Odgazowywacze termiczne STORK z elementem

PENTOL – ENVIRO POLSKA Sp. z o.o.
Jakuba Kubickiego 19/22, 02 - 954 Warszawa
Tel. 022 642-92-14, Fax 022 858-88-87
www.pentol.pl e-mail: [email protected]
Centrum Serwisowe w Krakowie
Oś. Piastów 21 B, 31-624 Kraków
Tel. 012 646-68-99, fax 646-64-90
e-mail: [email protected]
Odgazowywacze termiczne STORK z elementem rozpylającym
– zasada działania i zastosowanie
1. Wstęp
Woda podawana do kotła lub obiegu ciepłowniczego
musi być pozbawiona składników gazowych, które mogą
powodować korozję wewnątrz powierzchni rur. Gazami
korozyjnymi są przede wszystkim tlen i dwutlenek węgla,
azot jest dla procesów korozyjnych obojętny. Woda
krążąca w obiegu cieplnym turbiny i kotła zawiera
przede wszystkim rozpuszczone powietrze, a więc
kryterium analitycznym określającym dopuszczalną
zawartość gazów w wodzie podawanej do kotła jest
stężenie tlenu Dla kotłów energetycznych powszechnie
uznawaną granicą jest 20 μg/dm3 (20 ppb) stężenia O2
Istnieją dwie metody odgazowywania wody: termiczna i
chemiczna. Metoda termiczna jest powszechnie
stosowana z ewentualnym wspomaganiem metodą
chemiczną do usunięcia resztek tlenu (najczęściej
używa się hydrazynę, która wiąże tlen uwalniając azot).
Podstawowa różnica w stosunku do tradycyjnej techniki
odgazowywania polega na zastosowaniu zamiast
grawitacyjnego przelewania, elementu rozpylającego co
przyspiesza osiągnięcie temperatury nasycenia i
zwiększa skuteczność odgazowywania. W następnych
rozdziałach technologia ta zostanie opisana bardziej
szczegółowo.
2. Zasada termicznego odgazowywania wody
Metoda termiczna wykorzystuje zjawisko zaniku
rozpuszczalności gazów w cieczy z chwilą osiągnięcia
temperatury wrzenia. Odgazowywacz termiczny musi
umożliwić podgrzanie wody do temperatury nasycenia, a
następnie ewakuacją uwolnionych z wody gazów z
możliwie niskimi stratami wody i ciepła. Na rys 1
przedstawiono tradycyjną konstrukcję odgazowywacza,
stosowaną do dziś w większości polskich elektrowni.
Węzeł
odgazowania
składa
się
z
kolumny
odgazowywacza z półkami, po których przelewa się
woda. W przeciwprądzie płynie para, która podgrzewa
wodę do temperatury nasycenia. Z górnej części
kolumny odgazowywacza opary (zawierające znaczną
ilość wody) odprowadzane są do chłodnicy. Kolumna
odgazowywacza zabudowana jest bezpośrednio na
zbiorniku wody zasilającej, służącym jako zapas wody na
ssaniu pomp zasilających, nie biorącym bezpośredniego
udziału w procesie odgazowywania.
Alternatywnym rozwiązaniem, znanym i stosowanym w
Europie zachodniej od kilkudziesięciu lat, a w Polsce
dotychczas nie stosowanym są odgazowywacze
rozpryskowe znane powszechnie jako odgazowywacze
Storka od nazwy firmy, która opracowała i wdrożyła tę
technologię.
1.
2.
3.
4.
5.
