Расчёт системы водоснабжения тепловых электростанций

На тепловых электрических станциях вода расходуется на охлаждение (конденсацию) отработавшего пара, охлаждение воздуха, газов, масла, подшипников вспомогательных механизмов. Вода требуется также и для восполнения потерь пара и конденсата, как внутри электростанции, 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 типа электростанции, 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). Артезианские скважины из-за небольшой их производительности используются обычно только для снабжения питьевой водой.

Для правильного выбора системы водоснабжения электростанции 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.

Прямоточная система водоснабжения состоит в том, что из реки (или другого водоема) по напорным водоводам или самотечному водопроводящему каналу подается в конденсаторы турбин, а оттуда по другому самотечному водоотводящему каналу возвращается в реку ниже по течению (или соответственно в другой водоем). Эта система применяется, если минимальный расход воды реки значительно больше потребности электростанции в воде.

Если расход воды в реке лишь немного больше потребности электростанции в ней, то для обеспечения постоянного уровня воды и надежного забора воды на реке сооружают специальный пруд с плотиной.

Электростанции располагают возможно ближе к берегу реки и невысоко над уровнем воды. В противном случае расход электроэнергии на насосы для подачи воды резко возрастет и прямоточное водоснабжение становится неэкономичным.

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

Подача воды на электростанцию 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. Выбор источника водоснабжения ТЭЦ и анализ показателей качества исходной воды При выборе источника водоснабжения необходимо учитывать, что в качестве исходных вод для электростанций используют:

воды поверхностных источников (реки, озёра, водохранилища);

воды артезианских скважин непитьевого качества, если по основным показателям они не хуже вод открытых водоемов;

воды прямоточных и циркуляционных систем охлаждения конденсаторов турбин;

очищенные промышленные сточные воды электростанций, хозяйственно-бытовые сточные воды после их биологической очистки и проверки возможности их использования.

В качестве источника водоснабжения данной отопительной ТЭЦ является река Шексна со следующими показателями качества воды:

Взвешенные вещества:? 10,4 мг/кг;

Сухой остаток:? 296,4 мг/кг;

Минеральный остаток: 242,6 мг/кг.

Жесткость:

общая: Ж₀=4,1 мг-экв/кг;

карбонатная: Ж_к=2,1 мг-экв/кг;

некарбонатная: Ж_нк=2,0 мг-экв/кг;

Таблица пересчета ионного состава воды из мг/кг в мг-экв/кг.

Ионный состав примесей природных вод характеризуется наличием различных катионов и анионов.

Примеси или соединения Na не образуют труднорастворимых соединений, не подвергаются гидролизу.

Катионы Ca²⁺ и Mg²⁺ определяют возможность использования воды для технологических целей. Они образуют труднорастворимые соединения. Данная вода повышенно-жесткая, т.к. Жо =ЖMg+ ЖCa= 2.805+1.32=4.125 мг-эквкг.

Анионы Cl^-, SO₄^2- обычно образуют устойчивые соединения, которые не подвергаются гидролизу.

Наличие в исходной воде аниона HCO₃^- свидетельствует о том, что эта вода с карбонатной щелочностью.

Кремниевая кислота в природной воде находится в недиссоциированном состоянии. Анион кремниевой кислоты образует с молекулами воды ряд кислот, которые чаще всего нерастворимы в ней и образуют с другими примесями коллоидные соединения.

2. Расчет производительности ВПУ При расчете производительности водоподготовительных установок для приготовления добавочной питательной воды для отопительной ТЭЦ учитывается, что при номинальной паропроизводительности устанавливаемых котлов внутристанционные потери пара и конденсата не должны превышать 2%.

При использовании пара на разогрев мазута без возврата конденсата расчетное значение потерь для газомазутных станций принимается равным 0,15 т на 1 т сжигаемого мазута.

Для ТЭЦ с отпуском пара на производство производительность ВПУ увеличивается, исходя из покрытия потерь конденсата на производстве с 50%-м запасом на невозврат конденсата.

Оборудование, установленное на ТЭЦ:

2 турбины ПТ-135/165−130/15 с 2 котлами БКЗ-420−140, 1 турбина T-175 с котлом Е_п-500−140 ГМ; отбор пара на производство D_пр=500 т/ч; потери на производстве b=30%; процент продувки р=0,7%; В (Е_п-500−140 ГМ)=30…32 т/ч; В (БКЗ-420−140)=25…28 т/ч; G (ПТ-135)=12 400 м³/ч; G (Т-175)=22 000 м³/ч.

