Устройство для контроля и регулирования качества пара в испарителях поверхностного типа

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно - устройствам для контроля и регулирования качества пара в испарителях.
Известен кондуктометрический сигнализатор наличия жидкости в паре, характеризующийся тем, что он содержит систему охлаждения, выполненную в виде змеевика с внутренней полостью для циркуляции охладителя, измерительную ячейку датчика, в которую стекает конденсат, с расположенными в ней измерительными электродами и термопарой и трубку, соединенную одним концом с ячейкой, а другим - с атмосферой через вентили, холодильник и измерительную ячейку кондуктометра, расположенного вне парового пространства, защитный козырек, (патент RU №9543 U1, MПК G01N 27/02 опубл. 27.06.2010).
Известно устройство для контроля и регулирования качества пара в испарителях поверхностного типа, включающее солемер, установленный на линии отбора конденсата вторичного пара испарителя и устройство для продувки испарителя (Стерман Л.С., Покровский В.Н. «Химические и термические методы обработки воды на ТЭС», М. Энергия, 1981 г., 229 с, с. 163-164).
Наиболее близким техническим решением к полезной модели является устройство для контроля и регулирования качества пара в испарителях поверхностного типа, содержащее солемер, установленный на линии отбора проб конденсата вторичного пара испарителя, и устройство для продувки испарителя, отличающееся тем, что дополнительно содержит кондуктометрический сигнализатор наличия жидкости в паре, кондуктометрический датчик солесодержания пара, снабжённый устройством для отделения жидкости от пара, микропроцессорный измерительно-регулирующий прибор, подключённый к устройству для продувки испарителя ( см.патент RU 168476, G01N27/02, опубл. 06.02.2017).
Однако указанное устройство не может обеспечить высокое быстродействие системы контроля и регулирования солесодержания конденсата пара испарителя в процессе генерации пара во внутреннем объёме испарителя путём испарения воды, содержащей примеси.
Причиной этому является отсутствие системы контроля и регулирования солесодержания испаряемой воды, влияющего на солесодержание конденсата пара испарителя, а также отсутствие малоинерционной системы контроля и регулирования степени механического уноса испаряемой воды с потоком пара в испарителе. Унос испаряемой воды с паром приводит к увеличению солесодержания пара испарителя.
Отсутствие системы контроля и регулирования солесодержания испаряемой воды приводит при высоких значениях солесодержания испаряемой воды к уменьшению скорости циркуляции воды вокруг греющей секции испарителя, погружённой в испаряемую воду и обеспечивающей генерацию пара. Это приводит к нарушению теплового и гидродинамического режима работы испарителя, сопровождающемуся захватом частиц испаряемой воды с высоким солесодержанием потоком пара, и к увеличению солесодержания конденсата пара испарителя. При превышении солесодержания конденсата пара, идущего к потребителю, происходит увеличение продувки испарителя с понижением концентрации примесей в испаряемой воде с запаздыванием, когда солесодержание воды уже намного превысило допустимое значение и начался унос воды с паром. В этом случае потребуется время, необходимое для уменьшения солесодержания воды до нормы, в течение которого унос воды с паром будет продолжаться и поток пара с частицами воды, имеющей высокое солесодержание, будет поступать по паропроводу в конденсатор. При превышении солесодержания конденсата пара допустимых значений конденсат пара не будет направлен на подпитку котла, а будет сброшен в резервные ёмкости, что приведёт к потерям тепла и к увеличению эксплуатационных затрат.
Отсутствие малоинерционной системы контроля и регулирования степени механического уноса испаряемой воды с потоком пара в испарителе приводит к возможности появления режимов работы испарителя с высоким солесодержанием пара в течение длительного времени.
Работа испарителя с превышающим допустимую норму солесодержанием конденсата пара соответствует аварийному режиму. В этом случае конденсат пара испарителя не подаётся на подпитку котельного агрегата и сбрасывается в резервные ёмкости, что приводит к потерям тепла и конденсата и значительно снижает технико-экономические показатели энергоблока.
