КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Принципиальная тепловая и водорежимная схема энергетического блока ТЭС на сверхкритические параметры пара. Характеристики примесей воды

Принципиальная схема движения водного теплоносителя в контуре энергетического блока ТЭС на сверхкритические параметры пара представ­лена на рис. 12.1.

Конденсат отработавшего в турбине пара из конденсатора 1 подается насосами 2 и 4 в систему из подогревателей 5, 6 и 7, затем — в деаэратор 8, где происходит частичное удаление из воды газообразных примесей (кисло­род, углекислый газ, азот и т. д.). Из деаэратора питательная вода насосами 9 и 10 направляется в группу подогревателей высокого давления 12 и через регулятор питания РП подается в паровой котел 13. В паровом котле вода проходит через поверхности нагрева 14-17, 19, 20, где нагревается за счет теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в топочной камере котла, и уже в виде перегретого пара (545-565°С) поступает в паровую турбину.

Пройдя в турбине части сверхвысокого 23 и высокого 24 давления, пар направляется в промежуточный пароперегреватель 28 парового котла, где вновь нагревается до 545-565°С, после чего идет в турбину (часть среднего давления 25, затем часть низкого давления 26). В конденсаторе происходит конденсация пара, отвод теплоты при этом осуществляется охлаждающей водой 32.

Встроенная задвижка 18, встроенный сепаратор 29 и растопочный рас­ширитель 30 используются при пуске и останове парового котла.

Теплообмен в паровом котле происходит в условиях высокой темпера­туры (дымовые газы — до 1500- 1800°С, водный теплоноситель — до 545- 565°) и давления воды — до 32 МПа. Удельные тепловые потоки при этом достигают высоких значений - до 500-800 кВт/м2. Металл труб поверх­ностей нагрева работает в этих условиях с малым запасом по прочности.

ГЛАВА 12

Чтобы обеспечить высокую надежность и экономичность работы парово­го котла, необходимо учитывать особенность проявления теплофизических свойств воды и пара, теплопередачи к однофазному и двухфазному по­токам теплоносителя, гидродинамики однофазного и двухфазного потоков в одиночных трубах и пучках труб и т. д. Надежность работы металла труб поверхностей нагрева зависит также от таких процессов, как окалинообра- зование, коррозия, износ и занос летучей золой с газовой стороны, коррозия и отложение примесей на внутренней, водной стороне.

432

Интенсивность коррозии и образования отложений на внутренней стороне труб парового котла зависит от состава примесей воды и их количе­ства. Нормы качества питательной воды паровых котлов жестко ограничи­вают состав и количество примесей. Так, для паровых котлов сверхкритиче­ского давления концентрация примесей устанавливается на уровне единиц или (для отдельных веществ) десятков мкг/кг (1 мкг/кг= 1СГ9 кг). Получить воду высокого качества можно только с помощью системы конструкторских и профилактических мероприятий. В частности, на рис. 12.1 показано, что после конденсатора конденсат поступает в блочную очистительную (обес­соливающую) установку (БОУ) 3, где улавливается большинство примесей. Конденсат пара из ПНД и ПВД также подается в конденсатор и прохо­дит через БОУ. Профилактически проводится коррекция состава примесей конденсата и питательной воды путем ввода химикатов. Для каждого энер­гетического блока в зависимости от типа парового котла, параметров пара, металла, используемого в ПНД и других характеристик оборудования, вы­бирается свой оптимальный водно-химический режим.

Принципиальная тепловая и водорежимная схема энергетического блока ТЭС на сверхкритические параметры пара. Характеристики примесей воды

Учитывая высокую стоимость подготовки питательной воды, органи­зуется замкнутый цикл движения водного теплоносителя, а потери воды и пара в цикле восполняются за счет подачи химически обессоленной до­бавочной воды 31 (рис. 12.1).

