Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 48 из 101

Рис. 7.4. Принципиальная схема пароводяной подогревательной установки смешивающего типа / — пленочный подогреватель; 2 — сборный бак; 3 —

сетевой насос; 4 — пиковый котел; J — грязевик

В качестве аппаратов подогрева применены пле­ночные подогреватели. В этих подогревателях пар низкого давления (обычно 0,11—0,12 МПа) приходит в непосредственный контакт с нагре­ваемой водой, передает ей свою теплоту и кон­денсируется на ее поверхности. Нагретая вода в смеси с конденсатом греющего пара сливается из подогревателей в сборный бак. Из сборногс бака вода забирается циркуляционными насоса­ми и подается для дальнейшего подогрева в по­верхностные пароводяные подогреватели, или в водогрейные котлы, или в тепловую сеть.

Для защиты от аэрации сетевой воды в схеме теплоподготовительной установки предусмотре­на перемычка, позволяющая постоянно поддер­живать в пленочных подогревателях температу­ру воды 100—100,5 °C при избыточном давле­нии паровой подушки 5—6 кПа независимс от температурного режима подающей линии те­пловой сети. При температурах воды в подаю­щей линии ниже 100 °C часть воды из обратной линии подается по перемычке во всасывающий коллектор циркуляционных насосов помимс пленочных подогревателей.

Конструкции смешивающих пароводяных подогревателей весьма многообразны. Не рис. 7.5 представлен разрез пленочного подогре­вателя конструкции С.Ф. Копьева [49J. Корпус подогревателя представляет собой вертикаль­ный цилиндр 3. В корпус вставлен пучок концен­трических цилиндров 4 из листовой стали тол­щиной 1—2 мм. В верхнем торце внутренней: цилиндра установлена отбойная розетка 2. Воде из обратной линии тепловой сети поступает че­рез сопло /, вваренное в верхнее днище подогре­вателя. Выходя из сопла со скоростью 5—6 м/с. вода ударяется о розетку 2, разбрызгивается и, падая на поверхность вертикальных концентри­ческих цилиндров 4, стекаете виде пленки. Каж­дый квадратный метр поверхности цилиндроЕ

создает 2 м² поверхности нагрева, так как пленкЕ воды омывает цилиндры с обеих сторон.

Навстречу воде снизу поднимается пар, кото­рый вводится в подогреватель через патрубок б. вваренный в нижнюю часть корпуса 5, под пуч­ком вертикальных концентрических цилиндроЕ 4. Пар вступает в непосредственное соприкосно­вение с пленкой воды, конденсируется на по­верхности пленки и нагревает ее. Газы, выде- 25!



ляющиеся из воды в процессе ее подогрева, от­водятся наружу через дренажную трубу.

На рис. 7.6 приведены результаты проведен­ного Всесоюзным теплотехническим институ­том испытания пленочного подогревателя [101]. Данные испытания относятся к подогревателю

с площадью поверхности нагрева 30 м². Расход воды через подогреватель во время испытания составлял 5,5 кг/с.

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м² • К), оп­ределялся по формуле

k=Q/(Fbt), (7.13)

где Q — тепловая нагрузка, Дж/с; F— видимая площадь поверхности контакта водяной пленки и пара, т.е. удвоенная площадь поверхности вер­тикальных цилиндров аппарата, м²; Д/ — средне-



0 2 4 в 8 10 12

Избыточное давление пара, кПа

Рис. 7.6. Результаты испытания пленочного подогревателя

F = 30 м²; расход воды 5,3 кг/с; к — коэффициент те­плопередачи, кВт/(м² • °C), Д/_н = т - — недогрев во­

ды до температуры насыщения пара

логарифмическая разность температур между греющим паром и водой, °C.

Недогрев Д/_н рассчитывается как

Д/„ = т-/,. (7.14)

где т — температура насыщения греющего пара; — температура воды после пленочного подог­

ревателя.

3. 
   ВОДОПОДГОТОВКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
   

Для обеспечения надежной, долговечной и безаварийной работы системы теплоснаб­жения необходима качественная подготовка сетевой и подпиточной воды. Особенно важ­ное значение имеет водоподготовка в от­крытых системах теплоснабжения, где рас­ход подпиточной воды велик, поскольку он восполняет кроме утечек воды из сети также расход воды на горячее водоснабжение.

Подпиточная вода не должна вызывать накипеобразования и шламовыделения в подогревателях, трубопроводах и местных системах, а также коррозию металла [73].

