Лекции по Водоподготовке. Лекция Значение водоподготовки на тэс для обеспечения надежности и экономичности эксплуатации
 Скачать 10.65 Mb.
|
|
Лекция 1. Вводная лекция Значение водоподготовки на ТЭС для обеспечения надежности и экономичности эксплуатации В нашей стране основная часть вырабатываемой электроэнергии (83 %) приходится на ТЭС на органическом и ядерном топливе. Рост выработки электрической энергии обусловлен не только введением новых мощностей, но и надежностью, бесперебойной работой действующего оборудования. ТЭЦ и ТЭС в настоящее время работают в основном на высоких и сверхвысоких параметрах, растут единичные мощности агрегатов на ТЭС и ТЭЦ и в целом, мощности электростанций. Все это повышает требования к экономичности и надежности работы основных агрегатов электростанции. Вода и водяной пар являются теплоносителями в водном и водопаровом трактах ТЭС, ТЭЦ и АЭС. Для электростанций с блочной схемой установки агрегатов необходимость обеспечения длительной бесперебойном эксплуатации обусловлена тем, что повреждение или выход из строя хотя бы одного из элементов неизбежно вызывает выход из строя всего блока. Даже кратковременный аварийный простой крупного блока из-за дефектов водного режима (длительная эксплуатация турбоагрегата при сниженных параметрах) повышает стоимость вырабатываемой электроэнергии. Одним из факторов, обуславливающих важное значение водной проблемы, является значительный рост удельных тепловых нагрузок парообразующих труб котельного агрегата, что требует жесткого ограничения допустимой величины отложений на поверхностях нагрева в целях обеспечения надежного температурного режима металла этих поверхностей, а тем самым и продолжительности рабочего времени котельного агрегата. Для снижения отложений нужно свести к минимуму количество примесей, поступающих в водяной тракт электростанции, и в первую очередь продуктов коррозии основного оборудования и вспомогательного. Также должен быть организован систематический ввод в пароводяной тракт электростанции различных реагентов, которые уничтожают или ограничивают действие наиболее вредных примесей. Так как турбины высокого давления очень чувствительны к загрязнению лопаток, то для избежания снижения мощности из-за заноса их проточной части отложениями требуется повысить качество пара. С повышением параметров пара ускоряются физико-химические процессы накипеобразования, загрязнения пара и коррозии металла, что усложняет поддержание чистоты внутренних поверхностей котельного агрегата и проточной части паровых турбин, а также затрудняет обеспечение сохранности металла котлов, турбин и оборудования тракта питательной воды. Таким образом, большое значение имеет подготовка воды на электростанции. Причем вопросы организации рационального водного режима ТЭС должны рассматриваться в тесной связи с их гидродинамическими характеристиками, процессами теплообмена в отдельных теплопередающих элементах и физико-химическими процессами загрязнения генерирующего пара. Обращение воды в рабочем цикле ТЭС Вода и водяной пар являются теплоносителями в водном и водопаровом трактах ТЭС, ТЭЦ и АЭС. При решении водной проблемы ТЭС большое значение имеет то, что переход к высокому и сверхкритическому давлению значительно изменяет условия парообразования, теплообмена при кипении, гидродинамики паровой смеси в трубах котла, а также свойства самого рабочего тела. К примеру, с повышением давления резко повышается плотность водяного пара, снижается скорость пароводяной смеси в парообразующих трубах, снижается поверхностное натяжение и вязкость воды, что способствует образованию накипи и коррозии. С повышением плотности водяного пара повышается его способность к растворению различных химических соединений, содержащихся в котловой воде, что приводит к значительному выносу находящихся в воде неорганических примесей. Вода на ТЭС применяется:
Водяной пар, полученный в котлах, а затем отработавший в турбинах, подвергается конденсации или в виде пара пониженных параметров используется на производственных и коммунальных предприятиях для технологических процессов, отопления и вентиляции.  Рис. 1.1. Схема КЭС: 1 - паровой котел; 2 - паровая турбина; 3 - электрогенератор; 4 - водоподготовительная установка; 5 - конденсатор; 6 - конденсатный насос; 7 - конденсатоочистка (БОУ); 8 - ПНД; 9 - деаэратор; 10 - питательный насос; 11 – ПВД. DИСХ.В.- исходная вода. DД.В. - добавочная вода направляется в контур для восполнения потерь пара и конденсата после обработки с применением физико-химических методов очистки. dТ.К. — турбинный конденсат, содержит небольшое количество растворенных и взвешенных примесей - основная составляющая питательной воды. DВ.К. - возвратный конденсат от внешних потребителей пара, используется после очистки в установке очистки обратного конденсата (7) от внесенных загрязнений. Является составной частью питательной воды. Dп.в. - питательная вода, подается в котлы, парогенераторы или реакторы для замещения испарившейся воды в этих агрегатах. Представляет собой смесь DT.K, DД.В., DВ.К. и конденсируется в элементах указанных агрегатов.  Рис. 1.2. Схема ТЭС: 1 — паровой котел; 2 — паровая турбина; 3 - электрогенератор; 4 — конденсатор; 5 - конденсатный насос; 6 - установка очистки возвратного конденсата; 7 - деаэратор; 8 - питательный насос; 9 - подогреватель добавочной воды; 10 - водоподготовка подпитки котлов; 11 - насосы обратного конденсата; 12 - баки возвратного конденсата; 13 - производственный потребитель пара; 14 - промышленный потребитель пара; 15 - водоподготовка подпитки теплосети. DПР - продувочная вода - выводится из котла, парогенератора или реактора на очистку или в дренаж для поддержания в испаряемой (котловой) воде заданных концентраций примесей. Состав и концентрация примесей в котловой и продувочной воде одинаковы. DО.В. - охлаждающая или циркуляционная вода, используется в конденсаторах паровых турбин для конденсации отработавшего пара. DВ.П. - подпиточная вода тепловой сети, для восполнения потерь. Основные пути потерь воды и пара на ТЭС Источники:
В числе источников потерь пара и конденсата должны быть также упомянуты выпар из термических деаэраторов, выхлопной пар привода турбонасосов и конденсат пароотборных точек. Конденсат турбин, содержащий незначительное количество растворенных веществ, является наиболее ценной составляющей питательной воды, поэтому нужно стремиться к минимальным внутри станционным потерям конденсата и пара. С этой целью, где можно:
На промышленных ТЭЦ, отпускающих пар на различные технологические нужды предприятий, существуют также внешние потери пара и конденсата, поэтому DД.В. составляет 10 - 50 % количества генерируемого пара. Лекция 2. Примеси природных вод и показатели качества воды Попадание примесей в воду В соответствии с круговоротом воды в природе различают воду:
Атмосферная вода содержит О2, N2 и СО2, которые поглощает из воздуха, а также органические и неорганические вещества, количество и качество которых зависит от атмосферы. В районах больших населенных пунктов и промышленных центров атмосферная вода содержит H2S, сернистую и серную кислоты, частицы пыли и сажи. Вблизи моря в дождевых водах содержится некоторое количество растворенного NaCl. Общее солесодержание атмосферной воды не более 50 мг/л, а содержание в ней накипеобразующих солей мало. Использование атмосферной воды для технических целей ограничивается трудностью ее сбора в больших количествах.
Поверхностные воды рек, озер и искусственных водохранилищ всегда содержат некоторое количество растворенных веществ и нерастворимых механических примесей. Растворенными веществами вода обогащается при контакте с различными горными породами, при протекании по руслам рек и при фильтрации через грунт. Просачиваясь через верхние слои почвы, которые представляют собой мелкозернистые породы, вода освобождается от механических примесей, но одновременно обогащается солями, газами, органическими веществами, которые представляют собой продукты разложения растений и животных организмов. Происходящие в почвах процессы окисления органических веществ вызывают расход 02 и выделение НСО3 - углекислоты. Особенно интенсивно обогащают воду осадочные породы (известняки, доломиты, мергели, гипс, каменная соль и т.д.). Подпочвенными водами легче всего растворяются NaCl, Na2SO4, MgSO4 и другие легкорастворимые соли. Обогащение природных вод труднорастворимыми карбонатами кальция СаСO3, магния MgCO3 и железа FeCO3 происходит по следующим химическим реакциям: С  аС03+Н20+С02 Са(НС03)2 Са2++ M gCO3+H2O+CO2 Mg(HCO3)2 Mg2++F eCO3+H2O+C02 Fe(HC03)2 Fe2++ В результате этих реакций образуются легкорастворимые в воде двууглекислые соединения - бикарбонаты Са, Mg и Fe, диссоциирующие на анионы  и катионы Са2+, Mg2+ и Fe2+. Так как углекислые соли Са и Mg (CaCO3 и MgCO3) встречаются очень часто в различных породах (известняки, меловые отложения, доломиты), то бикарбонаты Са и Mg содержатся почти во всех природных водах.Коренные горные породы, представляющие собой сложные силикаты и алюмосиликаты (гранит, кварцевые породы и т.