Ответы на контрольные вопросы

1. Приведите классификацию природных вод Природные воды классифицируются по ряду признаков:

• а) солесодержание:
  • — пресная (<1.0 г/кг)
  • — солоноватая (1−10 г/кг);
  • — солёная (>10г/кг).
• б) по преобладающему аниону:
  • — гидрокарбонатный класс;
  • — хлоридный класс;
  • — сульфатный класс.
• в) по преобладающему катиону:
  • — кальциевая группа;
  • — натриевая группа;
  • — магниевая группа.
• г) по дисперсности:
  • — грубодисперсные (>100нм);
  • — коллоиднодисперсные (1−100 нм);
  • — молекулярно-дисперсные (<1нм).
• д) по химическому составу:
  • — минеральные;
  • — органические.
  • 2. Перечислите показатели качества воды используемой для восполнения потерь на ТЭС и в котельных.

Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов.

Примечания:

• 1. В числителе указаны значения для котлов на твердом топливе, в знаменателе — на жидком и газообразном.
• 2. Нормы жесткости (см черт. 1 и 2) для котлов пылеугольных и со слоевым сжиганием топлива могут быть увеличены на 25%.
• 3. Для тепловых сетей, в которых водогрейные котлы работают параллельно с бойлерами, имеющими латунные трубки, верхний предел рН сетевой воды не должен превышать 9,5.
• 4. Содержание растворенного кислорода указано для сетевой воды; для подпиточной воды оно не должно превышать 50 мкг/кг.
• 19. Объясните процесс термической деаэрации питательной воды.

Наиболее эффективным и универсальным методом удаления из воды всех растворённых газов, нашедших широкое распространение в энергетике, является термическая деаэрация.

Сущность термической деаэрации заключается в установлении равновесия между жидкой и паровой фазами в соответствии с законом Генри, согласно которому концентрация газа, растворённого в воде, пропорциональна парциальному давлению этого газа над поверхностью воды. Закон Генри выражается формулой:

где G — концентрация газа, растворённого в воде, мг/л;

к — коэффициент растворимости газа в воде при значении парциального давления газа над водой 0,1МПа;

p_r — парциальное давление газа над поверхностью воды, МПа.

Коэффициент растворимости газа при одном и том же давлении зависит от температуры, он тем меньше, чем выше температура.

Для полного удаления газа из воды необходимо, чтобы парциальное давление газа над водой равнялось нулю. Это состояние может быть доступно при кипении воды, т. е. когда парциальное давление паров воды повысится до давления, поддерживаемого в деаэраторе, температура воды станет равна температуре насыщения. Процесс деаэрации затормозится, если переходящие в пар газы не будут вместе с паром постоянно отводится из зоны, где происходит их десорбция из воды.

Удаление газа из воды существенно зависит от кинетики десорбции, которая может быть выражена уравнением:

гдескорость десорбции;

Сr — концентрация удельного газа;

C^p_r — равновесная концентрация газа;

k — коэффициент пропорциональности;

f — удельная поверхность раздела фаз.

Наибольший эффект достигается при C^p_r=0, т. е. при парциальном давлении удаляемого газа над водой, близком к нулю. При постоянных k и f концентрация газа в воде зависит только от времени дегазации, с увеличением которого концентрация газа в воде уменьшается. Эффект дегазации можно повысить, увеличив удельную поверхность раздела фаз пара и воды.

20. Опишите конструкции испарителей и основы процесса термического обессоливания воды.

На рис. 3 показана типовая конструкция испарителя поверхностного типа. Основными элементами конструкции являются корпус, греющая секция, водораспределительные устройства, паропромывочные устройства и жалюзийный сепаратор.

Рис. 3. Конструкция испарителя поверхностного типа:

1 — корпус; 2 — греющая секция; 3 — опускная труба; 4 — дырчатый паропромывочный лист; 5 — перелив; 6 — жалюзийный сепаратор; 7 — отвод вторичного пара; 8 — подвод конденсата на паропромывочный лист; 9 — подвод питательной воды; 10 — подвод греющего пара; 11 — отвод конденсата греющего пара; 12 — отвод неконденсирующихся газов Греющая секция представляет собой цилиндрическую обечайку закрытую с верху и с низу трубными досками, в которые вварены (или завальцованы) стальные трубки.

