Системы охлаждения и технического водоснабжения на ТЭЦ
Дата публикации: 18.11.2016 2016-11-18
Статья просмотрена: 2351 раз
Библиографическое описание:
Власова, Е. Р. Системы охлаждения и технического водоснабжения на ТЭЦ / Е. Р. Власова, Н. В. Комарова, Е. О. Реховская. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 24 (128). — С. 135-136. — URL: https://moluch.ru/archive/128/35495/ (дата обращения: 20.04.2021).
Обеспечение водой промышленных предприятий является одной из важных народнохозяйственных задач. В подавляющем большинстве отраслей промышленности вода используется в технологических процессах производства. Требования к количеству и качеству подаваемой воды определяются характером технологического процесса. Большая стоимость систем водоснабжения крупных промышленных предприятий вызывает необходимость весьма глубокого технико-экономического анализа возможных вариантов решения этой проблемы для выбора оптимального варианта.
Ключевые слова: системы водоснабжения, конденсатор, оросительное устройство, охлаждение воды
Водоснабжение тепловой электростанции может быть прямоточным или оборотным.
Прямоточные системыпредполагают однократное использование воды с последующей очисткой загрязненных сточных вод перед сбросом в городскую канализацию или поверхностные водоемы. Такая технология использования воды, является не только расточительной, но и потенциально опасной для больших контингентов населения. Прямоточное использование воды для технического водоснабжения можно допускать только при обосновании нецелесообразности систем оборотного водоснабжения или невозможности их оборудования [1].
Оборотные системы технического водоснабжения (СТВ) различаются поохладителю воды:
– с прудами-охладителями (естественными или искусственными);
– с брызгальными бассейнами.
Оборотная система водоснабжения характеризуется многократным использованием технической воды. Ее применяют в тех случаях, когда в районе сооружения электростанции нет источника с достаточным расходом воды или ее ресурсы исчерпаны другими потребителями.
Главным достоинством оборотных СТВ с градирнями является то, что они занимают мало места и умещаются на площадке электростанции. Градирни рассеивают теплоту в атмосферном воздухе, а не в водоемах, что с экологической точки зрения также является их преимуществом. Градирни являются предпочтительным вариантом для городских ТЭЦ, где важна экономия площади застройки, да и расход пара в конденсаторы теплофикационных турбин меньше, чем на КЭС.
По способу перемещения воздуха градирни разделяются на башенные, вентиляторные и открытые, а по способу образования поверхности охлаждения — на плёночные, капельные, брызгальные.
В башенных градирнях движение воздуха создаётся вытяжной башней, в вентиляторных — вентилятором, а в открытых — естественным движением воздуха (ветром) [2].
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 [3]. 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 [3]. 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 [3]. 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.
1. МУ 2.1.5.1183–03 «Санитарно-эпидемиологический надзор за использованием воды в системах технического водоснабжения промышленных предприятий».
2. Пономаренко В. С., Арефьев Ю. И. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие/ Под. общ. ред. В. С. Пономаренко. — М.: Энергоатомиздат: 1998. — 376 с.
3. Лаптев А. Г., Ведьгаева И. А. Устройство и расчет промышленных градирен: Монография. — Казань: КГЭУ, 2004. — 180 с
Схема технического водоснабжения тэц
Типичные схемы обращения воды в рабочих циклах конденсационных тепловых электростанций (КЭС) и теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) приведены на рис. В.1 и рис. В.2 . Следует отметить, что принципиальные схемы водопаровых трактов одноконтурной АЭС с РБМК и второго контура АЭС с ВВЭР во многом аналогичны схеме КЭС.
Рис. В.1. Принципиальная схема обращения воды в тракте КЭС:
1 – котел, реактор кипящего типа; парогенератор; 2 – конденсационная турбина; 3 – электрогенератор; установка (ВПУ); турбины; 6 – конденсатный насос; обессоливающая установка БОУ); 8 – ПНД; 9 – деаэратор; 10 – питательный насос; 11 – ПВД
Рис. В.2. Принципиальная схема обращения воды в цикле ТЭЦ:
1 – котел; 2 – турбина с отборами пара для нужд производства и теплофикации; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатор; насос; 6 – установка очистки возвратного загрязненного производственного конденсата; 7 – деаэратор; насос; 9 – подогреватель добавочной воды; 10 – ВПУ; 11 – насосы возвратного конденсата; потребитель пара; 14 – производственный потребитель пара
Природная (техническая) вода ( D исх ) используется в качестве исходного сырья на водоподготовительной установке, а также для других целей на ТЭС и АЭС.
