Нормирование содержания органических веществ в пароводяном тракте энергоблоков, работающих на НКВР

Ходырев Б. Н., Федосеев Б. С., кандидаты техн. наук, Коровин В. А., Щербинина С. Д., Щукина М. Ю., Суслов С. Ю., инженеры

Всероссийский теплотехнический институт

В 2002 г. исполнилось 30 лет началу внедрения нейтрально-кислородного водяного режима (НКВР) на энергоблоках российских ТЭС. Однако несмотря на столь значительный временной период, до сих пор остается в тени ряд проблем, связанных с правильной организацией этого прогрессивного водно-химического режима. В частности, до настоящего времени не решены вопросы целесообразности нормирования содержания органи- ческих веществ в добавочной и питательной воде, соответствия отечественных водоподготовительных установок предполагаемым нормативам на содержание общего органического углерода (ООУ) в добавочной воде, оснащения ТЭС приборами для измерения этого показателя и др.

Попробуем объективно проанализировать возможные нормы по содержанию ООУ в питательной и добавочной воде, последствия их введения в

ПТЭ, целесообразность и необходимость нормирования этого показателя.

1. Серией экспериментальных работ установлено, что при температуре 308°С термолиз раствора гумусов с окисляемостью 1 мг О/л приводит к образованию 0,46 10 – 5 моль/кг кислых продуктов (уксусная, муравьиная, молочная кислоты). Речь только о гумусах и температуре 308°С идет по следующим причинам:

в области температур 290 – 310°С образуется максимальное количество низкомолекулярных органических кислот; при более высоких температурах (до 350°С) наблюдается интенсивный распад муравьиной кислоты, но снижения кислотности среды практически не происходит из-за дальнейшего термолиза гумусов и образования дополнительного количества термостойкой уксусной кислоты;

гумусы относятся к наиболее представительному классу органических загрязнителей теплоносителя на ТЭС, сильно влияющих на кислотность питательной воды энергоблоков, так как они проникают в питательный тракт как с подпиточной водой, так и с присосами в конденсаторах и не задерживаются достаточно полно фильтрами БОУ. О влиянии других органических загрязнителей на качество теплоносителя сказано далее.

В ПТЭ установлено значение рН для питательной воды прямоточных котлов, работающих на НКВР, равное (7 0,5). Следовательно, при нормальной эксплуатации энергоблоков рН воды не должен быть ниже 6,5, что соответствует ее кислотности 0,316 мкг-экв кг, или содержанию одноосновных органических кислот 0,316 10 – 6 моль кг. Это можно утверждать, так как даже при рН = 6,0 диссоциация как уксусной, так и муравьиной кислоты на ионы составляет 99,9%. Несложные рас- четы показывают, что такое количество органиче- ских кислот получается при термолизе питательной воды с окисляемостью 0,069 мг О л.

Между окисляемостью воды и содержанием ООУ нет точного соотношения, но в литературе приводятся ориентировочные данные, в соответствии с которыми 1 мг л ООУ 1,38 мг О л. Отсюда следует, что окисляемость питательной воды 0,069 мг О л приблизительно эквивалентна содержанию ООУ 0,05 мг С л. Однако, учитывая тот факт, что в составе органических загрязнителей питательной воды присутствуют летучие гумусовые органические вещества, которые при термолизе практически не образуют кислых продуктов и доля их может быть велика (более 50%), расчетное значение ООУ следует удвоить и в качестве нормативного показателя предложить содержание ООУ, равное 0,1, а для добавочной воды – 0,2 мг С л. Такие показатели будут соответствовать нормам EPRI для добавочной, питательной воды и пара, и норме VGB для подпиточной (обессоленной) воды [1].

2. Прежде чем вводить указанную норму как один из основных показателей НКВР, нужно ответить на вопрос, можно ли на отечественных ВПУ получить воду с УОО не выше 0,2 мг С л, или окисляемостью 0,28 мг О л, что ориентировочно то же самое.

Известно, что на ВПУ гумусовые органиче- ские вещества удаляются из воды на 90 – 95% в зависимости от окисляемости исходной воды, схемы ВПУ и применяемых ионитов; 5 – 10% природной “органики” остается в обессоленной воде.

Следовательно, для того, чтобы добавочная вода по показателю ООУ соответствовала предпо-

16

2003, ¹ 8

лагаемым нормам (0,2 мг С л, или 0,28 мг О л), окисляемость воды природного водоисточника должна быть не выше 2,8 – 5,6 мг О л. В противном случае ВПУ должна быть дополнена элементами схемы, которые позволили бы увеличить глубину очистки воды от “органики”, или произведена дополнительная наладка оборудования с изменением режимных карт эксплуатации.

Мы просмотрели имеющиеся среднегодовые данные по окисляемости воды 30 водоисточников, из которых питаются ТЭС с прямоточными котлами. Возможно, с точки зрения статистики, мы недостаточно строго подошли к этому вопросу, но даже такой краткий анализ дает возможность ориентировочно оценить относительное число существующих ВПУ, на которых могут быть выдержаны указанные нормы. Окисляемость воды, меньше или равную 2,8 мг О л, имеют 10% водоисточников, а меньше или равную 5,6 мг О л – 37%. Зна- чит, на 63 – 90% ВПУ должны быть проведены мероприятия, направленные на более глубокую очи- стку воды от органических веществ. В качестве справочного материала приведем еще одну цифру: средняя окисляемость воды по всем 30 водоисточ- никам равна 8,64 мг О л.

Конечно, в ближайшие 1 – 2 года выполнить эти мероприятия нельзя. Минимальный срок для их разработки и реализации – 5 лет, причем в большинстве случаев они могут быть достаточно простыми.

