Тепловые и атомные электрические станции - часть 19

147

Глава седьмая. ПОТЕРИ ПАРА И КОНДЕНСАТА НА ТЭС И
СПОСОБЫ ИХ ВОСПОЛНЕНИЯ

7.1. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС РАБОЧЕГО ТЕЛА В ТЕПЛО-
ВОЙ СХЕМЕ ТЭС

На тепловых электростанциях реализуется замкнутый цикл дви-

жения рабочего тела в трубопроводах и оборудовании, обладающих вы-
сокой герметичностью. Однако на ТЭС всегда имеются потери рабочего
тела, обусловленные как неплотностями оборудования и арматуры, так
и характером реализованных технологических процессов.

Потери пара и конденсата на ТЭЦ делятся на внутренние

вт

D , по-

тери с продувочной водой барабанов котлов, внешние

вн

D и технологи-

ческие

техн

. К внутренним потерям относятся утечки в элементах обо-

рудования, паровых и водяных линиях электростанции.

Восполнение потерь на ТЭС производится обессоленной водой,

при  этом  расчетную  производительность  обессоливающей  или  испари-
тельной  установки  для  конденсационных  электростанций  и  отопитель-
ных  ТЭЦ  следует  принимать  равной 2 % паровой  производительности
устанавливаемых  котлов.  Производительность  общестанционной  испа-
рительной  установки  или  дополнительная  производительность  обессо-
ливающей установки (сверх 2 %) принимается:

•

для электростанций с прямоточными котлами – 25 т/ч при бло-
ках мощностью 200, 250, 300 МВт, 50 т/ч при блоках мощно-
стью 500 МВт, 75 т/ч при блоках мощностью 800 МВт;

•

для электростанций с барабанными котлами – 25 т/ч.

На газомазутных ТЭС (при использовании пара на разогрев мазута

без возврата конденсата) производительность химобессоливающей ус-
тановки увеличивается на 0,15 т на 1 т сжигаемого мазута.

Утечки вызывают потери пара и воды и снижают тепловую эко-

номичность электростанции. Они существуют на всех линиях пароводя-
ного  тракта,  однако  при  расчетах  полагают,  что  они  сосредоточены  в
паропроводе  свежего  пара  (перед  турбиной).  Это  упрощает  расчеты  и
приводит  к  тому,  что  найденные  таким  образом  показатели  тепловой
экономичности  бывают  несколько  занижены,  правда,  весьма  незначи-
тельно.

Заметные значения потерь на ТЭС связаны с непрерывной про-

дувкой барабанов котлов. Для уменьшения этих потерь на линиях про-

148

дувочной воды устанавливают расширители продувки. Применение на-
ходят схемы с одной и двумя ступенями расширения (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Схемы включения расширителей непрерывной продувки котла:

а – одноступенчатая; б – двухступенчатая

При одноступенчатой схеме (рис. 7.1,

а) уравнение теплового ба-

ланса расширителя имеет вид

пр.к пр.к

п.р п.р

пр.р пр.р

D h

, (7.1)

а уравнение материального баланса можно записать как

пр.к

п.р

пр.р

, (7.2)

здесь индексы означают: «пр.к» – продувка котла; «п.р» – пар рас-

ширителя «пр.р» – продувка расширителя.

Из (7.1) и (7.2) следует, что

п.р

пр.к

пр.р

пр.к

пр.р

пр.к

п.р

пр.р

−

⋅

−

. (7.3)

Аналогично записывается уравнение, определяющее продувку

расширителя при двухступенчатой схеме расширения продувки котла
(рис. 7.1,

б). Расход продувочной воды расширителя второй ступени при

этом определяется по зависимости

п.р2

пр.р1

пр.р2

пр.р1

пр.р2

пр.к

п.р2

пр.р2

−

⋅

−

, (7.4)

где индексы «1» и «2» соответствуют номеру расширителя.
Расход воды при непрерывной продувке котла должен измеряться

расходомером и для установившегося режима при восполнении потерь
обессоленной водой или дистиллятом испарителей должен составлять
не более 1 и не менее 0,5 % производительности котла, а при восполне-

149

нии потерь химически очищенной водой – не более 3 и не менее 0,5 %
производительности; при пуске котла после монтажа, ремонта или из
резерва допускается увеличение непрерывной продувки до 2–5 % про-
изводительности котла.