Добавочная вода ( D д.в. ) направляется в контур для восполнения потерь пара и конденсата после обработки с применением физико-химических методов очистки.
Турбинный конденсат ( D т.к ), содержащий незначительное количество растворенных и взвешенных примесей — основная составляющая питательной воды.
Возвратный конденсат ( D в.к ) от внешних потребителей пара используется после очистки от внесенных загрязнений. Он является составной частью питательной воды.
Питательная вода ( D п.в ), подаваемая в котлы, парогенераторы или реакторы для замещения испарившейся воды в этих агрегатах, представляет собой главным образом смесь ( D т.к ), ( D д.в. ), ( D в.к ) и конденсата регенеративных подогревателей.
Котловая вода, вода парогенератора, реактора ( D к.в ) — вода, находящаяся в элементах указанных агрегатов.
Продувочная вода ( D пр ) — выводимая из котла, парогенератора или реактора вода 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 ( D o.в ) используется в конденсаторах паровых турбин для конденсации отработавшего пара.
Подпиточная вода ( D в.п ) подается в тепловые сети для восполнения потерь циркулирующей в них воды.
При эксплуатации ТЭС и АЭС возникают внутристанционные потери пара и конденсата : при непрерывной и периодической продувке, при открытии предохранительных клапанов, при обдувке водой или паром наружных поверхностей нагрева от золы и шлака, на распыливание жидкого топлива в форсунках, на привод вспомогательных механизмов; через лабиринтные уплотнения и паровоздушные эжекторы; точках; насосах, трубопроводах при переливе, испарении горячей воды, просачивании через сальники, фланцы и т.п. Обычно внутристанционные потери пара и конденсата, восполняемые добавочной питательной водой, не превышают в различные периоды эксплуатации на их общей паропроизводительности.
На промышленных ТЭЦ, отпускающих пар на различные технологические нужды предприятий, существуют также внешние потери пара и конденсата , поэтому количество добавочной воды для таких ТЭЦ может количества генерируемого пара.
Сооружения технического водоснабжения тепловой электростанции
В комплекс сооружений технического водоснабжения ТЭС с прямоточной системой или прудом-охладителем входят водоприемники, насосные станции, напорные водоводы и отводящие каналы.
Для ТЭЦ обычно применяется оборотная система водоснабжения, при которой на пром-площадке расположены градирни или брызгальные бассейны, напорные водоводы и отводящие каналы. Циркуляционные насосы в этом случае, как правило, устанавливаются в машинном отделении главного корпуса.
Для забора воды из водохранилищ-охладителей и водохранилищ комплексного назначения и озер предусматриваются открытые прорези или подводящие каналы. В тех случаях, когда водохранилище или озеро имеет глубины, достаточные для образования в теплое время года температурной стратификации, устраиваются глубинные водозаборы, которые позволяют забирать для конденсаторов турбин более холодную воду. В этом случае в водохранилище образуется пространственная циркуляция, при которой сбросная теплая вода распространяется по поверхности водоема. Это обстоятельство дает возможность отказаться от строительства длинных отводящих и подводящих каналов. Такие водозаборы осуществлены на Рязанской, Ставропольской, Углегорской, Запорожской, Гусиноозерской, Экибастузской, Азербайджанской ГРЭС и др.
Ниже рассмотрены основные гидротехнические сооружения: насосная станция, совмещенная с водоприемником, градирни,напорные водоводы и закрытые отводящие каналы. Сооружения технического водоснабжения, находяшиеся вне площадки электростанции (плотины, дамбы, пруды-охладители и открытые самотечные каналы), не рассматриваются.
