Очистка природной воды на ТЭС

Природные воды, используемые для подпитки тепловых сетей, основного пароводяного тракта и других технических целей на ТЭС, требуют сложной очистки на водоподготовительной установке (ВПУ). Предварительная очистка (пред очистка) предназначена для выделения из воды грубодисперсных и коллоидных веществ, снижения щелочности воды. На дальнейших этапах производится очистка воды от истинно растворенных примесей. Для этого используются ионный обмен, термические методы (испарители) и др.

Предочистка проводится (рис. 8.1) в фильтрах грубой очистки 44, осветителях 45, механических фильтрах 46. В осветлителе совмещены два процесса: коагуляция и известкование. Для коагуляции используются глинозем (сернокислый алюминий), сернокислое железо, хлорное железо и т.д.

В результате реакций в объеме воды появляется хлопьевидная крупная взвесь. Известкование воды производится раствором извести или известковым молоком. При этом происходит снижение щелочности, снижение солесодержания воды, декарбонизация. В осветлителях, таким образом, в значительной степени удаляются взвешенные и органические вещества, соединения кремния и железа. Твердая фаза удаляется из осветлителя, вода подается на механические фильтры, в которых улавливаются взвешенные примеси.

Сущность ионного обмена заключается в использовании способности некоторых специальных материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении ионный состав примесей воды. Ионно-обменные материалы, способные к обмену катионами, называются катионитами и используются при обработке воды в исходном Na^-, H^- и NH₄-формах; аниониты, способные к обмену анионами, используются в ОН-форме и реже в Cl-форме.

Набор ионно-обменных фильтров определяется требуемым качеством добавочной воды. Для примера на рис. 8.1 показана схема подготовки воды для подпитки системы теплоснабжения. После предочистки установлены последовательно два Na-катионитных фильтра 47, 48. Затем умягченная вода подается в деаэратор 49, где удаляются кислород и углекислота. В деаэратор подается из отборов турбины греющий пар 50.

По аналогичной схеме возможна подготовка воды для испарителей 52. Испарители поверхностного типа применяются на ТЭС для получения вторичного пара из химически обработанной воды. Этот пар конденсируется в охладителе 53, и конденсат 55 подается в бак чистой воды. По своему качеству дистиллят пригоден для использования в качестве добавочной воды для любых современных паровых котлов.

В последние годы испарители широко используются для утилизации различного вида сбросных вод. Вода продувки барабанных котлов, дренажей, сбросные воды из химического цеха продаются по трубопроводу 51 в деаэратор 49, а затем-в испаритель 52. Продувочная вода испарителя с высокой концентрацией примеси охлаждается и направляется в доупаривающую установку 54. Выделенные при этом соли используются в промышленности или сбрасываются в специальные хранилища.

Учитывая высокие требования к качеству питательной воды для котлов сверхкритического давления, добавочная вода в основной пароводяной тракт блока СКД проходит химическое обессоливание. После предочистки вода проходит две ступени Н-катионитных фильтров 56, 58 и первую ступень анионитного фильтра 57, затем поступает в декарбонизатор 59, где происходит удаление свободной углекислоты. После декарбонизатора вода подается во вторую ступень анионитного фильтра 64 и в фильтр смешанного действия 65. Добавочная вода 31 направляется в конденсатор 1 паровой турбины, где проходит дополнительную деаэрацию.

В энергоблоках с прямоточными котлами СКД для очистки конденсата от солей и кремнекислоты, поступающих с присосами охлаждающей воды в конденсаторе турбины, и продуктов коррозии оборудования используется блочная обессоливающая установка (БОУ) 3, через которую пропускается непрерывно весь конденсат. Установка включает в себя механические фильтры для улавливания продуктов коррозии и других взвешенных примесей и фильтр смешанного действия для обессоливания турбинного конденсата. В фильтре осуществляется процесс совместного Н-ОН-ионирования воды.

Для ТЭС с барабанными котлами высокого и сверхвысокого давления в качестве добавочной используется химически очищенная вода после двух ступеней Н-ОН-ионирования.

Теплофизические свойства водного теплоносителя

На рис. 8.2a показана зависимость давления от удельного объема водного теплоносителя и температуры. При постоянной температуре удельный объем с ростом давления уменьшается, причем при докритической температуре имеется область двухфазного (пароводяного) состояния, заключенная между кривыми v' (объем воды на линии насыщения) и v" (объем пара на линии насыщения). При сверхкритической температуре водный теплоноситель считается однофазной средой, хотя переход от состояния воды к пару происходит постепенно, а не скачкообразно.

Параметры критического состояния воды:

давление р_КР=2,2115·10⁷ Па=22,115 МПа; температура t_КР = 374,12°С;

удельный объем V_КР = 0,003147 м³/кг; удельная энтальпия h_КР=2095,2 кДж/кг.

Изотермы на рис. 8.2a проведены для температур, характерных для перегретого пара (440, 510, 540, 570°С) паровых котлов. Горизонтальные линии соответствуют характерным для энергетики давлениям воды и пара, применяемым в паровых котлах.

Зависимость удельной теплоемкости с_Р, кДж/(кг·К), от температуры показана удельного объема v и плотности r от температуры, характеризующие состояние теплоносителя на (рис. 8.2б) (при постоянном давлении). При докритическом давлении теплоемкость воды и пара ограничена своими значениями на линии насыщения (с_Р' и с_Р" соответственно). При сверхкритическом давлении теплоемкость имеет максимальное значение при температуре, которая называется температурой максимальной теплоемкости t_МТ или псевдокритической температурой.

Условно на диаграмме с_Р - t рис. 8.2б) выделяют по ординате t при сверхкритическом давлении диапазон температур - зону большой теплоемкости (ЗБТ).

Зона большой теплоемкости соответствует диапазону температур, при которых с_Р > 8 кДж/(кг·К). Диапазон температур до зоны большой теплоемкости условно называют областью состояния жидкости, после зоны - областью состояния пара (рис. 8.2б), (рис. 8.2 в).

При проведении различных расчетов необходимо знать зависимости удельной энтальпии h, удельного объема v и плотности r от температуры, характеризующие состояние теплоносителя (рис. 8.2б), (рис. 8.2 в).