Схемы технического водоснабжения

Система технического водоснабжения – комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающий забор природной воды из источника, ее очистку, охлаждение, специальную обработку, транспортировку и подачу потребителям, а также сооружения, оборудование и установки, необходимые для приема отработавшей воды и подготовки ее для повторного использования.

По принципу организации использования природной воды в системах технического водоснабжения различают прямоточные,споследовательнымиспользованиемводы,оборотныеикаскадныебессточные схемы водоснабжения (рис. 2.1).

В соответствии с этим система водоснабжения предприятия состоит из следующих водопроводов:

— свежей производственной воды;

— оборотной или повторно-используемой производственной воды;

Рис 3.1. Схема использования технической воды в системах производственного водоснабжения:

а – прямоточная; б – последовательного использования воды; в – оборотная; г — каскадная бессточная; 1 – водозаборные сооружения; 2 – насосная станция первого подъема; 3 – станция очистки природной воды; 4 – резервуар очищенной воды; 5 – насосная станция второго подъема; 6 – станция очистки загрязненных стоков; 7 – насосная станция теплой оборотной воды; 8 – охлаждающие устройства оборотной воды; П1 – потребители, у которых вода в процессе использования нагревается; П2 – потребители, у которых вода в процессе использования загрязняется; П3 – потребители, у которых вода в процессе использования нагревается и загрязняется; П4 – потребители, у которых вода безвозвратно используется на производство пара; П5 – потребители, у которых вода безвозвратно используется на грануляцию шлака, тушении кокса и т. п. процессы; ХВО – станция химводоочистки; I – вода чистая холодная; II – вода загрязненная холодная; III – вода чистая нагретая; IV – вода загрязненная нагретая; V – продувочная вода оборотных циклов

Для технического водоснабжения используется вода из поверхностных источников. Подземные воды разрешается использовать только при необходимости обеспечения технологических процессов водой с температурой до 15°С и наличии запасов подземных вод, достаточных как для хозяйственно-питьевых, так и для технических нужд.

От 75 до 85% воды, поступающей из системы технического водоснабжения используется на предприятиях в качестве хладоносителя, охлаждающего различную продукцию в теплообменных аппаратах или же защищающего отдельные элементы установок и машин от чрезмерного нагрева. Эта вода в процессе использования нагревается, но не загрязняется охлаждаемой продукцией.

От 5 до 12% технической воды используется в качестве среды, отмывающей продукцию или сырье от примесей, или же в качестве транспортирующей среды.

От 10 до 20% технической воды теряется за счет испарения (при грануляции жидких шлаков и т. п.) или входит в состав произведенной продукции (пар, сахар, хлеб и т. п.).

В зависимости от изменения качества воды в процессе ее использования, схемы оборотного водоснабжения подразделяются на «чистые» циклы (рис.2.1,в, цикл А) для воды, которая при использовании только нагревается; «грязные» циклы для воды, которая при использовании только загрязняется (рис. 2.1, в, цикл Б) или одновременно и загрязняется и нагревается (рис 2.1,в, цикл В).

Питьевая вода поступает на предприятие из городской водопроводной сети, где проходит соответствующую очистку и обезвреживание (хлорирование или обработку озоном).

Прямоточное водоснабжение возможно при наличии вблизи предприятия необходимого источника воды. В этом случае отработанная вода после очистки и охлаждения сбрасывается в естественный водоём.

Последовательное водоснабжение предусматривает повторное использование воды, что позволяет уменьшить количество воды, забираемой из источника. Повторное использование возможно в тех случаях, когда сточные воды не содержат химических или механических примесей, а только нагреваются в процессе использования.

Наиболее рациональным является оборотное водоснабжение, значительно сокращающего расход воды из внешнего источника и его загрязнение. При проектировании оборотной системы водоснабжения оборотные циклы группируют по качеству воды с учётом расположения его потребителей.

Целесообразно каскадное построение оборотных циклов водоснабжения, когда свежая вода из источника водоснабжения поступает в группу оборотных циклов, требующих воду наивысшего качества, а вода из этих циклов служит подпиткой для группы циклов с более низкими требованиями к качеству воды и т.д.

