Лекция 9

 

4.5. Промывка пара

4.5.1. Особенности организации промывки пара в ПГ АЭС

Типичный процесс промывки пара, используемый в теплоэнергетике, состоит в том, что осушенный пар пропускают через слой питательной воды, после чего снова осушают. Промывка ведется в чистом отсеке или в парогенераторе в случае одноступенчатого испарения.

Смысл промывки заключается в том, что при прохождении сквозь слой питательной воды, примеси транспортной влаги (мельчайших капель воды с концентрацией примесей, которая равна концентрации в парогенераторной воде) розбавляются питательной водой. Как результат – концентрация примесей в паре снижается после повторной осушки и достижения той же влажности пара, что и перед промывкой. Эти процессы изучались в курсе ТМПиА при рассмотрении испарителей.

В горизонтальных ПГ АЭС такой классический подход невозможен из-за конструктивных сложностей, но фактически промывка имеет место в связи с тем, что слой воды, находящийся на ПДЩ, вследствие подачи в этот слой питательной воды имеет наименьшую концентрацию по сравнению с основной массой парогенераторной воды. Следовательно, он в состоянии промыть пар. Рассмотрим этот процесс промывки пара слоем вод размещенной над ПДЩ рис.4.3, полагая, что слив промывочной воды идет в основном через закраины.

Рис.4.7. Схема промывки пара в ПГ.

 

Промывка осуществляется либо всей питательной водой, либо только её частью. Следует заметить, что уменьшение доли промывной воды снижает эффект промывки.

 

4.5.2. Баланс примесей в слое промывочной воды

Примем допущение, что вся питательная вода поступает на ПДЩ и изменение концентрации слоя промывочной воды идет только вследствии перехода в него примесей частиц влаги, находящихся в паре. Тогда баланс примесей этого слоя можно представить схемой рис. 4.8.

Составим баланс примесей, используя удельные (отнесенные к 1 кг пара) значения потоков

( 1+ р ) Спв + Сп΄ = ( 1 + р ) С прв + Сп ,

где р - доля продувочной воды из парогенератора;

Спв , Сп΄ , Спрв , Сп - концентрации примеси соответственно в питательной воде, паре до промывки, промывной воде и паре после промывки.

 
 

       
   
 
 


Рис. 4.8. К балансу примесей в слое над погружным дырчатом щите

 

Учитывая, что Сп΄ = ( К + ω΄ ) Скв =( К + ω΄ ) Z Спв,

где Скв – концентрация примеси в парогенераторной воде, а Z показатель концентрирования примеси в парогенераторной воде, а также, что концентрация примеси в паре после промывки и осушения уже связана с концентрацией примеси в промывной воде (в предположении, что все капли влаги растворяются в промывной воде вместе с примесями, которые в них находятся), т.е. Сп = (Кс+ ω) Спрв , получаем

 

(1 + р )Спв + ( Кс + ω΄ )ZСпв = (1+ р)С прв + ( Кс + ω) Спрв.

 

Из этого уравнения находим концентрацию промывной воды:

 

Спрв.=Спв (1+ р +( Кс + ω΄ )Z)/(1+ р+ Кс+ ω). (4.23)

 

В этом уравнении показатель концентрирования примеси в парогенераторной воде зависит от вида примеси и определяется соответствующими уравнениями (3.3 ) и (3.7 ).

Анализ уравнения позволяет сделать вывод, что концентрация промывной воды приближается к концентрации питательной воды при условии, что величина продувки значительно превышает (Кс + ω) и (Кс + ω΄)Z. В обычных реальных условиях концентрация промывной воды большая, ежели питательной воды.

В практических расчетах уравнение (4.23) записывают в виде

 

Спрв. = Спв + ηпр Сп΄ , (4.24)

 

где –коэффициент эффективности промывки или так называемый КПД промывки, который отображает долю примесей (влаги), которая улавливается в ходе промывки, здесь - концентрация примесей, которые остаються в паре после промывки, без учета последующей осадительной сепарации.

Иначе говоря, уравнение (4.24) представляет концентрацию промывной воды в виде суммы примесей, которые поступают с промывной водой и части примесей, которые поступают в промывную воду из капель влаги, которые движутся вместе с паром (для сокращения просто говорят “доля примесей пара “).

При условии, что вся влага растворяется в промывной воде (4.23 ) и ( 4.24) должны быть тождественны. Эти условия соответствуют идеальному процессу промывки и максимально возможному КПД промывки, ηпр, который однозначно определяется только величинами: продувки, влажности пара и показателем концентрирования. Используя это уравнение, выполним соответствующие преобразования

Спв(1+ р+( Кс + ω΄ )Z)/( 1+ р + Кс + ω) = Спв + ηпрмак Сп΄.