На тепловых электростанциях, кроме основного пароводяного конту­ра 1-31, существуют еще два контура, по которым циркулирует большая масса воды: система теплоснабжения 33-39, система воды 32, 40-43, охла­ждающей пар в конденсаторе.

Из замкнутой системы теплоснабжения на ТЭС поступает обратная сетевая вода 33 (рис. 12.1), которая нагревается в основном сетевом подо­гревателе 34 и, при необходимости, в пиковом сетевом подогревателе 35. После этого горячая сетевая вода 36 поступает тепловым потребителям 37.

Греющий пар на сетевые подогреватели поступает из отборов турбины, а конденсат 38 направляется в конденсатор турбины. В закрытой систе­ме теплоснабжения в качестве добавочной сетевой воды 39 допускается использовать техническую воду, прошедшую химическую обработку и де­аэрацию. Присадка гидразина в подпиточную и сетевую воду запрещается. Не рекомендуется использовать для подпитки сетевой воды продувочную и дренажную воду паровых котлов. Для открытых систем теплоснабжения используется питьевая вода без дополнительной химической обработки.

На ТЭС используется большое количество охлаждающей воды. Так, для охлаждения пара в конденсаторе турбины К-300-240 блока мощ­ностью 300 МВт необходимо около 12 м[2]/с воды. Для ТЭС мощно­стью 1 200 МВт это составит почти 50 м3/с или 180 000 м3/ч. Пример­но 10% этого количества воды требуется для охлаждения масла и воздуха, восполнения потерь в оборотных системах.

На рис. 12.1 представлена прямоточная система охлаждения: вода из крупного источника водоснабжения 40 (река, водоем с большим зеркалом испарения и т. п.) поступает в приемный колодец 41, откуда циркуляцион­ным насосом 42 подается в конденсатор 1 и через колодец 43 сбрасывается обратно в водоем 40. С охлаждающей водой в водоем сбрасывается огром­ное количество теплоты (в 1,5 раза больше электрической мощности ТЭС). Чтобы не нарушать экологическую обстановку в водоеме, тепловые сбросы не должны приводить к повышению температуры воды в водоеме более чем на 5°С в зимнее и на 3°С в летнее время. Водоем должен обеспечить есте­ственное охлаждение воды до температуры, необходимой для поддержания заданного вакуума в конденсаторе.

При отсутствии в районе ТЭС крупных источников водоснабжения используется оборотная система охлаждения. В этом случае охлаждение нагретой воды после конденсатора происходит в градирнях, брызгальных бассейнах, прудах-охладителях, в искусственных водохранилищах.

Качество охлаждающей воды должно быть таким, чтобы не происходи­ло образование отложений минерального и биологического характера в тру­бах конденсатора и других охладителей. Для этого в оборотных системах охлаждения применяют обработку воды реагентами (подкисление, декар­бонизация; фосфатирование), организуют продувку системы. Для предот­вращения биологических отложений в обоих видах охлаждающих систем применяют обработку воды сильными окислителями (газообразный хлор, его производные).

В качестве источников водоснабжения ТЭС используются поверх­ностные (из рек, озер, прудов) или подземные (из артезианских скважин) природные воды. В этих водах содержатся разнообразные примеси есте­ственного происхождения, в них попадают также загрязнения с бытовыми и промышленными стоками.

Природные воды, используемые для подпитки тепловых сетей, основ­ного пароводяного тракта и других технических целей на ТЭС, требуют сложной очистки на водоподготовительной установке (ВПУ). Предвари­тельная очистка (предочистка) предназначена для выделения из воды грубо - дисперсных и коллоидных веществ, снижения щелочности воды. На даль­нейших этапах производится очистка воды от истинно-растворенных при­месей. Для этого используют ионный обмен, термические методы (испари­тели) и другие.

