СПОСОБ УДАЛЕНИЯ УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ПАРОВОДЯНОГО ТРАКТА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ПАРОВОДЯНОГО ТРАКТА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2023 года по МПК C02F1/20 F22D1/50 F22B33/18 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях и паровых котельных.

Известен способ термической деаэрации воды, в котором при взаимодействии воды с паром из воды удаляются растворенные газы согласно патенту РФ №2155161. Однако практика показывает, что в указанном способе при бикарбонатной щелочности деаэрируемой воды 0,06 мг-экв/дм³ угольная кислота в атмосферном деаэраторе из деаэрируемой воды не удаляется.

Данное свойство угольной кислоты, проявляющееся при термической деаэрации воды в атмосферном деаэраторе, впервые опубликовано в статье «Анализ процесса удаления угольной кислоты в атмосферном деаэраторе» в журнале «Теплоэнергетика» №5 за 2020 г. с. 87-91, авторы A.M. Бравиков и др. В статье описан выбранный в качестве ближайшего аналога способ удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки, при котором выпар отводят из подогревателя сетевой воды по трубопроводу, добиваясь отсутствия угольной кислоты с учетом допустимой погрешности определения ее содержания. Однако этот способ не позволяет снизить тепловые затраты на удаление углекислоты.

Известно, что при бикарбонатной щелочности деаэрируемой воды 0,20 мг-экв/дм³ и менее для удаления угольной кислоты применяют химические методы. Например, в «Типовой инструкции по эксплуатации автоматизированных деаэрационных установок подпитки теплосети. РД-34.40.507 (ТИ 34-70-032-84)» рекомендуется для удаления угольной кислоты применять подщелачивание деаэрированной воды. Однако применение химии для удаления угольной кислоты экономически невыгодно, т.к. при этом повышаются эксплуатационные издержки и усложняется обслуживание теплоэнергетической установки.

Изобретение направлено на решение задачи обеспечения отсутствия угольной кислоты в пароводяном тракте теплоэнергетической установки при бикарбонатной щелочности деаэрируемой воды 0,20 мг-экв/дм³ и менее за счет удаления угольной кислоты из пара, содержащегося в пароводяном контуре теплоэнергетической установки, при одновременном снижении тепловых затрат на удаление углекислоты.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки что при бикарбонатной щелочности 0,20 мг-экв/дм³ и менее, при котором выпар отводят из подогревателя сетевой воды по трубопроводу, предварительно определяют зависимость содержания угольной кислоты в конденсате подогревателя от расхода выпара, по которой определяют значение расхода выпара, обеспечивающее отсутствие угольной кислоты в конденсате подогревателя, и поддерживают это значение расхода выпара при неизменном режиме работы теплоэнергетической установки.

Сущность изобретения заключается также в том, что в устройстве для удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки содержит подогреватель сетевой воды, подключенный к трубопроводу сетевой воды, к трубопроводу подвода пара, к трубопроводу отвода конденсата, на котором установлен пробоотборник с охладителем, и к трубопроводу отвода выпара, на котором установлен регулирующий клапан и расходомер.

Рассмотрим сущность химических процессов и кинетику десорбции угольной кислоты при малой бикарбонатной щелочности. Из общей химии известно, что угольная кислота, растворенная в воде диссоциирует по уравнению 1:

Известно также, что диссоциация угольной кислоты в водном растворе происходит в соответствии с константой диссоциации по формуле 2:

Анализируя формулу 2 можно сделать следующие выводы. Из общей химии также известно, что константа диссоциации зависит от температуры растворителя (воды), т.е. при повышении температуры воды константа диссоциации увеличивается, следовательно, при повышении температуры увеличивается количество диссоциированных молекул и в исследуемой воде в соответствии с формулой 2, а количество недиссоциированных молекул угольной кислоты уменьшается (возможно, до нуля). Из вышеизложенного следует, что в нагретой воде угольная кислота может отсутствовать с учетом допустимой погрешности определения ее содержания. В таком режиме при деаэрации воды угольная кислота из воды не удаляется, т.к. в нагретой воде все молекулы угольной кислоты диссоциированы. При понижении температуры воды константа диссоциации уменьшается. В результате, диссоциированные молекулы (ионы угольной кислоты) ассоциируют по уравнениям 1 и 2, образуя угольную кислоту.

