Cтраница 2
В настоящее время высокосернистые нефти перегоняют на установках АВТ, запроектированных для переработки сернистых нефтей. Атмосферная перегонка их производится по схеме двухкратного испарения. Ниже дается краткая характеристика перегонки высокосернистой нефти типа арланской.
| Схема атмосферной части комбинированной установки ГК-3. |
Наряду с числом тарелок и их конструкцией существенное влияние на фракционирующую способность колонны оказывает кратность орошения в отдельных ее секциях, а также схема перегонки. Опыт эксплуатации показал, что применение схемы двухкратного испарения целесообразно при наличии в перерабатываемой нефти больших количеств растворенных газов (порядка 1 - 3 вес.
| Атмосферная часть установки на заводе АВТ в Уайтинге (США. |
Большой интерес представляет крупнейшая установка АВТ в Делавэре (США), на которой перерабатывают около 20000 т / сутки высокосернистой нефти и получают легкий бензин, лигроин, легкий и тяжелый газойль и остаток вакуумной колонны - гудрон. Атмосферная часть этой установки работает по схеме двухкратного испарения. В первой колонне выделяются наиболее легкие фракции, вторая колонна является основной для получения остальных компонентов светлых нефтепродуктов.
На установках АВТ, работающих по схеме двухкратного испарения, количество тарелок в колоннах [ в первой 14 тарелок, во второй (основной) 23 ] не обеспечивало удовлетворительного фракционирования.
Процесс осуществляют в первой ректификационной колонне. Как на всех установках АВТ, работающих по схеме двухкратного испарения, с верха первой ректификационной колонны отбирают фракции, выкипающие до 85 С.
Отмечено, что композиционные конденсаты, полученные по схемам одновременного испарения нескольких разноименных катодов и испарения как одно -, так и многокомпонентных катодов, дают слоистые многокомпонентные системы. Конденсаты, полученные при испарении в вакуумное пространство только катодов с жесткой регламентацией элементов, входящих в их состав, обеспечивают монолитные покрытия с ярко выраженным столбчатым строением. Установлена качественная корреляционная связь между составами многокомпонентных сплавленных катодов и композиционных покрытий.
С разделяется на узкие фракции в блоке вторичной перегонки широкой бензиновой фракции 14, работающем по схеме, аналогичной схеме предыдущей установки. Принципиально новым (в отличие от установки, работающей по схеме двухкратного испарения) является работа электродегидраторов при абсолютном давлении 16 кгс / см2 и 150 - 155 С.
Топочная камера призматическая полностью экранирована трубами с наружным диаметром 60 мм, шаг которых 64 мм. Нижняя часть экранной поверхности образует так называемую холодную воронку, по откосам которой частички шлака в твердом виде скатываются вниз, в шлаковый комод. Схема испарения двухступенчатая, с промывкой пара питательной водой. Первая ступень испарения включена непосредственно в барабан котла, второй ступенью служат выносные паросепарационные циклоны, включенные в схему циркуляции средних боковых блоков экрана.
В июне 1976 г. по этой причине на ТЭЦ целлюлозно-бумажного комбината произошла авария на паровом котле типа Б КЗ-220-100 ф паропроизводительно-стью 220 т / ч с параметрами пара 100 кгс / сма и 540 С, изготовленном на Барнаульском котлостроительном заводе в 1964 г. Котел однобарабанный с естественной циркуляцией, выполнен по П - образной схеме. Топочная камера призматическая полностью экранирована трубами с наружным диаметром 60 мм, шаг которых 64 мм. Нижняя часть экранной поверхности образует так называемую холодную воронку, по откосам которой частички шлака в твердом виде скатываются вниз, в шлаковый комод. Схема испарения двухступенчатая, с промывкой пара питательной водой. Первая ступень испарения включена непосредственно в барабан котла, второй ступепью служат выносные паросепарационные циклоны, включенные в схему циркуляции средних боковых блоков экрана.