В оборотных циклах водоснабжения используемая вода подвергается очистке от взвешенных в ней веществ и охлаждению. Очистка производится в отстойниках или гидроциклонах, а также аппаратах тонкой очистки (фильтрах), охлаждение в прудах-охладителях, в брызгальных бассейнах, в башенных и вентиляторных градирнях. Карбонатная жесткость воды, используемой как холодоноситель, не должна превышать Жк = 2,8 … 3,0 мг-экв/кг, а допустимая концентрация взвеси принимается в зависимости от скорости движения воды в охлаждаемых аппаратах.

Вода, используемая как среда для отмывки и гидротранспортировки материалов, а также в процессе добычи и обогащения руд, освобождается только от грубодисперсной взвеси.

Объединение локальных схем оборотного водоснабжения в единую систему с каскадным использованием воды (рис. 2.1,г) открывает возможности для снижения потребления свежей воды и создания бессточных систем водоснабжения предприятий. В этих системах продувочная вода «чистых» циклов используется для подпитки «грязных» циклов и сокращает потребление ими свежей воды. Если продувка «чистых» циклов превышает общую потребность «грязных» циклов в свежей воде, то ее избыток может направляться на химводоочистку для умягчения и использования для питания котлов и аналогичных установок, безвозвратно потребляющих воду. Продувочную воду «грязных» циклов следует использовать для грануляции шлаков, тушения кокса и аналогичных нужд безвозвратного водопотребления.

Для промышленных электростанций из-за необходимости расположения вблизи промышленных объектов и жилых массивов преобладающими являются оборотные системы.

Подавляющие большинство промышленных предприятий имеет пресноводные системы технического водоснабжения. Однако, как в России, так и за рубежом, имеется ряд предприятий, использующих для охлаждения морскую воду. Системы морского водоснабжения принципиально не отличаются от пресноводных, хотя и имеет ряд особенностей.

При выборе системы и схемы технического водоснабжения необходимо учитывать следующие факторы:

1. Наличие достаточного источника водоснабжения вблизи предприятия, ТЭС и т.д., а также возможность его использования для целей технического водоснабжения с учётом существующего перспективного водохозяйственного и рыбохозяйственного значения, судоходства и сельскохозяйственного производства и санитарных условий. При этом в первую очередь следует рассматривать возможность естественных озёр, существующих водохранилищ и стремиться к ограничению строительства новых гидроузлов, длинных отводящих и подводящих каналов и других сложных гидротехнических сооружений.

2. Удаленность источника водоснабжения от предприятия и разница геодезических высот между среднегодовым уровнем воды в источнике и осью циркуляционных насосов. Большая разница геодезических высот может сделать экономически нецелесообразной прямоточную систему даже при расположении предприятия вблизи крупного водоисточника. При невозможности использования существующих водоемов и водотоков следует проверять целесообразность создания наливных водохранилищ-охладителей, питаемых из внешних источников.

3. Условия работы предприятия, определяющие потребный расход в технической воде. Расчетные расходы охлаждающей воды при всех системах водоснабжения и параметры охладителей при оборотных системах принимаются на основании технико-экономического выбора оптимальной кратности охлаждения, выполненного при среднемесячных гидрологических метеорологических факторах среднего года.

4. Качество воды в источнике. Для обеспечения надежной и экономичной работы охладительных устройств техническая вода, поступающая на предприятие, должна быть достаточно чистой, исключающей загрязнения и забивания охладительных устройств. Температура в источнике не должна превышать 25 — 35°С в самые жаркие периоды года. Следует проверить целесообразность устройства на водоемах глубинных водозаборов с целью снижения температуры и повышения качества забираемой воды.

5. Плотность застройки вблизи предприятия, промышленной электростанции. Этот фактор cущественно влияет на выбор типа охладительных устройств при оборотной системе водоснабжения.