Из вышеизложенного следует, что причиной отсутствия десорбции угольной кислоты при малой бикарбонатной щелочности воды является диссоциация молекул угольной кислоты при нагреве воды и последующая ассоциация их при охлаждении воды (например, в охладителе пробоотборника).

При бикарбонатной щелочности 0,20 мг-экв/дм³ и более в воде содержится большое количество ионов, образовавшихся при распаде бикарбоната. В таком режиме в соответствии с формулой 2 процесс диссоциации не идет. В этой связи в воде отсутствуют диссоциированные молекулы угольной кислоты. При охлаждении такой воды угольная кислота в воде не образуется. Принимая во внимание, что угольная кислота при малой бикарбонатной щелочности из воды не удаляется, то ее следует удалять не из воды, а из пара находящегося в пароводяном тракте теплоэнергетической установки вместе с выпарами подогревателя сетевой воды и деаэратора.

Оценивая эффективность работы выпаров подогревателя сетевой воды и деаэратора отметим, что при одинаковых расходах выпаров выпар подогревателя сетевой воды эффективнее удаляет угольную кислоту из пароводяного тракта, чем выпар деаэратора, т.к. расход греющего пара поступающего в подогреватель значительно больше расхода пара поступающего в деаэратор. В этой связи целесообразно угольную кислоту удалять из пароводяного тракта с помощью выпара подогревателя.

На фигуре приведена схема устройства для удаления угольной кислоты из пароводяного тракта на примере теплоэнергетической установки, содержащей подогреватель 1 сетевой воды, деаэратор 2, насос 3, котел 4, трубопровод 5 отвода выпара с регулирующим клапаном 6 и расходомером 7, первый пробоотборник 8 с охладителем пробы и второй пробоотборник 9 с охладителем пробы, подпитку 10 химочищенной водой.

Предлагаемый способ удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки осуществляется следующим образом:

- устанавливают регулирующий клапан 6 и расходомер 7 на трубопроводе, отводящем выпар из подогревателя 1;

- проводят испытания и строят график зависимости содержания угольной кислоты в конденсате подогревателя 1 от расхода выпара;

- определяют по графику значение оптимального расхода выпара, обеспечивающего отсутствие угольной кислоты в конденсате подогревателя 1 при минимальных потерях теплоты с выпаром;

- поддерживают оптимальный расход выпара в установившемся режиме.

Теплоэнергетическая установка, реализующая предлагаемый способ удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки, работает в соответствии с существующими эксплуатационными инструкциями следующим образом.

В котле 4 вырабатывается греющий пар, который по трубопроводу подвода пара поступает в деаэратор 2 и в подогреватель 1 сетевой воды, куда поступает и сетевая вода по трубопроводу сетевой воды, в результате чего сетевая вода нагревается, а в подогревателе 1 образуется конденсат. Из подогревателя 1 конденсат через трубопровод отвода конденсата поступает в деаэратор 2, а выпар подогревателя 1 через трубопровод 5 отвода выпара, на котором установлен регулирующий клапан 6 и расходомер 7, поступает в трубопровод выхлопа в атмосферу. Деаэрированная вода по трубопроводу питательной воды поступает из деаэратора 2 с помощью насоса 3 в котел 4, в котором из воды образуется пар. Таким образом образуется замкнутый цикл. Первый пробоотборник 8 с охладителем пробы установлен на трубопроводе отвода конденсата подогревателя 1 для контроля параметров конденсата. Второй пробоотборник 9 с охладителем пробы установлен на трубопроводе питательной воды для контроля качества деаэрации. Деаэратор 2 снабжен подпиткой 10 пароводяного тракта химочищенной водой для восполнения потерь.