Кроме того, если будет принято решение нормировать ООУ для добавочной и питательной воды прямоточных котлов, нужно, в первую оче- редь, пересмотреть “Нормы технологического проектирования...” в части, касающейся ВПУ. В указанном документе записано, что в схемах с чистой коагуляцией применение декарбонизаторов на обессоливающих установках обязательно, а в схемах с известкованием необходимость установки декарбонизаторов определяется технико-экономи- ческими расчетами.

Известно, что в составе гумусовых органиче- ских соединений в природной воде содержится около 5% летучих фракций природных органиче- ских веществ (ЛОВ), представляющих собой неокисленные и недиссоциирующие в воде вещества [2]. Эти соединения не осаждаются в осветлителях, не сорбируются ионитными фильтрами, но частично (на 70% и более) удаляются с воздухом в декарбонизаторах. Если отказаться от использования этих аппаратов в схеме ВПУ, то все ЛОВ окажутся в обессоленной воде. А это значит, что на 90% ВПУ не будет выдержана норма ООУ в добавочной воде.

При средней окисляемости воды по 30 водоисточникам, равной 8,64 мг О л, 5% этого значения составят 0,43 мг О л, что превосходит предлагаемое к нормированию значение 0,28 мг О л или

0,2 мг С л более чем в 1,5 раза. Следовательно, это положение в “Нормах технологического проектирования …” должно быть заменено. Более того, на тех ТЭС, где отключили декарбонизаторы, они должны быть восстановлены, а где их не было, необходимо установить.

Кроме того, в рассматриваемый документ необходимо внести изменения, касающиеся выбора профиля ВПУ в зависимости от окисляемости исходной воды или отношения окисляемости исходной воды к сумме анионов.

3. Необходимо разработать новые нормы во- дно-химического режима, карту аналитического контроля и систему автоматического химконтроля. В настоящее время в соответствии с ПТЭ в питательной воде нормируются электропроводность и рН. На первый взгляд, кажется, что оба эти показателя в достаточной мере информативны для характеристики коррозионных свойств среды. Вызывают сомнения только показания низкоомных рНметров, которыми оснащено большинство ТЭС. Из-за высокого электрического сопротивления пробы питательной воды показания низкоомных рН-метров могут отличаться от реальных значе- ний.

Однако здесь положение можно исправить, так как организован серийный выпуск высокоомных приборов, разработана новая конструкция проточ- ных датчиков, в которой исключается попадание КСl с электрода сравнения на измерительный электрод. Важно только, чтобы на ТЭС с прямоточными котлами, работающими на НКВР, замена низкоомных приборов на высокоомные рН-метры прошла в возможно более короткие сроки.

По показателю ООУ однозначно судить о коррозионных свойствах среды, обусловленных образованием кислот в процессе термолиза, невозможно. В [3, 4] показано, что наиболее характерные для ТЭС органические соединения при термораспаде в присутствии кислорода образуют вещества, в разной степени влияющие на коррозионные свойства среды того или иного участка пароводяного тракта.

Гумусовые ЛОВ при термолизе не образуют кислых продуктов. Остальные гумусы подвергаются термолизу с получением низкомолекулярных органических кислот, которые образуют кислую среду как в питательном тракте, так и в первичном конденсате.

При термическом разложении турбинного масла с антиокислительными добавками при температуре около 250°С образуется молочная кислота, которая при более высоких температурах (450 – 470°С) разлагается практически полностью. Следовательно, присутствие масла в питательной воде может оказывать влияние на коррозионные свойства среды только в питательном тракте (до встроенной задвижки котла).

2003, ¹ 8

17

Продукты неполной полимеризации ионитов (мономеры и гомополимеры стирола и дивинилбензола без привитых ионогенных групп), растворимые в воде, в питательном тракте не образуют кислых продуктов. Попавшие в пароводяной контур иониты разлагаются с образованием серной и соляной кислот. Так как их полное “сгорание” происходит в котле, наиболее сильное коррозионное воздействие они могут оказать в переходной зоне из-за сильного концентрирования в каплях первичного конденсата.

Здесь не затронут еще один аспект: проникновение в пароводяной контур техногенных органи- ческих веществ. Их влияние на образование кор- розионно-агрессивной среды в теплоносителе весьма многообразно. Например, практически в каждом поверхностном водоисточнике содержатся моющие вещества. В настоящее время их синтезируют на основе алкилбензолсульфонатов, боковая цепь которых получается из хлорированных неразветвленных алканов. Возможны более “мягкие” детергенты: алкилсульфаты, этоксилаты и их сульфаты. Проникновение таких веществ в пароводяной контур неизбежно приведет к образованию смеси сильных минеральных кислот с органическими.

Но, если существует такая неопределенность во влиянии органических веществ на образование коррозионной среды в пароводяном контуре, нужен ли показатель ООУ? Безусловно, нужен. Как показано в [5, 6], окисление органических веществ приводит к повышению содержания в рабочей среде углекислоты; она же образуется в результате углубленного термолиза в основном тракте энергоблока части карбоксильных групп органических кислот. При совместном воздействии углекислоты и кислорода (в сравнении с их раздельным действием) скорость коррозии стали существенно возрастает. Это означает, что необходимо всячески способствовать предотвращению образования и удалению СО2 из питательного тракта. В [6] под- черкивается, что водородная коррозия сталей аустенитного класса обусловлена образованием в их структуре карбидов хрома Cr23Ñ6. Высказано предположение, что диссоциация молекул органиче- ских соединений на поверхности металла возможна с образованием атомарного углерода, адсорбируемого этой поверхностью. Далее он диффундирует в сталь и связывается в карбиды указанного типа.