Вся серия котлоагрегатов ДКВр на давление пара 14 и 24 кгс / см2 имеет общую конструктивную схему - экранированную топочную камеру, продольное размещение барабанов и раз-зитый котельный пучок с коридорным рас-лоложением кипятильных труб. Котлоагрегаты разной производительности отличаются по длине и ширине. Движение газов в котлоагрегатах - горизонтальное поперечное с несколькими поворотами, за исключением котлоагрегатов ДКВр-20, в которых применена пролетная схема движения газов. Схема испарения одноступенчатая с внутрибарабанными сепарационными устройствами; у ДКВр-10-39 и ДКВр-20 - двухступенчатая (первая ступень испарения - внутрибарабанные сепарационные устройства, вторая - выносные циклоны) с питанием контуров испарения второй ступени из нижнего барабана. Котлоагрегаты ДКВр могут работать на всех видах твердого топлива, включая фрезерный торф и древесные отходы, а также на жидком и газообразном топливе.
Первоначальная проектная мощность этой установки была определена в 1 млн. т / год малосернистой нефти. Однако в начале строительства было принято решение об увеличении ее мощности до 1 5 млн. т / год без существенного изменения размеров основной аппаратуры. Установка работает по схеме двухкратного испарения - с предварительным выделением легких бензиновых компонентов. Перепад температур в колонне регулируется снятием избыточного тепла тремя циркулирующими потоками. Схема атмосферной перегонки на данной установке аналогична схеме типовой установки АВТ производительностью 2 млн. т / год.
Обезвоженная и обессоленная нефть из емкости двумя потоками прокачивается в тешюобменные аппараты, где она нагревается за счет горячих потоков атмосферной и вакуумной части и крекинга соответственно до 134 и 172 С. Затем оба потока соединяются и при 150 С поступают в теплообменники котельного топлива. Выходя из них при 210 С, нефть подается в первую ректификационную колонну. Блок атмосферно-ва-куумной перегонки нефти и мазута работает по схеме двухкратного испарения. Балансовый избыток верхнего продукта первой ректификационной колонны направляется в блок стабилизации, работающий при абсолютном давлении 5 кгс / см2 и температуре низа 124 и верха 60 С. В основной ректификационной колонне с верха отбирается фракция 85 - 140 С; в виде боковых погонов выводятся фракции 140 - 180, 180 - 240, 240 - 300 и 300 - 350 С. Для получения четырех боковых фракций колонна оборудована 51 тарелкой и оснащена четырьмя отпарными колоннами.
Один из наиболее эффективных методов снижения потерь тепла котловой воды с непрерывной продувкой и получения более чистого пара является ступенчатое испарение.
Рисунок 2.21 – Ступенчатое испарение
Оно заключается в том, что в водном объеме барабана котла создаются зоны с различным содержанием солей в котловой воде. Это достигается разделением водяного объема барабана котла с его поверхностями нагрева на отдельные отсеки. Непрерывная продувка производится из отсека с наиболее высоким солесодержанием, а отбор пара с наименьшим. Верхний барабан разделен перегородкой с отверстием (переливной трубой) на два отсека – чистый и солевой. Питательная вода поступает в чистый отсек, а солевой питается из чистого отсека через переливную трубу. В чистом отсеке образуется примерно 80% пара, в солевом 20%. Следовательно, из чистого в солевой отсек поступает 20% котловой воды, которая для чистого отсека является продувочной. Поэтому продувка чистого отсека происходит без тепловых потерь, обеспечивая низкое солесодержание котловой воды в нем.
Существенным недостатком является возможность обратного перетока воды в чистый отсек при «вялой» циркуляции. Для устранения этого недостатка применяют ступенчатое испарение с выносными циклонами, которые являются солевыми отсеками (ДКВР-20). При использовании выносных циклонов в качестве сепарационного объема разность уровней в отсеках может быть выбрана достаточной по условиям предотвращения обратного перетока воды. Поэтому схемы с выносными циклонами предпочтительны, особенно при небольшой производительности солевого отсека.
Питательная вода поступает в барабан который служит чистым отсеком. Продувочная вода из барабана поступает в циклоны, для которых эта вода является питательной. Циклон имеет отдельный контур циркуляции и выдает пар в барабан котла. Пар проходит через сепарационное устройство чистого отсека и дополнительно очищается. Непрерывная продувка осуществляется только из циклона, если он есть. При ступенчатом испарении уменьшаются потери тепла с продувкой и повышается качество пара.