Korpus kolumny
Doprowadzenie wody
Odprowadzenie oparów
Półki
Doprowadzenie pary
Rys.1. Kolumna odgazowywacza o konstrukcji tradycyjnej
3. Zasada działania i konstrukcja odgazowywacza
rozpryskowego Stork
Technologia Storka zakłada dwustopniowy proces
odgazowywania. Pierwszy stopień, w którym usuwa się
większość rozpuszczonych w wodzie gazów realizowany
jest poprzez rozpylenie strumienia wody w specjalnym
urządzeniu rozpylającym. Rozbicie wody na bardzo
drobne kropelki umożliwia bardzo szybkie osiągnięcie
temperatury nasycenia i łatwe uwolnienie gazów. Ze
względu na mały rozmiar kropelek wody podlegających
odgazowaniu, opary zawierają znikomą ilość wody. W
stosunku do konstrukcji tradycyjnych zmniejsza to
kilkakrotnie (nawet do 10 razy) zawartość wody w
oparach, dzięki czemu często nie ma potrzeby
stosowania chłodnic oparów.
Stork stosuje dwa rozwiązania konstrukcyjne elementu
rozpylającego: sprężynowy i dyskowy.
Rozpylacz sprężynowy (rys 2.) zawiera poruszany
sprężyną tłok. Ciśnienie wody przesuwa tłok w dół
(pokonując siłę naciągu sprężyny) otwierając wraz ze
wzrostem różnicy ciśnień kolejne rzędy otworów w
cylindrze, którymi woda jest wtryskiwana do przestrzeni
odgazowywacza. Taka konstrukcja może być stosowana
do małych i średnich przepływów (do 400 t/h).
nacięciami
na
obwodzie.
W
zależności
od
maksymalnego
przepływu
wody
montuje
się
odpowiednią ilość par dysków. Jedno dyskowe
urządzenie rozpylające wystarcza dla wydajności do
1.200 t/h. W przypadku wyższych przepływów można
stosować dwa lub więcej urządzeń rozpylających w
jednym odgazowywaczu. Przykład takiego rozwiązania
przedstawiono na rys. 6.
Drugi stopień odgazowywania odbywa się w przestrzeni
wodnej zbiornika zasilającego. Wzdłuż zbiornika
zabudowany jest kolektor parowy wyposażony w szereg
końcówek rozpylających. Podanie pary do zbiornika
pozwala na usunięcie resztek tlenu z wody. Zamiast
pary możliwe jest użycie gorącej wody lub mieszanki
parowo-wodnej (pod warunkiem, że temperatura
medium jest wyższa od temperatury nasycenia w
zbiorniku). W omawianym rozwiązaniu para (lub inne
medium gorące) podawane jest wyłącznie do wody, a
nie bezpośrednio do poduszki odgazowywacza.
Rys.2. Rozpylacz sprężynowy
Rys. 4. Widok ogólny odgazowywacza Storka
Na rys 4 przedstawiono widok ogólny odgazowywacza.
Konstrukcja Storka nie wymaga oddzielnej kolumny
odgazowywacza – cały proces odgazowywania odbywa
się w zbiorniku wody zasilającej. Z lewej strony widać
urządzenie rozpylające. Wewnątrz zbiornika znajduje się
płyta, o którą rozpryskuje się woda. Odpływ wody na
ssanie pomp zasilających zlokalizowany jest po
przeciwnej stronie zbiornika w stosunku do urządzenia
rozpylającego. Powoduje to powolny, poziomy przepływ
wody wewnątrz zbiornika, co ułatwia opisany powyżej
końcowy etap odgazowywania.
4.
Zakres
zastosowań
odgazowywaczy Storka
Rys 3. Rozpylacz dyskowy
Rozpylacz dyskowy (rys 3) składa się z szeregu par
wyprofilowanych dysków zakończonych nachodzącymi
na siebie ząbkowanymi nacięciami. Ciśnienie wody
lekko rozchyla każdą parę dysków, umożliwiając wypływ
idealnie płaskiego strumienia wody wydostającej się
praktycznych
Konstrukcja odgazowywaczy Storka umożliwia ich
zastosowanie praktycznie we wszystkich obiegach
energetycznych. Na rys 5. pokazano uproszczony
schemat technologiczny zastosowania odgazowywacza
Storka w typowym obiegu para-woda elektrowni
konwencjonalnej. Medium grzewczym jest para
upustowa.
