Теплоэнергоцентрали призваны обеспечивать город теплом и горячей водой. С их помощью генерируется энергия, которая питает заводы, магазины, жилые дома. Основной движущей силой теплоцентралей являются парогенераторы. И в отличие от обычных котельных, которые работают на воде, к качеству пара предьявляются требования намного выше. Таким образом, водоподготовка на ТЭЦ – удовольствие дорогое, и подлежит тщательной подготовке для правильного запуска в работу всей системы.
Оптимальная схема водоподготовки на мини ТЭЦ
Составит эффективную схему доведения воды до нужного качества на ТЭЦ вопрос многих миллионов денежных средств. Объемы очищаемой воды за каждый день огромны, качество входящей воды может быть разным, а бюджет на все эти входящие данные достаточно мал.
Лучше всего будет работать очистительная система с такими этапами, при условии забора воды из первичного источника, без какой либо первичной очистки.
Для получения высококачественного пара придется потрудиться. В чем принципиальная разница, между водоподготовкой на мини ТЭЦ и той же сферой на обычной котельной? Любая жидкость, попадающая в котел или парообразователь в обязательном порядке должна быть мягкой, как минимум. Причем воду очищают как до момента входа в систему, так и после выхода из системы. Связано это с тем, что после очищения остается масса отходов. И чтобы их скинуть, придется их дочистить.
Актуальность очистных схем доказывать не нужно. Они помогут обезопасить и трубы, и котлы, и непосредственно паровые турбины от коррозии и повреждений, вызванных ненужными примесями. Точно так же схема помогает решить проблему с образованием известкового налета. Собирать систему без привлечения специалистов достаточно рискованно. Можно легко вывести из строя свою рабочую установку или же получить недоочищенную воду.
Но и специалист может ошибаться. Любой человек должен чем-то подкреплять свои выводы. И прежде всего, это касается состава приборов. Сперва, нужно оценить состав воды, а потом предлагать варианты. Это правило должен помнить любой заказчик.
Так или иначе, но главной задачей любой теплоцентрали в любой стране по-прежнему остается применение более качественного сырья. И постараться потратить на всю эту процедуру, как можно меньше денег.
Специалисты на сегодня предлагают:
- Новые устройства очищения и умягчения;
- Использование окислителей для быстрого прохождения реакций;
- Использование нейтрализаторов для нивелирования негативного влияния коррозионных процессов, например.
Более всего на теплоцентралях в качестве доведения воды до этапа дегазации используют мембранный обратноосматический прибор. Это фильтр для тонкой чистки и работает только с подготовленной водой. Самый оптимальный прибор подобного рода поможет убрать почти все органические растворенные примеси, некоторые виды бактерий, и соли металлов.
Не менее важно воду для паровых турбин и обеззараживать. Если этого не делать, то очень быстро бактерии сделают свое черное дело. Поверхности турбин станут зелеными и скользкими.
Лучше всего в этом случае будет работать озонатор, как самый экологически чистый прибор. Он поможет получать деминерализованную воду с очень неплохой производительностью. И для этого не нужны химикаты. Озон, как известно, это кислород из трех атомов, который помогает окислять вещества, без выделения новых образований. Причем работает он, как с металлами, так и солями. Вода получается не только обеззараженной, но еще и насыщенной кислородом, что тоже дает свои плюсы. Озонатор потому массово используется в теплоцентралях и на мини ТЭЦ, что одним своим присутствием и работой помогает убрать из воды и лишние соли, и лишние ионы железа. После данного этапа, все, что понадобиться сделать - устранить растворенные газы. А в общем вода получается деминерализированной, и готовой к использованию. Плохо в озонировании то, что оно дорого стоит, перевозить генерирующие установки нельзя, да и затраты энергоносителей очень высокие. Потому массового использования у озонаторов пока нет.
Еще одной немаловажной особенностью современной и грамотной водоподготовки на ТЭЦ является автоматическое управление. На таких больших предприятиях обойтись без ручного управления очень важно. Люди – это постоянное возникновение проблем из-за пресловутого «человеческого фактора». Но и обойтись без них нельзя. Т.к. кто-то должен управлять и автоматами.
