Режим эксплуатации водоподготовительных установок

ВВЕДЕНИЕ

 

Режим эксплуатации водоподготовительных установок и водно-химический режим  должны обеспечивать работу электростанций и тепловых сетей без повреждений  и снижения экономичности, вызванных коррозией внутренних поверхностей водоподготовительного, теплоэнергетического и сетевого оборудования, а также образованием накипи и отложений на теплопередающих поверхностях, отложений в проточной части турбин, шлама в оборудовании и трубопроводах электростанций и тепловых сетей.

Организацию и контроль за водно-химическим режимом работы оборудования электростанций и организаций, эксплуатирующих  тепловые сети, должен осуществлять персонал химического цеха (лаборатории или соответствующего подразделения).

Включение в работу и отключение любого оборудования, могущие вызывать ухудшение качества воды и пара, должны быть согласованы с химическим цехом (лабораторией или соответствующим подразделением).

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Тип электростанции	ТЭЦ
Тип парогенератора	Котел барабанный с естественной рециркуляцией
Тип турбины	ПТ-60-130
Расход пара на турбину, т/ч	350
Расход пара из производственного  отбора турбины, отпускаемого внешним  потребителям т/ч	118
Количество однотипных турбин	3
Давление в РНП, кгс/см2	1,8
αвн	0,35
Название реки	Шексна
Место отбора пробы воды	Череповец
Величина непрерывной  продувки, p, %	3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПОТЕРИ РАБОЧЕГО ВЕЩЕСТВА НА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ

 

Рабочим веществом считают  котловую, питательную воду, вырабатываемый пар, а также компоненты питательной воды: конденсат и добавочную воду. Потери рабочего вещества на тепловой электростанции складываются из внутренних потерь - потерь воды с непрерывной продувкой котлов G_кoнц: утечек воды, конденсата, пара в схеме тепловой электростанции D_y,_; и внешних потерь - потерь пара и конденсата у производственных потребителей пара G_вн. Кроме того, на паротурбинных ТЭС имеются технологические потери рабочего вещества или потери на собственные нужды.

Потери рабочего вещества необходимо восполнять. Восполнение  производят добавочной водой, которая  подвергается обработке, необходимой для предупреждения накипи в котлах и солевых отложений в проточной части турбин.

 

 

1. УТЕЧКИ ВНУТРИ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

 

Утечки рабочего вещества внутри тепловой электростанции могут быть выражены в процентах от общего расхода питательной воды G_пв при номинальной паропроизводительности всех работающих на станции котлов:

y = 100         (1)

 

или же в процентах от общего расхода пара D_пе, выработанного всеми котлами при их номинальной паропроизводительности:

y’ = 100         (2)

Внутристанционные утечки ограничены нормами. В правилах технической  эксплуатации, внутристанционные утечки нормируются в процентах от G_пв. При расчётах водного режима тепловой электростанции, в частности, при расчётах необходимого качества добавочной воды, внутристанционные утечки удобнее выражать вторым способом, т.е. в процентах от паропроизводительности котлов D_пе. Величина утечки пересчитывается по уравнению:

 

y’=y(1+)         (3)

 

где р - величина непрерывной продувки котлов, выраженная в процентах от D_пе.

 

 

Из  правил технической эксплуатации выбираем внутристанционные утечки равные: у=1,2 %

 

 

 

1.2 ПОТЕРИ ОТ ПРОДУВКИ

 

Величину непрерывной  продувки р выражают в процентах от паропроизводительности котлов D_пе:

 

p = 100         (4)

 

где G_пp - расход продувочной воды, т/ч.

С целью снижения потери количества воды и ее теплоты с  непрерывной продувкой котлов на станции устанавливают расширители непрерывной продувки. Норма непрерывной продувки котлов указана в ПТЭ, выдержки из которых приведены в прил.1.