При работе испарителя греющий пар поступает в межтрубное пространство греющей секции, где он конденсируется на наружных поверхностях трубок. Конденсат пара стекает по трубкам на нижнюю трубную доску греющей секции и отводится из нее.

Питательная вода (химически очищенная и деаэрированная) поступает в водораспределительное устройство над дырчатым паропромывочным листом, откуда по опускным трубам сливается в нижнюю часть корпуса и заполняет трубки греющей секции и корпус, до высоты несколько превышающей высоту установки греющей секции. При передаче тепла от конденсирующегося пара через стенки трубок греющей секции находящаяся в трубках вода нагревается до образования пароводяной смеси. Пароводяная смесь, образующаяся в трубках, поднимается вверх, а на ее место в трубки поступает вода из пространства между корпусом испарителя и корпусом греющей секции. Движение воды и пароводяной смеси обусловлено разностью их плотностей. Другими словами в контуре трубки греющей секции — пространство между греющей секцией и корпусом происходит естественная циркуляция воды и пароводяной смеси. На выходе из трубок греющей секции пароводяная смесь разделяется на пар и воду. Вода через щель между корпусом испарителя и корпусом греющей секции сливается в нижнюю часть корпуса и смешивается с водой поступающей из опускных труб. Пар, выходящий из трубок греющей секции, проходит через слой воды над ней и поступает в объем между слоем воды над греющей секцией и паропромывочным дырчатым листом. Здесь происходит гравитационная сепарация пара (крупные капли воды, уносимые паром, падают вниз). Далее пар проходит через отверстия дырчатого листа и слой воды над ним. При этом происходит промывка пара, в процессе которой капли влаги, уносимые паром, переходят в слой промывочной воды. В жалюзийном сепараторе происходит удаление оставшейся в паре влаги за счет центробежных сил и сил гравитации. После жалюзийного сепаратора пар отводится из испарителя в конденсатор, откуда в виде конденсата поступает в деаэратор как добавочная вода цикла.

В процессе конденсации греющего пара в греющей секции происходит образование углекислоты, наличие которой ухудшает условия теплообмена и вызывает коррозию трубок греющей секции. Отвод неконденсирующихся газов из корпуса греющей секции производится по специальному трубопроводу в паровой объем испарителя, откуда они вместе с вторичным паром поступают в конденсатор испарителя. Из конденсатора испарителя неконденсирующиеся газы отводятся в конденсатор турбины.

Поддержание заданной концентрации примесей в воде, из которой образуется вторичный пар, обеспечивается непрерывной или периодической продувкой выполняемой из нижней части корпуса испарителя.

Одним из важных факторов, определяющих эффективную работу испарителя, является поддержание постоянным на заданном уровне слоя воды над греющей секцией. Сложность поддержания и регулирования этого уровня вызвана тем, что в этом слое имеет место интенсивный барбатаж воды выходящим из трубок греющей секции паром и получение достоверного весового уровня в качестве импульса для регулятора подачи питательной воды является весьма затрудненным. Для испарителей с высотой греющей секции, не превышающей 3 м, оказалось возможным применение схемы регулирования приведенной на рис. 4. Импульсом уровня слоя в этой схеме является высота столба жидкости в относительно спокойной зоне свободной от парообразующих трубок греющей секции. Паровой импульс уравнительного сосуда соединяется с паровым объемом испарителя до паропромывочного дырчатого листа. Воздействие регулятора уровня производится на клапан подачи воды на паропромывочный дырчатый лист. Регулирование уровня конденсата греющего пара в греющей секции производится регулятором уровня с воздействием на клапан установленный на трубопроводе отвода конденсата из испарителя.

Испарители поверхностного типа обозначаются буквой И с указанием поверхности греющей секции и количества паропромывочных дырчатых листов, например: И-350−2 или И-600−1.