В открытых системах подпиточная вода

должна согласно требованиям санитарного

*

надзора соответствовать ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» по всем показателям, кроме температуры.

Согласно Правилам технической эксплуа­тации (ПТЗ) [80] сетевая и подпиточная во­да теплосетей должна удовлетворять сле­дующим нормам:

• 
  содержание кислорода не более 0,05 мг/л;
  
• 
  содержание взвешенных частиц не бо­лее 5,0 мг/л;
  
• 
  при наличии в системе теплоснабже­ния пиковых водогрейных котлов ос­таточная карбонатная жесткость должна быть не более 400 мкг-экв/л при нулевом содержании свободной углекислоты;
  
• 
  при отсутствии в системе пиковых водогрейных котлов остаточная кар­бонатная жесткость может быть выше, но не более 700 мкг-экв/л [80], содержание свободной углекислоты не нормируется;
  
• 
  значение pH для закрытых систем теплоснабжения в пределах 8,3—9,5; для открытых систем 8,3—9,0; при этом верхний предел pH допускается при глубоком умягчении воды, а ниж­ний с разрешения энергосистемы мо­жет корректироваться в зависимос­ти от интенсивности коррозионных явлений в системе теплоснабжения. Для закрытых систем верхний предел pH допускается поддерживать на уровне до 10,5 при одновременном уменьшении карбонатного индекса до 0,1 (мг-экв/дм²)².
  

Необходимость более глубокой обработ­ки подпиточной воды в системах с пиковы­ми водогрейными котлами объясняется бо­лее высокой температурой поверхности на­грева котлов по сравнению с пароводяными подогревателями.

Кроме того, для обеспечения в открытых системах теплоснабжения требуемого каче­ства горячей воды, подаваемой абонентам

*

в соответствии с ГОСТ 2874-82 «Вода пить­евая», исходная вода, используемая для при­готовления подпиточной воды, должна иметь низкую окисляемость (не более 4 мг/л).

Опыт эксплуатации открытых систем те­плоснабжения показывает, что при повы­шенной окисляемости сетевой воды в за­стойных зонах системы возникают суль­фидные загрязнения, сообщающие воде неприятный запах и цветность.

Для удовлетворения норм ПТЭ вода, ис­пользуемая для подпитки тепловых сетей и СЦТ, должна быть предварительно обра­ботана. Под обработкой подпиточной воды подразумевается удаление из нее раство­ренных газов, главным образом кислорода О₂ и диоксида углерода СО₂ — основных коррозионных агентов, и создание таких ус­ловий, при которых соли временной жест­кости, если таковые в воде имеются, не рас­падались бы в системе и не вызывали обра­зования накипи и шлама. Для подпитки те­пловых сетей должна применяться деаэри­рованная вода (природная или умягченная содово-известковым, катионитным или другим методом) или вода со стабилизиро­ванной жесткостью.

Умягчение воды. Снижение карбонат­ной (временной) жесткости воды, исполь­зуемой для подпитки тепловых сетей, про­изводится в большинстве случаев в катио- нитных фильтрах, т.е. фильтрах, заполнен­ных катионными материалами (сульфо­уголь, сильнокислотный катионит КУ-2-8, леватит S-100 и др.). Только при мягких во­дах с содержанием карбонатной жесткости Ж_к < 1,0 мг-эвк/л применяются более про­стые методы обработки — термическая стабилизация и последующая фильтрация.

Действующими нормами [73] в откры­тых системах теплоснабжения допускается обработка подпиточной воды посредством

ее подкисления улучшенной контактной

*

серной кислотой (ГОСТ 2184-77 ) при авто­матическом дозировании кислоты и автома­тической защите от перекисления воды.

На рис. 7.7 показана принципиальная схема установки для обработки подпиточ­ной воды, состоящая из Н-катионитного фильтра /, атмосферного деаэратора 8 и ак­кумулятора деаэрированной воды 13.

Водопроводная вода проходит через Н-катионитный фильтр /, затем пропуска­ется через декарбонизатор 2 и поступает в бак умягченной воды 3. Из бака вода заби­рается насосами 4 и прокачивается через водо-водяной охладитель деаэрированной воды 5, охладитель выпара 6 и пароводяной подогреватель 7 в головку деаэратора 8. Де­аэрированная вода поступает в бак 9, уста­новленный под деаэратором. Бак соединен с подпиточными насосами 10 и аккумулято­ром 13. С помощью аккумуляторов вырав­нивается график нагрузки, что позволяет уменьшить требуемую мощность водопо­догревательной и деаэрационной устано­вок. В периоды малых расходов подпиточ­ной воды, что имеет место в открытых системах при низкой нагрузке горячего во­доснабжения, часть обработанной воды по­ступает из деаэратора в аккумулятор. В пе­риоды большой нагрузки горячего водо­снабжения обработанная вода поступает 258 в подпиточные насосы 10 параллельно из деаэратора и аккумулятора.