Производительность ВПУ складывается из следующих потерь пара и конденсата в цикле ТЭС:

1.внутренние потери:

Q_внут=0.02УDn=0.02*(500+2*420) =26,8 т/ч, где D — производительность котлов, n-число котлов

2.потери на мазутном хозяйстве:

Q_м.х.=0,15•B•n=0,15•(2*25+31)*3=12,15 т/ч

где B-количество сжигаемого мазута, n-число котлов

3.потери с продувкой:

Q_пр.=p%?D^БК=0,007*(2*420+500)=9,38 т/ч

4.внешние потери:

Q_в.п.=1,5•D_пр•b=1,5•500•0,3=225 т/ч Производительность ВПУ:

Q^ВПУ_обес.= Q_внут+ Q_м.х.+ Q_в.п.+ Q_пр+25=26,8+12,15+9,38+225+25=298,3 т/ч Расчет производительности схемы подпитки теплосети:

Q ^ум_ВПУ=2%•G_с.в•n=0,02(3000•2+7000)=260 м³/ч.,

где n-количество турбин.

водоснабжение тепловой электростанция

3. Обоснование метода и схемы подготовки воды на ТЭЦ Выбор схемы Выбор конкретной схемы ВПУ производится в зависимости от качества исходной воды, типа котлоагрегата, требований, предъявляемых к качеству исходной воды .

Схемы химического обессоливания целесообразны для природных вод с Аск не более 5 мг-эквкг и при отсутствии специфических органических соединений, которые не могут быть удалены на предочистке коагуляцией.

Если же Аск5 мг-эквкг, то в качестве первой ступени в схеме применяют электродиализ или обратный осмос, дообессоливание ведут на ионитных фильтрах Химически обессоленная вода используется на ТЭЦ для восполнения внутренних потерь в пароводяном тракте энергоблока и внешних у потребителей тепловой энергии.

На ТЭЦ с барабанными котлами с pраб=11.15 МПа в зависимости от показателей качества исходной воды применяют схемы упрощенного или двухступенчатого обессоливания. Схему упрощенного обессоливания применяют при Аск2 мг-эквкг, если же Аск2 мг-эквкг, то необходимо применение двухступенчатой схемы обессоливания.

Для прямоточных котлов, учитывая их специфику, в частности, отсутствие возможности коррекционной обработки котловой воды, подпиточная вода, независимо от показателей качества исходной, готовится по трехступенчатой схеме обессоливания.

Для данной отопительной ТЭЦ с барабанными котлами применяем двухступенчатую схему обессоливания, т.к. ?Аск (Cl+SO42+NO3+NO2) =1,07+1=2,07 мг-экв/кг.

Выбор предочистки производится в зависимости от показателей качества исходной воды. Если Жк2 мг-экв/кг, то коагуляцию проводят сернокислым алюминием Al2(SO4)3.При Жк2 мг-экв/кг коагуляцию FeSO4 совмещают с известкованием Ca (OH)2.

В данном случае Жк=2,6 мг-экв/кг 2, т. е. используем коагуляцию FeSO4 с известкованием Ca (OH)2.

Для подпитки теплосети применяются Na-катионитовые фильтры.

4. Эскиз выбранной схемы ВПУ

5. Пересчет показателей качества воды на отдельных стадиях обработки

I.Предварительная обработка воды — коагуляция FeSO4 c известкованием.

а) Жесткость остаточная: — карбонатная Жкост=0,7 мг-экв/кг; - некарбонатная

Жнкост=Жнкисх + КFe;

Принимаем КFe=0,2…0,7 мг-экв/кг;

Жнкост=2+0,5=2,5 мг-экв/кг;

Общая остаточная жесткость составит:

Жоост=Жкост+Жнкисх=0,7+2,5=3,2 мг-экв/кг;

б) Щелочность остаточная:

Щост=0,7+изв, мг-экв/кг;

извизбыток извести при известковании исходной воды, мг-экв/кг; изв=0,3…0,4 мг-экв/кг;

Щост=0,7+0,35=1,05 мг-экв/кг;

в) Концентрация сульфат-ионов:

SO42-ост=SO42-исх +КFe=2,04 +0,5=2,54 мг-экв/кг;

г) Концентрация ионов хлора не изменяется:

Cl-ост = Cl-исх=0,07 мг-экв/кг;

д) Концентрация SiO32-ост=0,6 SiO32-исх=0,60,18=0,108 мг-экв/кг;

II. Ионитная часть схемы ВПУ.

1.Первая ступень Н-катионирования (HI):

В этом фильтре удаляются катионы Ca2+, Mg2+ и Na+ в количестве Ж0ост+2,15Na, мг-экв/кг, где Ж0остобщая остаточная жесткость после предочистки.

