустимым по ПТЭ показателям содержания натрия и кремнекислоты в паре рассчитывается (другими словами нормируется) солесодержание и кремнесодержание котловой воды. Основной вклад в соле- и кремнесодержание пара (порядка 70%) обусловлен котловой водой чистого отсека и зачастую ограничиваются нормированием только этой воды. Расчет предельно допустимого содержания ведется по известным (заранее определенным или заданным) коэффициентам уноса и промывки.
Для натрия при Рб до 110 кгс/см2 коэффициент его уноса практически определяется механическим выносом капель котловой воды в пар. При нормальной работе внутрибарабанных циклонов этот вынос составляет лишь сотые доли процента. На промывочном листе, если он без дефектов, происходит дополнительная очистка пара от влаги (примерно, в два или более раза).
По кремневке ситуация несколько иная. Если при расчете выноса натрия часто пренебрегаем его молекулярным выносом, то для кремнекислоты, напротив, пренебрегаем капельным выносом и учитываем только молекулярный вынос. Последний существенно зависит от давления пара в барабане и от рH котловой воды (в книгах это можно посмотреть). Но на практике более устойчивые зависимости получаются не от рH и даже не от гидратной щелочности (все это не очень надежные показатели, в особенности рH), а от общей щелочности котловых вод. Пар до промывки также проходит дополнительную очистку на промывочном листе по кремнекислоте - тоже примерно в два или более раза.
Если обратиться к "святцам", то здесь можно насчитать чушь. Обычно утверждается, что пар после промывки по кремнекислоте соответствует молекулярному (то бишь, равновесному) коэффициенту выноса кремнекислоты в пар из промывочной воды. Однако для однобарабанного котла, с которым мы имеем дело, бал правит не равновесие, а кинетика перехода кремнекислоты из непромытого пара в воду на промывочном листе. Поэтому кпд промывочного листа в первом приближении остается постоянным и качество промытого пара по его кремнесодержанию определяется не кремнесодержанием воды на промывочном листе, а кремнесодержанием котловых вод и, прежде всего, кремнесодержанием котловой воды чистого отсека. В существенной мере подобные утверждения справедливы и применительно к промывке пара от других примесей. Практически или в пределах обычного это так. Но если ситуация чрезвычайная - качество пара до промывки вдруг ухудшилось в десятки раз, - то в таком случае и кпд промывочного устройства возрастет в несколько раз. Поэтому промывочный лист мало полезен при очень хорошем качестве пара до промывки, но он и его исправность важны как элемент, обеспечивающий надежную работу котла.
Однако вернемся к обычной ситуации. На практике вынос кремнекислоты из котловых воды в пар до промывки может быть раза в два больше, чем по стендовым и теоретически рассчитанным данным. Но после промывки пар тоже улучшается примерно в два раза и итоговый коэффициент выноса можно уже сравнивать с теми данными, что приводятся в литературе (по лучевым диаграммам и т.п.).
Итак, пар нормируется по ПТЭ, а по коэффициентам выноса рассчитывается предельно допустимое качество котловых вод. Зная эти занормированные концентрации, можно посчитать соответствующее количество примеси, выводимой из котла с паром и непрерывной продувкой, и отсюда по балансу определить предельно допустимое качество питательной воды.
При проектировании приходится обходиться теоретическими расчетами, а при эксплуатации все это уточняется по результатам теплохимических испытаний. Если по результатам этих испытаний удалось получить зависимости вида
СIкв_доп=f1(Cп_доп,y)
Спв_доп=f2(Cп_доп,y)
где Сп_доп, СIкв_доп, Спв_доп - предельно допустимые содержания примесей в паре, котловой воде чистого отсека и в питательной воде, и по ним рассчитать и построить соответствующие графические зависимости, то основная задача теплохимических испытаний выполнена.
Кроме солей натрия и кремнекислоты, в котел поступают соединения железа и меди. Порядка 70% соединений железа переходят в пар и осаждаются в котле. Поэтому роль непрерывной продувки в отношении этих соединений малосущественна (не стоит спасать котел от соединений железа большой продувкой). Впрочем, при пусках и в пусковые периоды это можно делать (а также чаще делать периодическую продувку). В отношении соединений меди ситуация подобна. Во всяком случае с медью тоже надо бороться не продувкой, а мерами против коррозии пароводяного тракта котла.
Все это, конечно, лишь в общем. Но если к этому научиться считать все балансы поступления-удаления примесей в котле, а еще плюс к этому для всей ТЭС, то может получиться и "высший пилотаж".
Проще всего к этой стратегической цели можно приблизиться с помощью компьютерных моделей.
Сначала нарисуем принципиальную схему рассматриваемого котла:
Для чего нам нужны эти схемы? Для того, чтобы внимательно пройтись по всем этим узлам, контурам, цепочкам и составить большую кучу разных уравнений. А для чего нам нужны уравнения? Для того, что уравнения можно преобразовать в нужные нам формулы. А формулы это уже то, что можно завести на компьютер и с их помощью что-то посчитать.
Чтобы получить нужные формулы, надо сначала поставить цели, которым должны отвечать наши формулы. Цели эти во многих случаях обычно уже известны. Например, на котле мы должны обеспечить требуемое качество пара в зависимости от размера непрерывной продувки и от качества питательной воды или котловых вод. В математическом плане это означает, что мы должны получить формулы зависимости качества пара от названных выше факторов.
То есть, применительно к приведенной схеме, формулы вида:
Cп=f1(Cпв,y) и Cп=f2(CIкв,y)
- это и есть изображение цели в формальном виде (обозначения здесь те же, что и при описании схемы/модели котла). Иначе говоря, в куче располагаемых нами уравнений надо так убрать лишние переменные, чтобы в конечном уравнении остались в одном случае только переменные Cп, Cпв и y, а в другом - только Cп, CIкв и y).
Откуда начнем плясать? - от печки, т.е. от Cп:
Dк*Cп=nI*CIп+nII*CIIп
- это уравнение первого в направлении от Cп к Cпв узла. Далее спускаемся к котловым водам:
Dк*Cп=nI*KIун*Кпр*CIкв+nII*KIIун*Кпр*CIIкв
Dк*Cп=nI*KIун*Кпр*CIкв+nII*KIIун*Кпр*CIкв*Kr
где KIун, KIIун, Кпр и Kr=CIIкв/CIкв мы обычно ищем по результатам испытаний.
Отсюда:
CIкв/Cп=Dк/(nI*KIун*Кпр+nII*KIIун*Кпр*Kr)
И т.д... Более детальные изложение и выводы формул оставим для дальнейшего рассмотрения. Но при желании их можно вывести самостоятельно. Например, анализируя модели, представленные на первом листе. Кроме того, примеры вывода формул можно найти в литературе и в отчетах ДонОРГРЭС.
Смежные темы: