Thermal power plants (TPPs) operate technological systems for the steam condensate return from remote external consumers. In such systems, it is necessary to protect the metal from corrosion. This will allow ful-filling the regulatory requirements for the concentration of iron compounds in the condensate entering the power plant. Such systems do not use thermal deaerators operated by using heating steam. The aim of the undertaken study is to assess the efficiency of superheated water deaerator use in such conditions, in par-ticular cavitation-jet deaerators. It means determining the effect of a new element of the system – the de-aerator – on the normalized chemical parameters of the returned condensate. A mathematical model of superheated water deaerators is used. The employed model is based on the theory of similarity of heat and mass transfer processes. The methodology for calculating the corrosion rate of return condensate pipelines was used, as well as experimental data on medium pressure TPPs. The efficiency of cavitation-jet deaerators in condensate return systems of external consumers has been estimated. A mathematical description of the system has been developed, which allows determining the required performance of deaerators and the required ratio of water recirculation through them in each mode. Recommendations for effective practical applications of the proposed technical solution have been developed considering the actual conditions at thermal power plants. It is advisable to install a deaerator according to the recirculation scheme through the condensate collection tank. This scheme, compared to a sequential scheme, enables to reduce capital costs and ensure that the deaerator operates in the highest efficiency mode. The choice of the nominal capacity of deaerators should be carried out taking into account the graphs of the change in the flow rate of incoming condensate and the concentration of dissolved oxygen in it during the day. In most operating modes of the system, it is possible to ensure compliance with the regulatory requirements for the mass concentration of corrosion products in the condensate returned to the TPP. The obtained results can be used in the design of new and improving the efficiency of existing TPPs that supply steam to external consumers.
Для технологических систем ТЭС, например конденсационных установок паровых турбин и систем водяного охлаждения обмотки статора турбогенераторов с водородно-водяным охлаждением, химическое качество теплоносителя по содержанию коррозионно-активных газов является нормируемым, однако на многих ТЭС существуют проблемы с его обеспечением. Традиционное решение задачи с использованием деаэрирующей способности элементов, уже включенных в указанные системы, зачастую не позволяет получить теплоносители с требуемыми показателями качества. Возможность применения высокоэффективных струйнобарботажных деаэраторов в рассматриваемых условиях отсутствует. Существуют малогабаритные кавитационные деаэрационные устройства, которые являются перспективными для решения сформулированной задачи. Требуется проведение экспериментальных и расчетных исследований для обоснования рациональных технологических схем и оценки эффективности применения такого технического решения. Методы и материалы: Используются методы экспериментальных исследований процессов тепломассообмена и деаэрации воды в энергетическом оборудовании, балансовых расчетов технологических систем ТЭС, а также методы регрессионного анализа данных и математической статистики. Результаты: С использованием результатов экспериментальных исследований кавитационных деаэрационных устройств, конденсационной установки паровой турбины и систем водяного охлаждения обмотки статора турбогенераторов ряда энергоблоков ТЭС определены количественные характеристики влияния показателей химического качества теплоносителей на скорость коррозии конструкционных материалов в рассматриваемых системах. Разработаны новые технические решения по применению в них дополнительных деаэрационных элементов. Предложено математическое описание деаэрационных характеристик систем с учетом предложенной модернизации. Выводы: Использование кавитационных деаэрационных устройств позволяет повысить эффективность рассматриваемых технологических систем ТЭС: массовая концентрация растворенного кислорода в турбинном конденсате уменьшается более чем в пять раз, скорость внутренней коррозии элементов системы охлаждения обмотки статора турбогенераторов уменьшается более чем вдвое, что подтверждается результатами расчетных и экспериментальных исследований. Разработанные технические решения могут применяться в энергоустановках ТЭС. Предварительно необходимо провести их проверку в условиях эксплуатации.