Насосная станция
На КЭС с блочными схемами (котел — турбина) циркуляционные насосы обычно устанавливаются в блочных насосных станциях. При этом каждая насосная, как правило, предназначается для обслуживания до четырех блоков с установкой для каждого блока двух насосов. При центральной насосной станции охлаждающая вода нагнетается насосами в сборную магистраль, от которой подается к отдельным турбинам. Для этого рядом с центральной насосной сооружается специальная камера переключения, в которой производится подключение насосов к напорным магистралям. В тех случаях, когда блочные или центральные насосные станции расположены на открытом подводящем канале или на берегу источника водоснабжения, насосные целесообразно совмещать с водоприемником.
Блочные и центральные насосные станции следует проектировать с верхним строением и собственным крановым оборудованием. При благоприятных климатических условиях допускается сооружение насосных станций без верхнего строения. Заглубленные насосные станции добавочной и осветленной воды с горизонтальными насосами и камеры переключения следует проектировать, как правило, без верхних строений.
Насосная станция состоит из отдельных камер, число которых соответствует количеству насосов, таким образом, длина насосной может быть переменной, но характер конструкций при этом не меняется. Шаг ячеек для насосов ОП-110 составляет 4,5 м.
В качестве примера на рис. 5.24 показана насосная станция (совмещенная с водоприемником), запроектированная с учетом возможного колебания горизонта воды в водохранилище 2,5 м. Каждая из камер станции состоит из водоприемной части, камеры всасывания и насосного помещения. В водоприемной части устанавливаются шандоры, решетки для грубой очистки и вращающиеся сетки для тонкой очистки.
Подземная часть насосной может сооружаться в сборном или монолитном железобетоне. При сборном исполнении конструкции насосной станции выполняются из унифицированных сборных железобетонных элементов. Сборные элементы соединяются между собой сваркой выпусков арматуры с последующим замоноличиванием стыка. Горизонтальные швы между сборными элементами заливаются цементным раствором с последующей зачеканкой швов жестким раствором с обеих сторон. Железобетонные конструкции выполняются из гидротехнического бетона марки 300, В-8, Мрз-100.
Днище водоприемника, а также камеры всасывания и утолщение стен в проточной части выполняются из монолитного бетона и железобетона. Подготовка под здание насосной станции предусмотрена из слоя щебня толщиной 200 мм, тщательно утрамбованного и снивелированного под проектную отметку.
Наземная часть насосной выполняется в виде каркасного здания пролетом 12 м с шагом колонн 6 м. Сборвые железобетонные колонны стыкуются с выпусками арматуры подземной части стальными обоймами.
Разработан проект унифицированной насосной станции для мощных ТЭС с блоками 500, 800, 1000 и 1200 МВт с укрупненным насосным оборудованием типа ОПВ-185 и ДПВ-170 (рис. 5.25), шаг ячеек для насосов 9,0 м. Конструкция насосной предусматривает принципиально новое решение строительной части. Стены подземной части в отличие от ранее применявшихся выполняются из вертикальных элементов таврового сечения на всю высоту подземной части.
В унифицированном проекте расход железобетона снижен на 18%, количество сборных элементов сокращено на 66%, трудозатраты снижены на 30—35 % и стоимость — на 15—20%. Средняя масса одного сборного элемента увеличена в 2,2 раза.
Градирни
Для охлаждения циркуляционной воды при оборотной системе водоснабжения применяются градирни различных конструкций. В зависимости от расчетной температуры башни градирен выполняются из железобетона или с металлическим каркасом и обшивкой из деревянных щитов, асбестоцементных листов и алюминиевых панелей. Градирни с башнями с металлическим каркасом и обшивкой из асбестоцементных листов применяются в районах с расчетной температурой холодной пятидневки до —23 °С. При более низкой расчетной температуре для обшивки башен применяется дерево или алюминий. Железобетонные башни допускается применять при расчетной температуре до —28 °С.
На рис. 5.26 в качестве примера приведена конструкция гиперболической железобетонной градирни площадью орошения 1520 м 2 нормальной производительностью 10000—10500 м 3 /ч при температурном перепаде 9°С. Градирня предназначена для обслуживания конденсационных турбин мощностью до 50 тыс. кВт. Вытяжная башня градирни выполнена из монолитного железобетона и имеет форму гиперболоида. Башня состоит из кольцевого фундамента, системы раскосных стоек с опорным кольцом над ними, оболочки переменной толщины от 350 до 140 мм и верхнего кольца жесткости.
