Прямоточные системы технического водоснабжения

Прямоточное водоснабжение — технически наиболее совершенная и, как правило, экономичная система водоснабжения. В предшествующие годы она была самой распространенной для большинства строившихся КЭС и позволяла получать более глубокий вакуум в конденсаторах турбин по сравнению с другими системами водоснабжения. В настоящее время ее применение ограниче­но по техническим или экологическим условиям, необходимым для ее осуществления. Увеличение установленной мощности элек­тростанций привело к росту количества теп­лоты, сбрасываемой с охлаждающей водой в источник прямоточного водоснабжения, поэто­му стало сложнее соблюдать экологические требования не повышать температуру воды в реках более чем на 3—5°С. Абсолютные расходы охлаждающей воды достигли 150 м 3 /с на ТЭС и 360 м 3 /с на АЭС.

Рис 6.5. Схема прямоточного водоснабжения:

1-водоприёмник н береговая насосная станция; 2 — циркуляционные насосы;3 — конденсаторы; 4 — напорные водоводы; 5 – сливные водоводы; 6 — закрытые отводящие каналы; 7 — открытый отводящий канал; 8 — сливной сифонный колодец; 9 -переключательныйколодец; 10— сооружение для регулиро­вания уровняводы в закрытом отводящем канале; 11 —трубопровод обогреваводозабора; 12 — водозаборный ковш; 13 —водосброс

При прямоточной системе водоснабжения главный корпус электростанции размещают вблизи от берега реки, озера (водоема) с проточной водой или на берегу моря. Тер­ритория ТЭС и АЭС должна быть незатопляемой во время максимального уровня воды в реке. При значительных колебаниях этого уровня в течение года циркуляционные на­сосы обычно размещают в береговой насос­ной (рис. 6.5). На крупных ТЭС и АЭС применяют осевые насосы поворотно-лопаст­ного типа с вертикальным валом. Они ра­ботают с подпором воды в 2—5 м, и их ко­леса размещаются ниже уровня воды (рис. 6.6). Подача насосов может изменяться на работающем агрегате специальным устройст­вом дистанционного поворота лопастей рабо­чего колеса (например, от —7 до +4 угло­вых градусов). Перед поступлением в насосы вода освобождается от крупных плавающих или взвешенных предметов в механических решетках, очищаемых специальными решеткоочистными машинами. После «грубой» очистки вода проходит через тонкие вращаю­щиеся сетки, представляющие собой верти­кальную бесконечную ленту, огибающую ба­рабаны сверху и снизу. Сетки снабжены про­мывным струйным устройством, автоматиче­ски включающимся при их загрязнении.

На современных конденсационных элек­тростанциях применяют, как правило, блоч­ные схемы водоснабжения, т. е. подачу воды на каждый конденсатор или его половину осуществляют от одного насоса, при этом арматуру у насосов и перед конденсаторами не устанавливают (см. рис. 6.5). При цен­трализованной схеме водоснабжения в на­сосной устанавливают не менее четырех цир­куляционных насосов, работающих парал­лельно на общую сеть, что обеспечивается на­личием обратных клапанов и задвижек на тру­бопроводах у насосов и задвижек на трубо­проводах перед конденсаторами и после них.

Техническая вода после конденсаторов по­ступает в сливные каналы через сливные ко­лодцы, что позволяет использовать известное из физики действие сифона. Сливной трубо­провод погружают выходным сечением под уровень воды. Во время пуска системы из циркуляционных трубопроводов и трубной системы конденсатора пусковыми эжектора­ми циркуляционной системы отсасывают воз­дух. Сливная труба заполняется водой, и бла­годаря действию атмосферного давления на поверхность воды в колодце в трубе поддер­живается столб воды Hсиф == 7-8 м.

Сливные каналы подогретой технической воды, закрытые на территории электростан­ции и открытые за ее пределами, сливают во­ду в реку, озеро, море через водосброс, обес­печивающий допустимую разность температур сбрасываемой подогретой воды и воды в реке. Водоприемное устройство обычно совмещают со зданием береговой насосной. При заборе воды из рек с большим количеством влеко­мых наносов или внутриводного льда (шуги) в отдельных случаях перед водоприемным устройством сооружают водозаборный ковш. К водоприемному устройству зимой подводят часть нагретой технической воды для пред­охранения водных окон забора воды от обле­денения.

