Основные понятия и определения. Пароводяной баланс ТЭЦ

Лекция №1.Введение.

К качеству пара предъявляются определенные требова­ния, а между концентрациями примесей в паре и воде, из которой пар генерируется, существует определенная связь, то и качество воды для парогенераторов (пита­тельной воды)^ строго регламентируется.

Требования к качеству воды, питающей парогенера­торы, зависят от особенностей их конструкции и рабоче­го давления. При одинаковых параметрах прямоточные парогенераторы предъявляют более жесткие требования, чем парогенераторы с естественной циркуляцией. Чем выше давление, тем строже требования к питательной воде. Природная вода из любых источников (реки, озе­ра, моря, артезианские скважины) в ее натуральном виде для питания парогенераторов современных тепло­вых электростанций использована быть не может, пото­му что содержание примесей в ней в десятки тысяч раз превышает концентрации, оговоренные требованиями. Тем не менее именно природная вода служит исходным сырьем для приготовления воды, используемой для ука­занных целей.

Переработка исходного сырья (природной воды) в конечный продукт (очищенную воду), сводящаяся к освобождению воды от тех или иных примесей, осу­ществляется на специальных водоподготовительных уста­новках. Состав примесей природной воды, способы их удаления, технологические схемы и аппаратура водопод­готовительных установок тепловых электростанций рас­сматриваются в соответствующих учебных пособиях и монографиях по водоподготовке⁴. Требования к качест­ву очищенной воды, а также производительность водо­подготовительных установок тепловых электростанций определяются водными балансами и условиями исполь­зования воды, стремлением предотвратить протекание нежелательных процессов, нарушающих нормальную ра­боту теплоэнергетического оборудования. Учитываются также экономические соображения, ставящие задачей достижение необходимых результатов с минимальными затратами.

Водные балансы тепловых электростанций зави­сят от назначения станции, которое в свою очередь опре­деляет тип установленных на ней паровых турбин. Независимо от параметров пара станция может быть предназначена для выработки электрической или преимущественно тепловой энергии. С точки зрения вы­работки электрической энергии основным агрегатом станции следует считать электрический генератор, в котором механическая энергия преобразуется в электри­ческую; паровой турбине при этом отводится вспомога­тельная роль привода электрического генератора. С точки же зрения выработки тепловой энергии паровая турбина является основным агрегатом, поставляющим потребителям эту энергию в виде пара или горячей во­ды. Соотношение между двумя функциями — служить приводом электрогенератора и быть непосредственным источником тепловой энергии — неодинаково у разных турбин. Если паровая турбина предназначена обеспечи­вать потребности в тепловой энергии только самой элек­тростанции, которые, как правило, невелики, потоки пара, идущие через отборы турбины, также невелики; у таких турбин, называемых конденсационными, основ­ной поток пара (70%) направляется в конденсатор турбины. Тепловые станции, оборудованные турбинами конденсационного типа, называются конденсацион­ными электростанциями (сокращенно КЭС).

Турбины, предназначенные обеспечивать тепловой энергией промышленные предприятия и прилегающий жилой район, имеют весьма значительные отборы пара (40—80%), которые используются для подогрева воды в специальных подогревателях (сетевые подогреватели). Эти отборы пара из турбин называют теплофикацион­ными (отопительными) отборами, а те, которые обеспе­чивают подачу пара к его производственным потребите­лям,— промышленными отборами. Основным назначени­ем турбин с промышленными и теплофикационными отборами является выработка тепловой энергии. Стан­ции, оборудованные такими турбинами, называются теплоэлектроцентралями (сокращенно ТЭЦ).

Принципиальная тепловая схема  ТЭЦ пока­заны на рис. В-2. Рассматривая основной парово­дяной контур станции, видим, последовательность включения теплоэнер­гетического оборудования: парогенератор, турбина, конденсатор турбины, конденсатный насос, подогреватели низкого давления (ПНД), деаэратор, питательный насос, подогреватели высокого давления (ПВД).

Все подогреватели основного цикла станции объединяются под общим названием регенератив­ных подогревателей. Греющей средой в ПВД, ПНД и деаэраторе служит пар из соответствующих от­боров турбины. В деаэраторе греющий пар, непосредст­венно контактируя с нагреваемой водой, конденсируется, и конденсат этого пара смешивается с водой. В ПВД и ПНД тепло передается через поверхности нагрева, кото­рые исключают контакт конденсата греющего пара с на­греваемой водой в самом подогревателе. Обычно приме­няется каскадный сброс конденсата подогревателей бо­лее высокого давления в точки тракта с более низким. В итоге конденсат регенеративных подогревателей остается в ос­новном цикле станции. Отработанный в турбине пар по­ступает в конденсатор, отдает тепло охлаждающей воде и превращается в конденсат, называемый турбинным конденсатом. Из конденсатора турбинный конден­сат конденсатными насосами направляется на питание парогенератора через систему регенеративных подогре­вателей, смешиваясь по пути с конденсатом греющего пара этих подогревателей. Суммарное количество турбинного конденсата и конден­сата регенеративных подогревателей вроде должно точно соответствовать количеству пара, вырабатываемому парогене­ратором. В действительности же на станции всегда есть утечки, есть необходимость в расходовании пара и кон­денсата на собственные нужды, в результате чего общий поток конденсата оказывается меньше потребного рас­хода пара на турбину. Возникающие в основном цикле станции потери пара и воды называются внутристан-ционными потерями. При нормальной эксплуата­ции внутристанционные потери составляют 1—2% от общей паропроизводительности парогенераторов. Чтобы восполнить потери, в основной цикл станции приходится добавлять воду. Эта вода, называемая добавком или добавочной водой для парогенераторов,