И еще одна очень важная проблема любой топливно-энергетической системы – известковые отложения. В мини ТЭЦ использовали в свое время и флокулянты с коагулянтами для устранения жесткости в полном объеме. Применяли и кипячение. Но тогда вся известь оставалась внутри котла. Облегчение для систем мини ТЭЦ настало только с изобретением безреагентных способов устранения известкового налета. Начиналась история с магнитного воздействия и ультразвука. Сегодня более, чем эффективно работают электромагнитные устранители накипного налета.
Особенности паровых теплоцентралей (ТЭЦ) и их очищения
Парогенераторы работают на исключительно чистом паре, избавленном от абсолютно любых примесей. Применение некачественного пара ведет к большим потерям при производстве, потерям КПД, и как следствие поломкам турбин. Потому качественная водоподготовка на ТЭЦ парового вида – одно из превалирующих направлений работы.
Огромную роль здесь играет метод устранения примесей из воды. Есть в работе подобного оборудования такая особенность, как зависимость очистных сооружений от страны-производителя паровых турбин и сопутствующего оборудования. При этом важно еще сохранять хрупкий баланс состава воды в паровых котлах.
Наиболее удобными очистными установками для такого вида теплоцентралей являются комплексные (например, комплекс Gendos ). С их помощью из воды можно устранить большее количество вредных примесей, и при этом химикаты будут впрыскиваться контролировано и дозировано и в автоматическом режиме. При работе с дезинфекторами, впрыскиваемые в воду реагенты можно менять, для обеспечения оптимальной очистки.
Кроме огромного вреда, который приносит паровому оборудованию комплекс солей, есть еще соли железа, которые дают свой вклад в этот вред. могут привести и к коррозии, и к ржавчине. И как следствие, к поломке оборудования.
Классический набор фильтров для систем водоподготовки на ТЭЦ обязательно должен включать и умягчители. Первичная вода из систем водоснабжения может обладать разными включениями, даже при обязательном условии, что такую воду чистят. Чаще всего включаются жесткость, соли железа и иногда бактерии.
Многие считают, что бактерии – это обязательно вирусы или болезнетворные бактерии, или бактерии гниения. Но сегодня очень часто в оборудовании постоянно работающем с водой есть еще и железистые бактерии. Вот они тоже могут создавать очаги заражения, только бороться с ними можно несколько иными путями. Иногда могут помочь и специальные флокулянты, впрыскиваемые в систему.
Что поможет исправить ситуацию с превышением концентрации солей железа? Как известно, они могут быть трех видов – двухвалентного железа, трехвалентного железа и железных бактерий. Трехвалентное железо самое удобное для выведения. Оно уже имеет окисленную форму и быстро выпадает в осадок.
В это же время двухвалентное присутствует в воде в виде растворенных солей. И самая большая сложность начинается тогда, когда нужно преобразовывать его в трехвалентное, то есть выпадающее в осадок. Для этого есть реагенты и есть окислители в виде воздуха. В теплоцентралях больше всего применяют безреагентные окислители, это безопаснее для турбин, да и меньше вопросов потом с устранением осадков и излишков, добавленных реагентов.
Обойтись без докотловой обработки воды котельные не могут. Это четко указано и в стандартах и в постановлениях гос. надзора. Любая теплоэнергоцентраль должна подобрать компанию, которая будет выполнять услуги по разработке и монтажу докотловой системы обработки воды.
Есть еще такое понятие, как внутрикотловая обработка подпиточной воды. Ее применяют для неэкранированных котлов на ТЭЦ с малой паропроизводительностью, при условии, что они работают на твердом топливе. При этом максимальный порог жесткости составляет 3 милиграмма на экв. литр.
Умягчать воду в таких системах не так принципиально, как предотвратить образование и развитие накипного осадка. Поэтому поиск умягчающих систем должен вестись именно в направлении очистителей от осадка. Но для этого подойдет и сам принцип умягчения – то есть устранения или преобразования солей жесткости. Лучше всего в использовать катионные фильтры или электромагнитные.
Еще одной проблемой при очистках воды является уровень кислотно-щелочного баланса. При умягчении он сильно снижается, а при высокой степени загрязнения он высок. Поэтому поддерживать нужный уровень следует постоянно. Если этого не делать, то стимулируется развитие коррозии. Так, что для нормальной работы ТЭЦ воду придется подщелачивать. Для этого в систему водоподготовки на ТЭЦ монтируют специальный датчик уровня. Вот он при превышении уровня будет впрыскивать в систему необходимое количество щелочи.
