Модернизация водоснабжения

Введение

На ТЭЦ вода расходуется[1]: на охлаждение (конденсацию) отработавшего пара, охлаждение воздуха, газов, масла, подшипников вспомогательных механизмов. Вода требуется также и для восполнения потерь пара и конденсата, как внутри ТЭЦ, так и у внешних тепловых потребителей, а также для перемещения по трубам подлежащих удалению золы и шлака. Кроме того, вода расходуется для хозяйственных и бытовых нужд. Наибольшим является расход воды на охлаждение в конденсаторах отработавшего пара турбин.

Величина перечисленных выше расходов воды зависит от рода и количества сжигаемого топлива, типа и мощности установленного основного и вспомогательного котельного и турбинного оборудования, температуры воды, используемой для  охлаждения, а также от условий  эксплуатации электростанции.

Источниками водоснабжения тепловых электростанций являются реки и поверхностные  водоемы больших размеров (пруды, озера, моря).

Для правильного выбора системы  водоснабжения ТЭЦ нужно знать расход (дебит) реки, т.е. количество воды, протекающей через поперечное сечение, в кубических метрах в секунду. Расход реки неодинаков в разное время года и в разные годы, поэтому необходимо располагать данными о режиме реки за несколько десятков лет, о наивысшем расходе воды в период весенних паводков и наинизшем – летом. Во время весенних паводков расход рек бывает в 80-100 раз больше, чем в засушливые летние периоды.

Степень охлаждения отработавшего  пара в конденсаторе зависит от температуры воды в реке, т.е. от климатических условий.

Пригодной в качестве добавки к питательной воде и для охлаждения конденсатора считается вода с жесткостью не выше 4.5 мг-экв/л. Более жесткая вода быстро загрязняет трубки конденсаторов.

Жесткость речной воды также непостоянна  и наименьшей бывает в весенний период при таянии снегов, а наибольшей – зимой (в январе, феврале ) и летом ( июль, август ), при наименьшем дебите реки.

Системы водоснабжения электростанции выполняют  двух типов: прямоточные (проточные) и оборотные циркуляционные с прудами-охладителями, градирнями или брызгальными бассейнами.

ТЭЦ-5 использует оборотно циркуляционную ситему водоснабжения с градирнями.

Выбор системы  водоснабжения – прямоточной или циркуляционной – решается для каждой станции на основе подробных технико-экономических расчетов.

Подача  воды на ТЭЦ из реки или озера осуществляется блочными или центральными насосными станциями или самотеком.

Оборотная система водоснабжения осуществляется в том случае, когда расход реки меньше потребности электростанции в воде, при большом расстоянии до реки, а так же если электростанция расположена высоко над рекой. В  этой системе вода после конденсаторов  направляется в специальные охлаждающие  устройства (пруд, градирню, брызгальный бассейн), после охлаждения снова прокачивается циркуляционными насосами через конденсаторы. При таком замкнутом цикле вода из пруда или реки используется многократно.

 

 

 

 

 

 

1. Основные способы организации водоснабжения тепловых электростанций.

1.1 Прямоточная система циркуляционного водоснабжения

Прямоточная система водоснабжения в техническом  и экономическом отношении наиболее совершенна. Однако в последнее время  её применение ограничивается отсутствием  технических и экономических  возможностей (необходимого запаса воды, санитарных условий и др.).

При использовании  прямоточной системы водоснабжения  ТЭС размешается на берегу реки, территория ТЭС должна быть не затопляема, т.е. река должна иметь незначительные колебания уровня воды.

При применении прямоточной системы циркуляционные насосы  размещают на береговой насосной станции. Обычно это центробежные насосы производительностью до 12÷15 тыс. м³/ч с высотой всасывания 4÷5 м, ось рабочего колеса насоса располагается не выше 3÷4 м минимального уровня воды.

  

Рис.1.Схематрубопроводов охлаждающей воды:

1-береговая насосная; 2-камера задвижек и обратных клапанов;

3-напорныетрубопроводы; 4-конденсаторытурбин;

5-закрытые  отводящие каналы; 6-сооружение для регулирования

уровня  воды в закрытом отводящем канале; 7-открытый отводящий                      

канал; 8-водовод обогрева водоприемника.

Применение  береговой насосной станции целесообразно  в случаях, когда уровень воды или его колебания не обеспечивают самотечную подачу воды на всас насоса. Установка насосов циркуляционного водоснабжения в турбинном отделении менее экономична: требуется заглубление каналов (трубопроводов) для подвода воды на всас циркуляционных насосов,  фундаментов насосов и приемных колодцев. На крупных КЭС для циркуляционного водоснабжения применяются поворотно-лопастные  осевые  насосы  и  вертикальные центробежные насосы с подпором 2÷5 м.