Водные балансы основного цикла ТЭЦ характеризуются большим числом составляющих питательной воды, а также непо­стоянством соотношения между ними во времени. Как уже говорилось выше, у турбин с производственными от­борами пар из этих отборов направляется на промыш­ленные предприятия, находящиеся за пределами ТЭЦ (внешние потребители).

Потребляющие пар промышлен­ные предприятия чрезвычайно разнообразны по характе­ру технологических процессов, аппаратуре и неодинако­вы по условиям загрязнения пара и конденсата теми или иными примесями. Есть производства с такой технологи­ей, когда пар или его конденсат загрязняется специфиче­скими для данного производства, трудно удаляемыми примесями в столь значительных количествах, что воз­вращение конденсата на ТЭЦ для повторного его исполь­зования после соответствующей очистки от примесей является экономически нецелесообразным.

Наряду с такими есть производства, где использование пара происхо­дит без существенного его загрязнения, либо пар загряз­няется такими примесями, которые удаляются простыми и дешевыми способами. На таких производствах целесо­образно конденсат пара собирать, возвращать на ТЭЦ с наименьшими потерями и после очистки использовать для питания парогенераторов.

В зависимости от того, какие потребители подключены к ТЭЦ и каковы их относительные потребности в паре, невозврат конденсата производственных потребителей на разных ТЭЦ различен. Он колеблется от 40 до 100%,если рассчитывать по отношению к количеству отпущенного пара. Для ТЭЦ невозврат конденсата от внешних потребителей пара является потерями. Эти потери, называемые внешними потерями, так же как и внутристанционные потери, должны восполняться добавочной водой. Общий добавок в основной цикл ТЭЦ определяется суммой внешних и внутристанционных потерь.

В связи с изменением режимов и графиков работы промышленных предприятий потребности их в паре ме­няются во времени, меняется во времени и возврат кон­денсата на станцию. Таким образом, размер добавка на ТЭЦ с производственными отборами пара не сохраняется постоянным во времени, изменяясь соответственно усло­виям работы промышленных предприятий. Изменение внутристанционных потерь, зависящих от условий экс­плуатации самой станции почти не сказывается на размерах до­бавка на ТЭЦ, где внешние потери являются определяю­щими.

У турбин с теплофикационными отборами пар из этих отборов направляется в подогреватели, где подогревается вода тепловой сети (сетевые подогреватели). Отдав теп­ло воде, пар конденсируется, а конденсат сетевых подогревателей поступает в основной цикл ТЭЦ и используется для питания парогенераторов, являясь одной из составляющих питательной воды. Доля конден­сата сетевых подогреватели в водном балансе ТЭЦ за­висит от расхода пара на теплофикацию. С увеличением отпуска тепла (например, в зимний отопительный пе­риод) эта доля возрастает, с уменьшением тепловой на­грузки — уменьшается.

Выражая отдельные составляющие питательной воды в относительных величинах (в процентах или долях), можно получить четкое представление о структуре водно­го баланса основного цикла станции, однако с помощью этих цифр нельзя представить себе абсолютные количе­ства пара и воды, проходящие через основные и вспомо­гательные агрегаты ТЭЦ. Чтобы оценить масшта­бы расходов пара и воды, нужно, помимо структуры вод­ного баланса, знать мощность и тип турбин, установлен­ных на станции. Вода на тепловых электростанциях, работающих на органическом топливе, не только является исходным ве­ществом для получения пара в парогенераторах. Она используется также в качестве теплоносителя и как охладитель. Роль теплоносителя вода выполняет в тепловых сетях, перенося тепло от ТЭЦ, где находятся сетевые подогреватели (см. рис. В-2), к отдельным по­требителям. Движение воды в тепловой сети от ТЭЦ к потребителям и обратно обеспечивается сетевыми на­сосами, установленными на ТЭЦ.

Есть два способа передачи тепла потребителям. Один, когда потребители используют тепло сетевой воды в сво­их поверхностных теплообменниках, и другой, когда по­требители используют не только тепло, но и саму горя­чую воду, забирая ее непосредственно из теплосети. Те­пловые сети, отпуск тепла в которых осуществляется первым способом, называются закрытыми. Тепловые сети, в которых совмещаются оба способа передачи тепла потребителям, называются открытыми.