В зависимости от условий работы и характера предприятия водоснабжения промышленных электростанций может осуществляться по схемам, несколько отличным от схем водоснабжения чисто конденсационных электростанций (КЭС). Так, в ряде случаев потребности промышленного предприятия в технической воде могут удовлетворяться (частично или полностью) за счет воды, сливаемой из конденсаторов турбин. В ряде случаев оказывается целесообразным иметь общую насосную станцию для обеспечения водой как ТЭЦ, так и технологических агрегатов промышленного предприятия.

На рис. 2.2 показаны некоторые принципиальные схемы технического водоснабжения промышленного предприятия и тепловой электростанции.

По схеме рис 2.2,а вода из конденсаторов турбин сбрасывается в сливной канал, откуда насосами второго подъема подается к технологическим агрегатам промышленного предприятия (доменные или мартеновские печи, прокатные станы, газоочистные аппараты и т. п.). При комплексном использовании технической воды по этой схеме должно обеспечиваться бесперебойное водоснабжение промышленных объектов при аварийной или плановой остановки циркуляционных насосов электростанций. Для этой цели устанавливаются резервные насосы, блокировочные перемычки и др. Сливаемая из конденсаторов турбин вода может быть также использована для нужд самой электростанции (приготовление добавочной воды для питания котлов, испарителей паропреобразователей, подпитка тепловых сетей, гидрозолоудаление и пр.).

На рис 2.2, б изображена принципиальная схема водоснабжения предприятия и ТЭЦ от общей центральной насосной станции. Если ТЭЦ и технологические агрегаты предприятия требуют примерно равных напоров воды, то в центральной насосной могут быть установлены укрупненные однотипные агрегаты, работающие параллельно на общий коллектор. Подача всех работающих насосов должна быть равна максимальному расходу воды ТЭЦ и промышленного предприятия при совместной их работе. При неравенстве параметров воды по давлению от центральной насосной станции вода к технологическим агрегатам промышленного предприятия должна подаваться по обособленным водоводам от индивидуальных групп насосов.

Рис.3.2. Принципиальные схемы технического водоснабжения промышленной электростанции:

1 – насосная станция; 2 – конденсатор; 3 – сливной канал; 4 – технологические аппараты промышленного предприятия; 5 – циркуляционный насос; 6 – насос технической воды; 7 – насос второго подъема; 8 – теплофикационный подогреватель; 9 – тепловой потребитель; 10 – теплофикационный трубный пучок конденсатора; 11 – сетевой насос; 12 – подача воды на собственные нужды станции.

Системы водоснабжения тепловых электростанций: применяемые схемы, их структура и принцип работы

Станция с наносными агрегатами, обеспечивающая водой теплоэлектроцентраль

Система технического водоснабжения электростанций (СТВ) представляет собой сеть охлаждающих систем, работающих по циркуляционному принципу на технической неочищенной воде. Структурируется она по-разному, что зависит от конкретных условий строительства и поставленных задач.

С помощью видео в этой статье будет рассказано, какие существуют схемы, чем они принципиально отличаются, и каков принцип их работы.

Что входит в состав СТВ

При строительстве тепловой или атомной электростанции, на системы их водоснабжения может приходиться до 10% от всей сметной стоимости. Это существенные капиталовложения, так как в структуру системы входит немало объектов.

Вот как выглядит их стандартный перечень:

1. Водозабор (источник воды). Может быть как наземным: море, озеро, река, так и подземным: артезианская скважина.
2. Водоводы. Так именуют трубопроводы или каналы, подводящие и отводящие воду.
3. Насосы циркуляционного типа. Обеспечивают принудительный ток воды с заданным напором.
4. Объекты охлаждения воды – пруды, градирни, бассейны.

Цель использования технической воды

Теплоэлектростанция имеет разветвлённую структуру объектов, и работа многих их них не может осуществляться без технической воды, которая требуется:

• Для охлаждения конденсаторов турбин, в которые поступает основной объём (до 95%) всей воды. То есть, данная статья её расхода является основной.
• Для работы электрогенераторных газоохладителей и устройств газоочистки.
• Для маслоохлаждающих систем турбин.
• Для осуществления химической подготовки воды, предназначенной для восполнения её потерь в виде пара.
• На пылеугольных станциях с помощью воды производится удаление золы и шлака.