Вода, поступающая в циркуляционную систему, проходит через механические решётки для очистки воды от крупногабаритных предметов (грубая очистка). Решетки очищают  специальными решёткоочистительными машинами. Дополнительно очистка циркуляционной воды производится на вращающихся ситах или сетках. Они имеют промывочные струйные устройства, которые включаются автоматически при увеличении сопротивления сетки за счёт возрастания уровней на 15÷20 см.

От насосной станции вода подаётся на конденсаторы турбин по напорным  трубопроводам (водоводам) (рис.1), расположенным вдоль фронта машинного отделения под землей. Для большей надежности предусматривается установка не менее 2-х трубопроводов, работающих параллельно. Устанавливаются обратные клапаны, задвижки у насосов и перед конденсаторами.

Схема прямоточного водоснабжения  с береговой насосной представлена на рис. 2.       

Из водоприемника 3 вода циркуляционным насосом 4 подаётся в напорный трубопровод 5, по которому вводится в конденсатор 6. Из конденсатора 6 вода по сливным трубопроводам 7 сбрасывается в открытый отводящий канал 8, откуда через устройство поддержания уровня 9 поступает в открытый отводящий  канал 10 и далее в водосбросное сооружение 11 (рис.2).

Рис.2.Схема  прямоточного водоснабжения с береговой  насосной:

1-река;2-главный корпус; 3- водоприемник и береговая насосная;

4-циркуляционные насосы; 5-напорные трубопроводы; 6-конденсаторы

турбин; 7-сливные трубопроводы; 8-закрытый отводящий канал;

9-сооружение для регулирования уровня воды в закрытом отводящем

канале; 10-открытый отводящий канал; 11-водосборное сооружение.

На современных  ТЭЦ применяется блочная схема циркуляционного водоснабжения: один насос подаёт воду на конденсатор или его половину без арматуры.

На территории ТЭЦ сливные каналы выполняются закрытыми, а за её пределами открытыми. Водоприёмное устройство в большинстве проектов сочетается с насосной.

При заборе воды из рек с большим  количеством влекомых наносов или внутреннего льда (шуги) в отдельных случаях перед водоприемным устройством сооружают водозаборный ковш, который дамбой частично отгораживают от русла реки. В зимний период времени в водозаборный ковш  подаётся часть нагретой в конденсаторах турбин воды, чтобы поддерживать в приёмнике температуру воды +5 °С.

Водоприёмники имеют сооружения для очистки  воды. Первичная очистка воды производится решётками, задерживающими крупные  плавающие предметы. Второй этап очистки  – пропуск воды через решётки  размером ячеек 2x2 и 4x4 мм. Конструктивное выполнение их различно.

При прямоточной схеме использование  затопленного слива воды позволяет  применить сифон и за счёт этого  снизить расход электроэнергии на привод  циркуляционных насосов. Применение сифона снизит величину напора циркуляционного насоса на 7÷8 м. При пуске системы, циркуляционного водоснабжения имеющей сифон, из нее должен откачиваться воздух эжектором или вакуумнасосом.

Давление  Δр, МПа, создаваемое циркуляционными насосами рассчитывается по формуле

 

  Dp = Dp_г +  Dp_к + Dp_с,                   (1.1)                                    

 

где Dp_г =g×h_г – давление, затрачиваемое на подъём воды на высоту h_г, МПа; g=9,81 кН/м³=0,01 МН/м³ – удельный вес воды; Dp_к=0,04÷0,06 МПа – гидравлическое сопротивление конденсатора; Dp_с – сопротивление всасывающих и нагнетательных трубопроводов, МПа. Общий напор насосов – Δр=0,1÷0,2 МПа и его нужно стремиться снизить за счёт приближения турбинного помещения к водоёму, обеспечением минимального превышения конденсаторов над уровнем воды, снижением количества арматуры на трубопроводах.

Расход  V, м³/с, циркуляционной воды         

 

 

где G – расход охлаждающей воды, т/ч; r=1– плотность воды, т/м³; m– кратность охлаждения, т/т; D₀ и D_k– расходы пара соответственно на турбину и в конденсатор, т/ч; d₀ и d_k– удельный расход пара соответственно на турбину и конденсатор, т/МВт×ч;   – доля пропуска пара в конденсатор;N_э– электрическая мощность турбогенератора, МВт.

