Раздел 7. ВОДОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

§ 157. Системы водоснабжения тепловых электростанций

Водоснабжение тепловой электростанции может быть прямоточным, оборотным или смешанным.

При прямоточном водоснабжении отработавшая теплая вода сбрасывается в реку, водохранилище, озеро или море на таком расстоянии от водоприемного сооружения, чтобы исключить возможность попадания в него теплой воды. При низких температурах речной воды водоснабжение электростанций из реки может быть осуществлено по системе с подмешиванием к речной воде в маловодные периоды года отработавшей на электростанции теплой воды.

При применении системы прямоточного водоснабжения не требуется больших капиталовложений на строительство и обеспечиваются низкие и устойчивые температуры охлаждающей воды. Однако расходы воды, достаточные для прямоточного водоснабжения мощной электростанции, могут быть получены только из больших рек, на которых размещение тепловых электростанций по совокупности технико-экономических показателей (топливоснабжение, выдача электроэнергии) оправдывается лишь в редких случаях. Возможность размещения электростанций на реках ограничивается также повышенными требованиями к условиям сброса воды в водоемы, связанными с тем, что изменение температурного режима реки оказывает большое влияние на происходящие в ней биологические процессы. Поэтому крупная теплоэнергетика в дальнейшем будет развиваться преимущественно с применением оборотного водоснабжения.

Наиболее выгодной системой оборотного водоснабжения для конденсационной электростанции является система с водохранилищем-охладителем. Однако возрастающая ценность земельных участков все чаще приводит к необходимости применения для охлаждения воды на ГРЭС градирен. В таких случаях может быть применена система воздушной конденсации с радиаторными охладителями (сухими градирнями), если в районе размещения ГРЭС не имеется источников, достаточных для подпитки системы оборотного водоснабжения.

На ТЭЦ, располагаемых, как правило, вблизи потребителей тепла в крупных городах, широко применяются системы оборотного водоснабжения с испарительными градирнями.

Существуют системы смешанного водоснабжения электростанции, когда параллельно с прямотоком в маловодные периоды включаются в в работу охладители (водохранилище-охладитель, градирни или брызгальные установки) либо параллельно с водохранилищем — градирни или брызгальные установки.

Подача воды на электростанцию из реки, озера или водохранилища осуществляется блочными или центральными насосными станциями либо самотеком.

При схеме с блочными насосными станциями (VII.20) на каждый блок (котел-турбина) устанавливают по два циркуляционных насоса. От каждого насоса к конденсатору турбины прокладывают отдельный водовод,

В качестве циркуляционных водоводов обычно применяют тонкостенные стальные сварные трубы с ребрами жесткости.

Блочные насосные станции располагают перед фронтом машинного зала электростанции: либо непосредственно на берегу источника водоснабжения, либо на самотечном канале, подводящем воду от источника. Последнюю схему применяют при небольшом превышении площадки электростанции над уровнем воды в источнике.

При размещении на берегу источника водоснабжения блочные насосные станции совмещают с водоприемниками, в которых устанавливают водоочистные решетки и вращающиеся сетки.

Насосы могут быть установлены по блочной схеме также в машинном отделении электростанции непосредственно около конденсаторов турбин. В этом случае на канале, подводящем воду из источника, устанавливается водоприемник с водоочистными вращающимися сетками.

При значительном удалении площадки электростанции от источника водоснабжения или большой амплитуде колебаний уровня воды в водохранилище многолетнего регулирования применяют двухступенчатую перекачку охлаждающей воды; береговая насосная станция первого подъема подает воду в канал, подводящий ее на площадку электростанции, а к конденсаторам вода подается блочными насосами или насосами, установленными в машинном отделении электростанции.

При блочной схеме обратные клапаны и задвижки на напорных линиях не ставят, задвижки устанавливают лишь на сливной линии конденсатора (см. VII.20 и VI 1.21). Такая схема наиболее надежна и вместе с тем экономична, так как гидравлические потери в системе сводятся к минимуму. Для возможности регулирования подачи воды при блочных схемах устанавливают осевые насосы с поворотными лопастями, а при глубоком регулировании — также и с двухскоростными двигателями.