Uн1= Ж0ост+2,15 Na+=3,2+2,150,098=3,41 мг-экв/кг;

Кислотность воды равна сумме анионов сильных кислот:

К=?Аск=(SO42-+Cl-+NO3-+NO2-)исх+ КFe=2,04+0,07+0,5=2,61 мг-экв/кг;

2. Первая ступень анионирования АI (слабоосновное анионирование). Щелочность воды после фильтра АI=0,2 мг-экв/кг.

В этом фильтре удаляются анионы сильных кислот в количестве:

Uск= (SO42-+Cl-+NO3-+NO2-)исх+ КFe=2,61 мг-экв/кг;

3.Декарбонизатор.

Остаточную концентрацию СО2 после декарбонизатора принимаем 5 мг/кг или 5/44=0,11 мг-экв/кг;

4.Вторая ступень Н-катионирования (Н2). В фильтре Н2 удаляются катионы в количестве

UН2=0,2…0,3 мг-экв/кг;

Кислотность воды после Н2 не выше 0,05 мг-экв/кг.

Принимаем UH2=0,3 мг-экв/кг

5.Вторая ступень анионирования А2 (сильноосновное анионирование).

На фильтре А2 в основном удаляются SiO2−3ост и СО2ост после декарбонизатора в количестве:

UА2уп=SiO2−3ост +СО2ост=0,108+0,11=0,218 мг-экв/кг.

Качество обессоленной воды после А2 в схеме:

солесодержание — не более 0,2 мг/кг; кремниевая кислота — не более 0,04 мг/кг.

6. Расчет водоподготовительной установки ТЭС

6.1 Расчет обессоливающей части ВПУ

6.1.1 Расчет группы анионитных фильтров II ступени А₂.

Проект ВПУ ведется для подпитки следующих видов котлов: 2хБКЗ-420−140, Еп-500−140 ГМ. Производительность схемы обессоливания для подпитки котлов

Необходимая площадь фильтрования определяется по формуле:

где Q=298,3 м³/ч-производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

— скорость фильтрования для А₂ — фильтра;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

Диаметр фильтра:

По табл. П1 принимаем ближайший больший стандартный фильтр:

ФИПа II-2,6−0,6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 2600 мм, высота фильтрующей загрузки — 1500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 250 м³/ч) .

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

Продолжительность фильтроцикла каждого из (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном определяется по формуле:

f_ст=5,3 м² — сечение фильтра;

m=3 — число установленных фильтров одинакового диаметра;

h=1,5 м — высота слоя ионита;

Q=298,3 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров;

суммарное содержание анионов в воде,

e_p рабочая обменная емкость ионита. Для анионитных фильтров второй ступени (для поглощения) e_p=200…300 г-экв/м³ (табл. П2, [1]);

Количество регенераций в сутки:

;

t — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров, равная 1,5…2ч? для ионитных фильтров.

Объем ионитных материалов, загруженных во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

.

где Р_и ?удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров. Для анионитных фильтров второй ступени, марка ионита АВ-17−8 Р_и=14,5 м³/м³ ионита (табл. П3, [1]);

Расход химических реагентов (NaOH) на регенерацию одного фильтра:

где b? удельный расход химреагентов, кг/м³. Для анионитных фильтров второй ступени (для поглощения) b=120 кг/м³ (табл. П2, [1])

Расход технического продукта:

С — содержание активно действующего вещества в техническом продукте:

;

Суточный расход технического продукта:

Суточный расход воды, который должен быть подан на следующую рассчитываемую группу ионитных фильтров:

6.1.2 Расчет группы Нкатионитных фильтров второй ступени (Н₂ ).

Необходимая площадь фильтрования:

Q=303,78 м³/ч производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

— скорость фильтрования для Н₂ — фильтра;

Необходимая площадь фильтрования для каждого фильтра:

Диаметр фильтра:

По табл. П1 принимаем ближайший больший стандартный фильтр:

ФИПа II-2,6−0,6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 2600 мм, высота фильтрующей загрузки — 1500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 250 м³/ч) .

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

Продолжительность фильтроцикла каждого фильтра для (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном определяется по формуле:

f_ст=5,3 м² — сечение фильтра;

m=3 — число установленных фильтров одинакового диаметра;

h=1,5 м — высота слоя ионита;

Q=303,78 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров;

суммарное содержание катионов в воде,

e_p рабочая обменная емкость ионита. Для водород-катионитных фильтров второй ступени, марка применяемого ионита КУ-2 e_p=400 г-экв/м³ (табл. П2, [1]);

Количество регенераций в сутки:

;

t — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров.