Отсюда следует, что проникновение в пароводяной контур даже таких внешне безвредных органических веществ, как гумусовые ЛОВ, которые не образуют кислую среду, но разлагаются до СО2, может существенно влиять на состояние металла. Значит, надо контролировать всю массу “органики”, которая поступает в рабочий контур, а на сегодняшний день это возможно только с помощью определения ООУ. Правда, возникнет проблема с

приобретением приборов. Отечественные приборы не разрабатывались и не выпускались, так как не было заявок от предприятий РАО “ЕЭС России” на них. Заявки не подавали потому, что не было норм на ООУ. Нормы не вводились из-за отсутствия средств измерения этого показателя. Нормирование показателя ООУ в питательной и добавочной воде энергоблоков позволит, наконец, разорвать этот замкнутый круг и приступить к разработке отечественных приборов для определения “органики”. Пока, несмотря на относительную дороговизну (около 30 000 дол. США), придется закупать их за рубежом.

В последние несколько лет в ВТИ, на основании углубленного изучения свойств металлов, развернуты работы по продлению ресурса работы основного оборудования и трубопроводов ТЭС. В условиях ограниченного финансирования ремонт- но-восстановительных работ и сооружения новых мощностей эти работы ВТИ показали высокую эффективность и получили высокую оценку специалистов. Практика показывает, что одним из важнейших резервов работ в этом направлении является правильная организация водно-химическо- го режима на энергоблоках с НКВР, направленная на снижение воздействия коррозионно-агрессив- ных компонентов теплоносителя (органические кислоты, совместное присутствие СО2 è Î2) на конструкционные материалы основного оборудования и трубопроводов. Экономический эффект, полученный от рациональной организации НКВР, многократно превысит те затраты, которые неизбежно возникнут на каждой ТЭС при нормировании ООУ.

Может быть, этот вопрос возник преждевременно? По нашему мнению, наоборот, ставится с большим опозданием. Для подтверждения этого утверждения обратимся только к одному примеру организации работ за рубежом [7]. В Германии придается большое значение загрязнению воды и пара по всему пароводяному тракту. В частности, была создана специальная компания в г. Дуйсбург, которая занимается сбором соответствующей литературы, составлением руководящих указаний и написанием большой монографии по вопросу “Органика и СО2 в пароводяных контурах электростанций”. Параллельно при VGB создана рабо- чая группа, задачей которой является пересмотр норм VGB.

Проделана и еще предстоит большая работа по методам идентификации неожиданно большого количества продуктов разрушения “органики” по всему тракту.

Ничего подобного нет и не может быть в России, так как при отсутствии норм на содержание ООУ в питательной и добавочной воде нет даже формальных оснований для постановки и широкого развертывания исследований в этом направлении. Фактически, в соответствии с существующи-

18

2003, ¹ 8

ми ПТЭ “органика” в теплоносителе наших ТЭС как будто бы отсутствует. А если нет органиче- ских веществ, нет и проблем. В этих условиях остается только коллекционировать случаи повреждения основного оборудования и трубопроводов из-за комплексного воздействия на них продуктов термолиза “органики” и ожидать дальнейшего лавинообразного нарастания таких случаев на действующих энергоблоках.

Выводы

1.Многолетняя практика эксплуатации отече- ственных энергоблоков, работающих на НКВР, показала, что для продления ресурса работы основного оборудования и трубопроводов ТЭС, что крайне важно в условиях ограниченного финансирования энергетики, необходимо ввести в ПТЭ нормы на содержание органических веществ в питательной и добавочной воде.

2.Целесообразно поручить разработку таких

норм ведущим организациям в области водно-хи- мических режимов ТЭС (ВТИ, ОРГРЭС, МЭИ) при участии представителей эксплуатации (Свердловэнерго, Мосэнерго).

3. В ПТЭ следует сделать примечание, что на ближайшие 5 лет допускаются отклонения значе- ний ООУ от нормируемых показателей или в отдельных случаях из-за отсутствия на ТЭС соответствующих приборов не фиксировать этот показатель. Указанный период времени необходим для оснащения ТЭС приборами для измерения ООУ, а также для разработки и выполнения на ряде электростанций мероприятий по повышению эффективности глубины удаления на ВПУ органических веществ.

4.Просить РАО “ЕЭС России” изыскать средства для разработки типовой схемы автоматизированного химконтроля содержания ООУ в различ- ных потоках теплоносителя и поручить эту работу ВТИ, ОРГРЭС, МЭИ.

5.В зависимости от того, какая норма ООУ в добавочной воде будет установлена, от 50 до 90% существующих ВПУ будут не в состоянии ее обеспечить. Потребуется их дополнение новыми узлами или выполнение других технологических решений, направленных на более глубокое удаление органических веществ из добавочной воды.

6.До организации серийного изготовления и аттестации отечественных приборов для измерения ООУ такие приборы, несмотря на их относительную дороговизну (30 – 40 тыс. дол. США), придется закупать за рубежом.

Список литературы

1.Вайнман А. Б. Опыт применения кислородных водно-хи- мических режимов на энергоблоках СКД отечественных и зарубежных ТЭС. – Энергетика и электрификация, 1996, ¹ 6.

2.Шевченко М. А. Органические вещества в природной воде и методы их удаления. Киев: Наукова думка, 1966.

3.Продукты термолиза органических веществ в пароводяном контуре ТЭС Ходырев Б. Н., Коровин В. А., Щербинина С. Д. и др. – Энергетик, 1998, ¹ 7.

4.Продукты термолиза органических соединений и их сорбция ионитами БОУ. Ходырев Б. Н., Федосеев Б. С., Коровин В. А. и др. – Теплоэнергетика, 1998, ¹ 7.

5.Мартынова О. И., Вайнман А. Б. Некоторые проблемы при использовании на блоках СКД кислородных водных режимов. – Теплоэнергетика, 1994, ¹ 7.