Главный потребитель воды на ТЭЦ – конденсатор турбины

Примечание: многие вспомогательные механизмы и устройства так же охлаждаются за счёт воды. А на атомных станциях она используется и для охлаждения бассейнов перегрузки отработанного топлива.

Разновидности систем подачи ресурса

Водоснабжение тепловых электростанций осуществляется посредством двух конструкционных вариантов систем: прямоточных, в которых вода подаётся к агрегатам однократно, и оборотных, рассчитанных на многократное использование.

Третьего не дано, разве что на некоторых станциях проектируются смешанные системы. Смотрим, когда и какой вариант применяется.

Многое зависит от водного источника

Традиционно главным источником воды большинства тепловых станций и централей является река. Однако дебет воды в таких водоёмах в течение года нестабилен, весной и осенью они пополняются за счёт таяния снегов или атмосферных осадков, а летом уровень воды может значительно снижаться.

Это не может не оказывать влияния на выбор типа водоподающей системы.

Уровень воды в пойме реки может значительно подниматься или снижаться

Когда прямоточка лучше

Прямоточный вариант может быть применен только в том случае, когда потребность ТЭЦ в воде не меньше минимального расхода воды в реке.

В этом случае, воду один раз прогоняют через конденсатор турбины, после чего обратно сбрасывают в реку. Сброс осуществляется ниже по течению, что исключает смешение отработанного ресурса со свежей водой.

Схема расположения забора и сброса воды в прямоточной системе ТЭЦ

• Расстояние между точкой водозабора и сброса определяется расчётом, в котором учитывается естественный уклон русла, скорость потока, преимущественное направление ветра. Применение прямоточной системы нередко влечёт за собой необходимость строительства плотины для искусственного подъёма воды и создания дополнительного напора, что обусловлено требованиями СанПиН и рыбоохраны.
• В качестве источника для прямоточной системы может использоваться не только река, но и озеро или море. Озеро должно быть проточным и содержать достаточный объём воды. Что же касается моря, то в нём воды всегда достаточно, однако из-за повышенного содержания солей приходится разрабатывать мероприятия по защите от коррозии конденсатора и другого оборудования.
• Главным преимуществом систем прямоточного типа является более низкая стоимость гидротехнических сооружений и низкая температура поступающей воды. И только когда по каким-то причинам такую схему невозможно использовать, предпочтения отдаются оборотной системе. Именно в ней и присутствуют градирни, охлаждающие пруды и бызгальные бассейны.

Охлаждение воды посредством работы брызгального бассейна

Как обеспечивается охлаждение воды в оборотной системе

Несмотря на более низкую проектную и эксплуатационную стоимость ТЭС и КЭС, снабжаемых водой по прямоточному принципу, приходится прибегать к устройству оборотных систем с прудами-охладителями или градирнями.

Вариант структурирования водоснабжения оборотного типа на ТЭЦ

Причиной тому истощённые водные ресурсы некоторых областей или же отсутствие (либо далёкое расположение) природного источника с нормальным дебитом. К тому же, сброс в реку тёплой воды меняет ход протекающих в ней естественных биологических процессов, поэтому все крупные тепловые станции работают не на прямоточном, а на оборотном водоснабжении.

Схема с прудом-охладителем

Наиболее выгодной схемой СТВ является вариант с сооружением охладительного пруда (искусственного водохранилища на базе реки), вблизи которого размещается главный корпус насосной станции.

• Расход воды в таком пруду может варьироваться от нуля до максимума, что обеспечивается путём установки плотины. Если уровень воды колеблется незначительно, около каждой турбины устанавливается насос, а водоприёмная часть располагается в самом глубоком месте пруда, чаще у плотины.
• При достаточной глубине водохранилища забор ресурса производят из придонных слоёв — там ниже температура, а воду, нагревшуюся после прохождения через конденсатор, сливают поверхностно.
• Для создания такого пруда требуется как минимум благоприятный рельеф речной долины, а так же возможность восполнения объёмов влаги, утраченной за счёт испарений и донной фильтрации.
• Охладительные водохранилища могут быть устроены не только непосредственно в поймах рек, но и располагаться от основного водоисточника в десятке километров. Чем ближе, тем лучше — но условия не всегда позволяют.