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

.

где Р_и ?удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров. Для водород-катионитных фильтров второй ступени с маркой ионита КУ-2 Р_и=13,0 м³/м ионита (табл. П3, [1]);

Расход химического реагента (H₂SO₄) на регенерацию фильтра:

где b удельный расход химреагентов, кг/м³. Для водород-катионитных фильтров второй ступени с маркой ионита КУ-2 b=40…50 кг/м³ (табл. П2, [1]).

Расход технического продукта:

где С — содержание активно действующего вещества в техническом продукте

;

Суточный расход технического продукта:

Суточный расход воды, который должен быть подан на следующую рассчитываемую группу анионитных фильтров (А₁):

6.1.3 Расчет группы анионитных фильтров первой ступени (А₁)

Необходимая площадь фильтрования определяется по формуле:

Q=308,04 м³/ч-производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

— скорость фильтрования. Для анионитных фильтров первой ступени должна быть не выше 20 м/ч;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

Диаметр фильтра:

По табл. П1 принимаем ближайший больший стандартный фильтр

ФИПа I-3,0−0,6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 3000 мм, высота фильтрующей загрузки — 2500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 180 м³/ч) .

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

Продолжительность фильтроцикла каждого из (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном определяется по формуле:

суммарное содержание анионов в воде,

e_p г-экв/м³ рабочая обменная емкость ионита. Для анионитного фильтра первой ступени e_p =700…900 г-экв/м³ (табл. П2, [1]);

Количество регенераций в сутки:

;

t — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров, равная 1,5…2ч? для ионитных фильтров.

Объем ионитных материалов, загруженных во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

.

где Р_и ?удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров. Для анионитных фильтров первой ступени, марка ионита АН-31 Р_и=21,8 м³/м³ ионита (табл. П3, [1]);

Расход химических реагентов (NaOH) на регенерацию одного фильтра:

где b? удельный расход химреагентов, кг/м³. Для анионитных фильтров первой ступени b=50 кг/м³ (табл. П2, [1])

Расход технического продукта:

Ссодержание поверхностно активного вещества в техническом продукте

;

Суточный расход технического продукта:

Суточный расход воды, который должен быть подан на следующую рассчитываемую группу катионитных фильтров (Н₁):

6.1.4 Расчет группы Н — катионитных фильтров первой ступени (Н₁)

Необходимая площадь фильтрования:

Q=339м³/ч производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

— скорость фильтрования для Н₁ — фильтра;

Необходимая площадь фильтрования для каждого фильтра:

Диаметр фильтра:

По табл. П1 принимаем ближайший больший стандартный фильтр

ФИПа I-2,6−0,6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 2600 мм, высота фильтрующей загрузки — 2500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 130 м³/ч) .

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

Продолжительность фильтроцикла каждого фильтра для (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном определяется по формуле:

Q=339 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров;

суммарное содержание катионов в воде,

e_p рабочая обменная емкость ионита. Для водород-катионитных фильтров первой ступени, марка применяемого ионита КУ-2 e_p=600…680 г-экв/м³ (табл. П2, [1]);

Количество регенераций в сутки:

;

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

.

где Р_и ?удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров. Для водород-катионитных фильтров первой ступени с маркой ионита КУ-2 Р_и=10,5 м³/м ионита (табл. П3, [1]);

Расход химического реагента (H₂SO₄) на регенерацию фильтра:

где b удельный расход химреагентов, кг/м³. Для водород-катионитных фильтров первой ступени с маркой ионита КУ-2 b=60 кг/м³ (табл. П2, [1]).

Расход технического продукта:

где С — содержание активно действующего вещества в техническом продукте

;

Суточный расход технического продукта:

Суточный расход воды:

6.2 Расчет схемы подпитки теплосети Производительность схемы подпитки теплосети

Необходимая площадь фильтрования определяется по формуле:

Q=260м³/ч-производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

— скорость фильтрования для Na-фильтра;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

Диаметр фильтра:

По табл. П1 принимаем ближайший больший стандартный фильтр

ФИПа I-2,0−0,6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 2000 мм, высота фильтрующей загрузки — 2500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 80 м³/ч) .

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

Продолжительность фильтроцикла каждого из (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном определяется по формуле:

Q=260 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров;

суммарное содержание катионов в воде,

e_p рабочая обменная емкость ионита. Для натрий-катионитных фильтров первой ступени, марка применяемого ионита КУ-2 e_p=600…700 г-экв/м³ (табл. П2, [1]);

Количество регенераций в сутки:

;

t — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров, равная 1,5…2ч? для ионитных фильтров.

