ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ МОЩНЫХ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 1
В. С. ЧЕРНОВ (Харьковское отделение ТЭП)
а ) Водоподготовка для ГРЭС
С целью типизации схем и компоновок водоподготовительных установок для различных условий с использованием единой строительной части помещений водоподготовки и наружных сооружений приняты следующие четыре типа ГРЭС:
Тип ГРЭС
- С прямоточными котлами без испарителей
- С барабанными котлами без испарителей
- С прямоточными котлами и испарителями
- С барабанными котлами и испарителями
Для каждого типа ГРЭС разработан проект водоподготовки, состоящий из нескольких установок (табл. 1).
В табл. 2 приведены основные показатели солевого состава исходных вод, принятые для ГРЭС разных типов.
Выполненные ХО ТЭП расчеты для конкретных установок с источниками водоснабжения р. Волга, Кама, Северный Донец, Днепр, Делая и Нарвское водохранилище подтверждают возможность применения для этих вод типовых проектов обессоливающих установок лишь с небольшой корректировкой.
1Предусматривается сооружение на территории электростанции двух зданий — главного корпуса и объединенновспомогательного корпуса (ОВК.), включающего все основные цехи электростанции, в том числе водоподготовку.
Таблица 1
Назначение, принципиальные схемы и производительности водоподготовительных установок для ГРЭС различных типов
В случае использования пара для внешних потребителей без возврата его конденсата производительность обессоливающих или испарительных установок соответственно увеличивается. Поэтому в типовом проекте предусмотрена возможность установки необходимого дополнительного оборудования на резервной площади.
Для ГРЭС с прямоточными котлами без испарителей (тип 1) качество питательной воды должно отвечать следующим показателям: общая жесткость 1 мкг-экв/кг, солесодержание 50 мкг/кг и кремнесодержание 20 мкг/кг SiO3. Для получения добавочной питательной воды указанного качества принята обессоливающая установка, работающая по схеме: известкование и коагуляция в осветлителе — механическое фильтрование — противоточное Н-катионирование — 1-ступень обессоливания слабоосновными анионитами — 2-я ступень Н-катионирования — обессоливание сильноосновными анионитами — 3-я ступень Н-катионирования — глубокое обессоливание сильноосновными анионитами (рис. 1).
Таблица 2
Солевой состав исходных вод
Подогрев исходной воды до 25° С осуществляется в поверхностных паровых подогревателях, расположенных вместе с насосами в главном корпусе электростанции. В нижнюю часть осветлителя при помощи плунжерных насосов-дозаторов подаются известковое молоко и раствор сернокислого железа.
Механические фильтры промываются частично осветленной водой с помощью промывочного насоса. Взрыхление противоточных Н-катионитных фильтров 1-й ступени выполняется осветленной водой из напорного трубопровода, фильтров 2-й ступени — частично обессоленной водой из напорного трубопровода, а фильтров 3-й ступени — отмывочными водами анионитных фильтров.
Регенерация Н-катионитных фильтров осуществляется 4,5%-ным раствором серной кислоты, который получается путем разбавления крепкой кислоты на «ходу» в трубопроводе для фильтров 1-й и 2-й ступеней осветленной водой, а для фильтров 3-й ступени — обессоленной водой. Взрыхление анионитных фильтров всех ступеней выполняется с помощью насоса отмывочными водами анионитных фильтров. Все 78 сбросные кислые воды после регенерации Н-катионитных фильтров отводятся в баки-нейтрализаторы. Регенерация анионитных фильтров 1-й ступени осуществляется щелочными регенерационными водами после анионитных фильтров 2-й и 3-й ступеней из бака при помощи обычного насоса. Регенерация анионитных фильтров 2-й и 3-й ступеней осуществляется 4%-ным раствором едкого натра с помощью насосов- дозаторов, который получается путем разбавления 42%-ного раствора едкой щелочи обессоленной водой, подогреваемой сетевой водой в теплообменнике. Отмывка анионитных фильтров 1-й и 2-й ступеней осуществляется Н-катионированной водой соответствующих ступеней, а фильтров 3-й ступени — отмывочной водой анионитных фильтров.
Все сбросные щелочные воды после регенерации фильтров отводятся в специальные баки для нейтрализации кислых вод. На случай недостатка сбросных щелочных вод для нейтрализации кислотности в баки-нейтрализаторы подводится из осветлителей известковый шлам. Отвод сильно минерализованных под из баков-нейтрализаторов осуществляется в специальную канализацию, которая должна проектироваться из условий, что эти сточные воды будут направляться на золоотвалы и использоваться в оборотной системе для гидрозолоудаления. Воды после промывки и взрыхления механических и ионитных фильтров могут сбрасываться в открытые водоемы.