Конструкции градирни и особенно стенки кольцевого фундамента и башни работают в тяжелых температурно-влажностных условиях, так как по внутренней стороне стенок стекает конденсат, а наружная сторона, увлажненная конденсатом, подвергается при изменении наружной температуры попеременному замораживанию и оттаиванию. Поэтому стенки кольцевого фундамента и наклонные стойки колоннады оросителя, а также стенки самой башни выполняют из гидротехнического особо плотного бетона марки не ниже 300, В-8, Мрз-300.
Плита днища и кольцевого фундамента и водоразделительная стенка выполняются из гидротехнического бетона марки 200, В-6, Мрз-150. Внутренняя поверхность днища я стенок бассейна, а также водоразделительная стенка покрываются гидроизоляционным слоем из холодной асфальтовой мастики. По днищу устраивается защитная цементная стяжка, предохраняющая гидроизоляцию от повреждения. Внутренняя поверхность башни градирни и стойки колоннады обрабатываются растворами флюатов магния, цинка или алюминия или растворами кремнефтористоводородной кислоты. После высыхания эти поверхности покрываются красками на основе эпоксидных смол или холодными битумными красками.
Каркас оросительного устройства выполняется из унифицированных сборных железобетонных элементов. В местах сопряжения элементов каркаса арматура сваривается с последующим замоноличиванием стыков; имеющиеся закладные части должны покрываться антикоррозионной защитой. Щиты оросителя изготовляются из антисептированного дерева или асбестоцементных листов, устанавливаемых с зазорами 30—80 мм. Водораспределительные лотки могут выполняться из антисептированного дерева, сборного железобетона, металлических и асбестоцементных труб. Расход материалов на рассмотренную выше градирню с деревянными щитами оросителя составляет: железобетон — 1873 м 3 , дерево — 855 м 3 металлические конструкции — 34 т.
На рис. 5.27 показана градирня площадью орошения 1610 м 2 с нормальной производительностью 9500—11000 м 3 /ч при температурном перепаде 8—10 °С с каркасно-обшивной башней. Вытяжная башня градирни, имеющая в плане форму восьмиугольника, состоит из стального каркаса и обшивки из асбестоцементных листов усиленного профиля. Конструкция башни позволяет производить ее монтаж укрупненными панелями вместе с обшивкой. Фундаменты под башню выполнены из монолитного железобетона.
Стальные конструкции башни окрашиваются антикоррозионной краской. Асбестоцементные листы обшивки покрываются с обеих сторон 2 раза краской АЛ-177 по ГОСТ 5631-79. Уплотнение швов асбестоцементной обшивки производится холодной битумной мастикой. Расход материалов на такую градирню составляет: железобетон монолитный — 857 м 3 , железобетон сборный — 628 м 3 , стальные конструкции башни — 246 т, асбестоцементные листы для обшивки — 6360 м 3 , асбестоцементные листы для щитов оросителя — 113030 м 2 , дерево — 103 м 3 .
Рассмотренная конструкция башенной градирни может изменяться в части замены асбестоцементных листов обшивки вытяжной башни и щитов оросителя деревянными щитами. При замене щитов оросителя на деревянные вместо 113030 м 2 асбестоцементных листов требуется 600 м 3 пиломатериалов. Для всех типоразмеров башенных градирен с площадью орошения от 1200 до 9200 м 2 и производительностью от 7 до 100 тыс. м 3 /ч технико-экономические показатели приведены в табл. 5.8.
На некоторых электростанциях возведены железобетонные гиперболические градирни производительностью по 100000 м 3 /ч, которые имеют высоту 150 м и диаметр основания 124 м. Применение таких крупных градирен по сравнению с градирнями производительностыо 40000 м 3 /ч снижает стоимость одной ТЭС мощностью 4000 МВт на 4 млн. руб.
Напорные водоводы
Для подачи воды от насосных к конденсаторам турбин при расположении циркуляционных насосов в машинном зале главного корпуса для подачи воды от насосов к конденсаторам и от конденсаторов к градирням или брызгальным бассейнам служат напорные водоводы. При проектировании стальных сварных циркуляционных трубопроводов с толщиной стенки 10 мм и менее следует применять листовую сталь марки ВСтЗпсб по ГОСТ 380-71*. При толщине стенки трубы более 10 мм следует применять сталь марок ВСт3Гпс5 и ВСт3сп5 по ГОСТ 380-71*.
