Водоподготовка

3

ВВЕДЕНИЕ

Водно-химический режим электростанции должен обеспечивать работу основного и вспомогательного теплоэнергетического оборудования без повреждения, снижения экономичности, вызванных образованиями:

ив тепловых сетях;

–отложений в проточной части турбин;

–продуктов коррозии внутренних поверхностей теплового оборудования и тепловых сетей.

Одним из путей улучшения технико-экономических показателей работы станции является оптимизация еѐ водно-химического режима. Основные требования к организации водного режима тепловых электростанций зафиксированы в нормах ПТЭ.

загрязняются также продуктами коррозии конструкционных материалов, из которых изготовлены поверхности, соприкасающиеся с рабочими веществами. В качестве конструкционных материалов на тепловых электростанциях применяют стали перлитного класса, углеродистые, слаболегированные. Относительная низкая стоимость и простая технология изготовления этих сталей являются их большим преимуществом. Однако эти стали обладают невысокой коррозионной стойкостью. Трубопроводы

в парогенераторах используют жаропрочные, хромомолибденовые стали

хромистые стали, медные сплавы (в основном «латуни»). Эти материалы обладают высокой теплопроводностью, поэтому могут применяться для изготовления трубок конденсатора. Стали загрязняют воду и пар продуктами коррозии, содержащими в своѐм составе Fe, Cr, Mo, Ni, V и другие элементы. Латунь даѐт продукты коррозии, содержащие Cu и Zn, а также Sn, Al, Ni. Для энергоблоков нормирование водного режима сводится к установлению норм качества пара, питательной воды, котловой воды.

5

способность к организации рабочих мест в соответствии

стехнологией производства, нормами техники безопасности;

готовность к контролю соблюдения технологической дисциплины на производственных участках;

владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, использовать компьютер как средство работы с информацией;

способность и готовность использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики в своей предметной области;

способность и готовность анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования;

готовность к контролю соблюдения экологической безопасности на производстве, к участию в разработке и осуществлении экозащитных

мероприятий и мероприятий по энерго- и ресурсосбережению на производстве.

В результате освоения материала, обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

знать:

– основные водно-химические режимы при эксплуатации водоподготовительного оборудования; требования и порядок соблюдения воднохимических режимов при эксплуатации водоподготовительного оборудования; методику выбора оптимального воднохимического режима при эксплуатации оборудования;

уметь:

– определять и рассчитывать основные технологические и физикохимические показатели качества природных вод;

–составлять уравнения механизмов воднохимических режимов ТЭС

иАЭС.

–применять приемы и методы для проведения воднохимического режимы на ТЭС и АЭС;

владеть:

–навыками проведения физикохимических и технологических расчетов изменения показателей качества воды по ступеням обработки программными продуктами расчета, а также программами, осуществляющими динамическое моделирование физико-химических процессов обработки природных вод.

6

ГЛАВА 1. ПРИМЕСИ ПРИРОДНЫХ ВОД. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ

1.1. Типичная схема обращения воды в циклах тепловых электрических станциях (ТЭС)

В настоящее время вода широко используется в различных областях промышленности в качестве теплоносителя, чему способствуют широкое распространение воды в природе и еѐ особые термодинамические свойства, связанные со строением молекул. Полярность молекул воды, характеризуемая дипольным моментом, определяет большую энергию взаимного притяжения молекул воды и соответственно большую теплоту фазового перехода при парообразовании, высокие теплоемкость

итеплопроводность. Значение диэлектрической постоянной воды, также зависящей от дипольного момента, определяет своеобразие свойств воды как растворителя.

Основным хранилищем воды на Земле являются океаны, в которых сосредоточено более 98 % всего количества воды. Океанская вода содержит до 35 г/кг растворѐнных солей, главным образом, ионов натрия

ихлора. На долю вод с солесодержанием менее 1 г/кг (пресных вод) приходится лишь 1,7 %, причем в речных водах находится около 0,001 % всех пресных вод, а основная масса сосредоточена в ледниках. Природная

вода не может без очистки (обработки) являться теплоносителем в теплоэнергетических установках, поскольку современные ТЭС и атомные электрические станции (АЭС) в энергетическом цикле используют воду высокого качества с содержанием примесей в пределах 0,1–1,0 мг/дм3.