Рис. 6.6. Схематичный разрез по сооружениям водоснабжения:

1 — поворотно-лопастный осевой вертикальный циркуляционный насос; 2 — конденсатор; 3 —сливнойсифонный колодец; 4 — отвод воды к сливному водоводу

Эффективным является применение на бе­реговой насосной глубинного водозабора, что позволяет использовать «стратификацию» (разделение) слоев воды — более теплая вода располагается вверху течения, более холод­ная— внизу. Кроме понижения температуры охлаждающей воды t_в1, этим удается умень­шить загрязнение конденсаторов. Разрабо­танная АТЭП конструкция глубинного водо­забора состоит из затопленной галереи с входными водозаборными окнами переменной высоты, с козырьком над ними.

На атомных электростанциях при отклю­чении турбогенератора возникает необходи­мость конденсации значительного количества редуцированного свежего пара в конденсато­ре. В условиях полного обесточивания АЭС решение этой задачи подключением циркуля­ционных насосов к источникам аварийного питания нерационально, так как мощность их электропривода значительна и составляет 1—3 МВт. Поэтому одним из возможных ре­шений является создание напорного водяного бассейна, расположенного между береговой насосной и конденсаторами турбины. Из на­порного водяного бассейна вода в случае остановки циркуляционных насосов самотеком поступает в трубную систему конденсаторов. Разница в отметках напорного бассейна и конденсаторов составляет примерно 5 м, за­пас воды в бассейне позволяет питать конден­саторы технической водой примерно 10 мин. Выбор и определение параметров работы циркуляционных насосов зависят от принятой схемы их включения, от количества потреб­ляемой охлаждающей воды. Общее давление, создаваемое насосом,

где ; — давление, необходимое для подъема воды на геометрическую высоту H_г,мПа; здесь _в 0,01 МН/м 3 — удельный вес воды; р_с— гидравлическое сопротивление всасывающих и напорных водоводов с их ар­матурой, МПа; р_к = 0,04-0,06 МПа —гид­равлическое сопротивление конденсатора. Об­щее давление насосов составляет обычно 0,1— 0,2 МПа. Значения р_с и р_к стремятся все­мерно уменьшить, размещая электростанцию по возможности ближе к реке с минималь­ным превышением над уровнем воды в ней.

Мощность, потребляемую циркуляционны­ми насосами, МВт, определяют по формуле

,

где G_в— расход воды, кг/ч; КПД осевого на­соса =0,75-0,85 определяют по его ха­рактеристике в зависимости от режима ра­боты; КПД электропривода 0,98.

Доля расхода электроэнергии на перекач­ку охлаждающей воды для энергоблока (электростанции) равна:

Если, например, m=60; d_к=2 кг/(кВт*ч) =2000 кг/(МВт*ч); р_ц._н=0,2 МПа; = 1000 кг/м 3 ; = 0,82; _эд=0,98, то

Как видно из формулы, расход электроэнер­гии на циркуляционные насосы больше всего зависит от кратности охлаждения т и обще­го давления насосов р_ц._н, изменяясь прямо пропорционально их значениям. Доля расхо­да электроэнергии на собственные нужды для системы технического водоснабжения колеб­лется в пределах 0,3—1,2 % в зависимости от типа турбоустановок (большие значения для АЭС).

Дата добавления: 2015-08-01 ; просмотров: 1637 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Схемы систем производственного водоснабжения

Вода на промышленных предприятиях необходима на хозяйственно-питьевые нужды, на пожаротушение, а также для проведения технологических процессов.

Эффективность работы любого промышленного предприятия во многом зависит от организации снабжения его водой требуемых параметров. Соответствующими свойствами используемой воды и ее расходами, а также сооружением эффективных систем водоснабжения в значительной степени определяется качество и себестоимость выпускаемой продукции. Подача неподготовленной воды приводит к появлению брака, перерасходу топлива и электроэнергии, снижению производительности технологического оборудования и аварийному выходу из строя их элементов.
Для обеспечения надежного и качественного снабжения предприятий водой на каждом из них создается специальная система водоснабжения.

Система водоснабжения: основные понятия и определения

Система водоснабжения промышленного предприятия представляет собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и ее обработку, транспортирование и подачу воды потребителям требуемых расходов и качества.
В системах технического водоснабжения предусматриваются также сооружения и оборудование, необходимое для приема отработавшей воды и подготовки ее для повторного использования, а также станции очистки сточных вод.
Требования к качеству воды хозяйственно-питьевого назначения и воды, идущей на технические цели (технической воды) различны. Поэтому на большинстве промышленных предприятий сооружают отдельную объединенную систему хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения и отдельную систему технического водоснабжения.
В некоторых случаях, например, на предприятиях пищевой промышленности, где значительная доля воды должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» создают единую систему водоснабжения.
А на предприятиях с высокой пожароопасностью вынуждены создавать отдельные системы противопожарного водоснабжения.

