Судовые паропроизводящие установки

Сепарационные устройства паровых котлов и парогенераторов

Для получения чистого пара необходима его осушка, которая осуществляется в различных сепарационных устройствах. При нормальной эксплуатации судовых паровых котлов влажность пара на выходе из парового коллектора должна быть не более 0,5 %. Для парогенераторов атомных установок эти требования еще выше - от 0,001 до 0,01 %, так как наличие в паре примесей может привести к уносу радиоактивных веществ с большими периодами полураспада в машинные отделения.

Процесс сепарации пара основывается на различии удельных весов насыщенного пара и капель воды.

Сепарация пара в осадительном объеме

Этот способ сепарации является наиболее простым. Капля влаги находится под действием силы подъемного движения пара и силы тяжести. Соотношение этих сил приводит либо к уносу капли влаги с паром либо к выпадению ее из парового потока. В старых конструкциях котлов, имевших больШиЕ объемы парового пространства, применялись простейшие сепарационные устройства: сухопарники и отбойные щитки.

Капли влаги вместе с потоком пара по пароотводящим трубам поступают в

Сухопарник, осаждаются на его стенках и стекают в водяной объем парового коллектора через дренажную трубу. Дополнительной преградой для уноса влаги является

Пароотбойный щиток, на котором осаждается значительная часть влаги.

1 - паровой коллектор; 2 - дренажная труба; 3 - сухопарник;

4 - пароотводящие трубы; 5 - отбойный щиток

Как показывает опыт эксплуатации котлов, сухопарник не дает улучшения качества пара и его роль лишь сводится к ликвидации последствий нарушений нормального режима работы - например забросов воды в пароперегреватель.

Схема сепарации пара с дырчатыми щитами

Основным способом

Устранения отрицательного

Воздействия от сосредоточенного подвода пароводяной смеси в коллекторе котла является

Равномерное распределение

Паровой нагрузки по всей площади зеркала испарения. С этой целью в паровых коллекторах котлов

Устанавли-ваются дырчатые щиты, расположенные на 50 ^ 150 мм ниже минимального уровня воды.

Основным назначением погруженного дырчатого щита является создание на пути движения пара дополнительного сопротивления, одинакового по всему сечению коллектора. В ЩиТе расположены отверстия диаметром 5 ^ 20 мм. Живое сечение щита составляет обычно 10 ^ 15 % от сечения коллектора. Причем над подъемными трубами живое сечение отверстий меньше и составляет 5 ^ 6 % от общей площади зеркала испарения, а над опускными трубами больше - 9 ^ 10 %. Довольно часто отверстия в погружном щите располагают равномерно. В результате дополнительного сопротивления, под щитом образуется устойчивая паровая подушка, обеспечивающая равномерное распределение пара по площади зеркала испарения.

Применение погружного дырчатого щита является обязательным но недостаточным условием получения чистого пара. Обычно пар из коллектора отбирается через один-два патрубка.

Большая часть пара направляется к патрубкам кратчайшим путем. В результате скорости движения пара в паровом пространстве оказываются различными. Из-за повышенной скорости пара в районе пароотводящих труб его влажность может превышать допустимые значения.

Для выравнивания скоростей пара в верхней части парового объема устанавливают потолочные дырчатые щиты. Отверстия в них расположены неравномерно - реже у места отбора пара и чаще на
периферии - в результате чего его сопротивление возрастает от периферии к месту отбора пара. Потолочный дырчатый щит является также дополнительным препятствием, на котором оседают капли влаги, содержащейся в паре.

В современных паровых котлах часто устанавливается также средний дырчатый щит, расположенный выше верхнего уровня воды на 50 ^ 80 мм. Его назначением является выравнивание неравномерности уровня воды от сосредоточенного подвода пара и успокоение колебаний уровня при качке судна.

Недостатками схемы сепарации с дырчатыми щитами являются:

- чувствительность к изменению нагрузки котла (при уменьшении нагрузки котла возникает большое сопротивление для прохода пара);

- возможность нарушения работы опускных труб при захвате в них пара;

- способствие пенообразованию при большом солесодержании котловой воды.

Жалюзийные сепараторы

Эффективным средством для осушки пара являются жалюзийные сепараторы. Отличительной особенностью их является высокая эффективность при сравнительно небольших гидравлических сопротивлениях. Жалюзийные сепараторы компонуются как в горизонтальном, так и в вертикальном исполнении.

Принцип действия жалюзийных сепараторов основан на разделении фаз при изменении движения пароводяного потока в криволинейных каналах за счет центробежного эффекта. Пароводяная смесь со скоростью w поступает в криволинейные каналы. Влага выпадает на пластинку

Жалюзи и водяной пленкой стекает вниз со скоростью w', а осушенный пар направляется в паропровод со скоростью ww. Стекающая пленка влаги отрывается от нижних кромок жалюзи и в виде отдельных струй и капель выпадает в водяной объем коллектора.