Задача предлагаемой полезной модели – повышение точности измерений и снижение эксплуатационных затрат.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для контроля и регулирования качества пара в испарителях поверхностного типа, содержащее солемер, установленный на линии отбора конденсата вторичного пара испарителя, устройство для продувки испарителя, кондуктометрический сигнализатор наличия жидкости в паре, кондуктометрический датчик солесодержания пара, снабжённый устройством для отделения жидкости от пара, микропроцессорный измерительно-регулирующий прибор, подключённый к устройству для продувки испарителя, дополнительно содержит линии отбора проб испаряемой воды и проб воды с промывочного листа с установленными на них холодильниками и  кондуктометрическими датчиками солесодержания проб;
- при этом кондуктометрические датчики солесодержания проб подключены к измерительно-регулирующим приборам;
- при этом измерительно-регулирующие приборы подключены к устройству для переключения питания электрических цепей кондуктометрических датчиков солесодержания проб;
- при этом испаритель снабжён дополнительным устройством для его продувки;
- при этом к дополнительному устройству для продувки испарителя подключено устройство для переключения питания электрических цепей кондуктометрических датчиков солесодержания проб.
Техническим результатом является повышение точности измерений и снижение эксплуатационных затрат за счёт того, что при помощи устройства для контроля и регулирования качества пара в испарителях поверхностного типа, снабжённого линией отбора проб испаряемой воды с установленными на ней холодильником, кондуктометрическим датчиком солесодержания проб,  где кондуктометрический датчик солесодержания проб подключён к измерительно-регулирующему прибору, подключённому к устройству для переключения питания электрических цепей кондуктометрических датчиков солесодержания проб, подключенному к дополнительному устройству для продувки испарителя, обеспечивается возможность оперативного управления процессом регулирования солесодержания испаряемой воды в допустимых пределах. Это значительно снижает вероятность нарушения гидродинамического и теплового режимов работы испарителя, приводящего к уносу жидкости с потоком пара, сопровождающемуся увеличением солесодержания конденсата пара.
Регулирование величины продувки испарителя по сигналу кондуктометрического датчика солесодержания проб испаряемой воды позволяет уменьшить запаздывание сигнала на увеличение продувки испарителя при превышении солесодержания воды допустимых значений, приводящего к увеличению уноса воды с паром.
При помощи устройства для контроля и регулирования качества пара в испарителях поверхностного типа, снабжённого линией отбора проб воды с промывочного листа с установленными на ней холодильником, кондуктометрическим датчиком солесодержания проб, где кондуктометрический датчик солесодержания проб подключён к измерительно-регулирующему прибору, подключённому к устройству для переключения питания электрических цепей кондуктометрических датчиков солесодержания проб, подключенному к дополнительному устройству для продувки испарителя, обеспечивается возможность оперативного управления процессом регулирования солесодержания испаряемой воды в допустимых пределах с целью уменьшения уноса воды с паром, вызванного увеличением концентрации в воде пенообразующих примесей.
При высокой концентрации в воде пенообразующих примесей общее солесодержание воды может быть в пределах нормы и кондуктометрический датчик солесодержания проб воды, установленный на линии отбора проб испаряемой воды, не подаст сигнал системе регулирования на увеличение продувки испарителя. Но появится пена на поверхности испаряемой воды и унос пены, богатой солями, с паром, может увеличить солесодержание конденсата пара. На начальной стадии процесса пенообразования количество пены невелико и она задержится слоем воды на промывочном листе, через который проходит поток пара, и не попадёт в поток пара, идущего к потребителю. В этом случае солесодержание воды на промывочном листе значительно возрастёт, по сигналу датчика солесодержания проб воды на промывочном листе увеличится продувка испарителя до снижения концентрации пенообразующих примесей в воде и прекращения образования пены на поверхности воды, что позволит прекратить унос пены с паром и снизить солесодержание конденсата пара.
Таким образом, предлагаемое устройство для контроля и регулирования качества пара в испарителях поверхностного типа позволяет повысить точность измерений и снизить эксплуатационные затраты.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Основными элементами устройства являются кондуктометрический сигнализатор 1 наличия жидкости в паре (см. RU №9543 U1, MПК G01N 27/02 опубл. 27.06.2010), кондуктометрический датчик 2 для определения солесодержания пара (SU СССР №958943A1, МПК G01N 27/02 опубл. 15.09. 1982) с трубкой 3 для забора пара, соединённой с сепаратором 4 для отделения жидкости от пара, микропроцессорный измерительно - регулирующий прибор 5, подключённый к сигнализатору 1 наличия жидкости в паре и к кондуктометрическому датчику 2 для определения солесодержания пара, измерительно-регулирующие приборы 6,7 подключённые к кондуктометрическим датчикам 8,9 солесодержания проб испаряемой воды и проб воды с промывочного листа соответственно, холодильники 10,11 для охлаждения проб испаряемой воды и воды с промывочного листа, устройство 12 для переключения питания электрических цепей  кондуктометрических датчиков солесодержания проб 8,9, два устройства для продувки испарителя, подключённые к линии продувки параллельно, с клапанами продувки 13,14 и исполнительными механизмами 15,16, подключёнными к устройству 12 для переключения питания электрических цепей кондуктометрических датчиков солесодержания проб 8,9 и к измерительно-регулирующему прибору 5 соответственно, солемер 17, установленный на линии отбора конденсата вторичного пара испарителя за конденсатором 18.