Эффективность ступенчатого испарения возрастает с увеличением числа ступеней испарения, однако это нарастание с ростом числа ступеней затухает. Наибольшее распространение получили двух- и трехступенчатые схемы. При этом вторая ступень испарения может быть организована либо внутри барабана, либо вне его - в выносных циклонах. В трехступенчатой схеме обычно первую и вторую ступени выполняют в барабане, а третью - в выносном циклоне.
Ступенчатое испарение позволяет повысить чистоту пара при заданном качестве питательной воды и данном значении продувки. Оно позволяет также получить удовлетворительную чистоту пара при воде более низкого качества, что упрощает и удешевляет водоподготовку. Ступенчатое испарение позволяет также повысить экономичность паротурбинной установки вследствие уменьшения продувки без заметного снижения качества пара.
Рисунок 2.22 – Схема трехступенчатого испарение с выносной третьей ступенью:
1 – барабан котла; 2 – нижний коллектор; 3 – опускная труба; 4 – подъемная труба; 5 – подвод питательной воды; 6 – вывод (продувка) части воды из контура циркуляции; 7 – отвод насыщенного пара; 8 – выносной циклон; 9, 10 – опускные и парообразующие трубы контура солевого отсека; 11 – отвод пароводяной смеси в циклон; 12, 13 – водо- и пароперепускные трубы; 14 – периодическая продувка.
2.2.9 Влияние внутренних отложений на экономичность и надежность работы котельной установки
Надежная и экономичная работа котла зависит от качества воды, применяемой для питания котлов.
Источниками водоснабжения котлов могут служить пруды, реки, озера, грунтовые воды или городской водопровод. Природные воды содержат примеси в виде растворенных солей и механические примеси, поэтому непригодны для питания паровых котлов без предварительной очистки.
Качество воды характеризуется следующими показателями:
1. Сухой остаток содержит общее количество растворенных в воде веществ (кальция, магния, натрия, железа, алюминия и т.д.), которые остаются после выпаривания воды и высушивания остатка при 110 о С. Сухой остаток выражают в миллиграммах (примесей) на килограмм (воды).
2. Жесткость воды характеризуется суммарным содержанием в воде солей кальция и магния, которые являются накипеобразователями. Различают общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Жесткость воды выражается в миллиграмм-эквивалент на 1 кг раствора (мг-экв/кг).
3. Щелочность воды характеризуется содержанием в ней щелочных соединений (гидраты, например едкий натр NaOH, карбонаты Na 2 CO 3 – кальцинированная сода, бикарбонаты). Различают гидратную, карбонатную и бикарбонатную щелочность.
4. Окисляемость характеризуется наличием в воде кислорода и двуокиси углерода, выраженных в миллиграммах на килограмм.
В питательной воде, поступающей в котел, всегда остается какая-то часть примесей.
В процессе получения пара и отвода его из котла, а также поступления в котел новых порций питательной воды в котловой воде увеличивается количество солей, так как сухой пар не растворяет их.
При увеличении солесодержания выше нормы начинается выпадение их в осадок и образование накипи на поверхности нагрева и шлама в толще воды, появится пенообразование и усилится унос паром котловой воды с растворенными в ней солями. Это приведет к заносу паропровода солями.
Для получения пара нужного качества котловая вода обрабатывается специальными реагентами, которые заставляют накипеобразующие соли выпадать в котле в виде шлама, который легко удаляется продувкой.
Кроме этого на надежность работы котельной установки влияет коррозия металла. Разъедание стенок котла может происходить от воздействия на них растворенных в питательной воде кислорода, двуокиси углерода, водорода и т.д.
Метод ступенчатого испарения, сущность которого сводится к созданию в парогенераторе контуров парообразования с различной концентрацией примесей при их последовательном питании водой, был предложен в 1936 г. Э.И.Роммом. Для этого контур циркуляции искусственно разделяют на две или три части, называемые отсеками или ступенями испарения.
Более трех ступеней испарения не применяют, т. к. это существенно усложняет конструкцию парогенератора, а получаемый выигрыш в чистоте пара по мере возрастания числа ступеней падает. Для энергетических котлов число ступеней испарения, как правило, два.
