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) С_пв + С_п^΄ = (1 + р) С _прв + С_п,

где р - доля продувочной воды из парогенератора;

С_пв, С_п^΄, С_прв, С_п - 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 С_п^΄ = (К + ω΄) С_кв =(К + ω΄) Z С_пв,

где С_кв – 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. С_п = (К_с+ ω) С_прв, получаем

(1 + р)С_пв + (К_с + ω΄)ZС_пв = (1+ р)С _прв + (К_с + ω) С_прв.

Из этого уравнения находим концентрацию промывной воды:

С_прв.=С_пв (1+ р +(К_с + ω΄)Z)/(1+ р+ К_с+ 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 (К_с + ω) и (К_с + ω΄)Z. В обычных реальных условиях концентрация промывной воды большая, ежели питательной воды.

В практических расчетах уравнение (4.23) записывают в виде

С_прв. = С_пв + η_пр С_п ^΄, (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, η_пр, который однозначно определяется только величинами: продувки, влажности пара и показателем концентрирования. Используя это уравнение, выполним соответствующие преобразования

С_пв(1+ р+(К_с + ω΄)Z)/(1+ р + К_с + ω) = С_пв + η_пр^мак С_п ^΄.

Поделим левую и правую части на С_пв

(1+ р +(К_с + ω΄) Z)/(1+ р + К_с + ω) =1 + η_пр^мак С_п^΄ / С_пв

и отсюда найдем

η_пр^мак=(С_пв /С_п^΄)((1+ р+(К_с + ω΄) Z)/(1+ р+ К_с + ω) - 1),

учитывая, что С_п^΄ = (К_с + ω΄) Z С _пв после преобразований получаем

η_пр^мак=(1 -(К + ω)/((К_с + ω΄)Z))/(1+ р+К_с + 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 К_с, например Na, Cl), кроме того, значительное влияние имеет величина продувки и влажность пара.

Например, для условий рассчитанных в разделе 3.2, получаем для Na - η_пр^мак = 0,989; для SiO₂ - η_пр^мак = 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:

С_п=(К_с + ω) С_прв+ С_п ^΄(1- η_пр)

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

С_п≈С_п ^΄(1- η_пр).

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;

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

h_ур = 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 = (w_o ^˝)² / (g H) - критерий Фруда, w_o ^˝ - 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.