Кондуктометрический сигнализатор 1, кондуктометрический датчик 2 с трубкой 3 и сепаратор 4 размещены в паровом пространстве в верхней части испарителя 19. В нижней части испарителя 19 находится испаряемая вода и погружённая в неё греющая секция 20. На некотором расстоянии от поверхности воды располагается промывочный лист 21 с устройством 22 для подвода промывочной воды. В линии для отбора проб воды с промывочного листа последовательно соединены трубопроводом холодильник 11 и датчик солесодержания проб 9. В нижней части испарителя 19 в зоне испаряемой воды размещена линия отбора проб воды, в которой последовательно соединены трубопроводом холодильник 10 и датчик солесодержания проб воды 8.
1
2
1
2
1
2
1
2
Устройство для контроля и регулирования качества пара испарителя поверхностного типа работает следующим образом. После включения в работу сигнализатора жидкости в паре 1 и кондуктометрического датчика 2, подключенного через трубку 3 для забора пара к сепаратору 4, электрические сигналы от сигнализатора 1 и кондуктометрического датчика 2 поступают на вход микропроцессорного измерительно-регулирующего прибора 5. Прибор 5, используя эти сигналы, вычисляет значения удельной электропроводности конденсата пара в сигнализаторе 1 и кондуктометрическом датчике 2. Затем прибор 5 вычисляет разность Дч=ч-ч, где ч - удельная электропроводность конденсата пара в сигнализаторе 1, а ч - удельная электропроводность конденсата в кондуктометрическом датчике 2. При помощи кондуктометрического датчика 2 определяется значение удельной электропроводности конденсата, полученного из вторичного пара, прошедшего процесс очистки от возможных примесей жидкости в паре при помощи сепаратора 4. В случае, когда во вторичном паре испарителя не присутствует жидкость, в которой всегда намного больше солей, чем в паре, значение Дч=ч-ч будет наименьшим. При появлении жидкости во вторичном паре, связанномс изменением теплового и гидродинамического режима работы испарителя, значение ч будет возрастать, будет возрастать и Дч, а значение ч не изменится, так как в кондуктометрический датчик 2 пар поступает, проходя через сепаратор 4, в котором жидкость задерживается. Сигнал, пропорциональный вeличинe Дч, подается с микропроцессорного измерительно-регулирующего прибора 5 на исполнительный механизм 16 устройства для продувки испарителя, включающего исполнительный механизм 16 и клапан продувки 14. Исполнительный механизм 16обеспечивает открытие клапана продувки 14. По сигналу от прибора 5 клапан продувки открывается, продувочная вода с более низким солесодержанием, чем испаряемая в испарителе вода, попадает в ванну испарителя и концентрация солей в испаряемой воде уменьшается. Избыток воды удаляется из испарителя по линии продувки. Это приводит к восстановлению нормального теплового и гидродинамического режима испарителя и уменьшению уноса жидкости с паром. Контроль качества конденсата вторичного пара, идущего к потребителю и получаемого в конденсаторе 18, осуществляется при помощи солемера 17, установленного за конденсатором 18. Причиной уноса жидкости с паром в испарителях при нормальном уровне испаряемой воды является чрезмерно высокое солесодержание этой воды. При уменьшении уноса значение Дч уменьшается и по сигналу с прибора 5, поступающего на исполнительный механизм 16, клапан продувки 14 закрывается до тех пор, пока значение Дч не начнет увеличиваться.
При пуске в работу испарителя одновременно с включением в работу линии продувки, работающей по сигналу от измерительно-регулирующего прибора 5, включается в работу линия продувки, работающая по сигналам от измерительно-регулирующих приборов 7, 6, подключённых к кондуктометрическим датчикам солесодержания проб 9 и 8, установленным на линиях отбора охлаждённых в холодильниках11,10 проб воды с промывочного листа и проб испаряемой воды. При солесодержании испаряемой воды, не превышающем допустимое значение и при концентрации пенообразующих веществ, не вызывающей образование пены на поверхности воды, испаритель работает в нормальном режиме и солесодержание пара и его конденсата находится в допустимых пределах.