При определенных расходах пароводяной смеси на пластинках жалюзи может осесть столько влаги, что она полностью перекроет все сечение канала. Этот режим называется режимом захлебывания жалюзи.

Для вертикальных жалюзи режим захлебывания наступает при больших расходах пароводяной смеси. Это объясняется условиями дренажа, которые в вертикальных жалюзи более благоприятные. Поэтому при прочих равных условиях эффективность вертикальных жалюзи выше, чем горизонтальных.

Горизонтальные или вертикальные жалюзи могут устанавливаться в коллекторе вместо потолочного дырчатого щита либо в отдельных корпусах - в таких случаях они называются выносными сепараторами.

Внутриколлекторные циклоны

Внутриколлекторные циклоны являются очень эффективными сепарационными устройствами.

Диаметр циклона обычно равен 300 мм. При больших диаметрах усложняется их монтаж внутри коллектора; уменьшение диаметра циклона ведет к увеличению их числа внутри коллектора и усложняет равномерность подвода пароводяной смеси к каждому из циклонов.

В циклоне осуществляется двухступенчатая сепарация пара. В первой ступени происходит грубое

Разделение пара и воды вследствие

Центробежной раскрутки при

Тангенциальном подводе пароводяной смеси в корпус циклона. Вода под

Действием центробежных сил

Прижимается к стенке корпуса и стекает вниз, а пар поднимается вверх. В верхней части циклона обычно устанавливается дырчатый щит либо жалюзийный

Сепаратор, в котором происходит окончательная тонкая осушка пара.

Внутриколлекторные циклоны

Обеспечивают равномерную подачу пара в паровой объем коллектора по его длине, не чувствительны к повышенному солесодержанию воды и работают устойчиво при резких изменениях нагрузки.

6

Недостатками внутриколлекторных циклонов являются;

- большие гидравлические сопротивления движению пароводяной смеси, что в котлах и ПГ с ЕЦ может повлиять на устойчивость циркуляции;

- небольшие производительности (0,6 ^ 2,0 кг/с на один циклон);

- загромождение парового коллектора и сложность в установке.

Сепараторы с осевым подводом потока

Сепараторы с осевым подводом потока аналогичны внутриколлекторным циклонам. Они имеют различные конструкции. Основой таких сепараторов является лопаточный завихритель смеси. Поток, поступая вдоль оси сепаратора, закручивается лопатками и разделяется на паровой вихрь, движущийся по оси потока, и водяной вращающийся поток, движущийся вдоль стенок внутреннего цилиндра. Основная масса жидкости переливается через верхний край корпуса циклона и по стенкам стакана стекает вниз. Дальнейшее осушение пара осуществляется с помощью жалюзийного сепаратора или дырчатого перфорированного листа.

Сепараторы с осевым подводом пароводяной смеси широко применяются в парогенераторах ядерных энергетических установок.

Выносные пленочные сепараторы

При движении влажного пара по трубам основное количество влаги оседает на внутренней поверхности труб в виде пленки и лишь небольшая ее часть остается во взвешенном состоянии. Таким образом, любая труба, по которой движется пар, является своеобразным пленочным сепаратором. Осуществив отвод влаги, можно получить пар довольно высокого качества.

Наиболее распространена следующая конструкция пленочного сепаратора; подвод влажного пара происходит сверху. При повороте направления пара его основная часть оседает на стенках трубы и стекает вниз, откуда удаляется через дренажную трубу. Пар отбирается из центральной части сепаратора.

Производительности пленочных сепараторов невелики, а влажность пара составляет ~ 1 %, что является довольно высоким значением для современных установок. Поэтому широкого распространения такие устройства не получили.

Выносные центробежные сепараторы

В центробежных сепараторах подвод смеси может осуществляться как радиально, так и в осевом направлении. Закручивание потока осуществляется с помощью специальных лопаток. Отсепарированная влага стекает вниз по кольцевому пространству между стенкой цилиндра и перфорированным листом, а пар поступает в верхнюю часть объема и

Через перфорированный лист с влажность 0,5-1,0 % уходит в трубопровод насыщенного пара. В нижней части сепаратора может быть установлен успокоитель для гашения вращательного движения жидкости. Вода из сепаратора отводится через патрубок в нижней части. Объем воды в сепараторе составляет 1/7-1/10 от часовой паропроизводи-тельноси котла или парогенератора для обеспечения явления гидравлического затвора и исключения возможности проскока пара на всасывание

Циркуляционного насоса.

1. Показатели качества воды. Основы водоподготовки.

Необходимость водоподготовки в СЭУ возникает из-за вредного действия примесей, содержащихся в питательной и котловой воде на работу паровых котлов и парогенераторов. При нарушении показателей качества воды наблюдаются накипеобразование и коррозия в котлах, интенсивный унос солей с паром. Поэтому вода, предназначенная для использования в паровых котлах, должна соответствовать определенным норма качества.