При проходе исходной воды через ка- тионитные фильтры катионы кальция и магния, растворенные в воде, составляю­щие основу карбонатной (временной) жест­кости, обмениваются на катионы Na и Н. После катионитовой обработки в воде оста­ются соли натрия, шелочи и кислоты, кото­рые при нагревании не дают осадка в виде шлама и накипи. Кальций и магний остают­ся в фильтре на зернах катионного вещест­ва и в последующем выводятся из фильтра при его регенерации.

При обработке воды по схеме Н-катио- нирования реакция описывается формулами

Н₂ К+С а( НСО₃)₂=С аК+2 Н₂О+2СО₂ или

H₂K+Mg(HCO₃) = MgK+2H₂O+2CO₂.J

При Н-катионировании сильно возрас­тает в воде концентрация двуокиси углеро­да, являющейся катализатором коррозии. Для снижения концентрации СО₂ обрабаты­ваемая вода после Н-катионитных фильт­ров пропускается через декарбонизаторы. Регенерация Н-катионитных фильтров про­изводится серной или соляной кислотой.

При обработке воды по схеме Na-катио- нирования реакция описывается формулами

Na₂K+Ca(HCO₃)₂=CaK+2NaHCO₃

(7.16)

Na₂K+Mg(HCO₃) = MgK+2NaHCO₃ J

Образовавшийся в воде после фильтров карбонат натрия NaHCO₃ распадается при высокой температуре (выше 150 °C) на гид­роксид натрия (NaOH) и диоксид углерода (СО₂), являющиеся коррозионными агента­ми. Поэтому Na-катионитную обработку воды применяют обычно при отсутствии в системе пиковых котлов и подогреве сете­вой воды в пароводяных подогревателях до температуры не выше 150 °C. Регенерация фильтров производится поваренной солью.

В приложении 22 приведены удельные расходы реагентов при катионитной водо­подготовке.

Деаэрация воды. Внутренняя коррозия стальных трубопроводов и оборудования вызывается растворенными в воде газами: кислородом О₂, диоксидом углерода СО₂, а также хлоридами С1 и сульфатами SO₄.

Особенно высокую коррозионную ак­тивность имеет кислород в присутствии уг­лекислоты, которая в этом случае играет роль коррозионного катализатора.

Коррозионная активность агента харак­теризуется коррозионным коэффициентом К, представляющим собой отношение мас­сы металла, переведенного в продукт кор­розии, к расходу коррозионного агента.

При наличии в воде растворенного ки­слорода и диоксида углерода процесс кор­розии железа описывается следующими формулами:

Fe + 2СО₂ + 2Н₂О = Fe(HCO₃)₂ + Н₂; (7.17)
4Fe(HCO₃)₂ + О₂ + 2Н₂О =

= 4Fe(OH)₃ + 8СО₂. (7.18)

В процессе реакции каждая молекула растворенного кислорода переводит в про­дукт коррозии четыре молекулы железа.

Коррозионный коэффициент кислорода при этой реакции

Kq₂ = 4Fe/O₂ = 4 • 56/32 = 7.

При отсутствии в воде растворенного диоксида углерода реакция проходит в виде 4Fe + ЗО₂ + 6Н₂О = 4Fe(OH)₃. (7.19)

Коррозионный коэффициент кислорода при этой реакции

Kq₂ = 4Fe/3O₂ = 4 • 56/3 • 32 = 2,34,

т.е. в 3 раза меньше, чем в присутствии рас­творенного диоксида углерода.

Коррозионная активность СО₂ в отсут­ствие растворенного кислорода значитель­но ниже. Реакция проходит по (7.17), а коррозионный коэффициент углекислоты /f_CO₂ = Fe^/2C°2 = 56/2-44 = 0,64, т.е. в

2,74 раза меньше, чем кислорода в отсутст­вие СО₂, и в 11 раз меньше, чем кислорода в присутствии СО₂.