Примечание: удалённость этих объектов друг от друга вынуждает строить ещё и конденсационную электростанцию (КЭС), задача которой состоит в том, чтобы компенсировать водопотери в охладительном пруду.

Пруд-охладитель может выглядеть как вполне цивилизованный водоём

Сама ТЭЦ располагается как можно ближе к потребителям тепла – жилым районам или территориям предприятий. Но опять же, это не всегда получается, и тепловая станция может находиться в 10-20 километрах от точки потребления.

Когда целесообразнее градирня

Пруд занимает значительную площадь, а дороговизна земли вынуждает отдавать предпочтения системам с градирнями. Это наилучший вариант в случаях, когда для подпитки системы нет нормального источника водоснабжения – например, в крупных городах.

В том числе используют такой вариант водоохлаждающего оборудования, как сухая градирня. От мокрого варианта она отличается тем, что жидкость протекает в трубах, обдуваемым атмосферным воздухом, что очень удобно для регионов с невысокими среднегодовыми температурами.

В градирнях мокрого типа вода распыляется и стекает в поддоны — а оттуда в водоводы. При этом испаряется довольно значительный объём и воду постоянно приходится доливать.

Причём вода, соприкасаясь с воздухом, загрязняется, приводя к закупорке теплообменников и труб, чего не происходит в системах сухой градирней.

На заметку: преимуществом сухой градирни перед мокрой является ещё и тот факт, что кроме воды в ней можно использовать другие жидкости и даже масла.

Особенности комбинированных систем

Так как уровень воды в разные сезоны может значительно отличаться, на многих станциях, работающих по прямоточному принципу, предусматривают и оборотную схему, которая включается в работу с маловодный период года. То есть, параллельно с водоёмом используют один из вариантов охладителей – брызгальную установку или градирню.

В таком случае, из реки или другого водоёма вода подаётся на станцию самотёком или посредством насосной станции. Здесь на каждую турбину устанавливается по паре циркуляционных насосов, к каждому из которых ведёт индивидуальный водовод (сварные стальные трубы с рёбрами жёсткости).

На заметку: Это, так называемые, БНС (блочные насосные станции). Они могут располагаться:

1. на входе в машинный зал ТЭС или около конденсаторов;
2. на берегу водоисточника, совмещаясь с водоприёмниками;
3. на самотечном канале, заменяющем напорный водовод (но это возможно только при естественном уклоне рельефа в сторону водоисточника).

Блочная насосная станция

• Если электростанция сильно удалена от источника воды, или же её уровень значительно колеблется, может применяться двухступенчатая схема подачи воды. Из реки в канал вода перекачивается насосной станцией I подъёма, а уже оттуда на конденсатор турбины подаётся посредством установленной в машинном отделении при электростанции БНС.
• Нагревшаяся вода, прошедшая через конденсаторы, сбрасывается в отводящий канал, который является общим для всех турбин. На территории теплоэлектростанции канал должен быть закрытым и собирается из железобетонных сегментов с прямоугольным сечением. За пределами территории он открытый и имеет трапециевидное сечение.
• Что касается подачи первичной воды, то, при наличии береговой станции, к машинному отделению ТЭС она поступает по напорным трубопроводам, диаметры которых могут достигать 3,5 м. К каждому конденсатору подходит два таких водовода.
• В ЦНС (центральной насосной станции), находящейся в одном блоке с водоприёмником, стоит минимум 4 насоса, суммарная производительность которых равна расчётному расходу воды. Насосы работают на сеть парами, в каждой из которых есть основной агрегат, и есть резервный.

При необходимости можно менять число одновременно работающих насосов, и как следствие, регулировать подачу воды.

Заключение

Комбинированные схемы весьма надёжны, а единственным их недостатком является большая протяжённость разветвлённой сети. Как следствие, гидравлические потери в них повышены, а так же требуется большое количество запорной и другой арматуры.

Кроме систем подачи технической воды, проектируется и хозпитьевое водоснабжение тепловых станций, а так же обязательно предусматривается работающий под высоким давлением противопожарный водопровод.