Для частичного восстановления сильноосновного анионита от поглощенных органических соединений в фильтры из мерника при помощи эжектора подводится раствор поваренной соли, разбавленной обессоленной водой до 10%-ной концентрации.
Предусмотренное в схеме предварительное известкование поверхностной воды в большинстве случаев обязательно для приготовления добавочной питательной воды прямоточных котлов, так как при этом из воды удаляется значительная часть коллоидной кремниевой кислоты, органических веществ и соединений железа.
В тех случаях, когда известкования воды не требуется, эта операция может быть исключена из схемы без переделки рабочих чертежей, так как склад извести, а также устройства для приготовления и дозирования известкового молока помещаются в отдельном здании.
Для ГРЭС с барабанными котлами без испарителей (тип II) принята обессоливающая установка, работающая по схеме: известкование и коагуляция — двухступенчатое обессоливание. Режим работы этой установки такой же, как и установки с трехступенчатым обессоливанием.
Для ГРЭС с прямоточными и барабанными котлами и испарителями (типы III и IV) качество питательной воды для испарителей должно отвечать следующим требованиям: общая жесткость не более 30 мкг-экв/кг, а при солесодержания свыше 2 000 мг/кг не более 75 мкг-экв/кг. Для получения питательной воды указанного качества принята водоподготовка по схеме: известкование и коагуляция в осветлителе — механическое фильтрование — двухступенчатое Na-катионирование.
Регенерация катионитовых фильтров ведется раствором поваренной соли, соли из мерника при помощи фильтров ведется раствором поваренной соли из мерника при помощи эжектора, который подает и одновременно разбавляет умягченной водой концентрированный (26%- пый) раствор соли до 10%-ной концентрации.
Для периода первичного пуска, восполнения потерь конденсата на случай выхода из строя испарителей, а также для накапливания обессоленной воды, необходимой для проведения предпусковых химических промывок котлов, предусмотрена резервная химически обессоливающая установка производительностью 100 м/ч. Для ГРЭС с прямоточными котлами схема резервной установки: известкование и коагуляция — трехступенчатое обессоливание, а для ГРЭС с барабанными котлами: известкование и коагуляция — двухступенчатое обессоливание.
На блочных ГРЭС с турбинами 150—200 МВт с прямоточными котлами докритического давления в связи с возможностью засоления конденсата предусмотрена центральная общестанционная обессоливающая установка, рассчитанная на пропуск 50% конденсата турбины любого блока. Эта установка помещена в здании водоподготовки и работает по схеме: обезжелезивание в целлюлозных фильтрах — Н-катионирование — обессоливание сильноосновными анионитами.
Для ГРЭС с прямоточными котлами на сверхкритическое давление пара у каждого блока сооружается установка для очистки конденсата, рассчитанная на пропуск всего (100%) конденсата, выходящего из конденсатора турбины. Такие индивидуальные обессоливающие установки сооружаются первоначально у каждого блока первой очереди ГРЭС, а в дальнейшем на основе опыта их эксплуатации решается вопрос о необходимости сооружения конденсатоочистки для каждого блока второй очереди.
Удаление из конденсата продуктов коррозии может быть осуществлено с помощью одного из следующих аппаратов: а) двух- или трехкамерные механические фильтры, загруженные сульфоуглем; б) целлюлозные фильтры намывного типа; в) Н-катионитные фильтры 2-й ступени, загруженные сульфоуглем и используемые в качестве механических фильтров (срок службы сульфоугля 1 год). Предусматривается подвод к ним регенерирующего раствора кислоты и воздуха.
Для обессоливания конденсата принимаются ионитные фильтры смешанного действия с выносной регенерацией.