На VII.21 приведена вертикальная схема подачи воды в конденсатор. После прохождения через конденсаторы нагретая вода сбрасывается в общий для всех турбин отводящий канал. На территории электростанции этот канал выполняется закрытым из сборных железобетонных звеньев прямоугольного сечения размером до 4,2X3 м. Вне территории электростанции отводящий канал выполняется открытым трапецеидального сечения.

При схеме с центральной береговой насосной станцией (VII.22) охлаждающая вода подается от насосной станции к машинному отделению электростанции по двум или нескольким напорным магистральным водоводам, диаметры которых достигают 3—3,5 м. К каждому конденсатору устраивают отводы от двух магистральных водоводов. Центральные насосные станции сооружают в одном блоке с водоприемниками. В них устанавливают не менее четырех насосов суммарной производительностью, равной максимальному расчетному расходу охлаждающей воды (без резерва); насосы работают параллельно на разветвленную сеть. Такое расположение насосов обеспечивает их взаимное резервирование и возможность регулирования подачи воды изменением не только угла установки лопастей, но и числа работающих насосов. При морском водоснабжении устанавливают один резервный насос.

Недостатками такой схемы являются большое количество арматуры (обратные клапаны, задвижки на напорных линиях и перемычках) и повышенные гидравлические потери в разветвленной сети.

При значительном превышении площадки электростанции над уровнем воды в источнике водоснабжения может быть предусмотрено использование энергии сбрасываемой отработавшей воды (рекуперация). Рекуперация осуществляется либо путем устройства гидроэлектростанции на отводящем канале, либо применением гидротурбин для привода части циркуляционных насосов.

При расположении электростанции ниже плотины может быть осуществлена схема водоснабжения без циркуляционных насосов, если разница уровней в верхнем и нижнем бьефах плотины достаточна для преодоления гидравлического сопротивления в конденсаторе и водоводах. При такой схеме вода из верхнего бьефа подводится к конденсаторам по напорным трубам и сбрасывается после конденсаторов в нижний бьеф. Если при этом расходы реки недостаточны для прямоточного водоснабжения электростанции, может быть предусмотрена перекачка части отработавшей теплой воды из нижнего бьефа в верхний.

Самотечная схема может быть осуществлена также при больших уклонах реки путем сооружения деривационного канала с небольшим уклоном.

Если в отдельные периоды года из источника водоснабжения не могут быть получены достаточные расходы воды, но в то же время температура этой воды невысока, может быть применено последовательное включение конденсаторов, при котором вода, прошедшая через один конденсатор, подается затем в другой. Такую схему применяют иногда при расширении действующих электростанций. При последовательном включении конденсаторов неизбежно усложнение коммуникаций.

При системе оборотного водоснабжения с градирнями или брызгальными бассейнами циркуляционные насосы устанавливают, как правило, в машинном отделении электростанции по два на каждую турбину (VH.23). Приемные и обратные клапаны в этом случае не устанавливают, но во избежание обезвоживания конденсатора предусматривают автоматическое закрытие напорной задвижки при остановке насоса.

В некоторых случаях циркуляционные насосы при системе оборотного водоснабжения располагают в центральной насосной станции.

Подвод воды от градирен или брызгальных бассейнов к циркуляционным насосам осуществляется, как правило, по закрытым железобетонным каналам, а подача теплой воды на охладители — по напорным линиям из стальных или железобетонных труб.

Конденсаторы паровых турбин обычно располагаются на значительной высоте над уровнем земли, поэтому в целях уменьшения геодезической высоты подачи воды насосами при системе прямоточного водоснабжения или при системе с водохранилищем используют сифон (см. VI 1.21). Для этого сливную линию конденсатора выводят в сливной колодец под уровень воды в нем, и вода подается на отметку уровня воды в колодце. Высоту от этого уровня до верха конденсатора принимают во избежание срыва сифона обычно не более 8 м.

Для поддержания необходимого уровня воды в сливных колодцах на отводящих каналах сооружаются общие для всех турбин водосливные устройства с глухой переливной стенкой.

Кроме системы технического водоснабжения на тепловых электростанциях предусматривается система противопожарного водоснабжения, как правило, высокого давления, а также система хозяйственно-питьевого водоснабжения.

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

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.