При бикарбонатной щелочности 0,2 мг-экв/дм³ и более угольная кислота из деаэрируемой воды удаляется в термическом деаэраторе 2. При бикарбонатной щелочности 0,06 мг-экв/дм³ угольная кислота удаляется не в термическом деаэраторе 2, а из трубопровода, отводящего выпар из подогревателя 1 сетевой воды. Угольная кислота поступает в подогреватель 1 с греющим паром, который при нагреве сетевой воды конденсируется. Образовавшийся конденсат из подогревателя 1 отводится в деаэратор 2, а неконденсирующиеся газы отводятся из подогревателя 1 по трубопроводу отвода выпара в трубопровод выхлопного пара. При недостаточном расходе выпара в подогревателе 1 повышается парциальное давление неконденсирующихся газов (в том числе СО₂), в результате неконденсирующиеся газы растворяются (ассорбируют) в конденсате подогревателя 1, образуя угольную кислоту. Для предотвращения ассорбции неконденсирующихся газов парциальное давление неконденсирующихся газов в подогревателе 1 уменьшают, увеличивая расход выпара из подогревателя 1. В установившемся режиме работы теплоэнергетической установки выпар из подогревателя 1 должен быть оптимальным. Оптимальный расход выпара подогревателя 1 определяется по зависимости содержания угольной кислоты в конденсате подогревателя 1 от расхода выпара, построенной на основе результатов испытаний с помощью установленного расходомера 7 при работе установки в номинальном режиме.

Однако расход выпара из подогревателя 1 не стабилен, т.к. в подогревателе 1 часто меняется давление пара, что вызывает изменение расхода выпара. В результате ухудшается удаление угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки при уменьшении выпара. При длительной эксплуатации установки оптимальная величина выпара может меняться. В этой связи при появлении угольной кислоты в конденсате подогревателя 1 следует выполнить повторные испытания установки с целью определения оптимального расхода выпара в новых условиях.

При пуске и останове теплоэнергетической установки расход выпара не должен превышать расхода выпара деаэратора, т.е. не более 2,0 кг/т деаэрируемой воды.

Реализация изобретения определяется технической и экономической целесообразностью разработанного технического решения с экспериментальным подтверждением достигаемого технического результата, состоящего в том, что при бикарбонатной щелочности 0,032 мг-экв/дм³ угольная кислота отсутствовала в конденсате подогревателя химочищенной и исходной воды.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет с минимальными потерями теплоты достигнуть технического результата, заключающегося в обеспечении отсутствия угольной кислоты в конденсате подогревателя с учетом допустимой погрешности определения ее содержания.

Группа изобретений относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях и паровых котельных. Заявлен способ удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки при бикарбонатной щелочности 0,20 мг-экв/дм³ и менее, при котором выпар отводят из подогревателя сетевой воды по трубопроводу. Предварительно определяют зависимость содержания угольной кислоты в конденсате подогревателя от расхода выпара, по которой определяют значение расхода выпара, обеспечивающее отсутствие угольной кислоты в конденсате подогревателя. Поддерживают это значение расхода выпара при неизменном режиме работы теплоэнергетической установки. При этом в устройстве для удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки, содержащем подогреватель сетевой воды, последний подключен к трубопроводу сетевой воды, к трубопроводу подвода пара, к трубопроводу отвода конденсата, на котором установлен пробоотборник с охладителем, и к трубопроводу отвода выпара, на котором установлен регулирующий клапан и расходомер. Также заявлено устройство для осуществления способа удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки. Группа изобретений позволяет обеспечить отсутствие угольной кислоты в пароводяном тракте теплоэнергетической установки при бикарбонатной щелочности деаэрируемой воды 0,20 мг-экв/дм³ и менее за счет удаления угольной кислоты из пара, содержащегося в пароводяном контуре теплоэнергетической установки, при одновременном снижении тепловых затрат на удаление углекислоты. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки, при котором выпар отводят из подогревателя сетевой воды по трубопроводу при бикарбонатной щелочности 0,2 мг-экв/дм³ и менее, при этом предварительно определяют зависимость содержания угольной кислоты в конденсате подогревателя от расхода выпара, по которой определяют значение расхода выпара, обеспечивающее отсутствие угольной кислоты в конденсате подогревателя с учетом допустимой погрешности определения ее содержания, и поддерживают это значение расхода выпара при неизменном режиме работы теплоэнергетической установки.

2. Устройство для осуществления способа для удаления угольной кислоты из пароводяного тракта теплоэнергетической установки по п. 1, содержащее подогреватель сетевой воды, подключенный к трубопроводу сетевой воды, к трубопроводу подвода пара, к трубопроводу отвода конденсата, на котором установлен пробоотборник с охладителем, и к трубопроводу отвода выпара, на котором установлен регулирующий клапан и расходомер.