В схеме продувки котла с одним расширителем пар из последнего

направляется обычно в деаэратор основного конденсата турбины. Туда
же поступает пар из первого расширителя при двухступенчатой схеме.
Пар  из  второго  расширителя  направляется  обычно  в  атмосферный  или
вакуумный деаэратор подпиточной воды тепловой сети или в станцион-
ный коллектор (0,12–0,25 МПа). Дренаж расширителя продувки подво-
дится  в  охладитель  продувки,  где  охлаждается  водой,  направляемой  в
химический  цех  (для  подготовки  добавочной  и  подпиточной  воды),  и
затем сбрасывается. Таким образом, расширители продувки уменьшают
потери продувочной воды и увеличивают тепловую экономичность ус-
тановки за счет того, что большая часть содержащейся в воде теплоты
при этом полезно используется.

Внешние потери пара и конденсата

вн

D могут быть на ТЭЦ при

открытых схемах отпуска теплоты, когда потребители теплоты получа-
ют редуцированный свежий пар или пар непосредственно из отборов
турбин. Конденсат этого пара («обратный» конденсат) от теплового по-
требителя может вообще не возвращаться или возвращаться сильно за-
грязненным. В обоих случаях внешние потери являются полными, т.е.
равными расходу пара теплового потребителя

т.п

D . Однако обычно «об-

ратный» конденсат (

о.к

D ) с учетом его качества можно непосредственно

направить  в  линию  основного  конденсата  турбины.  В  этом  случае
внешние  потери  связаны  с  невозвратом  конденсата  с  производства.
Учитывая,  что  внешние  потери  могут  быть  достаточно  велики,  для  их
восполнения  необходимо  предусмотреть  специальные  водоподготови-
тельные установки. Конечно, при больших потерях пара и конденсата у
теплового  потребителя  можно  применить  схему  с  паропреобразовате-
лями и получать на них все необходимое количество добавочной воды.
В  этом  случае  производительность  паропреобразователей  выбирается
равной  сумме  всех  безвозвратных  потерь  и  никаких  других  установок
для подготовки добавочной воды не требуется.

Предотвращение внешних потерь пара и конденсата при примене-

нии  паропреобразовательной  установки  (ППУ)  связано  с  недовыработ-
кой мощности турбиной из-за необходимости подачи на ППУ пара бо-
лее  высокого  потенциала,  чем  требуется  для  технологических  целей.
Эту  недовыработку  мощности  надо  учитывать  при  расчете  принципи-
альной тепловой схемы ТЭС. Внутренние потери и потери, связанные с

150

продувкой барабанов котлов, восполняются добавочной водой, посту-
пающей в конденсатор турбины, где она проходит предварительную де-
аэрацию. Внешние потери восполняются добавочной водой, направляе-
мой в деаэратор основного конденсата турбины. Схема основных пото-
ков пара и конденсата с учетом потерь и восполнения рабочего тела
приведена на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Схема основных потоков пара и конденсата с учетом потерь и восполнения
рабочего тела: Д – деаэратор

Рис. 7.3. Схема подогрева и предварительной деаэрации добавочной воды, идущей
на восполнение внешних потерь:Д – деаэратор; БЗК – бак запаса конденсата

На ТЭС с внешними потерями рабочего тела добавочная вода,

восполняющая их, перед подачей ее в деаэратор основного конденсата

151

турбины  должна  подогреваться  и  предварительно  деаэрироваться  в  ат-
мосферном  деаэраторе.  Схема  подогрева  и  предварительной  деаэрации
добавочной  воды,  идущей  на  восполнение  внешних  потерь,  приведена
на рис. 7.3.