6.Исследование коррозионно-механического повреждения труб горизонтальных сетевых подогревателей турбин Т-250 300-240 Вайнман А. Б., Мартынова О. И., Малахов И. А. и др. – Теплоэнергетика, 1996, ¹ 6.

7.Мартынова О. И. Международная конференция VGB. – Теплоэнергетика, 2002, ¹ 2.

Рационализация водных балансов ТЭС при использовании различных видов топлива

Соковнин О. М., доктор техн. наук, Зыкин Ю. В., Загоскин С. Н., инженеры

Вятский государственный университет – ОАО Кировэнерго

В настоящее время существует ряд особенностей, непосредственно влияющих на режим работы ТЭС в целом и соответственно на графики водопотребления, в частности.

Во-первых, это политика экологизации производства, ужесточение требований и нормативов выбросов в окружающую среду, увеличение стоимости потребляемых природных ресурсов. Для ТЭС, являющихся крупными водопотребителями,

эта политика проявляется в увеличении платы за природную воду и сбросы загрязненных технологических стоков. Отсюда вытекают практические задачи снижения потребления исходной воды и внедрения оборотных (предпочтительнее – замкнутых) систем водопользования. В условиях ТЭС использование исходной воды может быть признано необходимым и целесообразным только для приготовления питательной воды (и восполнения

2003, ¹ 8

19

ее потерь), а также компенсации потерь охлаждающей воды в циркуляционном контуре, связанных с ее брызгоуносом, испарением и минимально необходимым объемом продувки. При этом продувочная вода, имея меньшее солесодержание по сравнению с осветленной водой, подаваемой с золоотвала, может и должна использоваться для орошения мокрых золоуловителей, которыми оснащены более половины отечественных ТЭС [1], либо в системе гидротранспорта золошлаковых материалов. Минимизация сбросов загрязненных технологических вод включает создание замкнутой системы оборота осветленной воды, которая при этом должна кондиционироваться преимущественно физико-механическими методами [2, 3]. Нарастание солесодержания в осветленной воде может быть существенно снижено ее разбавлением продувочной водой из охлаждающего циркуляционного контура (при испарении избытков осветленной воды в мокрых золоуловителях).

Второй особенностью работы ТЭС в настоящее время, влияющей на ее водный баланс, является достаточно частая смена видов топлива, что в значительной степени обусловлено экономическими факторами. Спроектированные как пылеугольные ТЭС зачастую переходят на газ, который также может быть отключен газоснабжающей организацией, что требует перехода на резервное (твердое или жидкое) топливо. Естественно, что смена вида топлива соответствующим образом влияет на изменение режима водопотребления и водных балансов ТЭС: переход на газ существенно снижает потребность в осветленной воде, так как исключается образование золошлаковых отходов и необходимость их транспортирования в системе ГЗУ. Также при этом может быть резко уменьшен расход осветленной воды на орошение мокрых золоуловителей: целесообразность последнего остается только для охлаждения внутренней поверхности золоуловителя, что предотвращает разрушение футеровочного покрытия, либо для испарения избытков осветленной воды, что поддерживает ее дефицитный баланс в системе.

Оптимизация водопотребления ТЭС, достижение бессточного водооборота или минимальных объемов сбросов загрязняющих веществ в водоемы возможно при комплексном анализе водного баланса ТЭС, учете взаимосвязей между расходом и приходом различных видов технической воды, потребляемых станцией. Снижение экологической нагрузки на гидросферу, уменьшение расходов исходной воды, в первую очередь, зависит от организации рационального использования циркуляционной и осветленной воды, составляющих основную долю (более 90%) в общем объеме водооборота ТЭС [2, 4].

С учетом этого представляется целесообразным рационализация, в первую очередь, балансов циркуляционной и осветленной воды, так как

именно ими обусловлены основные расходы исходной воды и сбросы загрязненных вод станций.

Рассматривая баланс циркуляционной воды, можно утверждать, что наличие неизбежного брызгоуноса из градирни qóí является своеобразной минимальной продувкой, так как с каплями распыленной воды из системы выводится и определенное количество солей. При этом

qäîá = qóí + qèñï,

(1)

ãäå qäîá, qèñï – расходы добавочной и испаряемой воды соответственно.

Конечно, направленное увеличение брызгоуноса из градирен нецелесообразно ни с экономиче- ской, ни с экологической точек зрения, так как при этом неизбежно растут расход исходной воды, подаваемой в охлаждающую систему, и обусловленные градирнями подфакельные концентрации гидроаэрозолей [5], негативно воздействующие на окружающую среду и усиливающие коррозию технологического оборудования ТЭС и прилегающих промпредприятий. Однако и стремление всячески уменьшить qóí установкой в градирнях дополнительных водоулавливающих устройств также ограничено ростом аэродинамического сопротивления градирни и снижением ее охлаждающей способности.

С учетом данных соображений целесообразно минимизировать объем продувок циркуляционной воды на уровне, обеспечивающем стабилизацию ее солесодержания и карбонатной жесткости ниже предельно допустимого. При этом, согласно [6], значение минимально достаточной продувки qïð составит

	qïð	Æ ê äîá	qèñï qóí ,	(2)
		Æ ê max Æ ê äîá

ãäå Æê äîá, Æê max – карбонатная жесткость добавоч- ной воды и предельная карбонатная жесткость циркуляционной воды в оборотной системе соответственно.

Значение Æê max при температуре воды t 40°С определяется по формуле Крушеля с учетом 10%- ного коэффициента запаса [6]

						Oê		Æ íê
		0,9
Æ	ê max			2,86							,	(3)
						8,4			Oê
								6
									7

ãäå Îê, Æíê – соответственно окисляемость и некарбонатная жесткость исходной (добавочной) воды, подаваемой в циркуляционный охлаждающий контур.