Продувочную воду из котла  направляют в расширитель непрерывной продувки (РНП), паровой объём которого сообщается с паровым объёмом деаэратора. Давление в расширителе непрерывной продувки превышает давление в деаэраторе, но во много раз меньше, чем

в котле. Вследствие перепада давления продувочная вода, которая  выводится из котла в состоянии  насыщения, поступает в расширитель  непрерывной продувки в состоянии  перегрева. За счет этого часть воды в расширителе непрерывной продувки превращается в пар. Образовавшийся пар - его принято считать вторичным - отводится в деаэратор. Ней спарившаяся часть воды содержит в растворённом виде все соли, которые были в продувочной воде. Концентрация солей в этой части воды повышается, поэтому неиспарившуюся часть продувочной воды называют концентратом. Концентрат вместе с растворёнными в нём солями сбрасывают из расширителя непрерывной продувки за пределы схемы тепловой электростанции. Сокращение потерь рабочего вещества происходит за счёт сброса из расширителя непрерывной продувки только части продувочной воды, т.е. только концентрата.

Обозначим расход пара из РНП  D_п, а расход концентрата G_конц. Запишем уравнение материального баланса для РНП:

G_пр= D_n + G_конц         (5)

 

Составив уравнение теплового баланса для РНП и учитывая выражение, получим

 

G_конц=G_пр(1-β)         (6)

 

Величина β определяется по формуле:

 

β=         (7)

 

где h_пр - энтальпия воды в состоянии насыщения при давлении в барабане котла, кДж/кг; h_конц- энтальпия воды в состоянии насыщения при давлении в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг; h_п - энтальпия сухого насыщенного пара при давлении в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг.

Поделив обе части выражения на D_пе и умножив на 100, получим уравнение для определения потерь концентрата в процентах от паропроизводительности котлов:

 

 

 

ВНЕШНИЕ ПОТЕРИ РАБОЧЕГО ВЕЩЕСТВА

 

Относительную величину потерь пара и конденсата у производственных потребителей пара выражают двумя способами: либо в долях отпускаемого с тепловой электростанции пара D_пп: либо в процентах от паропроизводительности котлов: .

Первый способ выражения  потерь применяют при составлении  баланса пара, воды и конденсата на тепловой электростанции, второй - при  расчётах водного режима тепловой электростанции.

Обе величины связаны между  собой следующей зависимостью:

 

         (8)

 

где т - отпуск пара производственным потребителям в процентах от D_пе.

 

ВОСПОЛНЕНИЕ ПОТЕРЬ ДОБАВОЧНОЙ ВОДОЙ

 

Количество добавочной воды, необходимое для восполнения  суммарных потерь рабочего вещества, выражают в процентах от паропроизводительности котлов D_пе:

 

         (9)

 

где G_дв расход добавочной воды, т/ч. Величина d получила название добавки.

 

На теплоэлектроцентралях  с отопительной и производственной нагрузками, оборудованных барабанными  котлами, происходят все три перечисленные  выше потери. На таких теплоэлектроцентралях  добавка составляет

 

         (10)

 

На теплоэлектроцентрали с чисто отопительной нагрузкой  внешние потери отсутствуют α_вн=0. Рхли на таких теплоэлектроцентралях установлены барабанные котлы, то величина добавки составляет

 

d=y’+(l-β)p         (11)

 

Если на отопительных теплоэлектроцентралях  или на конденсационных электростанциях установлены прямоточные котлы, продувка которых невозможна, то, очевидно, потерь от продувки нет (1- β)р=0.

На таких электростанциях  величина добавки равна внутристан-ционным потерям:

d = y = y’.         (12)

 

СОЛЕВОЙ БАЛАНС ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

 

УРАВНЕНИЕ СОЛЕВОГО БАЛАНСА  ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Расход внутристанционного конденсата:

 

         (13)

 

С достаточной для расчёта  степенью точности можно считать, что  концентрация солей во всех потоках  конденсата, образующегося внутри схемы  тепловой электростанции, одинакова  и равна концентрации солей в конденсате турбины:

 

         (14)

 

При этом допущении количество солей, вносимых в деаэратор конденсатом (образовавшимся в схеме тепловой электростанции) и греющим паром  деаэратора, определяется из уравнения

 

         (15)

 

Уравнение солевого баланса  деаэратора:

         (16)

 

упрощённое с учётом уравнений и имеет вид

 

         (17)

 

Расход питательной воды на теплоэлектростанциях с барабанными котлами

 

         (18)

 