В первый отсек выделяется основная группа контуров циркуляции, которая присоединяется к части или ко всему барабану. Во второй отсек выделяется небольшая группа контуров циркуляции, которая присоединяется либо к части барабана, либо к выносным циклонам. Парообразующие поверхности отдельных отсеков между собой не сообщаются. Питательная вода поступает в первый (чистый) отсек. Питание второго (солевого) отсека происходит котловой водой первого отсека. Продувка парогенератора всегда организуется из последнего отсека. Поступление воды из одного отсека в другой происходит по специальным водоперепускным трубам. Такой режим называют режимом с внутренней продувкой. Переток воды по водоперепускным трубам в нужном направлении обеспечивается разностью уровней воды по обеим сторонам перегородки в барабане.
Общая паропроизводительность парогенератора со ступенчатым испарением складывается из паропроизводительности всех отсеков.
На рисунке ниже приведена схема двухступенчатого испарения без выносных циклонов.
Водяной объем барабана разделен на два отсека несколько выступающей над уровнем воды перегородкой. В нижней части перегородки находится короткая водоперепускная труба. Контуры циркуляции, подсоединенные к чистому и солевому отсекам разделены между собой глухой перегородкой в нижнем коллекторе.
Производительность солевого отсека зависит от конструктивных особенностей котла и в еще большей степени от качества питательной воды. Для барабанных котлов среднего давления подпиточная вода готовится по схемам умягчения и чистый отсек включает порядка 65 % объема барабана и все боковые экраны. Если же подпитка пароводяного контура производится обессоленной водой и питательная вода имеет очень низкое солесодержание, производительность солевого отсека не превышает 3-5%.
В связи с повышенной концентрацией солей в котловой воде солевых отсеков в контур циркуляции этих отсеков выделяются экранные поверхности с относительно низким тепловым напряжением (как правило, это трубы боковых экранов).
Кратность концентрации солей между отсеками (величина характеризующая эффективность ступенчатого испарения) должна быть не более 10. При более высоких значениях кратности создаются условия для накипеобразования в экранных трубах солевого отсека.
Сопротивление перепускной трубы из чистого отсека в солевой должно быть небольшим, чтобы уровни в них мало отличались. Но малое сопротивление этой трубы способствует периодическим толчкам воды в обратном направлении. Этот так называемый переброс воды из солевого отсека в чистый повышает солесодержание воды чистого отсека, что в свою очередь ведет к ухудшению качества пара, со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.
Для котлов высоких и сверхвысоких давлений подпиточная вода готовится по схемам обессоливания, что позволило повысить качество котловой воды и перейти на организацию солевых отсеков в выносных циклонах.
Современные системы отопления и горячего водоснабжения для предприятий требуют немалых инвестиций. Поэтому в наше время нужно выбирать поставщика оборудования, у которого цены на котельные будут ниже, чем у других.
Когда последняя ступень испарения выполняется с выносными циклонами, переброс ликвидируется практически полностью. Возможность иметь большую разность уровней в барабане и циклоне позволяет делать водоперепускную трубу с большим сопротивлением.
Применение схемы (б) позволяет получить пар более высокого качества за счет промывки пара солевого отсека водой чистого отсека.
Идея ступенчатого испарения, сыгравшая положительную роль для барабанных котлов среднего давления, исчерпала себя еще в 60-ые годы прошлого века в период освоения котлов высокого, а затем сверхвысокого давления.
Дело в том, что вначале оно применялось лишь в тех случаях, когда не удавалось обеспечить солесодержание котловой воды ниже критического за счет разумной величины продувки. Ступенчатое испарение рассматривалось при этом как способ сокращения продувки (внутренняя продувка). Однако вскоре оно стало выполнять свою основную функцию – повышение качества пара, но это было эффективным лишь для котлов среднего и повышенного давления.
С продувочной водой. Увеличение продувки котлов, вызванное невозвратом конденсата, зависит в первую очередь от количества добавляемой химически очищенной воды, а также от давления в котлах, типа водоподготовки, наличия ступенчатого испарения.