В зависимости от назначения в паросиловой установке различают следующие типы воды;

- исходная (природная) вода - источником этой воды являются реки, озера, моря, океаны и содержит природные примеси в виде растворенных веществ и механических частиц. Такая вода направляется для удаления примесей и загрязнений;

- добавочная вода - является продуктом химически обработанной исходной воды или конденсатом вторичного пара испарителей - используется для восполнения потерь пара и воды в цикле ПСУ;

- питательная вода - подаваемая насосами в котлы и парогенераторы для получения пара заданных параметров - представляет собой смесь конденсата турбин и добавочной воды;

- котловая вода - находящаяся внутри контуров циркуляции котла;

- продувочная вода - продуваемая из котлов и испарителей для поддержания в них допустимой концентрации примесей.

Основными показателями качества воды являются;

- соленость воды, 0Бр (градус Брандта) - 1 °Бр соответствует содержанию 10 мг NaCl или 6,06 мг СГ в 1 л дистиллированной воды. Основные водоемы мира имеют следующую соленость; Черное море - 1800 °Бр, Северный Ледовитый океан - 5500 °Бр, Тихий океан - 3500 °Бр, Атлантический океан - 3600 °Бр, Белое море

- от 100 до 3300 °Бр.

- жесткость воды, 0Н (градус жесткости) - зависит от содержания в воде солей кальция и магния. 1 0Н соответствует содержанию 10 мг CaO или 7,14 мг MgO в 1 л дистиллированной воды. Различают временную (карбонатную) жесткость, которая устраняется кипячением воды, постоянную (некарбонатную) жесткость, которая не устраняется кипячением воды, и общую жесткость, равную сумме карбонатной и некарбонатной жесткости.

Повышенная жесткость воды вызывает образование накипи на стенках труб поверхностей нагрева. Образование накипи приводит;

• к перегреву, пережогу и разрыву труб поверхностей нагрева, образованию свищей и выпучин;

• усилению процессов коррозии под слоем накипи;

• образованию окалины на внешней стороне труб;

• перерасходу топлива и снижению КПД котлоагрегата.

- содержание кремнекислоты, мг/л - характеризует содержание в

Воде растворимого силиката натрия Na2SiO3 и ионов кремнекислоты SiO2, которая находится в коллоидном состоянии. В отличие от других солей, кремнекислота способна растворяться

Непосредственно в паре при высоких давлениях. Она в основном содержится в водах рек и озер, и практически отсутствует в морской воде. Поэтому этот показатель важен только для стационарных ЭУ, использующих для питания котлов пресноводные водоемы - реки и озера.

- водородный показатель воды - pH. Различают кислую, нейтральную и щелочную реакции воды.

Для питания котлов вода должна иметь значение pH близкое к 7.

Обычно рассматривают не сам водородный показатель pH, а щелочное число (мг-Экв/л), которое является критерием оценки качества котловой воды, характеризующим ее защитные свойства против образования накипи. Большие значения щелочного числа могут привести к пенообразованию и вызвать щелочную коррозию элементов котла.

- общее солесодержание, мг/л - суммарное количество растворенных в воде нелетучих веществ минерального и органического происхождения. Характеризуется сухим остатком, определяемым путем выпаривания пробы профильтрованной воды и высушивания остатка при 120 °С.

- содержание растворенных газов, мг/л Ы2, 02 и С02. Присутствие в воде растворенных газов 02 и С02 значительно интенсифицирует процесс протекания коррозии котельного металла. Поэтому при эксплуатации котлов необходимо применять все меры для удаления растворенных газов 02 и С02 из питательной воды перед подачей ее в котел.

- содержание ГСМ определяется визуально. Вода, загрязненная ГСМ, имеет фиолетовую пленку на поверхности.

Загрязнение котловой воды маслом или топливом может произойти очень быстро и привести к крупной аварии котла. В водотрубных котлах топливо или масло разносится по всей нагревательной поверхности котла циркулирующей водой, приводя к перегреву и разрыву трубок поверхностей нагрева.

При обнаружении загрязнения котла маслом или топливом следует немедленно прекратить его действие; установить источник попадания ГСМ в питательную воду; удалить загрязненную воду; котел выпарить и тщательно вычистить. До полной очистки котла и всей питательной системы, а также полного устранения источников

Попадания ГСМ в котловую воду, вводить котел в действие запрещается (п. 75 ПЭКУ).

Признаками наличия масла или топлива в котловой или питательной воде являются (п. 81 ПЭКУ);

• беловато-мутный вид котловой или питательной воды, взятой на пробу, и наличие характерного запаха;

• вспенивание воды в котле, резкие колебания уровня воды в ВУП;

• следы масла или топлива на поверхности уровня воды в

Водоуказательных приборов котлов, нефтеподогревателей,

Запасных цистерн и цистерн грязных конденсатов.

Для ВНК типа КВГ-Э показатели качества питательной и котловой воды приведены в таблицах;

Основным способом борьбы с накипеобразованием и коррозией котельного металла является поддержание заданных параметров качества питательной и котловой воды за счет проведения обработки воды. Различают докотловую и внутрикотловую обработки воды.