д.), почти нерастворимы в воде. Лишь длительное воздействие на них воды, содержащей органические кислоты, разрушает эти горные породы, и образуются растворимые в воде силикаты. Подземные воды, выходящие на поверхность из артезианских скважин, родников и ключей (ручьев),называются грунтовыми. Грунтовые воды обычно прозрачные, практически не содержат механических примесей и коллоидных веществ, от которых они освободились при фильтрации через грунт. Но при прохождении через грунт вода насыщается различными растворимыми веществами, из-за чего солесодержание грунтовых вод выше, чем поверхностных. Из природных вод наиболее минерализованные - воды океанов, открытых морей и соленых озер. Кроме естественного кругооборота воды есть также искусственный, созданный жизнедеятельностью людей: вода из источников водоснабжения забирается насосами промышленных и коммунальных водопроводов, затем подается по трубам для употребления, в результате чего, как правило, ухудшается ее качество. После этого сточные воды спускаются в водоемы, иногда после предварительной очистки, но чаще без всякой очистки. В результате этого многие реки сильно загрязняются промышленными и бытовыми стоками. Загрязненная вода вновь забирается низлежащими водоприемниками и т.д. При дефиците воды такой круговорот иногда замыкается внутри одного предприятия. С промышленными сточными водами фабрик, заводов, рудников и коммунальных предприятий в источники водоснабжения могут попадать свободные кислоты и щелочи, соединения меди, свинца, цинка, алюминия, а также фенолы, эфирные масла, нефтепродукты. В сточных водах населенных пунктов присутствуют продукты разложения белков: амины, аммиак, сероводород и т.д. Такие стоки иногда радикально меняют состав воды в водоемах; например в случае химических, коксобензольных, нефтеперегонных и других заводов. Степень загрязнения реки зависит от количества сточных вод, спускаемых в реку, живого сечения реки, скорости ее течения и величины самоочищающего действия реки - взвешенные вещества постепенно осаждаются на дно, а органические вещества, окисляясь, переходят в газообразное состояние. В оздоровлении реки большую роль играют биологические процессы, основанные на жизнедеятельности растительных и животных организмов. При использовании на ТЭС воды из загрязненных рек нужна ее сложная обработка. Это требует дополнительных затрат, ухудшает эксплуатацию оборудования и снижает экономичность работы электростанции. Поэтому охрана водоемов и рек от загрязнения является важной народно-хозяйственной задачей, разрешение которой требует проведения хорошей предварительной очистки всех сточных вод перед спуском их в источник водоснабжения. Классификация примесей Все примеси по степени дисперсности (крупности) делятся на:
Грубодисперсные и коллоидно-дисперсные примеси образуют с водой гетерогенную систему, т.е. систему с наличием границ раздела между фазами. Молекулярно-дисперсные примеси образуют с водой гомогенную систему, истинные растворы. Грубодисперсные частицы задерживаются при фильтровании через обыкновенную фильтровальную бумагу. Коллоидные и молекулярно-дисперсные частицы не задерживаются фильтровальной бумагой. Грубодисперсные вещества обуславливают мутность природных вод. Это механические примеси: песок, глина и другие частицы минерального и органического происхождения, которые уносятся с верхнего покрова земли дождями или талыми водами во время весенних и осенних паводков, а также попадают в воду в результате размыва русла рек. Прозрачная вода содержит грубодисперсных веществ менее 5 мг/л. С течением времени частицы грубодисперсных веществ осаждаются в воде, если их плотность больше плотности воды. Коллоидно-дисперсные вещества. Они свободно проходят через бумажный фильтр, но не проникают через мелкие поры животных и растительных перепонок. Коллоидные частицы не осаждаются даже в течение длительного времени. В природных водах в коллоидно-дисперсном состоянии находятся соединения кремния, алюминия, железа, а также органические вещества, образующиеся в результате распада животных и растительных организмов. К молекулярно-дисперсным веществам относятся растворенные в воде соли, кислоты, щелочи. Состав природных вод определяется следующими ионами: Са2+, Mg2+, Na+,  ,   Иногда:  ',  ,  , NH4+,  ,  Fe2+, Cu2+.Ионы Са2+ занимают первое место по количеству. СаСО3 растворяется свободной НСОз, превращаясь в гипс СаСО3*2Н2О. Ионы Mg2+ образуют MgCO3*CaCO3 при наличии свободной Н2С03. Ионы  содержатся почти во всех природных водах. - характерный ион сильно минерализованных вод морей и океанов. |