Нормируемый показатель без ступенчатого со ступенчатым испарением более 8 до 40 бар ДО 8 бар
Установки с барабанными парогенераторами давлением пара бар (в барабане) при регулировании температуры перегретого пара с использованием воды из общей питательной магистрали собственного конденсата парогенератора 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 4 5 6 7 8 9 7 8 9 7 8 9 Перечисленные схемы обессоливания воды применяют, когда при учете всего комплекса вопросов , связанных с подготовкой добавочной воды и водным режимом, использование магнезиального обескремнивания и Ма-катиони-рования (или Н-Ыа-катиони-рования) в сочетании со ступенчатым испарением оказывается неприемлемым
Отсутствие ступенчатого испарения
В ряде случаев тот же эффект уменьшения работы разделения может быть достигнут путем ступенчатой конденсации например, в узле деметанизации установок получения этилена) или ступенчатого испарения сырья (например, на установках первичной перегонки нефти) и ввода его в колонну в нескольких точках.
Отмечается также заметное влияние третьих элементов, особенно натрия и калия при их содержании, превосходящем на порядок и более содержание определяемых. элементов. Наиболее существенное уменьшение интенсивности линий в присутствии Ма и К испытывают легколетучие примеси, испаряющиеся одновременно с ними для других примесей иногда удается заметно уменьшить это влияние при ступенчатом испарении путем отгонки влияющих элементов.
Для котлов, питающихся водой с малым содержанием кремнекислоты, можно ограничиться применением промывки пара питательной водой , не прибегая одновременно к ступенчатому испарению.
Следует отметить, что питание этих котлов химически очищенной водой вызывает дополнительные трудности , связанные с наличием избирательного уноса кремниевой кислоты . Однако и эти трудности в настоящее время устраняются путем частичного обескремнивания добавочной воды , а ступенчатого испарения и промывки пара.
На одной ТЭЦ котлы ТП-230 (давление пара 110 ama) со ступенчатым испарением питались с добавкой химически очищенной воды (табл. 1). На этой электростанции наблюдалось прогрессирующее снижение мощности турбин высокого давления , при этом обычные промывки проточной
НЫМ паром из котлов ТП-230 со ступенчатым испарением. Отбор проб пара производился из середины основного барабана (чистый отсек) и из правой и левой его сторон на границе выхода пара соленых отсеков из промежуточных камер в чистый отсек. Данные фиг. 6 показывают, что концентрация кремниевой кислоты в паре соленых отсеков несколько выше, чем в паре чистых отсеков.
На тех электростанциях высокого давления , где добавкой к питательной воде служит дистиллат испарителей, целесообразно оборудовать котлы устройствами ступенчатого испарения с солеными отсеками в виде выносных циклонов . Пар этих циклонов целесообразно промывать котловой водой чистых отсеков
Устройства отбора проб котловой воды устанавливают на линиях непрерывной продувки, а при наличии в котле ступенчатого испарения также и в чистом отсеке. При наличии в котлах с внутрибарабанными устройствами ступенчатого испарения низкой кратности концентрации солей
Если во время опытов броски отсутствовали, но солесодержание пара оказалось выше допустимых норм , то чистоту пара определяют вновь при более низком солесодержании котловой воды . При этом может потребоваться проведение нескольких длительных опытов со снижением солесодержания котловой воды в каждом опыте ступенями на 60-.70 жг/кг в чистых отсеках котлов со ступенчатым испарением.
Пример 3. Определить потери тепла с невозвращенным конденсатом в процентах тепла пара , расходуемого на теплопотребляющие агрегаты, для следующих условий насыщенный пар поступает из отопительно-производственной котельной , оборудованной котлами давлением в кгс1см без ступенчатого испарения тепло продувочной воды котлов используется в сепарато-ре и теплообменнике (i np=40 ккал1кг).
Последуюш ее успешное применение паронромывочных устройств в однобарабанных котлах высокого давления типа ПК-19 и ПК-20 опровергло эти предположения. Котел ПК-19 снабжен барабаном внутренним диаметром 1500 мм и оборудован устройствами для ступенчатого испарения с выносными циклонами . Суммарная производительность соленых отсеков равна 20% (II ступень 12%, III ступень 8%). Весь вырабатываемый пар пропускается через паропромывочные устройства , расположенные в чистом отсеке барабана (см. фиг. 8).
Применение на котле ТП-230 3-ступенчатого испарения и размыва пены (производительность соленых отсеков 17%) с