IX. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
36. Каковы назначение и структура системы технического водоснабжения? Для каких целей используется техническая вода на ТЭС и АЭС?
Системой технического водоснабжения (СТВ) электростанции называют совокупность отдельных систем охлаждения, объединенных в одну СТВ. Технической водой называют химически неочищенную (сырую) воду, используемую для охлаждения. Другие ее названия – циркуляционная или охлаждающая вода.
На рис. 27 приведена принципиальная схема технического водоснабжения пылеугольной ТЭС.
Рис. 27. Принципиальная схема технического водоснабжения пылеугольной ТЭС (ЗШО – золошлакоотвал, СО – различные системы охлаждения, Н — насосы)
В состав СТВ входят:
— источник водоснабжения (река, озеро, водохранилище, море, артезианские скважины);
— водоводы (подводящие и отводящие трубопроводы или каналы);
— охладители воды (градирни, брызгальные бассейны, пруды-охладители), если они необходимы для данного типа СТВ.
При строительстве ТЭС и АЭС капиталовложения в СТВ могут достигать 5-10% от всей сметной стоимости электростанции.
Техническая вода может использоваться в следующих целях:
— охлаждение конденсаторов турбин; эта составляющая расхода технической воды является наиболее значительной, например, на ГРЭС в конденсаторы турбин поступает до 90-95%, а на АЭС – примерно 90% от всего расхода воды СТВ;
— на газоохладители электрогенераторов;
— на маслоохладители турбин;
— на химводоподготовку для восполнения потерь пара и конденсата;
— на гидрозолошлакоудаление (на пылеугольных ТЭС);
— на охлаждение устройств газоочистки;
— на системы охлаждения вспомогательных устройств и механизмов.
На АЭС важными потребителями воды являются также бассейны выдержки и перегрузки отработавшего топлива.
37. Какие существуют типы систем технического водоснабжения, каковы их достоинства и недостатки? Сравните охладители различных оборотных СТВ по глубине вакуума в конденсаторе турбины и расходу электроэнергии на привод циркуляционных насосов. Как выбираются циркуляционные насосы?
Бывают два основных типа СТВ:
— прямоточная; в такой СТВ охлаждающая вода проходит через агрегаты станции однократно;
— оборотная; здесь вода используется многократно.
Общее правило, как отличить эти два типа СТВ, состоит в следующем: СТВ может считаться прямоточной, если дебит (поступление свежей воды в единицу времени) используемого водоисточника не менее чем в 2-3 раза превышает потребности электростанции в охлаждающей воде.
В свою очередь, оборотные СТВ различаются по охладителю воды:
— с прудами-охладителями (естественными или искусственными);
— с брызгальными бассейнами.
Среднегодовая температура охлаждающей воды в средней полосе европейской части России существенно зависит от типа СТВ:
— 8-12 о С для прямоточных систем;
— 10-14 о С для оборотных систем с прудом-охладителем;
— 18-22 о С для оборотных систем с градирнями или брызгальными бассейнами.
Это говорит о том, что прямоточные СТВ обеспечивают более глубокий вакуум в конденсаторе турбины по сравнению со всеми типами оборотных систем.
Кроме того, прямоточная система в 2-4 раза дешевле оборотной по капитальным затратам.
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. В маловодных регионах могут применяться сухие градирни (градирни Геллера) с теплообменной поверхностью из алюминия.
Градирни являются предпочтительным вариантом для городских ТЭЦ, где важна экономия площади застройки, да и расход пара в конденсаторы теплофикационных турбин меньше, чем на КЭС.
Искусственные пруды-охладители могут сооружаться с наименьшей высотой подъема воды циркуляционными насосами (ЦН) – примерно 2-8 м, в то время как для прямоточных систем – 8-12 м, а при использовании градирен – 18-20 м. Чем меньше высота подъема, тем ниже расход электроэнергии на привод ЦН.
Если охлаждающая вода забирается из реки, пруда или моря, то насосная станция располагается на берегу и имеет несколько циркуляционных насосов (обычно не менее четырех), суммарная производительность которых равна расчетной. Резерв может предусматриваться только для морской воды ввиду частого ремонта насосов.
Для СТВ с градирнями или брызгальными бассейнами на каждый блок или турбину берутся два ЦН, которые размещаются непосредственно в турбинном отделении или пристрое к нему. Каждый из этих насосов рассчитан на 60% от суммарного расчетного расхода воды.
