An Estimation of the Time to Reach the Operating Parameters of Water Chemistry Conditions when Dosing Amine-Based Correcting Reagents into the Waste-Heat Boiler at a Consecutive Scheme of Feedwater Supply
An Estimation of the Time to Reach the Operating Parameters of Water Chemistry Conditions when Dosing Amine-Based Correcting Reagents into the Waste-Heat Boiler at a Consecutive Scheme of Feedwater Supply
Abstract
The article examines the issues of estimating the time to achieve the normalized parameters of water chemistry conditions at dosing correcting reagents in the two-circuit waste-heat boiler, with a sequential supply of feedwater in the circuits are considered. The calculations of time required to reach the operation parameters of water chemistry conditions at dosing amine-based reagents are presented. The article also provides calculations of the time to reach the operation parameters of water chemistry conditions, depending on the feedwater supply to each of the recycling circuits of the waste-heat boiler [3].
Safe and reliable operation of steam-gas plants with waste-heat boilers largely depends on the optimal water chemistry conditions. Nowadays, for corrective treatment of coolant, quite a number of reagents are used, ranging from traditional water chemistry conditions with the use of hydrazine and ammonia, phosphates to the input of such reagents as chelamine, citamine, etc. into the water circuit.
1. Введение
Важными характеристиками поведения примеси в объеме котла-утилизатора является время ее пребывания в объеме котла и время выхода контролируемых параметров на нормируемые значения ВХР. На рисунке 1 представлена принципиальная схема двухконтурного котла утилизатора с последовательной схемой подачи питательной воды.
Рисунок 1 - Принципиальная тепловая схема ПГУ КЭС с двухконтурным котлом утилизатором и последовательной схемой подачи питательной воды
где СКЦ1 – концентрация примеси в контуре циркуляции низкого давления;
DПВ – расход питательной воды;
СПВ – концентрация примеси в питательной воде;
DП1 – расход пара из контура низкого давления;
КР1 – коэффициент распределения примеси в контуре низкого давления;
V1 – объем контура низкого давления.
Для контура циркуляции высокого давления, двухконтурного котла-утилизатора, изменение концентрации примеси описывается уравнением 2.
где СКЦ2 – концентрация примеси в контуре циркуляции низкого давления;
DПВ2 – расход питательной воды поступающей на контур циркуляции высокого давления, который равен DПВ2 = DПВ – DП1, DП2 – расход пара из контура высокого давления;
DПР – расход продувки из барабана контура низкого давления;
КР2 – коэффициент распределения примеси в контуре высокого давления;
V2 – объем контура высокого давления [4].
Время выхода на нормируемые значения ВХР рассчитывается, как отношение количества примеси находящейся в объеме контура циркуляции котла-утилизатора, к количеству примесей поступающей с питательной водой, выражение 3.
где GКЦ – водяной объем контура циркуляции, м3.
Отношение водяного объема контура циркуляции к расходу питательной воды – время заполнения данного объема при заданном расходе питательной воды, а отношение концентрации примеси в контуре циркуляции к ее содержанию в питательной воде – коэффициент учитывающий кратность концентрирования данной примеси в контуре циркуляции.
Для котла-утилизатора работающего по последовательной схеме подачи питательной воды, при стационарных условиях, время выхода на режимные параметры ВХР контура циркуляции низкого давления, в общем виде, запишется в виде уравнения 4, и для контура высокого давления в виде уравнения 5.
2. Методы и принципы исследования
Рассматривая стационарный режим работы котла-утилизатора, когда нет внешних возмущений оказывающих влияние на изменение концентрации примесей в питательной воде и, следовательно, изменение концентрации в контурах циркуляции во времени постоянна, можно перейти к балансовым уравнениям. На основе уравнения материального баланса поведения примесей в контурах циркуляции выражаются концентрации примеси в каждом контуре и, подставив их в выражения для времени выхода на режимные значения по нормам ВХР, выражения 4 и 5 примут следующий вид (6 и 7).
Для контура низкого давления:
Для контура высокого давления:
Полное время выхода на режимные значения по ВХР котла утилизатора при последовательной схеме подачи питательной воды будет равно сумме времен выхода на режимные параметры в контурах циркуляции низкого и высокого давлений, уравнение 8.
где – общее время выхода на нормируемые показатели ВХР двухконтурного котла утилизатора при последовательной схеме подачи питательной воды.