Осветленная вода системы ГЗУ Qîñâ используется в следующих целях (ðèñ. 1):

20

2003, ¹ 8

орошение мокрых золоуловителей (Qìç равно 35 45% Qîñâ плюс продувочная вода из циркуляционного контура Qöïð);

гидротранспорт золошлаковой пульпы (Qãò равно 25 30% Qîñâ);

питание шлаковых ванн (Qøâ равно 8 12% Qîñâ); уплотнение багерных насосов (Qóáí равно 2,5

8,0% Qîñâ);

гидроуборка помещений (Qãó равно 3,5 6,5% Qîñâ). Кроме того, имеют место потери Qîñâ на золоотвале вследствие испарения и фильтрации (Qïçî равно 1,5 3,0% Qîñâ), а также ее поступление на золоотвал с атмосферными осадками (Qîñ равно

0,5 1,0% Qîñâ) [7, 8].

С учетом изложенного укрупненная структура баланса бессточной системы ГЗУ может быть представлена следующим образом:

Qöïð + Qîñ + Qñò = Qèìç + Qïçî + QïÃÇÓ ,

(4)

ãäå Qñò – количество технологических стоков (в

том числе и потерь осветленной воды QïÃÇÓ), сбрасываемых в систему ГЗУ; Qèìç – испарение ороси-

тельной воды в мокрых золоуловителях; QïÃÇÓ – потери осветленной воды в системе ГЗУ (см. ðèñ. 1).

Входящие в уравнение (4) слагаемые Qîñ è Qïçî, Qñò è QïÃÇÓ имеют одинаковый порядок по величи- не, причем Qîñ > Qïçî è Qñò > QïÃÇÓ. Тогда приближенно можно считать, что Qîñ + Qñò Qïçî + QïÃÇÓ. С учетом этого, основным условием соблюдения бессточного баланса системы ГЗУ, согласно (4), будет

Qöïð Qèìç,

(5)

т.е. объем продувочной воды из циркуляционного контура должен примерно равняться объему оросительной воды, испаряемой в мокрых золоуловителях. Поскольку в мокрых золоуловителях испаряется 15 – 20% орошающей их воды [4], объем продувочной воды, поступающей из циркуляционного контура, может составить 6 – 9% общего расхода осветленной воды в системе ГЗУ.

Второе необходимое условие соблюдения бессточного водного баланса ГЗУ – это доочистка осветленной воды. Так как из формулы (5) следует, что практически весь расход осветленной воды, выводимой из системы, должен испаряться, то, очевидно, в ней так же, как и в циркуляционном контуре, будет происходить увеличение солесодержания. В этом случае исключение продувок осветленной воды возможно только за счет ее химической обработки (осаждения карбонатных соединений), например, с помощью обработки дымовыми газами [9].

В качестве примера реализации указанных предложений рассмотрим расчет балансов циркуляционной и осветленной воды одной из ТЭС

	ÍÎÂQ	ocâ
	Qöïð
Qoc	Qïçî		Qìç	Qãò	Qøâ	Qóáí		Qãó
	ÇÎ
	ÁÍ			Qèìç	Qïãò	Qïøâ	Qïóáí
								Qïãó
			Qcò

! +-8#/

ÇÎ – золоотвал; ÁÍ – багерный насос; ÍÎÂ – насос осветленной воды

ОАО Кировэнерго для следующих характерных режимов ее работы:

1. Зимний максимум – в работе восемь котлов БКЗ-210-140Ф из 10 имеющихся (два оставшихся

– оперативный резерв и текущий ремонт). Используемое топливо:

твердое (уголь – торф) – 100% (с газовой подсветкой);

твердое : газообразное – 50% : 50%.

2. Летний минимум – в работе четыре котла. Используемое топливо: газообразное – 100%.

Выбор этих режимов работы обусловлен следующим. Наиболее целесообразно с экономиче- ской и экологической точек зрения использование газообразного топлива. Однако в зимний период из-за резко возрастающей отопительной нагрузки в промышленности и бытовом секторе поставки газа для ТЭС лимитируются, поэтому на станции используется твердое топливо (кузнецкий уголь и местный торф). В летний период станция, как правило, работает на газообразном топливе. При расче- тах использовались следующие исходные данные:

1. Параметры исходной воды, приведенные в таблице, по данным химлаборатории станции за 2001 г.

Оценку величин составляющих жесткости – карбонатной и некарбонатной – производили, исходя из значений щелочности Ùî, поскольку исходная вода характеризуется бикарбонатной формой щелочности Ùá (ò.å. Ùî Ùá) [6, 10]:

ïðè Ùî < Æî, Æê = Ùî; ïðè Ùî Æî, Æê = Æî.

Некарбонатная жесткость определялась как разность между общей и карбонатной жесткостью.

Средние значения параметров для расчета режимов: зимнего максимума (ноябрь – март) – Æê = 3,15 ìã-ýêâ/äì3, Æíê = 0,16 ìã-ýêâ/äì3, Îê = = 23,8 ìã Î/äì3; летнего минимума (май – август)

– Æê = 2,57 ìã-ýêâ/äì3, Æíê = 0,24 ìã-ýêâ/äì3, Îê = = 32,7 ìã Î/äì3.

2003, ¹ 8

21

Фактический расход исходной воды в зимний период равно примерно 900 м3/ч, в летний период – 1600 м3/ч (включая потребление химцеха – около

400ì3/÷).