При увеличении солесодержания испаряемой воды до значений, превышающих допустимые, происходит уменьшение скорости циркуляции испаряемой воды в зоне расположения греющей секции испарителя, нарушается гидродинамический и тепловой режимы работы испарителя и увеличивается унос воды с паром, приводящий к увеличению солесодержания конденсата пара. В этом случае по сигналу кондуктометрического датчика солесодержания проб 8, измеряющего электропроводность охлаждённой пробы воды, измерительно-регулирующий прибор 6 даст команду устройству 12 для переключения питания электрических цепей кондуктометрических датчиков солесодержания 9,8. Устройство 12 отключит цепь питания кондуктометрического датчика проб 9 и прибора 7 и подаст сигнал на исполнительный механизм 15 на открытие клапана продувки 13. После открытия клапана 13 концентрация солей в испаряемой воде будет уменьшаться и, когда она достигнет допустимых значений, по сигналу кондуктометрического датчика проб 8 измерительно-регулирующий прибор 6 даст команду устройству 12 на закрытие клапана продувки 13 при помощи исполнительного механизма 15, на отключение электрической цепи питания кондуктометрического датчика 8 и прибора 6 и на включение электрической цепи питания кондуктометрического датчика проб 9 и прибора7.
В том случае, если концентрация пенообразующих веществ в испаряемой воде не превышает допустимых значений и на поверхности воды нет пены, которая может уноситься с потоком пара, солесодержание конденсата пара будет в пределах нормы и концентрация солей в воде на промывочном листе 21 не будет выше допустимой. Поэтому по сигналу от кондуктометрического датчика проб 9 измерительно-регулирующий прибор 7 не будет давать команду устройству 12 на открытие клапана продувки 13. Если солесодержание испаряемой воды не превышает допустимых пределов, а концентрация пенообразующих веществ в воде превышает допустимую, то при отключённой цепи питания датчика солесодержания проб воды 8 и прибора 6 и включённой цепи питания кондуктометрического датчика солесодержания проб 9 и прибора 7 датчик 9 покажет увеличение солесодержания воды на промывочном листе 21, связанное с вспениванием воды и уносом пены с паром. Пар проходит через отверстия в промывочном листе 21 через слой промывочной воды и таким образом подвергается частичной очистке от солей. На начальном этапе пенообразования количество пены невелико и, проходя с потоком пара через отверстия в промывочном листе, она задерживается в слое воды на промывочном листе и не уносится с потоком пара к потребителю. В этом случае по сигналу датчика 9 прибор 7 даст команду устройству 12 на открытие клапана продувки 12 при помощи исполнительного механизма 15. После уменьшения в ходе продувки концентрации пенообразующих веществ в испаряемой воде до допустимых значений образование пены на поверхности воды и унос пены с паром прекратится, солесодержание воды на промывочном листе 21 уменьшится до допустимых значений и по сигналу кондуктометрического датчика 9 прибор7 даст команду устройству 12 на переключение электрической цепи питания. Цепь питания датчика 9 и прибора 7 будет обесточена, а цепь питания датчика 8 и прибора 6 будет находиться под напряжением и в случае увеличения солесодержания испаряемой воды до значений выше допустимых, по сигналу от кондуктометрического датчика солесодержания проб 8 прибор 6 даст команду устройству 12 на открытие клапана продувки 13.
Таким образом, две системы регулирования продувки, использующие сигналы от кондуктометрических датчиков солесодержания проб 8 и 9, обеспечивают, работая поочерёдно, контроль за процессом генерации пара и предупреждают унос солей с паром, вызванный либо высоким   солесодержанием испаряемой воды, либо высокой концентрацией пенообразующих веществ в воде при солесодержании воды, не выходящем за пределы допустимых значений.
Система продувки, использующая сигналы от кондуктометрического сигнализатора наличия жидкости в паре 1 и кондуктометрического датчика солесодержания 2, обеспечивает непрерывный контроль солесодержания пара и контроль наличия жидкости в паре. В том случае, когда необходимое солесодержание конденсата пара и отсутствие воды в потоке пара не обеспечивается по каким либо причинам системами регулирования продувки при помощи клапана продувки 13, система регулирования продувки при помощи клапана продувки 14 будет выполнять продувку до тех пор, пока солесодержание конденсата пара не достигнет требуемых значений и пока не прекратится унос воды с паром.