Для получения воды с очень высокой степенью очистки могут применять двухступенчатые установки мембранного типа, что позволяет получить практически пустую воду, без органических примесей. Останется только избавить ее от растворенных газов. Так, что обработка воды для энергоцентралей намного хлопотнее, чем любые другие системы, даже для крупных металлургических предприятий.
Е.Н. Бушуев, Н.А. Еремина, А.В. Жадан
Состояние вопроса: На отечественном энергетическом рынке появилось большое количество нового водопод готовительного оборудования с высокими экологическими характеристиками. Широкому внедрению их в производство мешает отсутствие нормативной базы на их использование и противоречивый опыт эксплуатации головных установок на отечественных ТЭС, особенно для вод с повышенным содержанием органических веществ, что характерно для поверхностных вод центра и севера России. В связи с этим существует необходимость совер шенствования традиционных технологий и создания новых систем обессоливания.
Материалы и методы: Использованы результаты эксплуатации новых водоподготовительных установок на ряде отечественных и зарубежных ТЭС.
Результаты: Проведен анализ двух основных направлений совершенствования технологии получения обессоленной воды на ТЭС: противоточного ионирования и на основе мембранных методов. Рассмотрено схемное решение по обеспечению работы установки обратного осмоса при пониженных производительностях.
Выводы: Результаты анализа технологий водоподготовки необходимо учитывать как при проектировании, так и при реконструкции химических цехов ТЭС.
Ключевые слова: тепловые электрические станции, водоподготовка, мембранные методы, обратный осмос, электродеионизация.
НПК "Медиана-фильтр" представляет современные системы очистки воды и водоподготовки:
|
Общим элементов во всех рассмотренных схемах обессоливания на основе мембранных методов является установка обратного осмоса. При эксплуатации водоподготовительной установки производительность постоянно меняется. Часто возникает значительное снижение производительности, связанное с остановом части теплоэнергетического оборудования или прекращением отдачи производственного пара потребителю, что ведет к проблеме обеспечения минимального расхода обрабатываемой воды через установку обратного осмоса. При неполной загрузке основного оборудования блоков ПГУ-325 на ИвПГУ снижается потребность в обессоленной воде. Это обусловливает неполную загрузку УОО. Изначально на ИвПГУ были спроектированы и эксплуатировались две параллельно работающих установок обратного осмоса (рис. 4,а). Во время простоя одной из установки обратного осмоса она либо ставится на консервацию, либо ежедневно производится циркуляция воды по корпусам системы обратного осмоса для предотвращения возникновения отложений. Это приводит к дополнительным потерям и увеличению себестоимости обессоленной воды. Поскольку реагенты, используемые для консервации системы обратного осмоса, имеют достаточно высокую стоимость и периодически требуется подключение второй установки обратного осмоса, то при работе одного из блоков консервация является неэффективным мероприятием. Для предотвращения потерь, в целях экономии химических реагентов для регенерации фильтров смешанного действия были предусмотрены мероприятия, позволяющие снизить дополнительные потери при простое оборудования, - последовательное включение УОО1 и УОО2 в работу (рис. 4,б). Каждая установка включает 4 корпуса, также работающие по двухступенчатой схеме (рис. 4).
Рис. 4. Технологические схемы включения установки обратного осмоса: а – параллельное; б – последовательное При последовательном включении установок обратного осмоса (рис. 4,б) пермеат с УОО2, работающей как I ступень, подается на УОО1 (II ступень). При этом концентрат с УОО2 сбрасывается в канализацию, а с УОО1 смешивается с исходной водой, подаваемой на I ступень. Исходная вода подается на установку обратного осмоса на корпуса АО1-АО3 (рис. 5), затем пермеат подается на ФСД, а концентрат - на АО4, где также разделяется на пермеат и концентрат. Пермеат подается на фильтр смешанного действия, а концентрат сбрасывается в канализацию.