Для районов с расчетной температурой воздуха ниже —40 °С следует применять стальные трубопроводы из низколегированных сталей марок ЮГ2С1-6, 16ГС-6, 17ГС-6 и 17Г1С-6 по ГОСТ 19282-73.
Стальные циркуляционные трубопроводы, выполняемые из готовых заводских труб, следует применять по ГОСТ 10706-76 с гарантией по пункту 1,6: для районов с расчетной температурой воздуха —30 °С и выше — из стали ВСт3пс4 по ГОСТ 380-71*; для районов с расчетной температурой воздуха от —40 °С до —31 °С — из стали ВСт3сп4 по ГОСТ 380-71*; для районов с расчетной температурой воздуха ниже —40 С — из сталей 17ГС-6, 17Г1С-6 по ГОСТ 20295-74, ГОСТ 8696-74 или техническим условиям и из стали 14ХГС-6 по ГОСТ 19282-73.
Фасонные части трубопроводов должны изготовляться из прямошовных сварных труб или листовой стали соответствующих марок. Прочность сварных швов должна быть равна прочности основного металла.
Для подземных стальных трубопроводов должна быть предусмотрена защита от коррозии. Конструктивная толщина стенок труб с учетом возможной коррозии увеличивается па 1—2 мм. Трубы диаметром 2—3 м имеют толщину стенок 6—10 мм. Стенки усиливаются ребрами жесткости.
В траншею трубы укладываются на подушку из сыпучих грунтов и защищаются от почвенной коррозии покрытием, состоящим из грунтовки и одного или нескольких слоев битумной мастики, гидроизола и крафт-бумаги. Защита от коррозии блуждающими токами производится с помощью катодной поляризации, при этом необходимо учитывать влияние электрозащиты на другие металлические сооружения, находящиеся в земле.
Существенным недостатком стальных трубопроводов является большая металлоемкость. Если масса 1 м стального водовода ∅2000 мм составляет 442 кг, то масса арматуры железобетонной трубы такого же диаметра— всего 85 кг. Таким образом, сооружение напорных водоводов из предварительно напряженных сборных железобетонных труб существенно снижает расход металла. Железобетонные трубы могут изготавливаться диаметром от 300 до 3000 мм при длине звеньев 5000 мм. Общая длина напорных труб, отходящих от одной блочной насосной к четырем турбоагрегатам мощностью по 300 МВт, составляет обычно около 800 м.
Закрытые каналы
В пределах территории электростанции для отвода нагретой циркуляционной воды либо для подачи воды к циркуляционым насосам при их расположении в машинном зале главного корпуса сооружаются закрытые каналы, которые, как правило, выполнены из сборных железобетонных элементов. Одноячейковые каналы собираются из отдельных железобетонных звеньев замкнутого контура (рис. 5.28). Соединение звеньев канала производится при помощи петлевого замоноличиваемого стыка. Для изготовления сборных элементов и замоноличивания стыков при нх монтаже применяется гидротехнический бетон марки 300, В-8. Основанием под каналы служит бетонная подготовка толщиной 100 мм из бетона марки 75. Для лучшего опирания сборных элементов на подготовку предусматривается укладка среднезернистого песка слоем 30 мм.
Перед замонолнчиваннем швов все бетонные поверхности стыков должны быть очищены пескоструйным аппаратом и промыты водой или продуты сжатым воздухом. Уплотнение бетона в швах следует производить тщательно с применением вибраторов. Водонепроницаемость каналов должна обеспечиваться высоким качеством конструкций и швов.
После проведения гидравлического испытания наружные поверхности каналов покрываются двумя слоями горячего битума. Засыпка каналов грунтом может производиться только после испытания каналов. Каналы рассчитаны на засыпку грунтом толщиной 4 м над перекрытием, а также на наличие грунтовой воды на уровне 1,5 м ниже отметки планировки.
Характеристики унифицированных звеньев канала приведены в табл. 5.9.
На закрытых отводящих каналах обычно сооружаются различные колодцы (шандорные, смотровые и пр.), выполняемые из монолитного железобетона, а также из унифицированных сборных железобетонных элементов.
За пределами ограды каналы для удешевления обычно выполняются открытыми.