Объем ионитных материалов, загруженных во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

.

где Р_и ?удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров. Для натрий-катионитных фильтров первой ступени, марка применяемого ионита КУ-2 Р_и=7,7 м³/м³ ионита (табл. П3, [1]);

Расход химических реагентов (NaCl) на регенерацию одного фильтра:

где b? удельный расход химреагентов, кг/м³. Для натрий-катионитных фильтров первой ступени, марка применяемого ионита КУ-2 b=110…115 кг/м³ (табл. П2, [1])

Расход технического продукта:

С — содержание активно действующего вещества в техническом продукте:

;

Суточный расход технического продукта:

Суточный расход воды:

Cуточный расход воды, который должен быть подан на осветлительные фильтры:

6.3 Расчет схемы предочистки

6.3.1 Расчет осветлительных фильтров

Необходимая площадь фильтрования определяется по формуле:

Q₀=635,94 м³/ч-производительность осветлительных фильтров

— скорость фильтрования для осветительных фильтров;

Принимаем число устанавливаемых фильтров .

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

Диаметр фильтра:

По табл. П1 принимаем три трехкамерных фильтра типа ФОВ-3К-3,4−0,6 (рабочее давление — 0.6 МПа, диаметр фильтра — 3400 мм, высота фильтрующей загрузки — 9003 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 300 м³/ч).

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра.

Расход воды на взрыхляющую промывку каждого осветлительного фильтра:

— сечение осветлительного фильтра;

— продолжительность взрыхления;

— интенсивность взрыхления фильтра, загруженного антрацитом;

Расход воды на отмывку осветлительного фильтра

— скорость фильтрования;

— продолжительность отмывки,

— число отмывок каждого фильтра в сутки,

— число осветлительных фильтров.

Производительность брутто с учетом расхода воды на промывку осветлительных фильтров:

;

Действительная скорость фильтрования во время выключения одного фильтра на промывку (при работе (m-1) фильтров):

6.3.2 Расчет осветлителей

Суммарная производительность осветлителей принимается равной 110% расчетного расхода осветленной воды, при этом устанавливается не менее двух осветлителей.

Емкость каждого из 2-х осветлителей определяется по формуле:

По табл. П4 выбираем ближайший больший по емкости серийный фильтр ВТИ — 400и для известкования с коакгуляцией: V_осв=650 м³, D=11 000 мм, h=14 889мм, Необходимое количество реагентов при коагуляции и известкования.

Расход коагулянта FeSO₄*7H₂O:

— расход безводного 100%-го коагулянта, кг/сут;

=75,16 — эквивалент безводного коагулянта:

— доза коагулянта.

Расход технического коагулянта в сутки:

— процентное содержание коагулянта FeSO₄. в техническом продукте.

Расход полиакриламида (ПАА) в сутки.

— доза полиакриламида;

Расход извести (в виде Сa (OH)₂):

.

37,05 — эквивалент Са (ОН)₂;

— доза извести, мг-экв/кг:

.

6.3.3 Расчет и выбор декарбонизатора

Концентрация СО₂ на входе в декорбанизатор в схемах предочистки известкования с коагуляцией рассчитывается с учетом удаления СО₂ исходной воды при известковании и остаточных бикарбонатной и карбонатной щелочностей и соответствующих мольных масс и эквивалентов.

Концентрация СО₂ перед декарбонизатором:

Количество СО₂, удаленного в декарбонизаторе:

.

— расчетная производительность декарбонизатора.

Необходимая площадь десорбции:

;

Площадь требуемой поверхности насадки:

Объем насадки:

— удельная поверхность колец Рашига.

Площадь поперечного сечения декарбонизатора:

— плотность орошения.

Диаметр декарбонизатора:

Высота насадки колей Рашига:

Расход воздуха на декарбонизацию воды:

По табл. П5 производим выбор декарбонизатора, учитывая 25%-ый расход на собственные нужды. Принимаем 2 декарбонизатора со следующими характеристиками: производительность 125 м³/ч, диаметр 1630 мм, площадь поперечного сечения 2,08 м², расход воздуха 3100 м³/ч.

6.4 Анализ результатов расчета схемы Анализ результатов расчета включает следующие таблицы:

1. Состав выбранного оборудования.

2. Суточный расход технического реагента

Суммарный расход:

ь H₂SO₄-5051,43 кг/сут;

ь NaOH-6646,5 кг/сут;

ь NaCl-4386,9 кг/сут;

ь извести-3814,3 кг/сут;

ь коагулянта-1234 кг/сут;

ь флокулянта-16,4 кг/сут.