Rys 6. Przedstawia schemat przepływu wody i pary dla
odgazowywacza bloku energetycznego o mocy 600 MW.
Ze względu na przepływ wody sięgający 2000 t/h
zastosowano dwa urządzenia rozpylające.
Kolejne dwa rysunki pokazują dwa alternatywne
sposoby włączenia odgazowywacza w obieg cieplny
kotła odzysknicowego. Rys 7 przedstawia jeden z
wariantów obiegu cieplnego. Ze względu na niskie
temperatury spalin w stosunku do klasycznych kotłów
inny jest układ powierzchni ogrzewalnych. 5
wymienników ciepła pokazanych symbolicznie na
rysunku pełni następujące role (w kolejności od góry):
podgrzewacza kondensatu, parownika zasilającego
odgazowywacz (medium odgazowującym jest mieszanka
parowo-wodna), podgrzewacza wody zasilającej,
parownika głównego obiegu kotła i przegrzewacza pary.
4
9
8
10
5
6
11
7
12
3
2
1
1
3
2
4
5
10
6
9
8
7
1. Kocioł
2. Turbina parowa (część WP)
3. Turbina parowa (część NP)
4. Generator
5. Kondensator
6. Pompa skroplin
7. Podgrzewacz niskoprężny
8. Odgazowywacz
9. Pompa wody zasilającej
10. Podgrzewacz wysokoprężny
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Turbina gazowa
Generator turbiny gazowej
Kocioł odzysknicowy
Odgazowywacz / walczak NP.
Parownik zasilający odgazowywacz
Pompa wody zasilającej
Walczak kotła
Turbina (część WP)
Turbina (część NP)
Generator turbiny parowej
Kondensator
Pompa skroplin
Rys. 7. Odgazowywacz w obiegu para-woda
odzysknicowego (zasilanie mieszanką parowo-wodną)
kotła
4
5
9
6
10
8
11
Rys. 5. Odgazowywacz w obiegu para-woda elektrowni
7
konwencjonalnej
12
3
1
2
Masa = 425 ton
Objętość = 398m3
Ciśnienie znamionowe = 1,3 MPa
Temperatura znamionowa = 195oC
1. Turbina gazowa
2. Generator turbiny gazowej
3. Kocioł odzysknicowy
4. Zawór ciepłej wody
5. Odgazowywacz
6. Pompa wody zasilającej
7. Walczaki NP i WP
8. Turbina (część WP)
9. Turbina (część NP)
10. Generator turbiny parowej
11. Kondensator
12. Pompa skroplin
Rys. 6. Schemat przepływu wody i pary dla odgazowywacza
dla bloku energetycznego 600 MW
Rys. 8. Odgazowywacz w obiegu
odzysknicowego (zasilanie gorącą wodą)
para-woda
kotła
ΔT wlot/wylot (oC)
Stężenie O2 na wlocie (mg/dm3)
Rys. 9. Zależność minimalnej różnicy temperatur od
stężenia tlenu na dolocie
Istotną cechą charakteryzującą odgazowywacze Storka
jest możliwość pracy z ciśnieniem poślizgowym (tj
zmieniającym się w zależności od wydajności) w
zakresie od podciśnienia do ponad 1 MPa nadciśnienia,
a zmiany ciśnienia mogą być stosunkowo szybkie bez
pogorszenia skuteczności odgazowywania.
Stężenie O2 (mg/dm3)
Kolejny rys. 8 przedstawia inną wersję włączenia
odgazowywacza w obieg cieplny kotła odzysknicowego.
W odgazowywaczu panuje podciśnienie, a medium
odgazowującym jest gorąca woda z wylotu
podgrzewacza wody zasilającej.