Вода для подпитки тепловых сетей с открытым водоразбором должна иметь карбонатную жесткость не более 700 мкг-экв/кг, а также должна удовлетворять санитарным нормам на питьевую воду. Для получения воды указанного качества используется водопроводная вода, обработанная по схеме: Н-катионирование при «голодном» режиме регенерации катионита — буферное катионирование — декарбонизация. Введение в схему буферного катионирования служит для сглаживания колебаний щелочности и устранения кислотности в случае ее появления в фильтрате после Н-катионитных фильтров. Вода после такой обработки будет иметь устойчивую щелочность в пределах до 0,7 мг-экв/кг, чего нельзя достичь при отсутствии буферных фильтров. В качестве буферных фильтров применены Н-катионитные фильтры 2-й ступени, загруженные сульфоуглем, рассчитанные на скорость фильтрования 30—35 м/ч. Взрыхление фильтров осуществляется водой из напорного трубопровода. Регенерации ведется серной кислотой при помощи насосов-дозаторов с разбавлением ее на «ходу» в трубопроводе водопроводной водой до 1,5%-ной концентрации.
Буферные фильтры не регенерируются, так как они являются «саморегенерирующимися». Отмывка фильтров от продуктов регенерации фильтров производится сырой водопроводной водой. Все сбросные кислые воды после регенерации фильтров отводятся в баки-нейтрализаторы.
Для ГРЭС типов II, III, и IV конденсат может быть использован после его очистки по схеме: адсорбции масла активированным углем — Na-катионирование.
В типовом проекте ГРЭС предусмотрено оборудование для проведения предпусковой химической промывки испарительных и пароперегревательных поверхностей котла, подогревателей высокого давления, питательных магистралей и баков— аккумуляторов в деаэраторах.
В табл. 3 приведены количества соответствующих реагентов, необходимых для проведения химической промывки одного блока, в зависимости от типа ГРЭС и единичной мощности блока.
Таблица 3
Потребность в реагентах для проведения предпусковой химической очистки блоков
Рис. 2. Компоновка водоподготовительной установки для ГРЭС.
1 — фильтровальный зал; 2 — насосная; 3 — склад мокрого хранения соли и коагулянта; 4 — помещение для антикоррозионных работ; 5 — гидразинная установка; 6 — склад и приготовление раствора нитрита натрия; 7 — склад фильтрующих материалов; 8 — помещение мерников; 9 — электролизерная; 10 — углекислотная; 11 — лаборатория ХВО и щит КИП; 12 — распределительное устройство собственного расхода; 13 — эстакада трубопроводов ХВО — главный корпус; 14 — реагентное отделение; 15 — склад извести; 16 — склад жидких реагентов; 17 — баковое хозяйство; 18 — трансформаторные камеры; 19 — площадка удалителей углекислоты; 20 — разгрузчики кислоты и щелочи; 21 — кран-балка; 22 — осветлитель; 23 — резервные места; 24 — лестничная клетка; 25 — служебный корпус; 26 — материальный склад.
В проекте типовой ГРЭС предусмотрено необходимое оборудование для хранения, приготовления и перекачки моющих реагентов. Подача их производится на всас промывочных насосов, установленных в главном корпусе. При гидразинно-кислотной промывке предусматривается дополнительный ввод кислоты в промежуточную точку промывочного контура — барабан котла или растопочный сепаратор. Для приготовления моющих растворов и раствора пассиватора используется обессоленная вода или конденсат.
Нейтрализация кислых стоков промывки осуществляется в баках-нейтрализаторах сбросной щелочью с добавлением в случае необходимости известкового шлама водоподготовительной установки; туда же добавляется хлорная известь для нейтрализации гидразина.
Компоновка оборудования всех установок химводоочистки, представленная на рис. 2, предусматривает: возможность использования одного и того же помещения для всех типов ГРЭС с резервной площадью для расширения; использование площади, образующейся между осветлителями и баками, для сооружения здания с размещением в нем реагентного отделения; размещение громоздкого оборудования — осветлителей, декорбонизаторов и баков — вне здания; обслуживание верха осветлителей и площадок декарбонизаторов самостоятельной лестничной клеткой.
В фильтровальном зале размещены также основные насосы. В отдельных помещениях находятся: мерники (кислоты, щелочи и соли), экспресс лаборатория, щит (КИП и автоматики). К фильтровальному залу примыкает склад реагентов, обслуживаемый самостоятельной железнодорожной веткой.
В реагентном отделении, связанном со зданием водоподготовки теплым переходом, помещены баки- мерники коагулянта с насосами-дозаторами, насосы для разгрузки железнодорожных цистерн и перекачки в баки кислоты и щелочи, вакуум-насос и вентиляторы удалителя углекислоты. Склад реагентов рассчитан на прием и хранение одно-двухмесячного расхода реагентов (но не менее одного железнодорожного вагона или цистерны), а также на хранение реагентов, необходимых для химической промывки блока.