Источники водоснабжения

Потребность предприятия в воде всех категорий удовлетворяется из природных источников, которые должны соответствовать следующим основным требованиям:
а) обеспечивать бесперебойное получение необходимого предприятию количества воды с учетом перспективы его развития;
б) подавать воду такого качества, которое в наибольшей степени отвечает требованиям потребителей или позволяет достичь его за счет простой и экологичной обработки исходной воды;
в) обеспечивать возможность подачи воды потребителям с наименьшей затратой средств;
г) обладать такой мощностью, чтобы расчетный отбор воды из него не нарушал сложившуюся экологическую систему.
Правильное решение вопроса о выборе источника водоснабжения для конкретного потребителя требует тщательного изучения и анализа водных ресурсов района, в котором расположен потребитель.
Для водоснабжения промпредприятий используются поверхностные и подземные воды. Поверхностные источники – это реки, озера, реже моря; подземные источники – грунтовые и артезианские воды, и родники.

Вода в большинстве рек обладает значительной мутностью, высоким содержанием органических веществ и бактерий, а часто и значительной цветностью. Наряду с этим речная вода характеризуется относительно небольшой жесткостью.
Вода озер обычно отличается весьма малым содержанием взвешенных веществ (т.е. малой мутностью). Качество всех поверхностных вод сильно зависит от атмосферных осадков и таяния снегов, в период паводков их мутность и бактериальная загрязненность возрастает, а жесткость снижается.
Подземные воды, как правило, не содержат взвешенных веществ (т.е. весьма прозрачны), обладают низкой бактериальной загрязненностью, но наряду с этими положительными качествами во многих случаях сильно минерализованы. В зависимости от характера растворенных в них солей, они могут обладать теми или иными отрицательными свойствами: повышенной жесткостью, наличием неприятного привкуса и некоторыми другими.

Вопрос о выборе источника водоснабжения является одним из главных при проектировании систем производственного водоснабжения, т.к. он определяет наличие в ее составе тех или иных сооружений, а, следовательно, стоимость строительства и эксплуатации.
При выборе источника водоснабжения следует учитывать качество воды и его мощность.
Выбор источника воды определяется главным образом местными природными условиями, поэтому предварительно проводятся топографические, гидрологические, санитарные и другие изыскания.

• Для хозяйственно-питьевого водоснабжения рекомендуется использовать подземные источники воды, отказ от которых требует всестороннего обоснования. СНиП 2.04.02-84 запрещает использовать подземные воды питьевого качества для нужд, не связанных с хозяйственно-питьевым водоснабжением.
• При наличии нескольких источников воды прибегают к технико-экономическому сравнению возможных вариантов.
• Для забора воды из природного источника и частичной очистке ее сооружаются водозаборные сооружения (ВЗС).
• Выбор источника должен производиться согласно ГОСТ 17.1.1.04-80.

Характеристика подземных вод

Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).
Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность.
Безнапорные подземные воды первого от поверхности земли водоносного горизонта называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при их использовании в большинстве случаев необходима очистка.
Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Артезианские воды, как привило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев для хозяйственно-питьевых целей могут использоваться без очистки.
В колодцах или скважинах, вскрывающих напорные водоносные горизонты, вода поднимается до некоторой пьезометрической линии. Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то наблюдается излив воды.
Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии забора воды, называется статическим. При безнапорных водах статический уровень совпадает с уровнем подземных вод, в при напорных водах – с пьезометрической линией.
При откачке воды из колодца уровень ее снижается, причем тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называется динамическим.
Безнапорные и напорные воды могут выходить на поверхность земли в виде родников. Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и может использоваться без очистки.