Авторское резюме Состояние вопроса. Удаление растворенных газов за счет вскипания перегретой воды при ее попадании в зону разрежения, называемое начальным эффектом деаэрации, протекает как сопутствующий процесс в различных типах теплоэнергетического оборудования: расширителях конденсатов и продувочной воды, конденсаторах пара, подогревателях некоторых типов. Существуют также деаэрационные устройства, принцип действия которых основан на начальном эффекте деаэрации: кавитационно-струйные, центробежно-вихревые деаэраторы, капельные деаэраторы перегретой воды. Вклад начального эффекта в общую эффективность деаэрации, согласно опубликованным данным, может достигать 80 %, поэтому его необходимо учитывать при расчете рассматриваемого оборудования. Однако в настоящее время отсутствуют математические модели, обеспечивающие расчет начального эффекта деаэрации с приемлемой для решения практических задач точностью. В связи с этим актуальными являются исследования процесса деаэрации воды в рассматриваемых условиях и разработка соответствия математических моделей. Материалы и методы. Использованы методы термодинамики, теории подобия процессов тепломассообмена, регрессионного анализа и математической статистики, а также опубликованные экспериментальные данные о процессе деаэрации воды за счет начального эффекта в деаэрационных устройствах различных типов. Результаты. На основе существующей математической модели фазового перехода в перегретой жидкости и полученных экспериментальных данных с использованием методов теории подобия процессов тепломассообмена разработано замкнутое математическое описание процесса деаэрации перегретой воды при ее попадании в зону разрежения. Выявлено, что основными факторами, определяющими эффективность деаэрации воды в рассматриваемых условиях, являются: уменьшение температуры воды в устройстве, начальный перегрев воды относительно температуры насыщения, гидравлическая нагрузка устройства. Выводы. Предложенное математическое описание дает возможность рассчитывать эффективность деаэрации с приемлемой для решения практических задач точностью, что позволяет рекомендовать его к использованию при проектировании и наладке теплоэнергетического оборудования. Ключевые слова: термическая деаэрация, начальный эффект деаэрации, перегретая жидкость, десорбция растворенного кислорода, деаэрационное устройство, центробежно-вихревой деаэратор, кавитационно-струйный деаэратор, капельный деаэратор, математическая модель, фазовый переход Development of a mathematical model of deaeration of superheated water when it hits the rarefaction zone
In cavitation-jet deaerators, the process of desorption of dissolved gases proceeds when boiling overheated water is directed in the form of a swirling vortex flow into the rarefaction zone. The removal of gases is carried out from the cavitation pocket formed along the flow axis. Such deaerators are characterized by relatively low efficiency. However, their small dimensions and the ability to work without supplying a heating coolant make them useful in cases where effective deaerators of other types cannot be applied by weight and size characteristics or temperature conditions. The expansion of the scope of practical application of cavitation-jet deaerators is hampered by the lack of appropriate mathematical description that would allow solving the problems of their schematic and constructive improvement. One of the main tasks in this case is to calculate the static pressure field of the liquid phase in the deaerator core. There are no ready-made solutions to this problem in the framework of previous studies. Thus, it is relevant from scientific and practical viewpoint to develop a simulation model of active zone of cavitation-jet deaerator, which allows determining the hydrodynamic characteristics of water flows and gas-vapor mixture when the elements, the mode of water supply and drainage evaporation change. Modeling the hydrodynamic situation in the active zone of cavitation-jet deaerator is based on the numerical solution for the Navier-Stokes equations and the continuity equation. These equations are written in the Reynolds decomposition. In this case, the standard k- turbulence model is used to obtain a preliminary solution, which is then refined during the transition to the SST turbulence model. The model is implemented by means of a software package for calculating fluid flows FlowVision. For the first time, a simulation model of the active zone of cavitation-jet deaerator was developed, which made it possible to determine the hydrodynamic characteristics of water flows and gas mixture when the elements design, the mode of water supply and drainage evaporation change. The field of static pressures of liquid phase in the active zone of cavitation-jet deaerator is determined. The results obtained do not contradict the published data describing the operation of cavitation-jet deaerators. In particular, they confirm an increase in the probability of deaerator overflow when gas exhaust is turned on. The results also prove the presence of a significant dependence of the deaeration efficiency on the hydraulic resistance of the evaporation suction tract. Based on the results obtained, a mathematical model of the deaeration process under the considered conditions can be developed.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.