Схема склада соли и коагулянта (рис. 3) предусматривает хранение их в подземных железобетонных резервуарах в мокром виде, откуда фильтрованные растворы перетекают в ячейки чистого раствора. Соль поступает к окладу в насыпном виде в железнодорожных гондолах либо навалом в крытых вагонах, а коагулянт — в бумажных мешках или фанерных бочках. Разгрузка соли из гондол в ячейки склада осуществляется на обе стороны через нижние люки, а в случае поступления соли в крытых вагонах — с помощью самоходного солеразгрузчика типа МВС-3. Разгрузка коагулянта выполняется с применением передвижного транспортера и электротельфера.
Перекачка раствора соли из ячеек в мерники, расположенные в фильтровальном зале, а также раствора коагулянта в мерники, расположенные в реагентном отделении, осуществляется насосами. Шлам, оставшийся в ячейках после растворения соли и коагулянта, смывается в приямок, и в которого он эжектором удаляется в бункера гидрозолоудаления, а оттуда вместе с золой направляется на золоотвал. Для газомазутной электростанции, где золоотвал отсутствует, сооружается шламоотвал, куда сбрасываются недопал и шлам после гашения извести, а также после растворения соли и коагулянта.
Жидкие реагенты (крепкая серная кислота, едкий натр, аммиак, лимонная кислота и нитрит натрия) хранятся в металлических баках, расположенных на открытом воздухе (рис. 4). Баки и трубопроводы к ним защищены тепловой изоляцией, а в зимний период обогреваются сетевой водой с помощью змеевиков-подогревателей. Для местностей с суровыми климатическими условиями предусмотрена возможность сооружения закрытого склада жидких реагентов.
В окладе предусматриваются отдельные помещения для хранения фильтрационных материалов, а также для хранения и приготовления растворов гидразина, фосфата или нитрита натрия. Гидразингидрат (64%) поступает на склад в бочках из нержавеющей стали, разгрузка которых производится с помощью эжектора в бак, откуда разбавленный до 20% концентрации раствор насосом перекачивается в главный корпус электростанции.
Рис. 4. Схема склада жидких реагентов.
1 — железнодорожная цистерна кислоты или щелочи; 2 — бак аммиака; 3 — бак едкого натра; 4 — бак серной кислоты; 5 — с разгрузчик щелочи; 6 — разгрузчик кислоты; 7 — насос; 8 — вакуум-насос; 9 — гидроэлеватор; 10 — приямок кислых дренажей; 11 — нейтрализатор; 12 — в главный корпус; 13 — в мерники ХВО; 14 — от насоса 14 бар.
Склад извести, оборудование для гашения извести и приготовления известкового молока, мешалки с насосами-дозаторами размещены в отдельном здании, к которому подведены железнодорожные пути.
Поступление комовой негашеной извести предусматривается в железнодорожных гондолах, которые разгружаются через нижние люки в подаваемые отсеки склада извести, расположенные по обеим сторонам железнодорожного пути (рис. 5). Открытие люков осуществляется с помощью специальных механизмов, управляемых из закрытых кабин, перемещающихся вдоль склада извести на консольных передвижных площадках. В кабины, расположенные с обеих сторон вагона, подается приточный воздух, забираемый снаружи. Известь хранится в подземных отсеках в сухом виде, а загрузка ее в аппарат Мика для гашения и приготовления известного молока выполняется грейфером, передвигающимся по монорельсу. Известковое молоко очищается от песка и других посторонних примесей в гидроцикле перед перекачкой в расходные мешалки. Очищенное известковое молоко подается в осветлители насосами-дозаторами.
Недопал из аппарата Мика направляется в щековую дробилку и после измельчения удаляется гидроэлеватором в систему гидрозолоудаления или на шламоотвал, а крупные куски извести, не прошедшие сквозь решетку бункера, возвращаются после измельчения в аппарат Мика для использования.
Рис. 5. Схема известкового хозяйства.
1 — аппарат Мика; 2 — дробилка; 3 — мешалка; 4 — гидроциклон; 5 — бункер с гидроэлеватором; 6 — грейферная тележка; 7 — железнодорожная гондола; 8 — яма для сухой извести; 9 — течка для недопила; 10 — монорельс; 11 — насос; 12 — сырая вода; 13 — выхлоп; 14 — в известковые мешалки; 15 — недопал на гидрозолоудаление.
Таблица 4
Назначение, принципиальные схемы и производительности водоподготовительных установок на ТЭЦ
