Лекция №2. В настоящее время вода широко используется в различных областях промышленности в качестве теплоносителя

В настоящее время вода широко используется в различных областях промышленности в качестве теплоносителя, чему способствуют широкое распространение воды в природе и её особые термодинамические свойства, связанные со строением молекул. Полярность молекул воды, характеризуемая дипольным моментом, определяет большую энергию взаимного притяжения молекул воды (ориентационное взаимодействие) при температуре 10-30 ⁰С и соответственно большую теплоту фазового перехода при парообразовании, высокие теплоемкость и теплопроводность. Значение диэлектрической постоянной воды, также зависящей от дипольного момента, определяет своеобразие свойств воды как растворителя.

Основным хранилищем воды на Земле являются океаны, в которых сосредоточено более 98 % всего количества воды. Океанская вода содержит до 35 г/кг растворённых солей, главным образом ионов натрия и хлора. На долю вод с солесодержанием менее 1 г/кг (пресных вод) приходится лишь 1,7 %, причем в речных водах находится около 0,001 % всех пресных вод, так как их основная масса сосредоточена в ледниках. Но и имеющаяся в распоряжении людей вода не может без очистки (обработки) являться теплоносителем в теплоэнергетических установках, поскольку современные ТЭС и АЭС в энергетическом цикле используют воду высокого качества с содержанием примесей в пределах 0,1-1,0 мг/кг.

Оборудование современных ТЭС и АЭС эксплуатируется при высоких тепловых нагрузках, что требует жесткого ограничения толщины отложений на поверхностях нагрева по условиям температурного режима их металла в течение рабочей компании. Такие отложения образуются из примесей, поступающих в циклы электростанций, в том числе и с добавочной водой, поэтому обеспечение высокого качества водных теплоносителей ТЭС и АЭС является важнейшей задачей. Использование водного теплоносителя высокого качества упрощает также решение задач получения чистого пара, минимизации скоростей коррозии конструктивных металлов котлов, турбин и оборудования конденсатно-питательного тракта. Таким образом, качество обработки воды на ТЭС и АЭС тесным образом связано с надёжностью и экономичностью эксплуатации современного высокоинтенсивного котлотурбинного оборудования, с безопасностью ядерных энергетических установок.

Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, возникает необходимость специальной физико-химической обработки природной воды. Эта вода является, по существу, исходным сырьем, которое после надлежащей обработки (очистки) используется для следующих целей:

1) в качестве исходного вещества для получения пара в котлах, парогенераторах, ядерных реакторах кипящего типа, испарителях, паропреобразователях;

2) для конденсации отработавшего в паровых турбинах пара;

3) для охлаждения различных аппаратов и агрегатов ТЭС и АЭС;

4) в качестве теплоносителя в тепловых сетях и системах горячего водоснабжения.

Типичная схема обращения воды в рабочих циклах теплоэлектроцентралей (ТЭС) приведена на рис 1.1.

Исходная природная вода ( D_Исх ) используется в качестве исходного сырья на водоподготовительной установке, а также для других целей на ТЭС и АЭС.

Добавочная вода (D_Д.В) направляется в контур для восполнения потерь пара и конденсата после обработки с применением физико-химических методов очистки.

Турбинный конденсат (D_Т.К) содержащий незначительное количество растворимых и взвешенных примесей, − основная составляющая питательной воды.

Возвратный конденсат (D_В.К) от внешних потребителей пара используется после очистки от внесенных загрязнений. Он является составной частью питательной воды.

Питательная вода (D_П.В), подаваемая в котлы, парогенераторы или реакторы для замещения испарившейся воды в этих агрегатах, представляет собой главным образом смесь: турбинного конденсата, добавочной воды, возвратного конденсата и конденсата в элементах указанных агрегатов.

Продувочная вода (D_ПР) – выводимая из котла, парогенератора или реактора вода на очистку или в дренаж для поддержания в испаряемой (котловой) воде заданной концентрации примесей. Состав и концентрация примесей в котловой и продувочной водах одинаковы.

Охдаждающая или циркуляционная вода (D_О.В) используется в конденсаторах паровых турбин для конденсации отработавшего пара.

Подпиточная вода (D_В.П) подается в тепловые сети для восполнения потерь циркулирующей в них воды.

Рис.1. Принципиальная схема обращения воды в тракте КЭС:

1 – котёл, кипящий реактор; 2 – конденсационная турбина;

3 – электрогенератор; 4 – ВПУ; 5 – конденсатор турбины; 6 – конденсатный насос; 7 – конденсатоочистка (БОУ); 8 – ПНД; 9 – деаэратор;

10 – питательный насос; 11 – ПВД

Рис.2. Принципиальная схема обращения воды в тракте ТЭС:

1 – котёл; 2 – турбина с отборами пара для нужд производства и теплофикации; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – установка очистки возвратного загрязненного производственного конденсата; 7 – деаэ-ратор; 8 – питательный насос ПНД; 9 – подогреватель добавочной воды; 10 – ВПУ; 11 – насосы возвратного конденсата;12 – баки возвратного конденсата; 13 – теплофикационный потребитель пара;

14 – производственный потребитель пара

При эксплуатации ТЭС и АЭС возникают внутристанционные потери пара и конденсата: а) в котлах при непрерывной и периодической продувке, при открытии предохранительных клапанов, при обдувке водой или паром наружных поверхностей нагрева от золы и шлака, на распыливание жидкого топлива в форсунках, на привод вспомогательных механизмов; б) в турбогенераторах через лабиринтные уплотнения и паровоздушные эжекторы; в) в пробоотборных точках; г) в баках, насосах, трубопроводах при переливе, испарении горячей воды, просачивании через сальники, фланцы и т.п. Обычно внутристанционные потери пара и конденсата, восполняемые добавочной питательной водой, не превышают в различные периоды эксплуатации на ТЭС 2-3%, на АЭС 0,5-1% их общей паропроизводительности.

На промышленных ТЭЦ, отпускающих пар на различные технологические нужды предприятий, существуют также внешние потери пара и конденсата, поэтому количество добавочной воды для таких ТЭЦ может достигать 10-50% количества генерируемого пара.