Конструкция камер многоступенчатых испарительных установок мгновенного вскипания показана на рис. 5. Пучки труб конденсаторов могут располагаться горизонтально в верхней части камер испарения или вертикально в середине. При горизонтальном расположении трубные пучки конденсаторов могут занимать продольное или поперечное положение. Во всех случаях испаряющаяся в камерах вода перетекает самотеком из одной камеры в другую, а конденсат вторичного пара самотеком из конденсатосборника одной камеры в конденсатосборник другой.

Рис. 5. Конструкция камер многоступенчатых испарительных установок: а) с продольным расположением конденсаторов; б) с поперечным расположением конденсаторов; 1 — камера испарения; 2 — трубки конденсатора; 3 — сборник дистиллята; 4 — сепаратор

Конструкция испарителей, применяемых для восстановления продувочной воды первого контура АЭС, показана на рис. 6. Поверхность нагрева этих аппаратов вынесена в отдельный корпус. Питательной водой этих аппаратов является продувочная вода реактора. Греющий пар поступает в корпус с греющей секцией, где конденсируется на наружных поверхностях пучка вертикальных труб. Пароводяной поток, выходящий из трубок, поступает в сепаратор. Отделившаяся в сепараторе, за счет гравитационных сил, жидкость смешивается с поступающей в испаритель питательной водой и поступает вновь в трубы греющей секции. Вторичный пар проходит последовательно жалюзийный сепаратор и паропромывочные устройства и отводится из корпуса испарителя. Так как питательная вода испарителя имеет высокую радиоактивность, то промывка вторичного пара производится только в слое конденсата. Обычно испарительные установки, служащие для очистки продувочных вод первого контура, выполняются многоступенчатыми. Греющим паром первой ступени служит пар, полученный в расширителе продувки. Продувочная вода последней ступени сбрасывается в доупариватель и затем в хранилище жидких отходов.

Рис. 6. Конструкция испарителя для восстановления продувочных вод первого контура:

1 — корпус греющей секции; 2 — подвод греющего пара; 3 — труба-сепаратор; 4 — продувка; 5 — подвод продувочной (питательной) воды; 6 — жалюзийный сепаратор; 7 — орошаемая набивка; 8 — паропромывочные устройства; 9 — отвод вторичного пара; 10 — подвод конденсата Термические способы обессоливания — дистилляция, перегонка, выпаривание — являются самыми старейшими. В основе термического метода лежит перевод воды в фазу пара, а затем — ее конденсация. Тепло фазового перехода сначала, во время испарения, подводится к воде, а во время конденсации — отводится. Во время образования пара вместе с молекулами воды в фазу пара переходят молекулы растворенных в воде веществ. Преимуществом данного метода является минимум реагентов и отходов в виде твердых солей.

23. Каким должно быть качество дистиллята и исходной воды Качество дистиллята определяется его общим солесодержанием, а также (когда дистиллят используется для подпитки котлов высокого давления) количеством кремниевой кислоты, содержащейся в 1 кг дистиллята. Наряду с этими показателями в дистилляте, поступающем в систему подогрева питательной воды котлов, нормируют концентрации железа, меди, кислорода и углекислоты. В соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ) в дистилляте, используемом в качестве добавочной воды для котлов, соединений натрия в пересчете на Na+ должно быть не более 100 мкг/кг, свободной углекислоты — не более 2 мг/кг, а концентрация остальных составляющих должна быть такой, чтобы обеспечивалось выполнение норм качества питательной воды котлов, которые устанавливаются ПТЭ. Требования к качеству питательной воды котлов зависят от типа котлов и давления, на котором они работают. Для барабанных котлов дистиллят солесодержанием до 100 мкг/кг может непосредственно подаваться в линии регенеративного подогревапитательной воды паротурбинной установки в качестве добавка. Для прямоточных котлов в соответствии с нормами ПТЭ концентрация соединений натрия в питательной воде (в пересчете на Na) должна быть не выше 5 мкг/кг. Поэтому ПТЭ предписывают на энергоблоках с такими котлами предусматривать дополнительную очистку дистиллята в установке для обессоливания конденсата турбин. При такой схеме допустимое солесодержание дистиллята при прямоточных котлах можно установить таким же, как и при барабанных A00 мкг/кг).