 

Поделим левую и правую части на Спв

(1+ р +( Кс + ω΄) Z)/( 1+ р + Кс + ω) =1 + ηпрмак Сп΄ / Спв

и отсюда найдем

 

ηпрмак=(Спв /Сп΄)((1+ р+( Кс + ω΄ ) Z)/( 1+ р+ Кс + ω) - 1),

 

учитывая, что Сп΄ = ( Кс + ω΄ ) Z С пв после преобразований получаем

ηпрмак=(1 -(К + ω)/((Кс + ω΄)Z))/(1+ р+Кс + ω) .(4.25 )

В этом уравнении использованы обозначения, которые расшифровывались ранее.

Анализ этого уравнения позволяет сделать вывод, что максимальная эффективность промывки характеризует прежде всего примеси, которые плохо растворимы в паре (у которых очень малые Кс, например Na, Cl), кроме того, значительное влияние имеет величина продувки и влажность пара.

Например, для условий рассчитанных в разделе 3.2, получаем для Na - ηпрмак = 0,989; для SiO2 - ηпрмак = 0,970.

На практике достижимая эффективность промывки пара ниже и лежит в интервале 0,70 - 0,90.

Следует ещё раз подчеркнуть, что все это относится к идеальным условиям промывки пара только питательной водой. В ПГ АЭС слой промывочной воды образуется как смесь парогенераторной воды и питательной воды, а рассчетные данные по (4.24) отражают концентрацию в условиях предельно возможной «идеальной» промывки в ПГ. Вследствие заброса на ПДЩ воды из нижней части ПГ эффективность промывки в ПГ АЭС примерно в два раза ниже.

 

4.5.3 Концентрация примесей в паре после промывки

С учетом всегда имеющей место осадительной сепарации пара после промывки, концентрация пара после промывки определяется как:

Сп=( Кс + ω) Спрв+ Сп΄(1-ηпр)

Или приближенно, пренебрегая уносом с влагой с промывочного листа, являющегося величиной второго порядка малости:

 

Сп≈Сп΄(1-ηпр).

Таким образом промывка пара является эффективным способом улучшения качество пара. Одновременно промывка пара может позволить уменьшить величину продувки при сохранении одного и того же качества пара.

 

4.5.4. Гидродинамические условия стабильной работы промывочного листа

 

Условия стабильной работы промывочного листа (ПЛ) - это недопущение провала воды в отверстия листа, т.е. беспровальный режим его работы. Такой режим возможно достичь, если обеспечить соответствующую скорость пара в отверстиях. По Стерману эта скорость рассчитывается по уравнению

, ( 4.26 )

 

где ρ΄, ρ΄΄ - соответственно плотность насыщенной жидкости и насыщенного пара;

σ - поверхностное натяжение;

R1 - радиус отверстий;

ξотв - коэффициент местного сопротивления отверстий, зависит от доли отверстий в плоскости ПЛ;

hур = Н ( 1 - φ ) - приведенеый уровень воды на промывном листе, при Н – физическом уровне воды с учетом набухания уровня за счёт пара, действительное объемное паросодержание которого - φ.

Расчет действительного объемного паросодержания возможно выполнить по характеристическому уравнению

 

φ 2 / ( 1 – φ ) = Fr,

 

где Fr = ( wo ˝)2 / (g H ) - критерий Фруда, wo ˝ - так называемая приведенная скорость пара, она рассчитывается для всего (свободного) сечения.

Действительное объемное паросодержание возможно приближенно также рассчитать по соотношению

φ = 1 / ( 1 + √ Fr ).

Уравнение (4.26 ) составляет основу для конструкторских расчетов промывочного листа.

Вместе с тем в ПГ АЭС роль промывочного листа исполняет ПДЩ, для котрого стабильные условия его работы рассмотрены в разделе 4.12, там же приведены упрощенные уравнения для определения истинного объемного паросодержания и высоты уровня набухшего слоя. Расчетные уравнения раздела 4.12 и этого раздела равноценны.

Следует отметить, что все уравнения и выводы из них отражает

безпровальный режим работы ПДЩ, в котором поддержка уровня воды осуществляется исключительно за счёт динамического напора потока пара. Как только скорость пара понижается, вода свободно проходит сквозь отверстия, как говорят “проваливается “ в отверстия и тогда промывка пара теряет свою эффективность, в частности это относится к частичным нагрузкам парогенератора и блока, а также к периодам пуска и останова блока.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Наведите схему промывки пара.

2. Какую цель имеет промывка пара?

3. Как возможно рассчитать максимальную эффективность процесса промывки пара?

4. Сформулируйте условия стабильной работы промывочного листа.