Предочистка обычно включает следующие этапы обработки воды (см. рис. 12.1): фильтр грубой очистки 44, осветлитель 45, механический фильтр 46. В осветлителе совмещены два процесса: коагуляция и извест­кование. Для коагуляции используются глинозем (сернокислый алюминий), сернокислое железо, хлорное железо и т. д. В результате реакций в объеме воды появляется крупная хлопьевидная взвесь. Известкование воды произ­водится раствором извести или известковым молоком. При этом происходит снижение щелочности, декарбонизация, снижение солесодержания воды. В осветлителях, таким образом, в значительной степени удаляются взве­шенные и органические вещества, соединения кремния и железа. Твердая фаза удаляется из осветлителя, а вода подается на механические фильтры, в которых улавливаются взвешенные примеси.

Сущность ионного обмена заключается в использовании способности некоторых специальных материалов (ионитов) изменять в желаемом направ­лении ионный состав примесей воды. Ионно-обменные материалы, способ­ные к обмену катионами, называются катеонитами и используются при обработке воды в исходных Na-, Н - и ЫН4-формах: аниониты, способные к обмену анионами, используются в ОН-форме и, реже, в С1-форме.

Набор ионнообменных фильтров определяется требуемым качеством добавочной воды. Для примера на рис. 12.1 показана схема подготовки воды для подпитки системы теплоснабжения. После предочистки установлены последовательно два Na-катионитных фильтра 47,48. Затем умягченная вода подается в деаэратор 49, где удаляются кислород и углекислота. В деаэратор подается греющий пар 50 из отборов турбины.

По аналогичной схеме возможна подготовка воды для испарителей 52. Испарители поверхностного типа применяются на ТЭС для получения вто­ричного пара из химически обработанной воды. Этот пар конденсируется в охладителе 53, и конденсат 55 подается в бак чистой воды. По своему ка­честву дистиллят пригоден для использования в качестве добавочной воды для любых современных паровых котлов.

В последние годы испарители широко используются для утилизации различного вида сбросных вод. Вода продувки барабанных котлов, дрена­жей, сбросные воды из химцеха и т. д. подаются по трубопроводу 51 в деаэ­ратор 49, а затем — в испаритель 52. Продувочная вода испарителя с высо­кой концентрацией примеси охлаждается и направляется в доупаривающую установку 54. Выделенные при этом соли используются в промышленности или сбрасываются в специальные хранилища.

Учитывая высокие требования к качеству питательной воды для котлов сверхкритического давления, добавочная вода в основной паро­водяной тракт блока СКД проходит химическое обессоливание в три ступени. После предочистки вода (рис. 12.1) проходит две ступени Н-катионитных фильтров 56, 58 и первую ступень анионитного филь­тра 57, затем поступает в декарбонизатор 59, где происходит удале­ние свободной углекислоты. После декарбонизатора вода подается на вторую ступень анионитного фильтра 64 и в фильтр смешанного дей­ствия 65 (третья ступень ионного обмена). Добавочная вода 31 направ­ляется в конденсатор 1 паровой турбины, где проходит дополнительную деаэрацию.

В энергоблоках с прямоточными котлами СКД для очистки конденсата от солей и кремнекислоты, поступающих с присосами охлаждающей воды в конденсаторе турбины, и продуктов коррозии оборудования предусмат­ривается блочная обессоливающая установка (БОУ) 3, через которую про­пускается непрерывно весь конденсат. БОУ включает в себя механические фильтры для улавливания продуктов коррозии и других взвешенных приме­сей и фильтр смешанного действия (ФСД) для обессоливания турбинного конденсата, в ФСД осуществляется процесс совместного Н-ОН-ионирова - ния воды.

Для ТЭС с барабанными котлами высокого и сверхвысокого давления в качестве добавочной используется химически очищенная вода после двух ступеней Н-ОН-ионирования.