Оборудование систем технического водоснабжения.
Насосные станции.
Бытовые насосные станции предназначены для полива и подачи воды в дом со скважин и колодцев, других источников воды, а также могут применятся для поднятия давления в системах центрального водоснабжения.
· Насос (может быть поверхностным либо погружным) — обеспечивает подачу воды. Поверхностные насосы размещаются, как правило, непосредственно на гидроаккумуляторе. Погружные насосы — опускаются в скважину, колодец и соединяются трубой с остальными элементами насосной станции.
· Гидроакумулятор — позволяет плавно изменять давление в системе, а также служит для компенсации (предотвращения) гидроудоров при включении насоса. Также гидроаккумулятор служит для первоначальной подачи воды в кран, пока насос не включился. В гидроаккумуляторе содержится запас воды, объем этого запаса зависит от объема бака и настроек реле давления. Гидроаккумулятор состоит из металического бака и резиновой мембраны. С одно стороны мембраны будет находится воздух, с другой вода.
· Реле давления — отвечает за включение и отключение насоса в зависимости от давления в системе. Крепится непосредственно на пятиходный штуцер.
· Пятиходный штуцер (пятерник) — соединительный элемент. Позволяет соединить основные элементы насосной станции в одно целое.
· Антивибрационный шланг — используется, как удлинительный элемент, при соединении основных элементов насосной станции в одно целое.
· Манометр — используется в информативных целях. Манометр показывает текущее давление в системе. Крепится непосредственно на пятиходный штуцер.
Для работы насосной станции в обязательном порядке потребуется обратный клапан, он предотвращает возврат воды в источник водозабора.
Принцип работы.
Насос качает воду из скважины либо колодца в гидроакумулятор, затем вода из гидроакумулятора подаётся в дом. На реле устанавливается давление включения и отключения насоса, давление воды в вашей системе водопровода будет изменяться в этих пределах.
Насосной станцией принято называть самовсасывающий насос, установленный на мембранный бак и снабженный реле давления. Мембранный бак — это герметичный металлический сосуд, разделенный на две части мембраной. Одна часть бака заполнена воздухом под давлением, а во вторую насос закачивает воду. На реле задается верхний предел давления, до которого сжимается воздух в мембранном баке и, соответственно, вода в системе водоснабжения. Как только установленное давление достигнуто, насос отключается. Теперь моно использовать воду, накопленную в мембранном баке. Если расход воды небольшой, то насос каждый раз включаться не будет, а просто будет поступать вода из бака. И только когда нижний предел давления, заданный на реле, будет достигнут произойдет новое включения насоса.
Используются в качестве инфраструктуры для нужд водоснабжения, канализации, на месторождениях нефти и т. д. Также используются для удаления воды на территориях в низменности, обводненных в результате прорыва воды или наводнения.
Методы резервирования подачи.
Резервирование — эффективный метод повышения надёжности технических устройств посредством введения дополнительного числа элементов и связей по сравнению с минимально необходимым для выполнения заданных функций в данных условиях работы.
Следует предусматривать следующие способы резервирования:
• применение на источниках теплоты рациональных тепловых схем, обеспечивающих заданный уровень готовности энергетического оборудования;
• установку на источнике теплоты необходимого резервного оборудования;
• организацию совместной работы нескольких источников теплоты на единую систему транспортирования теплоты;
• резервирование тепловых сетей смежных районов;
• устройство резервных насосных и трубопроводных связей;
Резервирование подачи теплоты по тепловым сетям, прокладываемым в тоннелях и проходных каналах, допускается не предусматривать.
В тепловых сетях должно предусматриваться резервирование подачи теплоты потребителям за счет совместной работы источников теплоты, прокладки резервных трубопроводов, а также устройства перемычек между тепловыми сетями смежных районов. При подземной прокладке тепловых сетей в непроходных каналах и бесканальной прокладке резервная подача теплоты предусматривается в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха для отопления и диаметров трубопроводов
Техническая вода.
Человек в процессе жизнедеятельности постоянно контактирует с водой. Воду можно разделить на две основных группы: питьевая вода (пищевая), техническая вода (хозяйственно бытовая).