2.Параметры охлаждающего контура циркуляционной (оборотной) воды:

количество оборотной воды, распыливаемой в

зимний период Qç 10 000 ì3/ч, в летний период – Që 30 000 ì3/÷;

температура воды на входе в градирню (после конденсаторов) tç1 = 24°Ñ, të1 = 32°Ñ;

температура воды на выходе из градирни (после охлаждения) tç2 = 12°Ñ, të2 = 24°Ñ;

3. Параметры системы мокрого золоулавливания и гидрозолоудаления:

расход оросительной (осветленной + циркуляционной) воды на один котел (4 скруббера) – qìç 120 ì3/ч (в том числе в трубах-коагуляторах qìç1 40 ì3/ч, в каплеуловителях qìç2 80 ì3/÷);

расход осветленной воды в системе гидротранспорта золошлаковой пульпы qãò = 90 120 ì3/ч на один котел;

расход осветленной воды на уплотнение багер-

ных насосов qóáí 80 ì3/ч (в зимний период работают два багерных насоса, в летний – один);

в зимний период работают до восьми котлов, в летний – три-четыре.

Режимы водопотребления оборотной (циркуляционной) воды. Суть расчета заключается в следующем. Считая, что расход распыливаемой обо-

9 * , + +

ротной воды и ее количество в градирнях заданы и неизменны, определяем максимально допустимую карбонатную жесткость оборотной воды Æê max, величины испарения qèñï, уноса qóí, продувки qïð (в процентах) и необходимый расход исходной воды Qèñõ для пополнения оборотного контура в зависимости от сезонов года.

Расчет Æê max производится по формуле (3), подставляя в которую исходные данные, имеем:

для зимнего периода

					23,8		0,16
Æ		0,9	2,86							5,07;
	ê max ç
					8,4			23,8
							6
								7

для летнего периода

					32,7		0,24
Æ		0,9	2,86						5,91.
	ê max ë
					8,4			32,7
							6
								7

Значение qóí для градирен ТЭС каркасно-об- шивной конструкции башенного типа высотой 53 м и площадью орошения 1600 м2, согласно [11, 12], может быть принято равным 1,0%. В абсолютных цифрах унос оборотной воды составит: в зимний период Qóí ç = 100 ì3/ч, в летний период

Qóí ë = 300 ì3/÷.

Расчет qèñï производится по формуле (2)

Параметр	Январь	Февраль	Ìàðò	Апрель	Ìàé	Èþíü	Èþëü	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Температура, °С	4	4	10	12	12	22	26	23	20	12	4	4
ðÍ	7,4	7,6	7,0	7,8	7,4	7,8	7,8	7,4	7,2	7,0	6,0	6,0
Концентрации
ионов, мг/дм3:
Ca2+	51,4	57,8	50,1	50,3	20,0	38,1	49,0	42,1	36,9	32,6	27,3	48,4
Mg2+	17,2	16,0	16,1	10,3	5,9	11,3	8,6	20,9	14,4	12,3	3,0	10,2
NH4	0,37	0,07	0,50	0,22	0,72	0,98	0,08	0,70	0,22	0,49	1,72	1,72
Cl–	17,2	15,5	3,4	6,1	5,6	9,5	9,5	14,6	17,2	8,6	6,9	6,9
SO42	27,0	18,0	28,0	19,0	5,0	12,0	6,5	8,9	6,4	10,3	13,5	13,6
Сухой остаток,	257,8	302,8	401,3	305,0	305,0	395,5	321,0	288,5	334,0	129,3	223,8	191,0
ìã/äì3
Щелочность об-	3,9	3,8	3,76	2,6	1,4	2,4	3,4	3,3	3,2	2,97	2,17	2,9
ùàÿ, ìã-ýêâ/äì3
Жесткость,
ìã-ýêâ/äì3:
общая	3,91	4,20	3,82	3,36	1,48	2,80	3,16	3,77	3,02	2,61	1,40	3,26
карбонатная	3,9	3,8	3,76	2,6	1,4	2,4	3,16	3,3	3,02	2,61	1,4	2,9
некарбонатная	0	0,4	0,06	0,76	0,08	0,40	0	0,47	0	0	0	0,36
Окисляемость,	22,1	11,8	15,2	22,6	17,5	32,0	56,6	24,8	33,3	20,0	47,0	23,0
ìã Î/äì3
Взвешенные ве-	7,3	2,3	2,3	11,8	9,7	15,5	6,1	14,5	16,0	2,2	9,8	9,8
щества, мг/дм3

22 2003, ¹ 8

qèñï = 0,16õ t,

(6)

ãäå õ – доля теплоты, отдаваемая охлаждающей водой за счет ее испарения в градирне (для лета õ = 1,0; äëÿ çèìû õ = 0,5); t – снижение температуры воды в градирне, °С.

Расход испаряющейся в градирне оборотной воды составит:

для зимнего периода

qèñï ç 0,16 õ(t ç1 t ç2 ) 0,16 0,5(24 12) 0,96%,

или в абсолютных цифрах

Qèñï ç = 0,0096Qç = 96 ì3/÷;

для летнего периода

qèñï ë = 0,16õ (të1 – të2) = 0,16 1,0(32 – 22) = 1,6%,

или в абсолютных цифрах

Qèñï ë = 0,0016 Që = 480 ì3/÷.

Продувка оборотной системы qïð, при которой обеспечивается стабилизация солевого состава циркуляционной воды, рассчитывается по формуле (2) и составит:

для зимнего периода

	315,
qïð ç			0,96 10,	0,58%,
5,07 315,

или в абсолютных чифрах

Qïð ç = 0,0058 Qç = 58 ì3/÷;

для летнего периода

	2,57
qïð ë			16, 10,	0,23,
5,91 2,57

или в абсолютных значениях

Qïð ë = 0,0023Që = 69 ì3/÷.