Мощность N_н, МВт потребляемая циркуляционными насосами:

                                     ,                        (1.3)

где h_н  –  КПД насоса.

Обычно  мощность, потребляемая циркуляционными  насосами, составляет 0,25÷0,35 % от мощности турбогенератора и определяется по формуле в%:

 ,      (1.4)                                      

где h_э – КПД электродвигателя насоса. 

              1.2 Системы оборотного водоснабжения с градирнями

На ТЭЦ  для охлаждения циркуляционной воды наиболее часто применяются градирни, при этом не требуется источник водоснабжения (река, озеро) расположенный вблизи станции. Их особенностью является компактность. Применяют градирни как при расширении ТЭЦ (если невозможно развитие прямоточного или прудового охлаждения), так и при строительстве ТЭЦ.

Рис.3.Схемы градирен различных типов:

а-противоточная; б-поперечноточная; в-смешанного типа;

1-водораспределительное  устройство; 2-охлаждающее устройство;

3-вытежная башня; 4-водосборный бассейн; 5-подвод теплой воды

после конденсаторов  турбин.

По способу  перемещения воздуха градирни разделяются  на башенные, вентиляторные и открытые, а по способу образования поверхности охлаждения – на плёночные, капельные, брызгальные. В зависимости от направления движения воды и воздуха градирни выполняются противоточные, поперечноточные и смешанного типа (рис.3). В башенных градирнях движение воздуха создаётся вытяжной башней, в вентиляторных – вентилятором, а в открытых – естественным движением воздуха (ветром).        

Для увеличения контакта воды с воздухом применяются оросительные устройства, которыми вода, подаваемая из конденсатора, разделяется на струи или капли  и стекает вниз по щитам. Охлаждение воды происходит за счёт испарения  и контакта с воздухом, поступающим  в оросительные устройства через окна. Нагретый и насыщенный водяным паром воздух отводится из градирни.

В плёночных  градирнях оросительное устройство выполняется в виде щитов, выполненных  из досок, асбоцементных листов или  пластмассовых элементов, выполненных  в форме сот. Устанавливаются  они вертикально или с небольшим  уклоном. Плёнки нагретой в конденсаторах  турбин воды стекают по листам и  при соприкосновении с воздухом охлаждаются. Воздух движется между  листами.

В капельных  градирнях оросительное устройство выполняется из горизонтальных брусков треугольного или прямоугольного сечения, размещаемых в несколько рядов по высоте. Расположение брусков может быть  коридорное, шахматное или каскадное. Капли воды падают с бруска на брусок и при соприкосновении с воздухом охлаждаются. В брызгальных градирнях вода распыливается соплами и в струях фонтанов охлаждается движущимся над брызгальном устройством воздухом. Охлажденная вода собирается в бассейне. Пленочные градирни имеют лучшие технические и экономические показатели благодаря большей поверхности охлаждения воды, стекающей в виде пленок по щитам и меньшему аэродинамическому сопротивлению

Для энергетики РФ характерно применение плёночных  башенных градирен с естественной тягой. Вода циркуляционными насосами прокачивается  через конденсатор турбин и подаётся к распределительным трубам, расположенным  над оросительным устройством. Интенсивность  охлаждения плёночной градирни по сравнению  с капельной в 1,5÷2 paза выше. Вытяжные башни современных градирен выполнены из монолитного железобетона гиперболической формы. Ранее изготовлялись деревянными. Распределительные трубы пленочных градирен имеют сопла, распыливающие воду при давлении 0,015÷0,018 МПа. Основным размером градирни служит площадь оросительного устройства в горизонтальном сечении, которая достигает 4000÷6000 м², иногда до 9000 м². К оросительному устройству вода подаётся на высоту 9÷18 м, глубина бассейна - 2 м, высота вытяжной башни крупных градирен - 90÷150 м, диаметр выходного сечения - 45÷60 м.

Воздух  поступает в нижнюю часть башни  через окна высотой 3÷12 м, расположенные  по ее периметру. Оросительные щиты выполняются  высотой 120 и 250 см, ширина щитов 1,6 м, толщина - 5÷6 см, расстояние между щитами - 2,5 см.

Капельные градирни устанавливаются при неограниченной площади и применяются для  охлаждения небольшого количества воды. В этих градирнях вода поступает  в систему самотечных лотков, в  днище которых установлены цилиндрические насадки. Под насадками расположены  пластмассовые или фарфоровые тарелочки, с которых вода в виде струй  и капель поступает на горизонтальные планки треугольного или прямоугольного сечения. По высоте они размещаются  в несколько рядов. После них  вода собирается в бассейне.