На практике, при проведении расчетов, вместо объема контура циркуляции используют массу воды в контуре циркуляции и массовый расход теплоносителя, пара и продувки GКЦ1 и GКЦ2 – масса воды в контуре циркуляции, кг. DПВ, DП1 и DПР – массовый расход кг/с.
Паропроизводительность каждого контура циркуляции, связана с объемом (массой) воды в данном контуре, через коэффициент парообразования. Коэффициент парообразования в контуре циркуляции зависит от скорости потока в трубах контура циркуляции и длинны труб контура и будет равен отношению длинны трубы контура умноженное на количество труб в контуре к линейной скорости потока теплоносителя в контуре циркуляции, выражение 9.
где lТРУБ – длинна одной трубы;
n – количество труб в контуре циркуляции;
VПТ – средняя линейная скорость теплоносителя в трубе контура циркуляции.
Необходимо отметить, что коэффициенты парообразования для каждого контура должны быть равны между собой.
С учетом коэффициента парообразования в каждом контуре суммарное время выхода на режимные параметры по ВХР (уравнение 8) запишется в следующем виде:
Выразим расход пара через вторую ступень как разность общей паропроизводительности котла и первой ступени.
Где – общая паропроизводительность котла. Принимая, что коэффициенты паропроизводительности для контуров циркуляции высокого и низкого давлений равны, выражение 10 запишется в следующем виде:
Продифференцировав уравнение 12 по DП1, и прировняв первую производную к нулю, получаем зависимость расхода пара их контура низкого давления от продувки из контура высокого давления.
Вычислив первую производную, получаем значение максимального времени выхода на режим по ВХР в зависимости от расхода пара в контуре высокого давления и продувки в контуре низкого давления:
Отношение концентраций примеси в питательной воде к концентрации примеси в воде контура циркуляции низкого давления и отношение концентрации примеси в контуре циркуляции низкого давления к концентрации этой примеси в контуре циркуляции высокого давления называется кратностью концентраций КК1 между питательной водой и контуром циркуляции низкого давления и кратностью концентрирования КК2 между контуром циркуляции низкого давления и контуром циркуляции высокого давления, соответственно. Исходя из балансовых уравнений при стационарном режиме кратность концентрирования КК1 и КК2 запишутся в следующем виде:
Для кратности концентрирования в контуре низкого давления по отношению к питательной воде, уравнение 14.
Для кратности концентрирования в контуре высокого давления по отношению к контуру низкого давления, уравнение 15.
Из уравнений 14 и 15 следует, что общая кратность концентрирования примесей (КОБЩ) в котле утилизаторе при последовательной схеме подачи питательной воды равна произведению кратностей концентрирования в контуре низкого давления и кратности концентрирования в контуре высокого давления, уравнение 16.
В процессе эксплуатации основным параметром, по которому оценивается работы котла утилизатора, считается кратность упаривания в котле утилизаторе в целом (КУП), которая определяется как отношение расхода питательной воды к расходу продувки, выражение 17.
При коэффициенте распределения примесей близком к 0, выражение 16 примет вид уравнения 17. Поэтому при расчете кратности концентрирования необходимо учитывать не только концентрации примесей в контурах циркуляции, но количество примесей ушедших с паром, т.е. пересчитывать с учетом того, что коэффициент распределения примесей равен 0.
При оптимальной паропроизводительности по каждому контуру циркуляции, кратности упаривания должны быть равными друг другу. Исходя из этого и с учетом, что коэффициент распределения принят равным 0. Для двух контурного котла утилизатора, при последовательной схеме подачи питательной воды квадратный корень из общей кратности упаривания по котлу утилизатору равен кратностям упаривания по каждому контуру циркуляции, выражение 18.
Таким образом, при расчете оптимального времени выхода на режимные параметры по ВХР, необходимо решить систему уравнений, которая позволяет рассчитать оптимальные паропроизводительности по каждому контуру циркуляции и расходу продувки, система уравнений 19.
3. Заключение
На основании выше сказанного можно сделать следующие выводы:
1. Время выхода на режимные параметры по ВХР зависит в первую очередь от расходных характеристик, паропроизводительность каждого контура и продувка.
2. Условием оптимальной работы котла утилизатора при последовательной схеме подачи питательной воды является равенство кратностей упаривания в каждом контуре циркуляции.
3. При определении времени выхода на режимные параметры, необходимо учитывать поведение примесей в системе кипящая вода – насыщенный пар.