Необходимый объем добавки исходной воды Qäîá при этом составит

Qäîá ç = Qóí ç + Qèñï ç + Qïð ç = 100 + 96 + 58 = 254 ì3/÷, Qäîá ë = Qóí ë + Qèñï ë + Qïð ë = 300 + 480 + 69 = 849 ì3/÷.

С учетом потребления химцеха на водоподготовку общий объем исходной воды Qèñõ, который необходимо подавать на станцию, составит в зимний период около 650 м3/ч, в летний период – 1070 м3/÷.

Таким образом, обеспечивается экономия исходной воды по сравнению с фактически потребляемой в зимний период – 250 м3/ч (28%), в летний – 530 м3/÷ (33%).

Режимы водопотребления осветленной воды. Поскольку качественный состав осветленной воды определяется, в первую очередь, технологически-

ми факторами (вид сжигаемого топлива, концентрация золошлаковых частиц, наличие постоянного водоема-усреднителя, куда сбрасывается и откуда подается осветленная вода), то и амплитуда колебаний ее параметров по сезонам года является незначительной в сравнении с изменениями параметров исходной воды, забираемой из естественного водоема. Поэтому в дальнейшем в качестве характеристик состава осветленной воды принимаем средние значения параметров, рассчитанные по результатам 10 измерений (январь – октябрь 2000 г.) и приведенные далее.

Параметр	Среднее значение
Взвешенные вещества, мг/дм3	40,0
Концентрация ионов, мг/дм3:
Ca2	110,7
Mg2	13,7
NH4	0,40
Cl–	47,2
SO42	270,3
Сухой остаток, мг/дм3	627,8
Жесткость, мг-экв/дм3:
общая	6,65
карбонатная	5,52
Водородный показатель (рН)	8,22
Окисляемость, мг О/дм3	37,2

Расход осветленной воды на станции может быть приближенно определен из уравнения

Qîñâ = (Qìç – Qïð) + Qãò + Qóáí.

(7)

Исходя из уравнения (7), определим расходы осветленной воды при различных режимах работы станции.

1a. Зимний режим, топливо – твердое.

Qìç = qìç n2 = 120 8 = 960 ì3/÷;

Qãò = qãò n2 = 105 8 = 840 ì3/÷;

Qóáí = qóáí n1 = 80 2 = 160 ì3/÷,

ãäå n1, n2 – число работающих багерных насосов и котлов соответственно.

Подставляя полученные значения в формулу

(7), с учетом Qïðç = 58 ì3/ч, имеем

Qîñâ = (960 – 58) + 840 + 160 = 1902 ì3/ч. Объем испаряющейся в мокрых золоуловите-

лях воды в зимний период может быть принят равным 0,15Qìç [4], ò.å. Qèìç = 144 ì3/ч. Полученное значение на 86 м3/ч больше значения Qïðç, что обеспечивает соблюдение дефицитного бессточ- ного режима в системе гидрозолоудаления.

1б. Зимний режим работы; топливо – твердое : газообразное (50% : 50%).

2003, ¹ 8

23

Оборотная вода от

Осветленная вода 1902 м3/÷

продувки 58 м3/÷

Исходная вода 624 м3/÷

Золоотвал

Гидрозоло-

Орошение

Восполнение

Восполнение

скрубберов

потерь оборотной

удаление

потерь

3

/÷),

(циркуляционной)

3

/÷)

(960 ì

питательной

(840 ì

в том числе

âîäû

и уплотнение

âîäû

58 ì3/ч – продувка

3

/÷),

багерных

оборотной

(254 ì

220 ì3/÷

насосов

в том числе:

и сетевой воды

системы

– на продувку

3

/÷)

3

(160 ì

58 ì3/÷

150 ì /÷

в систему испаре-

– на испарение и

ÃÇÓ

íèå

óíîñ

3

3

3

3

1816 ì3/÷

~ 1000 ì

/÷

816 ì

/÷

144 ì

/÷

~ 196 ì3/÷

370 ì /÷

à)

Осветленная вода 1902 м3/÷

Оборотная вода от

продувки 58 м3/÷

Исходная вода 624 м3/÷

Золоотвал

Гидрозоло-

Орошение

Восполнение

Восполнение

скрубберов

потерь оборотной

удаление

потерь

3

(циркуляционной)

(840 ì3/÷)

(800 ì

/÷),

питательной

и уплотнение

в том числе:

âîäû

âîäû

3

3

багерных

58 ì

/ч – продувка

(254 ì

/÷),

220 ì3/÷

насосов

оборотной

в том числе:

и сетевой воды

системы

– на продувку

3

150 ì3/÷

(160 ì

/÷)

3

/÷

в систему испаре-

58 ì

– на испарение и

ÃÇÓ

íèå

óíîñ 3

3

/÷

~ 580 ì3/÷

680 ì3/÷

120 ì3/÷

/÷

370 ì3/÷

1260 ì

~ 196 ì

á)

Оборотная вода от продувки 400 м3/÷

Исходная вода 624 м3/÷

Золоотвал

Гидрозоло-

Орошение

Восполнение

Восполнение

скрубберов

потерь оборотной

удаление

потерь

3

/÷),

(циркуляционной)

3

/÷)

(320 ì

питательной

(0 ì

в том числе

âîäû

и уплотнение

âîäû

58 ì3/ч – продувка

3

/÷),

багерных

оборотной

(11804 ì

120 ì3/÷

насосов

в том числе:

и сетевой воды

системы

– на продувку

(80 ì

3

/÷)

3

58 ì3/÷

100 ì /÷

в систему испаре-

– на испарение и

ÃÇÓ

íèå

óíîñ

3

3

3

3

336 ì3/÷

~ 80 ì /÷

256 ì

/÷ ~64 ì

/÷

~ 780 ì3/÷

~220 ì

/÷

В водоем 336 м3/÷

â)