Характеристика воды и ее примесей. В зависимости от размера частиц все примеси разделяют на три группы:

— истинно растворенные примеси находятся в воде в виде ионов, от­дельных молекул, комплексов или групп молекул. Размер этих частиц менее 10"6 мм (10~3 мкм). В истинно растворенном состоянии в воде находятся газы (О2, СО2, H2S, N2), катионы и анионы солей Са2+, Mg2+, Na+, К+, SO2", НСО3 , Cl~, NO3 , NO2 ;

— коллоидно-растворенные примеси образованы большим числом мо­лекул и имеют размеры частиц порядка 10~6-10~4 мм (10—3—10~1 мкм). Эти примеси могут быть как органического (гуминовые вещества, вымы­ваемые из почвы), так и минерального (кремниевые кислоты, соединения железа) происхождения;

— грубодисперсные примеси с размером частиц более 10~4 мм (10~1 мкм). Это растительные остатки, частицы песка, глины и т. д.

Концентрация грубодисперсных веществ в воде определяется путем фильтрования воды через бумажный фильтр.

Солесодержание — суммарная концентрация в воде катионов и анио­нов за исключением ионов Н+ и ОН~ мг/кг. Косвенно о солесодержании можно судить по сухому остатку.

Сухой остаток (мг/кг) определяют путем выпаривания определенного объема воды (после фильтрования) и последующего просушивания остатка при температуре 110-120°С.

Окисляемость характеризует содержание в воде органических ве­ществ; определяется по количеству окислителя, расходуемого на их окис­ление. В качестве окислителя обычно используется пермаганат калия КМ11О4 — «пермаганатная окисляемость», мг/кгС>2.

Общая жесткость — суммарная концентрация в воде катионов кальция и магния, мг-экв/кг.

Общая щелочность — суммарная концентрация в воде растворенных гидрооксидов и анионов слабых кислот НСО3 и СО~ за вычетом концен­трации ионов водорода, мг-экв/кг.

Пересчет концентрации веще ствСн, измеряемой в мг-экв/кг (мкг-экв/кг), на концентрацию См, мг/кг (мкг/кг), производится по формуле

См — С'н • Э,

Где Э — эквивалентная масса, равная молекулярной массе вещества, поде­ленной на валентность.

Для кальция эквивалентная масса равна 20,04, для магния -- 12,16 мг/мг-экв (мкг/мкг-экв).

I

Рис. 12.2. Зависимость нлотности воды р от температуры Т и давления р.

Рассмотрим еще одну зависимость: плотность водного теплоносите­ля от температуры (рис. 12.2). Отметим, что при докритичееком давлении

Существует двухфазная область, в пределах которой происходит резкое из­менение плотности среды при постоянной температуре, а при сверхкри­тическом давлении значительное изменение плотности среды происходит в зоне большой теплоемкости.

Аналогично плотности зависит от температуры и диэлектрическая проницаемость воды.

+

Рис. 12.3. Схема вза­имодействия между зарядами Q і и Q2.

(12.1)

F2

Возьмем две частицы с зарядами Qi и Q2 (рис. 12.3). По закону Кулона сила взаимодействия между ними

(-1-

47Г€о

Где г — расстояние между зарядами; єо, є — диэлектрическая проницаемость в пустоте и данной среде, соответственно.

Принципиальная тепловая и водорежимная схема энергетического блока ТЭС на сверхкритические параметры пара. Характеристики примесей воды

Рис. 12.4. Зависимость диэлектрической проницаемости воды є от температуры t при давлении 24 МПа.

Для водного теплоносителя на рис. 12.4 показана зависимость диэлек­трической проницаемости от температуры.

Вода при низкой температуре обладает высокой проницаемостью. Этим обусловлена хорошая растворяющая способность воды.

Q

О-

Поваренная соль NaCl при комнатной температуре на воздухе пред­ставляет собой кристаллическое твердое вещество. Поместим ее в воду. Так как молекулы воды (Н2О) представляют собой электрически заряжен­ные частицы, то они будут притягиваться к ионам Na+ и С1~ соответственно стороной 02~ и Н+ — процесс гидратации. Количество молекул воды, на­
ходящихся в непосредственной близости от молекулы NaCl, показывает ее координационное число.