Расход внутристанционного конденсата:

 

         (19)

 

Подставив уравнения (18) и (19) в уравнение (17), получим 

 

         (20)

 

Расход обратного конденсата, возвращаемого производственными потребителями пара

 

         (21)

 

Разделив и умножив  правую часть последнего уравнения  на D_m, имеем

 

         (22)

 

Подставляя уравнение (22) в уравнение (20), получаем уравнение солевого баланса в виде

 

 

         (23)

 

Поделив обе части уравнения (23) на D_ne/100, находим уравнение в форме, удобной для расчёта, поскольку расходы питательной воды и её составляющих выражены в нормируемых (р; у) или легко определяемых относительных величинах:

 

(100 +p)S_пв-(100-у^’- т + p)S_кт- (1-a_BH)mS_0K=dS_m         (24)

 

Решив относительно S_aB уравнение (7.24) получим формулу для расчёта допустимой концентрации солей в добавочной воде

 

S_{дв=         (25)}

 

РАСЧЕТ КАЧЕСТВА ТУРБИННОГО КОНДЕНСАТА

 

Качество турбинного конденсата (солесодержание и кремнесодержание) зависит от величины присосов циркуляционной воды в конденсаторе. На тепловой электростанции, как правило, циркуляционная вода и  вода, из которой на водоподготовительной установке приготавливают добавочную воду, забираются из одного источника водоснабжения, поэтому исходная вода и циркуляционная вода имеют одинаковое качество.

Рис. 1. Расчетная схема  конденсатора

 

Качество конденсата легко  рассчитать по уравнению солевого баланса  конденсатора, расчётная схема которого приведена на рис. 1.

Подстрочные индексы величин, показанных на рис. 1: пт - пар, отработавший в турбине, на входе в конденсатор; прис - циркуляционная вода, присасываемая в паровой объём конденсатора; кт-турбинный конденсат.

Уравнение солевого баланса  конденсатора

 

G_ктS_кт= D_птS_пт+ G_присS_прис         (26)

 

Выразим величину присосов в процентах от G_кт

 

q_прис= 100         (27)

 

Тогда, при условии, что G_кт=D_пm, уравнение (26) примет вид

  

S_кт= S_пт+ S_{прис         (28)}

 

Общее солесодержание турбинного конденсата

 

= +

 

Кремнесодержание турбинного конденсата

 

= +

 

Солесодержание и кремнесодержание перегретого пара перед турбиной указаны в "Правилах технической  эксплуатации", выдержки из которых приведены в прил. 1.

Необходимо отметить, что, в отличие от ТЭС с барабанными котлами, на ТЭС с прямоточными котлами, где продувка, а следовательно, и удаление солей за пределы станции невозможны, неизбежно повышение солесодержания конденсата за счёт поступления примесей с добавочной водой и присосами в конденсаторе. Удаление солей, снижение их концентрации до уровня, предусмотренного "Правилами технической эксплуатации", осуществляется путём пропуска всего турбинного конденсата через блочную обессоливающую установку (БОУ). В схеме энергоблока БОУ предусматривается за конденсатором турбины и обычно состоит из двух групп фильтров: предвключенных механических, удаляющих дисперсные загрязнения, и фильтров смешанного действия (ФСД).

Для ТЭЦ с барабанными  котлами q_прис=0,02-0,05 %. Для блочных конденсационных электростанций с прямоточными котлами q_прис= 0,001- 0,005% .

 

РАСЧЕТ КАЧЕСТВА ДОБАВОЧНОЙ ВОДЫ

 

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ  ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ

С ОТОПИТЕЛЬНОЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ НАГРУЗКАМИ

С БАРАБАННЫМИ КОТЛАМИ

 

Для выбора принципиальной схемы обработки добавочной воды на водоподготовителыюй установке вполне достаточно рассчитать допустимые значения только двух показателей, характеризующих солевой со-

став воды, а именно: общее  солесодержание () в пересчёте на концентрацию натрия () и кремиесодержание (). Допустимое солесодержание добавочной воды:

=         (29)

 

Допустимое кремиесодержание добавочной воды:

 

=         (30)

 

7.4.2. РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ С БАРАБАННЫМИ КОТЛАМИ

На отопительных теплоэлектроцентралях  с барабанными котлами нет  производственного отбора пара, поэтому т=0 и а_вн=0. Вследствие этого расчётные формулы упрощаются.