Оборудование современных ТЭС и АЭС эксплуатируется при высоких тепловых нагрузках, что требует жесткого ограничения толщины отложений на поверхностях нагрева по условиям температурного режима их металла в течение рабочей кампании. Такие отложения образуются из примесей, поступающих в циклы электростанций, в том числе

ис добавочной водой, поэтому обеспечение высокого качества водных теплоносителей ТЭС и АЭС является важнейшей задачей. Использование водного теплоносителя высокого качества упрощает решение задач получения чистого пара, минимизации скоростей коррозии конструкционных металлов котлов, турбин и оборудования конденсатнопитательного тракта. Таким образом, качество обработки воды на ТЭС

иАЭС тесным образом связано с надѐжностью и экономичностью эксплуатации современного высокоинтенсивного котлотурбинного оборудования, с безопасностью ядерных энергетических установок.

7

Для соблюдения норм качества воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, необходимо проводить специальную физико-химическую обработку природной воды. Эта вода является, по существу, исходным сырьем, которое после надлежащей обработки (очистки) используется для следующих целей:

1)в качестве исходного сырья для получения пара в котлах, парогенераторах, ядерных реакторах кипящего типа, испарителях, паропреобразователях;

2)для конденсации отработавшего в паровых турбинах пара;

3)для охлаждения различных аппаратов и агрегатов ТЭС и АЭС;

4)в качестве теплоносителя в тепловых сетях и системах горячего водоснабжения.

Типичная схема обращения воды в рабочих циклах теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) приведена на рис. 1.1 [1].

Исходная природная вода (Дисх) используется в качестве исходного сырья на водоподготовительной установке (ВПУ), а также для других целей на ТЭС и АЭС.

Добавочная вода (Дд.в) направляется в контур для восполнения потерь пара и конденсата после обработки с применением физикохимических методов очистки.

Турбинный конденсат (Дт.к), содержащий незначительное количество растворимых и взвешенных примесей, – основная составляющая питательной воды.

Возвратный конденсат (Дв.к) от внешних потребителей пара используется после очистки от внесенных загрязнений. Он является составной частью питательной воды.

Питательная вода (Дп.в), подаваемая в котлы, парогенераторы или реакторы для замещения испарившейся воды в этих агрегатах, представляет собой, главным образом, смесь турбинного конденсата, добавочной воды, возвратного конденсата и конденсата в элементах указанных агрегатов.

Продувочная вода (Дпр) выводимая из котла, парогенератора или реактора вода, поступающая на очистку или в дренаж для поддержания в испаряемой (котловой) воде заданной концентрации примесей. Состав и концентрация примесей в котловой и продувочной водах одинаковы.

Охлаждающая или циркуляционная вода (До.в) используется в конденсаторах паровых турбин для конденсации отработавшего пара.

Подпиточная вода (Дп.в) подается в тепловые сети для восполнения потерь циркулирующей в них воды.

8

2

1

4 5

Рис. 1.1. Принципиальная схема обращения воды в тракте ТЭЦ: 1 – котѐл; 2 – турбина с отборами пара для нужд производства и теплофикации;

3 – электрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – установка очистки возвратного производственного конденсата; 7 – деаэратор ; 8 – питательный насос; 9 – подогреватель добавочной воды; 10 – водоподготовительная установка (ВПУ);

11 – насосы возвратного конденсата; 12 – баки возвратного конденсата; 13 – теплофикационный потребитель пара; 14 – производственный потребитель пара

9

1.2. Классификация примесей природных вод

Для водоснабжения энергообъектов используются в большинстве случаев природные воды как поверхностные (из рек, озер, прудов), так и подземные (из артезианских скважин). В последние годы в связи с дефицитом воды в отдельных регионах и более строгими требованиями к охране водоѐмов энергообъекты используют также воду циркуляционных систем предприятий, а также малозагрязненные сточные воды. Все воды содержат разнообразные примеси, попадающие в воду в процессе ее естественного круговорота в природе; кроме того, возможно загрязнение водоисточников бытовыми и промышленными стоками.

Природные воды классифицируют по ряду признаков, простейший из которых – солесодержание воды: пресная вода с солесодержанием

содержат воды океанов и морей, г/дм3: Балтийское море – 11, Каспийское – 13, Черное – 19, Атлантический океан – 36.

Большое распространение получила предложенная О.А. Алекиным

учитывающие соотношения между ионами, мг-экв/ дм3. Реки средней полосы европейской части России в основном относятся к гидрокарбонатному классу кальциевой группы.

По химическому составу примеси природных вод можно разделить на два типа: минеральные и органические.

К минеральным примесям воды относятся растворенные в ней содержащиеся в атмосфере газы N2, O2, CO2, образующиеся в окислительных и биохимических процессах газы NH3, CH4, H2S, а также газы, вносимые сточными водами; различные соли, кислоты, основания, в значительной степени находящиеся в диссоциированной форме, т.е. в виде образующих их катионов и анионов.