3. Расход фильтрующих материалов.

4. Расход воды на собственные нужды фильтров.

Суммарный расход воды на собственные нужды водоподготовительной установки:

ь по ионообменной части-77,64 м³/ч

ь по предочистке-48,2 м³/ч.

6.5 Компоновка оборудования ВПУ

При проектировании комплекса ВПУ предусматривается максимальная его блокировка со складскими помещениями и очистными сооружениями, а также возможность дальнейшего расширения с учетом подвоза реагентов без промежуточной перегрузки.

На крупных ТЭС водоподготовительные установки обычно выносятся в отдельное здание либо размещаются в здании объединенного вспомогательного корпуса. Отдельное здание ВПУ удобнее располагать со стороны постоянной торцовой стены главного здания ТЭС. Торцовая нерасширяемая часть здания водоподготовки выполняется обычно в виде трехили четырехэтажной башни, предназначенной для установки промывочных баков, химической лаборатории, служебных и бытовых помещений.

Для регенерации ионитных фильтров ВПУ располагает реагентным хозяйством, которое включает склады для хранения химических реагентов, оборудование для приготовления и подачи регенерационных растворов.

Для хранения кислот и щелочей устанавливается не менее чем по две емкости для каждого реагента с учетом месячного запаса. Из складских баков реагенты поступают в баки-мерники, оттуда насосами-дозаторами или эжекторами подаются на регенерацию фильтров. Сточные воды ВПУ поступают либо в баки-нейтрализаторы, либо в схемы их утилизации.

Компоновка оборудования должна учитывать возможность дальнейшего расширения установки. При компоновке основного оборудования ВПУ должны быть обеспечены: удобное расположение аппарата, облегчающее работу обслуживающего персонала; полное использование помещения, вентиляция, возможность хорошего естественного освещения.

Осветлители, декарбонизаторы, громоздкие баки располагаются, как правило, на открытом воздухе с применением в необходимых случаях обогрева и теплоизоляции.

По способу подключения ионитных фильтров в схемах обессоливания различают коллекторный (параллельный) и блочный (цепочки) принципы их соединения.

При коллекторном способе включения ионитных фильтров исходная вода из общего коллектора параллельными потоками подается к каждому фильтру данной ступени. Фильтрат после фильтров также собирается в общий коллектор и поступает на группу фильтров следующей ступени. Таким образом, ионитные фильтры в схеме соединены параллельно, а ступени обессоливания — последовательно. В коллекторных схемах отдельный фильтр автономен, т. е. его состояние (работа — резерв — регенерация) не определяет состояние группы однородных фильтров. Группа фильтров ступени обрабатывает воду непрерывно, а отдельный фильтр — периодически. Число работающих фильтров в ступени можно изменять в зависимости от требуемой производительности. Частота регенераций отдельных фильтров непосредственно не связана с частотой регенерации в разных ступенях и определяется ионным составом обрабатываемой воды. Схема универсальна, хорошо адаптируется к изменениям состава воды и производительности, надежность ее достаточно высокая, экономична по количеству оборудования и расходу ионита, имеет более простые алгоритмы управления, но расход химических реагентов на регенерацию значительно выше, чем в блочной схеме, и при автоматизации требует большого количества датчиков химического контроля.

При блочном способе включения в состав каждого блока (цепочки) входит по одному фильтру соответствующей ступени ионирования, что обеспечивает полный цикл обработки воды по выбранной схеме. В данном случае каждый отдельный фильтр не является самостоятельным, и блок работает периодически, имея три основных состояния: работа — резерв — регенерация (все фильтры действуют одновременно). ФСД в цепочку не включают. Количество цепочек согласно расчету ВПУ увеличивают на одну резервную.

Схема не может адаптироваться к значительному изменению показателей качества воды. Надежность цепочки определяется наименее надежным узлом, общее число оборудования значительно большее, чем в коллекторной схеме ВПУ. При разработке систем автоматизированного управления имеет место сложный алгоритм управления работой фильтров. К достоинствам блочных схем можно отнести упрощение контроля за качеством воды, снижение расхода реагентов на регенерацию и воды на собственные нужды за счет проведения совместных регенераций одноименных фильтров первой и второй ступени. Обе схемы имеют области оптимального применения, и вопрос о выборе способа подключения фильтров в каждом конкретном случае решается отдельно. Однако при производительности ВПУ свыше 400 м³/ч предпочтение отдают блочной схеме.

Расчеты показали, что производительность ВПУ менее 400 м³/ч, значит, выберем коллекторный способ включения ионитных фильтров.