Допустимое солесодержание добавочной воды

 

        (31)

 

а допустимое кремнесодержание добавочной воды

 

=         (32)

 

РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ  ТЭС С ПРЯМОТОЧНЫМИ КОТЛАМИ

На отопительных ТЭЦ и  КЭС, оборудованных прямоточными котлами, нет не только производственных отборов, но и продувки котлов, поэтому т=0; α_вн=0; р=0; β=0. Вследствие этого расчётные формулы ещё более упрощаются.

Допустимое солесодержание добавочной воды

 

        (33)

 

Допустимое кремyесодержание добавочной воды

 

=         (34)

 

 

КАЧЕСТВО ОБРАТНОГО КОНДЕНСАТА

 

Солесодержание и кремнесодержание обратного конденсата могут колебаться в широких пределах в зависимости от вида технологии, а также от технического уровня и культуры эксплуатации оборудования на предприятиях, использующих пар от ТЭЦ.

Если качество возвращаемого  на электростанцию конденсата не обеспечивает норм качества питательной воды, должна быть предусмотрена очистка его до достижения этих норм.

Кремнесодержание обратного  конденсата должно быть не более 120 мкг/дм³. Солесодержание обратного конденсата в ПТЭ не указано. Ориентировочно, по статистическим данным, солесодержание обратного конденсата в пересчёте на Na можно принимать

=5-10 мкг/дм³.

 

ВЫБОР СХЕМЫ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Технологическая схема водоподготовительной установки должна обеспечивать получение  добавочной воды, солесодержание и  кремнесодержание которой должны быть ниже расчётных соле- и кремне- содержания или же равняться расчётным.

Имеется ряд схем, ставших  типовыми после обработки и проверки их при эксплуатации водоподготовительной установки на многих электростанциях. Качество воды, обработанной по таким схемам, можно принимать по данным, полученным в результате эксплуатации. При этом нет необходимости в детальном расчете качества воды после каждой стадии её обработки.

В табл. 1 приведены эксплуатационные данные качества добавочной воды (кремнесодержание и солесодержание), обработанной по указанным схемам.

 

 

Таблица 1 Качество добавочной воды

№ п/п	Вид схемы ВПУ	Качество воды
		Солесодержание в пересчёте на Na, мкг/дм3	Кремнесодержание в пересчёте на Si02, мкг/дм3
1	(KFe+CaO+MgO)-0-H1-H2-Д-A,	600	800
2	КAl-О-Н1А1-Н2-Д-А2	65	30
3	(KFe+СаО)-О-Н1-А1-Н2-Д-А2	65	30
4	КAl-O-H1-A1-Н2-Д-А2-Н3-А3	30	25
5	КAl|-О-Н1-A1-Н2-Д-А2-Н3-(Н/А)3	30	25

 

 

Условные обозначения, приведённые  в табл. 1: K_Fe, K_Al - коагуляция примесей воды соответственно сернокислым железом и сернокислым алюминием; СаО - известкование (в осветлителе); MgO -магнезиальное обескремнивание (в осветлителе); K_Fe+CaO+MgO - совместные коагуляция, известкование, магнезиальное обескремнивание в одном осветлителе; Н₁ Н₂, Н₃ - водородкатионитный фильтр соответственно первой, второй, третьей ступени; А₁ А₂, А₃ - анионитный фильтр соответственно первой ступени (слабоосновный анионит), второй ступени (сильноосновный анионит), третьей ступени (сильноосновный анионит); Д - декарбонизатор; (H/А)₃ - фильтр смешанного действия третьей ступени ионирования; О - осветление.

Выбираемая по табл. 1 схема ВПУ должна обеспечивать оба показателя качества, т.е. солесодержание и кремнесодержание добавочной воды, указанное в табл.1, должно быть ниже расчётного значения (или равное расчётному).

Расчётные значения =40 мкг/дм³; =30 мкг/дм³.

По табл. 1 следует выбрать четвёртую или пятую схему.