Рис. 5. Технологическая схема обработки воды на установке обратного осмоса №1,2: АО1–АО4 – корпуса установки После предварительных расчетов в феврале 2012 года были проведены промышленные испытания работы УОО1 и УОО2, включенных последовательно. Результаты расчетов и испытаний приведены в табл. 5 и на рис. 6.
Рис. 6. Диаграммы содержания ионов натрия (а), кремнекислоты (б) и удельная электропроводность (в) в обработанной на установке обратного осмоса воде Полученные данные доказывают повышение качества обессоленной воды после второй ступени обработки на установке обратного осмоса. Содержание ионов натрия, кремнекислоты и электропроводность снижаются более чем в 3 раза, также снижается содержание соединений железа и хлоридов. Прослеживая динамику изменения качества обессоленной воды, можно отметить, что двухступенчатое обессоливание на установке обратного осмоса не позволяет достаточно снизить значение электропроводности, однако позволяет получить требуемые параметры качества воды по содержанию соединений кремнекислоты и натрия для добавочной воды для подпитки котлов- утилизаторов. Повышение качества исходной воды для фильтра смешанного действия позволяет снизить ионную нагрузку на них более чем в 3 раза, что приводит к значительному увеличению фильтроцикла, уменьшению количества воды, используемой на собственные нужды системы водоподготовки, снижению потребности в кислоте и щелочи для регенерации. Следовательно, снижается экологический ущерб, наносимый окружающей среде. Испытания с коагулянтом - сульфатом алюминия при двухступенчатой схеме работы установок обратного осмоса показали, что существует возможность улучшить качество воды, идущей на установку обратного осмоса, и повысить ресурс работы патронных фильтрующих элементов для обратноосмотической системы. Таким образом, на отечественном энергетическом рынке появилось большое количество нового водоподготовительного оборудования с высокими экологическими характеристиками. Широкому внедрению его в производство мешает отсутствие нормативной базы на использование и противоречивый опыт эксплуатации головных установок на отечественных ТЭС, особенно для вод с повышенным содержанием органических веществ. Список литературы
E. N. Bushuev 1 , N. A. Eremina 1 , A. V. Zhadan 2 Ivanovo State Power Engineering University, Ivanovo, Russian Federation 2 Closed Corporation "NPK Mediana-Filtr", Moscow, Russian Federation Background: Large quantity of new water treatment equipment with high ecological characteristics appears in Russian power engineering field. However, there is no regulatory system to control its wide implementation into production as well as contradictory experience of head units operation in Russian heat power plants, especially for water with high concentration of organic substances that is typical for surface water in central and northern parts of Russia. Thus, it is necessary to improve the traditional technologies and design new desalination systems. Materials and methods: The operation results of new water treatment units at Russian and foreign heat power plants are used. Results: The analysis of two main improvement directions of receiving desalted water technology at heat power plants is carried out. These directions are counterflow ionization and on the basis of membrane methods. The circuitry of units operation of reverse osmosis plants with low productivity is considered. Conclusions: The analysis results of water treatment technologies are necessary to be taken into account in designing and reconstruction of heat power plant chemical department. | ||||||||||||||||||||
В нашей стране основная часть вырабатываемой электроэнергии (83 %) приходится на ТЭС на органическом и ядерном топливе.
Рост выработки электрической энергии обусловлен не только введением новых мощностей, но и надежностью, бесперебойной работой действующего оборудования. ТЭЦ и ТЭС в настоящее время работают в основном на высоких и сверхвысоких параметрах, растут единичные мощности агрегатов на ТЭС и ТЭЦ и в целом, мощности электростанций. Все это повышает требования к экономичности и надежности работы основных агрегатов электростанции.
Вода и водяной пар являются теплоносителями в водном и водопаровом трактах ТЭС, ТЭЦ и АЭС. Для электростанций с блочной схемой установки агрегатов необходимость обеспечения длительной бесперебойном эксплуатации обусловлена тем, что повреждение или выход из строя хотя бы одного из элементов неизбежно вызывает выход из строя всего блока.
Даже кратковременный аварийный простой крупного блока из-за дефектов водного режима (длительная эксплуатация турбоагрегата при сниженных параметрах) повышает стоимость вырабатываемой электроэнергии.