7. Специальное задание № 1 «Водно-химический режим ТЭС».

Основной задачей водно-химического режима (ВХР) каждой ТЭС является обеспечение работы теплосилового оборудования (основного и вспомогательного) без повреждений и снижения экономичности, которые могут быть вызваны следующими причинами:

образованием отложений на поверхностях нагрева котлов, в проточной части турбин, на поверхностях трубок конденсаторов и т. д.;

образованием и накоплением шлама в котловой воде, тракте питательной воды, в тепловых сетях;

— коррозией внутренних поверхностей теплоэнергетического оборудования.

Для предотвращения перечисленных выше негативных явлений на ТЭС предусматривается организация целого ряда технических мероприятий, объединенных общим понятием «водно-химический режим». Внедрению конкретного водно-химического режима (т.е. комплексу технических мероприятий) на ТЭС предшествует проведение экспериментальных и наладочных работ, цель которыхопределить оптимальные условия для его осуществления.

При выборе водно-химического режима для конкретной ТЭС принимают во внимание:

тип парового котла;

параметры рабочей среды;

паропроизводительность;

вид топлива;

теплонапряжение парогенерирующей поверхности нагрева;

наличие или отсутствие промежуточного перегрева пара;

требования к качеству перегретого пара и т. д.

Правильно выбранный и грамотно реализованный ВХР позволяет строго соблюдать установленные нормы качества питательной и котловой воды, перегретого пара, что в свою очередь гарантирует обеспечение безаварийной работы теплоэнергетического оборудования.

7.1 Нормы качества питательной воды и перегретого пара на ТЭС

Правильно выбранный и грамотно реализованный ВХР позволяет строго соблюдать установленные нормы качества питательной и котловой воды, перегретого пара, что гарантирует обеспечение безаварийной работы теплоэнергетического оборудования.

Согласно ПТЭ нормирование водного режима котлов барабанного типа включает в себя нормы качества перегретого пара, питательной (табл. 2) и котловой (табл. 3) воды.

Нормы качества перегретого пара

Нормы качества питательной воды

Таблица 3

7.2 Нормы качества воды для подпитки теплосетей и сетевой воды

Нормы качества воды для подпитки тепловых сетей и сетевой воды приведены в табл. 4.

Таблица 4.

7.3 Основные мероприятия по поддержанию выбранного ВХР ТЭС

К основным мероприятиям по поддержанию нормируемых показателей водно-химического режима энергоблоков ТЭС относятся:

Ш предпусковые промывки оборудования;

Ш постоянная продувка котлов при установившихся режимах и усиленная продувка во время переходных режимов;

Ш фосфатирование котловой воды;

Ш проведение эксплуатационных промывок оборудования;

Ш консервация оборудования во время простоев;

Ш герметизация баков питательной воды и ее составляющих в целях предотвращения попадания кислорода в пароводяной цикл;

Ш обессоливание и обескремнивание добавочной воды;

Ш удаление свободной угольной кислоты из добавочной химически обработанной воды;

Ш обезжелезивание и обессоливание основного конденсата турбин и других конденсатов в случае необходимости;

Ш деаэрация турбинного конденсата и питательной воды (исключая режимы с дозировкой кислородсодержащих соединений);

Ш оснащение конденсаторов специальными дегазирующими устройствами в целях удаления кислорода из конденсата;

Ш обеспечение достаточной герметичности конденсаторов турбин со стороны охлаждающей воды и воздуха;

Ш постоянный вывод неконденсирующихся газов из паровых камер теплообменников;

Ш тщательное уплотнение конденсатных насосов, арматуры и фланцевых соединений трубопроводов, находящихся под разрежением;

Ш антикоррозионное покрытие оборудования и применение коррозионно-стойких материалов;

Ш введение в пароводяной цикл корректирующих химических реагентов, соответствующих данному водно-химическому режиму;

Ш автоматическая дозировка добавок, корректирующих водный режим.

7.4 Методы коррекции котловой и питательной воды

К основным методам коррекции водного режима ТЭС с котлами барабанного типа относят: фосфатирование совместно с подщелачиванием едким натром котловой воды, амминирование и гидразинную обработку питательной воды. Каждый метод коррекции теплоносителя решает свою конкретную задачу.

Фосфатирование с подщелачиванием необходимо для того, чтобы создавать такие условия, при которых процессы кристаллизации и образования отложений в экранной системе котла имели бы минимальные скорости. Эта задача решается за счет перевода накипеобразующих солей в шламовую форму с последующим их выводом из контура циркуляции с продувкой.

Амминирование питательной воды проводится для связывания свободной углекислоты в целях предупреждения углекислотной коррозии и коррекции величины рН.