Przykłady powyższe pokazują, że odgazowywacze Storka
mogą znaleźć zastosowanie w każdym wariancie obiegu
para-woda bloku energetycznego, a możliwość
wykorzystania do odgazowywania wody innych mediów
niż para umożliwia optymalizację sprawności obiegu.
Istotnym parametrem pracy odgazowywacza jest różnica
temperatur miedzy wodą na dolocie odgazowywacza a
temperaturą nasycenia wewnątrz odgazowywacza.
Różnica ta jest ograniczona zarówno z dołu jak i z góry.
Minimalna wartość zależy przede wszystkim od stężenia
O2 w wodzie nieodgazowanej. Rys. 9 przedstawia
zależność różnicy temperatur od zawartości tlenu.
Wartości rzędu kilku mg/dm3 są typowe dla wody
zdemineralizowanej (rys 10). Dla odgazowywaczy
zasilanych wodą zdemineralizowaną Δt jest więc
znacznie wyższe niż dla kondensatu. Minimalna różnica
temperatur zależy również od ciśnienia w zbiorniku i
obejmuje zakres od 30C dla podciśnienia poniżej 50kPa
(abs) do 80C dla nadciśnienia.
Maksymalna różnica temperatur zależy głównie od
ciśnienia
w
zbiorniku.
W
przypadku
pracy
odgazowywacza z podciśnieniem różnica ta może sięgać
30-500C, a dla odgazowywacza pracującego przy
nadciśnieniu nawet ponad 1000C. Ta cecha umożliwia
skuteczne działanie odgazowywacza już od stanu
zimnego oraz przy niewielkim przepływie wody przez
odgazowywacz. Producent gwarantuje optymalną
skuteczność odgazowywania w zakresie 10-110%
obciążenia znamionowego.
Temperatura (oC)
Rys. 10. Zależność stężenia O2 w nasyconej wodzie
zdemineralizowanej od temperatury
Możliwość pracy na zimnym kondensacie umożliwia
zastosowanie tego typu odgazowywacza dla wody
dodatkowej w obiegu ciepłowniczym. W ostatnich latach
przywiązuje się coraz większą wagę do jakości wody
sieciowej w obiegach ciepłowniczych, dzięki czemu
można znacząco obniżyć ilość awarii sieci cieplnych
spowodowanych korozją rur.
5.
Podsumowanie
–
porównanie
cech
charakterystycznych odgazowywaczy Storka z
rozwiązaniami tradycyjnymi.
Odgazowywacze Storka są standardowym rozwiązaniem
w wielu elektrowniach Europy zachodniej, w Polsce są
wciąż nowością – pierwsze odgazowywacze są obecnie
wykonywane w Polsce na podstawie dokumentacji
Storka. Poniżej zestawiono podstawowe zalety tego
rozwiązania, dzięki czemu może być ono brane pod
uwagę
zarówno
dla
nowobudowanego
bloku
energetycznego, jak i dla modernizacji istniejących:
- wysoka skuteczność – w razie potrzeby można
zagwarantować stężenie tlenu nawet 5 μg/dm3
(5ppb);
- szeroki zakres obciążeń dla których możliwe jest
uzyskanie
gwarantowanej
skuteczności
odgazowywania
(10-110%
obciążenia
znamionowego);
- możliwość pracy z ciśnieniem poślizgowym;
- możliwość skutecznej pracy odgazowywacza
zasilanego zimną wodą;
- możliwość wykorzystania jako medium grzewczego
nie tylko pary, ale i mieszanki parowo-wodnej i
gorącej wody;
- niski poziom strat wody unoszonej z oparami (do 10
razy niższy w stosunku do tradycyjnych
odgazowywaczy);
- zwarta konstrukcja z uwagi na brak kolumny
odgazowywacza (brak konieczności budowy
wysokiej nawy odgazowywaczy);
- możliwość
modernizacji
istniejących
odgazowywaczy – z reguły można wykorzystać
istniejący korpus zbiornika zasilającego;
- niższe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne w
stosunku do tradycyjnych rozwiązań.