Одним из факторов, обуславливающих важное значение водной проблемы, является значительный рост удельных тепловых нагрузок парообразующих труб котельного агрегата, что требует жесткого ограничения допустимой величины отложений на поверхностях нагрева в целях обеспечения надежного температурного режима металла этих поверхностей, а тем самым и продолжительности рабочего времени котельного агрегата. Для снижения отложений нужно свести к минимуму количество примесей, поступающих в водяной тракт электростанции, и в первую очередь продуктов коррозии основного оборудования и вспомогательного. Также должен быть организован систематический ввод в пароводяной тракт электростанции различных реагентов, которые уничтожают или ограничивают действие наиболее вредных примесей.
Так как турбины высокого давления очень чувствительны к загрязнению лопаток, то для избежания снижения мощности из-за заноса их проточной части отложениями требуется повысить качество пара.
С повышением параметров пара ускоряются физико-химические процессы накипеобразования, загрязнения пара и коррозии металла, что усложняет поддержание чистоты внутренних поверхностей котельного агрегата и проточной части паровых турбин, а также затрудняет обеспечение сохранности металла котлов, турбин и оборудования тракта питательной воды.
Таким образом, большое значение имеет подготовка воды на электростанции. Причем вопросы организации рационального водного режима ТЭС должны рассматриваться в тесной связи с их гидродинамическими характеристиками, процессами теплообмена в отдельных теплопередающих элементах и физико-химическими процессами загрязнения генерирующего пара.
Обращение воды в рабочем цикле тэс
Вода и водяной пар являются теплоносителями в водном и водопаровом трактах ТЭС, ТЭЦ и АЭС.
При решении водной проблемы ТЭС большое значение имеет то, что переход к высокому и сверхкритическому давлению значительно изменяет условия парообразования, теплообмена при кипении, гидродинамики паровой смеси в трубах котла, а также свойства самого рабочего тела.
К примеру, с повышением давления резко повышается плотность водяного пара, снижается скорость пароводяной смеси в парообразующих трубах, снижается поверхностное натяжение и вязкость воды, что способствует образованию накипи и коррозии.
С повышением плотности водяного пара повышается его способность к растворению различных химических соединений, содержащихся в котловой воде, что приводит к значительному выносу находящихся в воде неорганических примесей.
Вода на ТЭС применяется:
для производства пара в котлах, испарителях;
для конденсации отработавшего пара в конденсаторах паровых турбин и других теплообменных аппаратах;
для охлаждения продувочной воды и подшипников дымососов;
в качестве рабочего теплоносителя в теплофикационных отопительных сетях и сетях горячего водоснабжения.
Водяной пар, полученный в котлах, а затем отработавший в турбинах, подвергается конденсации или в виде пара пониженных параметров используется на производственных и коммунальных предприятиях для технологических процессов, отопления и вентиляции.
Рис. 1.1. Схема КЭС:
1 - паровой котел; 2 - паровая турбина; 3 - электрогенератор; 4 - водоподготовительная установка; 5 - конденсатор; 6 - конденсатный насос; 7 - конденсатоочистка (БОУ); 8 - ПНД; 9 - деаэратор; 10 - питательный насос; 11 – ПВД.
D ИСХ.В. - исходная вода.
D Д.В. - добавочная вода направляется в контур для восполнения потерь пара и конденсата после обработки с применением физико-химических методов очистки.
d Т.К. - турбинный конденсат, содержит небольшое количество растворенных и взвешенных примесей - основная составляющая питательной воды.
D В.К. - возвратный конденсат от внешних потребителей пара, используется после очистки в установке очистки обратного конденсата (7) от внесенных загрязнений. Является составной частью питательной воды.
Dп.в. - питательная вода, подается в котлы, парогенераторы или реакторы для замещения испарившейся воды в этих агрегатах. Представляет собой смесь D T . K , D Д.В. , D В.К. и конденсируется в элементах указанных агрегатов.
Рис. 1.2. Схема ТЭС:
1 - паровой котел; 2 - паровая турбина; 3 - электрогенератор; 4 - конденсатор; 5 - конденсатный насос; 6 - установка очистки возвратного конденсата; 7 - деаэратор; 8 - питательный насос; 9 - подогреватель добавочной воды; 10 - водоподготовка подпитки котлов; 11 - насосы обратного конденсата; 12 - баки возвратного конденсата; 13 - производственный потребитель пара; 14 - промышленный потребитель пара; 15 - водоподготовка подпитки теплосети.