Гидразинная обработка питательной воды в сочетании с термической деаэрацией является радикальной мерой предупреждения кислородной коррозии металла питательного тракта, пассивации латуни трубной системы подогревателей, снижения содержания продуктов коррозии в пароводяном тракте ТЭС.

В настоящее время достаточно широкое применение для коррекции теплоносителя находит хеламин. Его использование позволяет одновременно решать проблемы коррозии (включая стояночную) и отложений в конденсатно-питательном и водопаровом трактах. Использование хеламина позволяет исключить дозирование аммиака, гидразина, фосфатов, едкого натра.

7.5 Характеристика потоков конденсатов на ТЭС и схемы и их очистки Конденсаты являются основной и наиболее ценной составляющей частью питательной воды котлов любых давлений и производительности.

Конденсаты ТЭС можно подразделить на следующие основные группы:

— турбинные конденсаты — наиболее чистые, содержат лишь газы NH₃, CO₂, следы О₂, незначительные количества продуктов коррозии (оксиды железа, меди, цинка). Температура турбинного конденсата −25… −45°С.

Т.к. на данной ТЭЦ установлены котлы типа Е500, то очистка на БОУ не производится; очистка конденсата производится в барабане котла.

— конденсаты пара регенеративных подогревателей низкого и высокого давлений, содержат продукты коррозии в несколько больших количествах, чем турбинные, температура порядка 50 — 100 °C.

Для очистки ПНД используем катионитный фильтр, загруженный катионитом КУ-2.

Для очистки ПВД используем электромагнитные аппараты

— конденсаты пара сетевых подогревателей, могут быть загрязнены солями (при неплотности трубок подогревателей), продуктами коррозии, температура порядка 80 °C.

При очистке используем Н-фильтр, загруженный катионитом КУ-2

— внешние производственные конденсаты от технических потребителей могут быть загрязнены оксидами металлов, солями, газами и другими примесями в зависимости от вида производства.

Предприятие «Беларуськалий» загрязняет конденсат различными видами солей, которые в свою очередь на ТЭЦ удаляются на Na-фильтрах, загруженных сульфоуглем.

Кроме того, на ТЭС имеют место конденсаты подогревателей сырой и химочищенной воды, дренажные конденсаты и т. д.

Сокращение потерь конденсата, предотвращение загрязнения, сбор, возврат на ТЭС и в случае необходимости очистка являются основными задачами персонала турбинного и химического цехов ТЭС. Для этой цели на всех тепловых станциях проектируются специальные конденсатоочистки.

8. Спецзадание № 2 «Выбор и описание системы технического водоснабжения ТЭС».

На проектируемой ТЭС основное количество технической воды расходуется для конденсации пара в конденсаторах турбин: для турбины Т-175/210−130 расход воды составляет 24 800 м³/ч, для турбины ПТ-135/165−130 — 12 400 м³/ч. Кроме того, потребителями технической воды также являются маслоохладители турбин и вспомогательного оборудования, охладители водорода электрогенераторов, охладители воздуха возбудителей, система охлаждения подшипников и т. д. Исходная вода на ВПУ также поступает из системы технического водоснабжения. Ниже приведена оценка потребности ТЭС в технической воде.

На проектируемой ТЭС предполагается использование оборотной системы технического водоснабжения с градирнями. Далее произведен расчет и выбор градирен. Градирня представляет собой теплообменное устройство с испарительными или поверхностными теплообменниками.

G_цв =53 756,14 м³/ч.;

Согласно правилам проектирования на ТЭС устанавливают не менее 2 градирен.

Принимаем 2 градирни, площадь каждой 2687,8 м². Из стандартного ряда типовых градирен принимаем установки:

производительность — 23 000−30 000 м³/ч;

площадь — 4000 м²;

высота — 90 м;

основание — 76,5 м;

устье — 43 м.

Принимаем централизованную схему установки градирен с циркуляционными насосами. При централизованной системе сооружаются 1 или 2 насосные станции, и вода подается по 2-м прокладываемым параллельно фронту турбинного отделения магистральным трубопроводам, из которых отводится к конденсаторам. При такой схеме в насосной станции устанавливается не менее 4 циркуляционных насосов, работающих на общую сеть с суммарной подачей, равной расчетному расходу воды без резерва.

Принимаем 4 циркуляционных насосов типа ОПВ2−110, подача воды 18 000 м³/ч.

1. Чиж В. А., Карницкий Н. Б. «Водоподготовка и водно-химические режимы теплоэлектростанций» — Мн: БНТУ, 2004 г.