Значение диэлектрической проницаемости г = 80 показывает, что элек­тростатические силы взаимодействия между ионами Na+ и С1~ в воде уменьшаются в 80 раз по сравнению с силами в пустоте. За счет этого ослабления сил взаимодействия Na+ и Cl~ эти ионы «растаскиваются» мо­лекулами воды и кристаллическая решетка NaCl разрушается. Происходит диссоциация молекулы NaCl на йоны Na+ и С1".

Аналогичные процессы протекают и с другими веществами, контакти­рующими с водой.

Частичной диссоциации подвергается и сама вода:

Н20 Н+ + ОНГ

Или

2Н2О —» НзО+ 4- ОН". Константа равновесия диссоциации

И „ flQH п Срп

Где ан, «он, &н2о — активность соответственно ионов Н+, ОН" и молекул Н2О; Сн, Сон Сн2о — аналогично — концентрация.

При очень малой концентрации ионов Hf и ОН" их активность прак­тически равна концентрации. Преобразуем (12.2)

Hp ' Сн2о = Сн • Сон (12.3)

И обозначим

Kp • Сн2о = kw. (12.4)

Величина kw называется водным числом. Оно может быть вычислено через концентрации ионов Н+ и ОН-

&w = CH-Coh - (12.5)

При температуре 20°С и атмосферном давлении величина kw = = Ю-11 г-ион/л. Чистая вода нейтральна, т. е. концентрации ионов Н+ и ОН" равны

Сі = Сон — 10"' г-ион/л.

Отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода называют водородным показателем воды рН

РН = - log Си = - log Ю-7 = 7.

Аналогично — гидроксыльный показатель воды рОН рОН = - log Сон - - log Ю-7 = 7.

Химически чистая вода является очень слабым электролитом, для нее величина рН при комнатной температуре равна 7, т. е. только одна из десяти миллионов молекул воды диссоциирует на ионы Н+ и ОН". При наличии примесей в воде реакция раствора может быть кислой (рН=1~3), слабокис­лой (рН=4-6), нейтральной -(рН=7), слабощелочной (рН=8-10), щелочной (рН=11-14).

С повышением температуры диссоциация воды увеличивается и, соот­ветственно, растет водное число kw.

Для характеристики и контроля воды и конденсатов с малым соле - содержанием при отсутствии растворенных газов СО2 и NH3 использует­ся показатель — удельная электропроводимость воды. Удельная электро­проводимость воды, См/см (Сименс на см), характеризуется электрической проводимостью слоя воды, находящегося между двумя противоположными гранями куба с ребром в 1 см. Она связана с суммарной концентрацией примеси в истиннорастворенном состоянии. Электропроводность чистой воды при 20°С составляет 0.04 мкСм/см. С увеличением температуры она существенно растет, при 100°С х = 0,7 мкСм/см.

При наличии в воде растворенных, примесей электрическая проводи­мость раствора зависит от концентрации анионов и катионов примесей. В этом случае измеренная величина электрической проводимости будет интегрально характеризовать концентрацию ионов присутствующих при­месей.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Электрокотел — оптимальное решение для безопасного отопления

Нельзя подвести газопровод или пользоваться централизованным отоплением? Тепло и горячую воду все равно можно получить! Gazovyy-kotel.ua предлагает оптимальное решение – мощные и доступные электрокотлы.

Требования к котельной (топочной) на твердом топливе: основные нюансы от специалистов компании Статус 24

Проектирование и сборка составляющих для системы обогрева должна быть четко согласовано со строительными стандартами к отопительным помещениям.

ТТ котлы, электричество и тепловой насос, как альтернатива газу.

Тарифы на центральное отопление постоянно растут, оплата этой коммунальной услуги отнимает большую часть платежей семьи. Отличным выходом может стать выбор альтернативного источника тепловой энергии, который должен стать энергосберегающим, недорогим и …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.