D ПР - продувочная вода - выводится из котла, парогенератора или реактора на очистку или в дренаж для поддержания в испаряемой (котловой) воде заданных концентраций примесей. Состав и концентрация примесей в котловой и продувочной воде одинаковы.
D О.В. - охлаждающая или циркуляционная вода, используется в конденсаторах паровых турбин для конденсации отработавшего пара.
D В.П. - подпиточная вода тепловой сети, для восполнения потерь.
Ни для кого не секрет, что требования к качеству воды достаточно высоки. По данным Российской Федерации, доля растворённых веществ в воде должна составлять не более 10 мкг/л. Удовлетворение требований к качеству требует осуществления специальной физико-химической обработки воды. Водоподготовка ТЭС производится в цехе «химводоочистки», организующем контроль за водно-химическим режимом, и состоит из нескольких этапов. Первый этап - предварительное умягчение воды, благодаря которому снижается концентрация примесей (добавляются реагенты, а также коагулянты, флокулянты). Стоит отметить, что методы обработки, особенности технологического процесса, определение требований качества напрямую зависят от исходного состава вод, типа и параметров электростанции. Второй этап ТЭС - осветление. Вода проходит через множество фильтров, в том числе песочные и ионные, что позволяет достичь желаемого результата - 10 мкг примесей на один литр. Не стоит забывать и о постоянном интенсивном перемешивании воды с реагентами. Это важнейшая необходимость. Очевидно, что задача водоподготовки ТЭС сложна, но вполне решаема. Опыт многолетнего использования энергоблоков в России и за рубежом показывает, что важнейшим условием длительной, экономичной и наиболее надёжной эксплуатации тепловых электростанций является организация водного режима и водоподготовки. Целями и задачами последних являются:
- предотвращение отложений: кальцевидных и окислов железа - на внутренних поверхностях пароперегревательных (или парообразующих) труб, меди, кремниевой кислоты, натрия - в проточной части паровых турбин;
- защита оборудования, основного и вспомогательного, от коррозии при контакте с паром и водой, а также при нахождении в резерве (применение качественного водного теплоносителя минимизирует скорость коррозии материалов котлов, турбин, оборудования конденсатно-питательного тракта).
Химические способы очистки сточных вод и воды для использования на ТЭС является сырьём, которое далее применяется как исходное вещество для образования пара в котлах и испарителях, конденсации отработанного пара, охлаждения агрегатов. Также она используется в качестве теплоносителя (в системе горячего водоснабжения и тепловых сетях).
Работа парогенератора в течение приблизительно пяти часов без отложений требует осуществления особых методов водоподготовки ТЭС. В интересах тепловой электростанции проводить данную операцию при минимальных капитальных затратах не только на организацию водоочистительных установок, но и на их эксплуатацию. Экономичность термических методов водообработки ТЭС в значительной степени зависят от характеристик и параметров оборудования . Наряду с материальной выгодой пред тепловыми электростанциями поставлен целый ряд задач, в числе которых увеличение экономичности электростанций, уменьшение числа обслуживающего персонала, внедрение технических новинок (механизация и автоматизация). Но одной из первоочередных задач всё же остаётся подготовка воды, осуществляемая на достаточно высоком уровне.
Очищая большие объёмы природной воды, ТЭС не должны забывать ещё об одном аспекте, а именно решении проблемы утилизации образующихся в процессе сточных вод. Они содержат шлам, состоящий из карбонатов магния и кальция, гидроксида магния, железа, алюминия, песка, органических веществ, различных солей серной и соляной кислот, при регенерации фильтров перемещающиеся в стоки. Это необходимо для обеспечения защиты от загрязнения источников промышленного и питьевого водоснабжения.
Итак, ТЭС потребляют значительное количество воды, основными потребителями которой являются конденсаторы турбин. Вода применяется для охлаждения подшипников вспомогательных механизмов и водорода генераторов, охлаждения воздуха электродвигателей, восполнения потерь пара и конденсата в цикле станции. Вода в данном случае является «жизненной необходимостью». Очевидно, что водоподготовка ТЭС требует особо пристального внимания и контроля.