Классификация систем водоснабжения

Системы водоснабжения классифицируются по следующим признакам:
— по виду водоисточника – с использованием поверхностных вод; с использованием подземных вод; смешанные;
— по способу подъема воды – нагнетательный, в которых вода к потребителям подается насосами; самотечные (гравитационные); комбинированные;
— по назначению – технологические, хозяйственно-питьевые, противопожарные, объединенные;
— по видам обслуживаемых объектов – городские, промышленные, сельские;
— по территориальному охвату водопотребителей – местные (локальные), предусматривающие водоснабжение отдельных объектов (предприятия, фермы, группы зданий), централизованные, обепечивающие водой всех потребителей, расположенных в данном городе, поселке;
— по характеру использования воды – прямоточные, в которых воду после однократного использования выпускают в канализацию, прямоточные с повторным использованием воды, оборотные, в которых воду после использования для технических целей очищают и охлаждают, затем многократно используют на том же объекте;
— по надежности – одной из 3 х категорий в зависимости от вида промышленного предприятия и требований бесперебойности подачи воды.

Система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности, т. е. Обеспечивать снабжение потребителей водой без снижения установленных показателей своей работы в отношении количества и качества подаваемой воды (перерывы в подаче воды, снижение подачи воды, ухудшение её качества в недопустимых пределах).

После определения необходимого объема водопотребления объекта и сбора сведений о возможных для использования природных источниках, выбирается конкретный источник водоснабжения и намечается схема системы водоснабжения.

Перечислим основные элементы систем водоснабжения и укажем их назначение:

• Водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из природного источника и первичной очистки её.
• Водоподъемные сооружения, т. е. насосные станции, подающие под необходимым напором воду к местам её очистки, хранения или потребления.
• Сооружения для очистки и улучшения качества природной воды – станции ХВО.
• Водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и подачи воды потребителям.
• Регулирующие и запасные ёмкости, предназначенные для сохранения и аккумулирования воды.
• В системах оборотного водоснабжения есть также сооружения для очистки и охлаждения отработанной воды. Кроме того, во всех системах производственного водоснабжения существуют сооружения для очистки сточных вод.

Система водоснабжения представляет собой сложный комплекс сооружений, взаимосвязанных в работе. Сооружения должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечивалась их четкая работа в общей цепи, а потребитель в результате получал нужное количество воды заданного качества под необходимым напором.
С этой целью для каждого из сооружений строго установлены расчетные расходы:
Максимальный суточный расход, на который рассчитываются водозаборные сооружения, очистная станция, резервуар и насосные станции первого и второго подъема.
Средний часовой расход в сутки наибольшего водопотребления, необходимый для установления расчетной (средней) часовой производительности водозаборных сооружений, очистной станции и расчета водоводов первого подъема.
Максимальный часовой и соответствующий ему секундный расход воды, на которые рассчитывается водопроводная сеть и производительность насосной станции при подаче пожарного или максимального хозяйственного расхода без напорно-регулирующих сооружений.

Схемы систем производственного водоснабжения

Системы водоснабжения устраивают по определенным схемам, которые представляют собой совокупность сооружений водопровода и последовательность расположения их на местности.
Проектирование любого водопровода начинается с вычерчивания его схемы в плане и определения состава сооружения.
Обычно в начальной стадии проектирования составляют две (или более) возможные схемы водоснабжения, которые являются вариантами проекта будущего водопровода. Затем проводится технико-экономический расчет – сравнение вариантов, выбирают наивыгоднейший.

По выбранной схеме окончательно проектируют и рассчитывают все устройства СПВ.
Существуют 3 основные схемы системы водоснабжения: прямоточная схема, прямоточная с повторным использованием воды и оборотная. Существуют также комбинированные схемы водоснабжения. Название систем водоснабжения в инженерной практике повторяет название соответствующей схемы.

Ту или иную схему СПВ реализуют в зависимости:
1. от мощности источника и его характеристики (поверхностные или подземные воды, качества воды в нем и т.д.);
2. удаленности источника воды от промплощадки;
3. требований, предъявляемым предприятием к качеству воды;
4. характера загрязнения воды после ее использования;
5. климатических условий местности.

Прямоточная схема системы водоснабжения

При работе прямоточной системы (рисунок 1.1) из источника водоснабжения забирается все необходимое потребителям количество воды. Поэтому, производительность водозаборных устройств, очистных сооружений и насосов первого подъема приходится выбирать из условий покрытия полной потребности предприятия в воде за сутки максимального водопотребления. Это увеличивает размеры и мощности этих элементов, а, следовательно, удорожает их. Возрастает и потребление электроэнергии. Кроме того, требуется выбрать источник с достаточным дебитом воды. Недостатком прямоточной системы является и то, что отработавшая вода сбрасывается в природные водоемы, дебит которых должен позволять поглотить эти сбросы без нарушения экологического равновесия.