Конденсат, возвращенный с производства, не подвергается очистке, если при присоединении его к общему потоку питательной воды нормы качества питательной воды выдерживаются. Когда применяются устройства по очистке обратного конденсата, содержание примесей в обработанном конденсате не должно превышать значений, устанавливаемых нормами питательной воды котлов. Нормы качества концентрата испарителей устанавливаются теплотехническими испытаниями. Предельные концентрации растворенных веществ в нем должны быть такими, чтобы обеспечить требуемое качество дистиллята и работу при практически безнакипном режиме. Для испарителей, работающих на воде, умягченной ионированием, общая жесткость питательной воды должна быть не более 30 мкг-экв/кг при солесодержании ее до 2000 мг/кг и не более 75 мкг-экв/кг при более высоких значениях солесодержания. Содержание кислорода должно быть не более 30 мкг/кг, а свободная углекислота должна отсутствовать. При общем солесодержании химически очищенной воды более 2000 мг/кг разрешается фосфатирование. При такой питательной воде отложения на теплоотдающих поверхностях практически не образуются (или процесс образования их протекает достаточно медленно) даже при весьма высоких солесодержаниях концентрата (до 50—100 г/кг)*. Требуемое качество дистиллята на испарителях данного типа (с одноступенчатой или двухступенчатой промывкой пара) в нормальных условиях эксплуатации также всегда может быть обеспечено. Поэтому предельное солесодержание концентрата здесь устанавливают по значению продувки, которую рекомендуется поддерживать не ниже 1—2%. При меньших продувках в концентрате накапливается большое количество шлама, который может полностью забить патрубки продувочных линий.

Продувка в испарителях, работающих на воде, прошедшей упрощенную обработку, обычно выше этих значений. Однако на установках, последние ступени которых находятся под сравнительно глубоким вакуумом (давление составляет примерно 0,01 МПа), при исходной воде, солесодержание которой не превышает 1500—2000 мг/кг, продувка может иметь те же или близкие к ним значения B—3%), при морской воде она доходит до 30%.

Однако на многоступенчатых установках, работающих на такой воде, солесодержание дистиллята в настоящее время значительно больше, чем на установках, работающих на умягченной воде. Это связано прежде всего с тем, что многоступенчатые испарительные установки, работающие с затравкой или с подкислением исходной воды, создавались сначала лишь для опреснения морских и солончаковых вод в районах, где пресной воды для водоснабжения населения и промышленных нужд не хватало. Глубокое обессоливание здесь не требуется. Поэтому на установках такого типа наиболее эффективные методы очистки вторичного пара (промывка его в слое конденсата) не применяются, а часть опресненной воды, используемой для компенсации потерь пара и конденсата электростанций, подвергается дополнительной обработке на ионитных фильтрах. В дальнейшем такие установки начали применять также на крупных промышленных ТЭЦ, на которых у промышленного потребителя большая часть пара теряется или обратный конденсат сильно загрязнен. В таких условиях доочистке подвергается уже почти весь дистиллят всех испарителей. Солесодержание дистиллята многоступенчатых установок, работающих на морской воде с затравкой или с кислотной обработкой исходной воды, находится обычно в пределах до 5 мг/кг при испарителях с вынесенной зоной кипения и до 20—30 мг/кг при испарителях мгновенного вскипания. При работе на пресной воде солесодержание дистиллята ниже, однако и в этих условиях, когда эффективные средства очистки вторичного пара испарителей от уноса капельной влаги не применяются, а котлы не имеют специальных устройств, при которых они могут работать на питательной воде повышенного солесодержания, дистиллят можно использовать в качестве добавочной воды котлов лишь после дополнительной обработки его.

Одноступенчатые испарительные установки, работающие на воде, прошедшей упрощенную обработку, на электростанциях всегда предназначаются для подготовки добавочной воды котлов и оборудуются эффективными устройствами по очистке вторичного пара. Качество дистиллята таких испарителей практически такое же, как и на испарителях, работающих на умягченной воде.