При наличии на ТЭС коллектора (0,12–0,25 МПа) для предвари-

тельного  подогрева  добавочной  воды  и  ее  деаэрации  можно  использо-
вать пар из этого коллектора. На ряде ТЭЦ внешние потери пара и кон-
денсата  восполняются  термическим  методом  с  применением  автоном-
ных  испарительных  установок.  В  этом  случае  дистиллят  обычно  пода-
ется в деаэратор основного конденсата турбины.

Если автономная испарительная установка работает без передачи

теплоты в «холодный» источник, то тепловая экономичность производ-
ства добавочной воды при химическом и термическом методах будет
одинакова. Это объясняется тем, что как в первом, так и во втором слу-
чае теплота пара из станционного коллектора (0,8–1,3 МПа) тратится
только на подогрев добавочной воды.

Кроме вышеперечисленных потерь пара и конденсата на ТЭС су-

ществуют так называемые технологические потери (или потери на соб-
ственные нужды). Они связаны с работой форсунок, обдувками и от-
мывками поверхностей нагрева, обслуживанием установок для очистки
конденсата, деаэрацией подпиточной воды теплосети, разгрузкой мазу-
та, отбором проб теплоносителя для химических анализов и др.

Нормы технологических потерь пара и конденсата разрабатыва-

ются электростанцией для каждой технологической операции с учетом
возможного повторного использования потерь. Технологические потери
не учитываются при расчете принципиальной тепловой схемы станции,
но должны приниматься во внимание при выборе установленной произ-
водительности водоподготовительной установки.

Дренажи оборудования и паропроводов как постоянные (напри-

мер, из уплотнений насосов), так и периодические (большинство харак-
терно для пускоостановочных режимов) собираются в дренажный бак и
периодически возвращаются в цикл.

На современных ТЭС загрязненный конденсат обычно собирается

в бак загрязненного конденсата и после очистки его на ионитовых
фильтрах и деаэрации возвращается в цикл. Если на ТЭС имеются испа-
рители, загрязненный конденсат, продувочная вода барабанных котлов
могут направляться также в эти аппараты. При таких схемах общие по-
тери воды на ТЭС резко сокращаются.

Все безвозвратные потери пара и конденсата на ТЭС должны вос-

полняться добавочной водой.

Из изложенного выше следует:

152

расход перегретого пара котла определяется по формуле

пе

вт

; (7.5)

расход питательной воды для барабанных котлов имеет вид

б.к

п.в

вт

пр.к

; (7.6)

расход питательной воды для прямоточных котлов рассчитывается

в виде

пр.к

п.в

пе

вт

; (7.7)

В то же время расход питательной воды на ТЭС, оборудованной

барабанными котлами, можно определить из соотношения

ТЭС

п.в

вт

пр.р2

вн

п.р1

о.к

∑

; (7.8)

где

∑

– расход конденсата, поступившего в конденсатор, деаэра-

тор и теплообменники основного конденсата и питательной воды тур-
боустановки, в том числе конденсата второго расширителя продувки
котла.

Расход питательной воды на ТЭС с прямоточными котлами без

внешних потерь

ТЭС

п.в

вт

∑

. (7.9)

7.2. СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ ДЛЯ ВОСПОЛНЕНИЯ
ПОТЕРЬ ПАРА И КОНДЕНСАТА НА ТЭС

В настоящее время в мировой практике и на ТЭС России приме-

няются в основном три способа обессоливания воды для восполнения
потерь пара и конденсата: химический (ионообменный), термический и
комбинированный на основе сочетания установок обратного осмоса с
установками химического (ионообменного) обессоливания.

При выборе способа подготовки воды обычно учитывают качество

исходной воды, количество и качество сточных вод, возможность их
сброса или утилизации, а также надежность используемого оборудова-
ния.