Прямоточная схема применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, т.к. повторное использование воды этими потребителями исключается! Данная схема водоснабжения реализуется в пищевой и фармацевтической промышленностях как технологические.

1 – речной водозабор;
2 – насосная станция 1-го подъема;
3 – станция водоочистки;
4 – насосная станция 2-го подъема;
5 – подающий трубопровод;
6 – промпредприятие;

7 – трубопровод отработанной воды;
8 – станция очистки сточных вод;
9 – сброс воды в реку;
10 – водоохлаждающее устройство;
11 – сборная камера;
12 – насосная станция оборотной воды.

Рисунок 1.1 – Прямоточная схема системы производственного водоснабжения	Рисунок 1.2 – Схема системы производственного водоснабжения с повторным использованием воды

Схема системы производственного водоснабжения с повторным использованием воды

Если среди потребителей технической воды имеется потребитель с большим расходом, сбросная вода от которого по количеству и всем параметрам может удовлетворять остальных потребителей, то в этих случаях применяют систему повторного использования воды (рисунок 1.2). Эта система работает по прямоточному режиму, но из источника забирается только то количество воды, которое необходимо потребителю с большим расходом, а остальные используют его сбросную воду.
Данная система позволяет сократить количество забираемой природной воды и сбрасываемых стоков, снизить производительность и удешевить всю систему водоснабжения.

Оборотная схема системы производственного водоснабжения

Оборотные системы открывают большие возможности в удешевлении системы водоснабжения, сокращении потребления свежей воды и сбросов загрязненных стоков.
Для создания оборотной СПВ используется то обстоятельство, что 70…85% технической воды в технологических аппаратах только нагреваются и после охлаждения могут использоваться повторно. В данных системах можно использовать и ту часть технической воды, которая загрязняется сравнительно легко удаляемыми примесями. После очистки вода (около 15%) повторно используется.

В системе оборотного водоснабжения (рисунок 1.3) насосы НСII подают воду через водопроводную сеть потребителям. Нагревшаяся и загрязнившаяся у потребителей вода по системе трубопроводов направляется на станцию очистки загрязненных вод (ОЗВ). Прошедшая очистку, но еще теплая вода собирается в резервуаре (РОВ), а из него насосами станции оборотной воды (НОВ) подается на охлаждающие устройства (Гр). Охлажденная в нем вода опять подается потребителям насосами НСII.

1 – водозаборное сооружение;
2 – насосная станция 1-го подъема;
3 – станция очистки природной воды;
4 – охлаждающая установка;
5 – насосная станция 2 подъема;
6 – станция очистки загрязненных вод;
7 – резервуар очищенной воды;
8 – насосная станция оборотной воды.

Рисунок 1.3 – Оборотная схема системы производственного водоснабжения

При работе оборотной системы часть воды теряется: с уносом, испарением и продувкой из охлаждающих устройств; с утечками через неплотности и за счет сброса в канализацию воды загрязняющейся у потребителя примесями, не разрешающими ее повторное использование. Для компенсации этих потерь из природного источника забирается соответствующее количество воды и насосами НС I направляется на станцию ХВО. Очищенная вода сливается в бассейн охлаждающих устройств. Для поддержания солевого баланса из бассейна ведется непрерывная продувка части воды в канализацию.

Оборотные системы сооружаются как по техническим условиям, экологическим требованиям и экономическим соображениям.

По техническим условиям применения данной системы может оказаться просто необходимо потому, что дебет имеющегося природного водоисточника недостаточен для осуществления прямоточного водоснабжения.

Необходимость оборотных систем обуславливается и экологическими требованиями. Применение оборотных систем позволяет снизить количество сбросов загрязненной воды в водоемы. Наиболее ценны с экологической точки зрения оборотные системы без сброса продувки – бессточные системы. В бессточных (замкнутых) системах водоснабжения на предприятиях вместо свежей воды используется доочищенная до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедшая биологическую очистку. Биологически очищенные сточные воды, используемые в техническом водоснабжении, должны отвечать техническим, экономическим и санитарно-гигиеническим требованиям. Но и при соблюдении соответствующих норм такая вода не может использоваться в пищевой, мясомолочной и фармацевтической промышленностях.

Из экономических соображений использование оборотных систем водоснабжения позволяет снизить затраты на сооружение водозаборных устройств, насосных станций первого подъема, водоводов, очистных сооружений природной воды и канализационных линий.

Автор:
ктн доцент ПТЭ Арсенов Владимир Георгиевич