Основным методом удаления из воды растворенных газов является термическая деаэрация. Максимальное количество газа, которое может быть растворено в воде, про­порционально парциальному давлению га­зов над водой. По закону Генри

= П-20)

где с_р — максимальное количество газа, ко­торое может быть растворено в воде, мг/л (с_р часто называют равновесной концентра­цией растворенного газа); р, — парциаль­ное давление данного газа над водой, Па; V — коэффициент массовой растворимо­сти, мг/(л - Па). Коэффициент растворимо­сти v зависит от температуры воды. В при­ложении 23 приведены значения у для ки­слорода, углекислоты и азота.

Парциальное давление газа над водой, соответствующее действительному коли­честву растворенного газа, называется равновесным давлением. Равновесное дав­ление газа, Па,

П-21)

где с_д — действительное массовое количе­ство растворенного газа в воде, мг/л.

Таким образом, равновесная концентра­ция газа в воде с_р является функцией дейст­вительного парциального давления данного газа над водой р,, а равновесное парциаль­ное давление газа над водой является функ­цией действительной концентрации раство­ренного газа в воде с_д.

Если парциальное давление газа над во­дой выше равновесного давления (р, ^> р_р), то происходит абсорбция газа водой, т е. вода растворяет газ. Если парциальное давление р₍ < р_р, то происходит десорбция газа из воды, т.е. газ выделяется из воды.

В термических деаэраторах обрабатываемая вода находится в контакте с тазопаровой сме­сью. Парциальное давление отдельных состав­ляющих тазоиаровой смеси

= П-22)

где р_с — суммарное давление смеси; g, — отно­сительная масса данного газа в смеси, т.е. отно­шение массы данного газа G, к массе смеси G_c; R. — газовая постоянная данного газа; R_c — га­зовая постоянная смеси;

R_c = Zg,R,. (7.23)

Разность равновесного парциального и дей­ствительного парциального давлений газа Др =р_р - р, является движущей силой термиче­ской деаэрации. Для достижения глубокой дега­зации воды необходимо, чтобы действительное парциальное давление удаляемого газа в подво­димом к деаэратору греющем паре было ми­нимальным.

Повышению разности Др равновесного и действительного парциальных давлений в де­аэраторе способствует увеличение выпара из де­аэратора. Обычно в деаэрационных установках для использования теплоты выпара перед де­аэратором включают пароводяной теплообмен­ник, в котором подогревают воду, направляемую в деаэратор (см., например, теплообменник 6 на рис. 7.7).

Взаимодействие между греющим паром и обрабатываемой водой можно организовать дву­мя способами — распределением потоков воды в паровой среде и распределением пара внутри по­тока жидкости. Первый способ взаимодействия осуществляется в струйных, пленочных, капель­ных, насадочных (например, кольца Ращига) ап­паратах; второй способ — в барботажных аппа­ратах. При барботажном способе удельная пло­щадь поверхности контакта фаз на единицу объ­ема аппарата значительно (в 5—10 раз) больше, что обеспечивает более глубокую дегазацию.

При использовании только одного из указанных способов обработки воды де­аэратор называют одноступенчатым, при использовании обоих способов — двухсту­пенчатым.

Для обработки подпиточной воды теп­ловых сетей в зависимости от параметров греющей среды применяются термические 260

деаэраторы атмосферного или вакуумного типа. Область их использования и схемы включения в тепловую схему станции опи­саны в § 3.2.

На рис. 7.8 приведена принципиальная схема двухступенчатого вакуумного деаэратора (ДСВ) системы НПО ЦКТИ. Благодаря наличию в этом деаэраторе двух ступеней дегазации — струйной и барботажной — обрабатываемая вода освобо­ждается не только от кислорода, ио и от свобод­ного диоксида углерода. Холодная вода, направ­ляемая после химводоочистки на деаэрацию, подводится по трубе 1 к распределительному коллектору 2, а из него на первую дырчатую та­релку 3. При больших расходах вода с первой та­релки 3 перепускается через короб 4 на третью тарелку б. Вода, прошедшая через отверстия первой тарелки, попадает на вторую тарелку 5. Первые две тарелки 3 и 5 являются, по существу, охладителями выпара. Третья тарелка 6 является основной. С третьей тарелки вода попадает на четвертую тарелку 7, а затем на барботажный лист 8. После обработки на барботажном листе 8 деаэрированная вода отводится из деаэратора через канал 13 и патрубок 9.

Греющая среда — пар или горячая вода — подводится в деаэратор через патрубок 10 в от­сек II. При входе в отсек 11 горячая вода вскипа­ет и поток с помощью жалюзи 12 разделяется на пар и воду.