Техническая вода — это вода, используемая в промышленности, взятая из практически любого источника – наземного (озеро, река) или подземного (колодец, артезианская скважина). Техническая вода должна тоже соответствовать определенным требованиям, которые зависят от специфики того сектора промышленности, в котором она используется. Но почти все потребители воды технической не предъявляют каких-то особых требований к ее запаху, цвету, привкусу и наличию или отсутствию в ней бактерий. Хотя, в отличие от питьевой, по вопросу нормирования качества технической воды в настоящее время в Российской федерации нет единого мнения. Сторонники установления предельно-допустимых количеств (ПДК) отдельных показателей качества этой воды сегодня предлагают создать жесткую схему по типу нормирования воды питьевого качества. Их оппоненты же предлагают нормировать не отдельные физико-химические показатели, а модели состава технической воды, используемой в разных отраслях промышленности. Вторая точка зрения объективно наиболее оптимальная, так как именно ей на практике в настоящее время отдается предпочтение.
Потребители технической воды.
Предприятия различных отраслей промышленности используют воду, соответствующую определенным требованиям. Четко выделяются три направления использования воды в технологическом процессе.
1. Вода является сырьем для производства конечного продукта. К этой группе потребителей относится в первую очередь производство лекарственных препаратов, средств косметики и гигиены, а также косметики автомобильной.
В данном случае качество получаемого конечного продукта напрямую зависит от качества и состава применяемой в производственном процессе воды.
2. Вода не является сырьем, а используется в технологическом процессе. Это почти вся электронная промышленность, линии порошковой окраски, гидроабразивной резки. Тут уже от параметров используемой воды зависит не только качество получаемого продукта, но и срок работы, надежность дорогостоящего в большинстве случаев оборудования.
3. Вода сопутствует технологическому процессу. Это все производства с оборотным циклом воды, использующие системы нагрева, охлаждения, кондиционирования. Главными пользователями воды этого направления являются всем известные ТЭЦ, ТЭС, АЭС и всяческие котельные, снабжающие нас теплом и горячей водой. Здесь предъявляются особые требования к карбонатной жесткости воды и допустимой концентрации взвесей, так как от этого напрямую зависит срок службы коммуникаций.
На практике применяются следующие методы обработки воды:
— обессоливание (ионообмен и обратный осмос);
— кондиционирование, дегазация и др.
Оборудование систем технического водоснабжения.
Системы технического водоснабжения промышленных предприятий предназначены для отбора и очистки воды из природного источника, доставки воды потребителю и восстановления свойств отработанной воды для ее повторного использования. Они предназначены для обеспечения водой производственных потребностей, тогда как вода для бытовых нужд предприятием обычно берется из городских или других аналогичных водопроводов и в систему технического водоснабжения не входит.
Использование технической воды на предприятии может быть разделено на две категории:
1. Возвратное — с возвращением всей использованной воды или ее большей части, за исключением потерь, в систему водоснабжения. Эта вода после соответствующей обработки может быть использована повторно.
2. Безвозвратное, когда вода полностью переходит в получаемый продукт.
Потребителей технической воды можно разделить на несколько групп.
Потребление воды в промышленности характеризуется большими объемами, поэтому важной задачей является снижение расходов воды, отбираемой из природного источника и сточной воды, сбрасываемой в окружающую среду. Поэтому используют каскадное потребление — когда одна и та же вода последовательно используется несколькими потребителями, и оборотное потребление — когда вода после необходимой очистки и охлаждения повторно используется одним и тем же потребителем.
В соответствии со способами повторного использования воды системы водоснабжения разделяются на четыре группы:
1. Прямоточная схема — после использования вода сбрасывается в окружающую среду.
2. Последовательная каскадная схема — после потребителей П2 чистая нагретая вода идет на производство пара и потребителям, безразличным к температуре поступающей воды, затем сбрасывается в окружающую среду.
3. Оборотная схема — после использования вода очищается и охлаждается, затем используется повторно. Водозабор осуществляется только для восполнения необратимых потерь (испарение, потери при транспортировке) и для продувки системы. Продувкой называется разбавление оборотной воды свежей для снижения концентрации вредных примесей. В устройствах охлаждения вода испаряется, а нелетучие примеси остаются в оборотной воде. Это приводит к постепенному повышению жесткости воды и концентрации примесей. Поэтому в оборотную воду необходимо добавлять свежую в количестве, снижающем содержание примесей до допустимых пределов, а соответствующий объем лишней воды удалять из цикла.
4. Оборотная каскадная схема. В ней отдельные циклы объединяются, а продувочная вода не сбрасывается, а используется другими потребителями. В системе отсутствует сброс воды, а из окружающей среды вода берется только для безвозвратного использования и воспроизведения потерь.