) + + * :1! , , + + * /

à – зимний максимум, топливо твердое; á – зимний максимум, топливо твердое : газообразное – 50% : 50%; â – летний минимум, топливо газообразное

Поскольку половина котлов (четыре из восьми) работаeт на газе, расход оросительной воды в них может быть уменьшен за счет исключения ее распыла в трубах-коагуляторах скрубберов Вентури. При этом орошение стенок футерованных каплеуловителей qìç2 необходимо сохранить с целью защиты их внутреннего покрытия и охлаждения ды-

мовых газов. В этом режиме объем распыливаемой воды составит

Q

ìç

q

ìç1

n2

q

ìç2

n

2

40 4 80 8 800 ì3/÷;

2

Q

ãò

q

ãò

n2

105 4 420 ì3/÷;

2

24

2003, ¹ 8

Qóáí qóáí n1 2 80 160 ì3/÷.

Последнее выражение требует пояснения. Хотя расход осветленной воды (Qìç + Qãò) сократился в 1,5 раза (с 1800 до 1220 м3/ч), вывести из работы один из двух багерных насосов нецелесообразно, так как в этом случае может произойти размораживание одного из двух трубопроводов осветленной воды, проложенных в наземном исполнении.

Общий расход осветленной воды, согласно формуле (7) составит

Qîñâ = (800 – 58) + 420 + 160 = 1322 ì2/÷.

Объем испаряющейся в золоуловителях воды

Qèìç 0,15 800 120 ì3/÷,

что практически в 2 раза больше Qïðç. В этом режиме работы станции также выполняется условие бессточности системы ГЗУ.

2. Летний режим, топливо – газообразное.

Как и в режиме 1б, в этом случае сохраняется орошение внутренней футеровки каплеуловителей. При n2 = 4 имеем

Qìç = qìç2 n2 = 80 4 = 320 ì3/÷;

Qãò = 0;

Qóáí = qóáí. 1 = 80 ì3/÷.

Из уравнения (7) с учетом того, что Qïðë = 69 ì3/ч, имеем

Qîñâ = (320 – 69) + 80 = 331 ì3/÷.

В летний период Qèìç = 0,2 Qìç [4], ò.å. Qèìç = 0,2 320 64 ì3/÷.

Таким образом, в летний период на станции практически соблюдается уравнение (5) бессточ- ного баланса в системе ГЗУ: Qïðë Qèìç. При этом, с технико-экономической точки зрения, оказывается нерациональным транспортирование с золоотвала малых количеств осветленной воды (331 м3/ч) имеющимися насосами, так как в этом случае они работают не в номинальном режиме с повышенными удельными энергозатратами.

Для решения данного вопроса предлагается на период летнего минимума отказаться от забора осветленной воды с золоотвала, а использовать для орошения скрубберов и уплотнения багерных насосов только оборотную воду из охлаждающего контура станции в объеме 400 м3/ч. Наряду с уве-

личением потребления исходной воды (1400 м3/ч против 1070 м3/ч, т.е. на 23,5%) и сбросом избыточной оросительной воды в количестве 336 м3/ч на золоотвал и в водоем, реализация предлагаемого решения уменьшит солесодержание осветленной воды за счет ее разбавления, а также повысит надежность работы системы орошения скрубберов за счет снижения вероятности засорения их оросительных устройств. На ðèñ. 2 показаны предлагаемые схемы водопотребления ТЭС в различ- ных режимах ее работы.

Âцелом учет и соблюдение указанных условий

èфакторов – минимально достаточная продувка градирен, максимально полное использование осветленной воды на технологические нужды ТЭС, поддержание баланса между абсолютными объемами продувок и испарением оросительной воды в мокрых золоуловителях – могут обеспе- чить рационализацию водных балансов ТЭС и снизить экологическую нагрузку на природную среду.

Список литературы

1. Развитие технологии очистки дымовых газов ТЭС / Кропп Л. И., Чеканов Г. С., Ходаков Ю. С., Шмиголь И. Н. и др. – Теплоэнергетика, 1991, ¹ 6.

2.Стерман Л. С., Покровский В. Н. Физические и химиче- ские методы обработки воды на ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1991.

3.Шицман С. Е. Эксплуатационный и расчетный режимы продувки оборотной системы водоснабжения ТЭС. – Электрические станции, 1981, ¹ 6.

4.Чеканов Г. С. Бессточные системы удаления золошлаковых отходов ТЭС. – Теплоэнергетика, 1983, ¹ 9.

5.Внуков А. К., Розанова Ф. А., Внукова И. А. Обусловленные градирнями подфакельные концентрации гидроаэрозолей. – Электрические станции, 1992, ¹ 10.

6.Громогласов А. А., Копылов А. С., Пильщиков А. П. Водоподготовка: Процессы и аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1990.

7.Губицкий Е. И., Химко Я. В. Использование осветленной

воды из систем гидрозолоулавливания ТЭС. – Электриче- ские станции, 1983, ¹ 3.

8. Гусар Н. Г., Губицкий Е. И. Некоторые практические предложения по организации бессточных систем гидрозолоудаления. – Электрические станции, 1991, ¹ 2.

9.Федяев Н. И., Алексеева Т. Е. Узел нейтрализации оборотной воды системы гидрозолоудаления дымовыми газами. – Электрические станции, 1995, ¹ 4.

10.Справочник. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления / Кострикин Ю. М., Мещерский Н. А., Коровина О. В. М.: Энергоатомиздат, 1990.

11.Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1987.

12.Берман Л. Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды. М. Л.: Госэнергоиздат, 1957.

2003, ¹ 8

25