При среднегодовом суммарном содержании анионов сильных ки-

слот в исходной воде до 5,0 мг-экв/л, а также при отсутствии специфи-
ческих органических соединений, которые в должной мере не удаляют-
ся при коагуляции и известковании, восполнение потерь производится

153

химически обессоленной водой независимо от условий сброса регене-
рационных сточных вод.

При среднегодовом содержании анионов сильных кислот в исход-

ной воде более 5,0 мг-экв/л восполнение потерь рекомендуется произ-
водить дистиллятом испарительных и паропреобразовательных устано-
вок или обессоленной водой, полученной путем сочетания химического
обессоливания с мембранными методами.

В последнее время эти границы эффективного применения раз-

личных  технологий  обессоливания  ставятся  под  сомнение.  Так,  напри-
мер,  при  составлении  очередной  редакции  «Норм  технологического
проектирования  ТЭС»  ряд  организаций  рекомендует  химическое  обес-
соливание применять при среднегодовом содержании анионов сильных
кислот в исходной воде до 7,0 мг-экв/л, а комбинированное и термиче-
ское – при  большем  их  содержании.  Термическое  обессоливание  реко-
мендуется использовать также при среднегодовом содержании в исход-
ной  воде  органических  соединений  по  перманганатной  окисляемости
более 20 мг O

/л независимо от концентрации анионов сильных кислот

или при любом содержании в исходной воде анионов сильных кислот
при работе испарительных установок без тепловых потерь. Существуют
и другие точки зрения.

На отечественных ТЭС при подготовке добавочной воды для пи-

тания  энергетических  котлов  широко  применяется  химическое  (ионо-
обменное) обессоливание исходной воды по многоступенчатым схемам
с параллельно-точными фильтрами и с использованием в основном оте-
чественных  ионитов.  При  этом  на  регенерацию  ионитных  фильтров
электростанциями страны расходуется значительное количество серной
кислоты и едкого натра. Образующиеся в результате процесса минера-
лизованные сточные воды после их нейтрализации и разбавления сбра-
сываются  в  водные  источники  на  согласованных  с  природоохранными
органами условиях.

В настоящее время в отечественной практике химического обес-

соливания воды увеличилось использование импортных смол различно-
го назначения и начали применяться зарубежные противоточные техно-
логии с так называемым прямым и обратным противотоком, такие как
Schwebebett, Amberpack и др.

Опыт применения противоточных технологий на водоподготови-

тельных установках (ВПУ) отечественных ТЭС показал, что по сравне-
нию с прямотоком расход реагентов на регенерацию снижается в сред-
нем на 50–60 %, а расход воды – в 1,5–2 раза. Кроме того, уменьшаются
число используемых фильтров и потребность в ионообменном материа-
ле.

154

На рис. 7.4 изображена принципиальная технологическая схема

химического  обессоливания  воды.  Обессоливание  воды  по  этой  схеме
предусматривает предварительную обработку исходной воды в осветли-
телях известью, коагулянтом и флокулянтом, сбор осветленной воды в
баках, фильтрацию осветленной воды через механические фильтры, по-
следующее глубокое обессоливание осветленной воды в противоточных
Н-  и  ОН-фильтрах.  Регенерация  ионитов  осуществляется  раствором
серной  кислоты  и  едким  натром.  Для  приготовления  регенерационных
растворов  и  отмывки  ионитов  от  продуктов  регенерации  используется
обессоленная вода.

Рис. 7.4. Принципиальная технологическая схема химического обессоливания воды:
1 – осветлитель; 2 – бак осветленной воды; 3 – механический фильтр, 4 – проти-
воточный Н-фильтр; 5 – противоточный ОН-фильтр; 6 – шламоуплотнительная
станция

Рис. 7.5. Принципиальная технологическая схема комбинированного обессоливания
волы:
4 – установка обратного осмоса; 5 – Н-фильтр второй ступени; 6 – ОН-фильтр

содержание .. 17 18 19 20 ..