Водоподготовка и водный режим котлов

Надежная работа поверхностей нагрева котла  зависит от качества воды, из которой вырабатывается пар. Питательная вода включает конденсат отрабо­тавшего пара, добавочную воду и воду в пароводяном тракте установки.

Природная вода, из которой приготавливается добавочная вода, содержит примеси в раство­ренном, коллоидном состоянии, в виде механически взвешенных частиц. При па­рообразовании некоторые соли и перешедшие в воду продукты коррозии конструкционных материалов оседают на внутренних поверхностях наг­рева котла в виде накипи. Накипь умень­шает коэффициент теплопередачи и суживает проходные сечения в тру­бах. Другая часть примесей выпадает в объеме котловой воды в виде мелкодисперсных взвешенных частиц, составляющих подвижный осадок (шлам). Третья часть примесей может оседать в оборудовании потребителя.

Процесс освобождения воды от примесей, солей и агрессивных газов называют водоподготовкой. Процессы водоподготовки включают осветление воды, фильтрование и коагуляцию, обработку воды методом осаждения и ион­ного обмена, умягчение (обессоливание) воды и ее обескремнивание. Водоподготовка начинается с осветления воды в отстойниках или фильтрах для удаления из нее грубодисперс­ных примесей.

Коагуляция предназначена для очистки воды от грубодисперсных и коллоидных примесей. В обрабатываемую воду вводят коагуляторы - сульфаты алюминия и железа Al₂SO3 и FeSO₄, в результате гид­ролиза образуются хлопья Al(ОН)₃ и Fe(OH)₂, которые, адсорбируя коллоидные вещества, выделяются в виде осад­ков.

Осаждение используется для очистки воды от накипеобразующих солей кальция и магния. Добавляемые в воду реагенты-осадители (известь, едкий натр, углекислый натрий) всту­пают в химическое взаимодействие с солями кальция и магния и в ре­зультате образуют труднорастворимые соединения СaСО₃, Мg(ОН)₂, Са₃(РО4)₂, которые выпадают в осадок в виде шлама и удаляются из воды.

В качестве обескремнивающих реагентов используют каустический магнезит МgO. Кремнекислые соединения природных вод собираются гидрооксидом магния, выпадающим в осадок.

К методам осаждения относят также магнитный способ обработки воды. Он основан на явлении выпадания из воды солей кальция и маг­ния в виде шлама при прохождении ее через магнитное поле опреде­ленной напряженности и полярности.

Метод ионного обмена основан на применении практически не растворимых в воде веществ (ионитов), обладающих способностью адсорбировать из воды ионы загрязняющих примесей и отдавать в нее эквивалентное количество других ионов, введенных в состав ионита. При такой обработке воду пропуска­ют через фильтры, загруженные ионитами. В качестве ионитов приме­няют сульфоуголь и синтетические смолы.

Для котлов на высокие параметры пара требуется вода, из кото­рой удалены растворенные соли, для чего применяют химическое или термическое обессоливание. При химическом обессоливании воду пропускают через катионитовый фильтр, задерживающий катионы Са²⁺, Мg²⁺  и Na²⁺, а затем через анионитовый фильтр, задерживающий анионы SO₄^2–, Cl^–  и других растворенных солей. В результате получается вода, называемая обессоленной. Процесс терми­ческого обессоливания воды заключается в упаривании исходной воды и конденсации образующегося при этом пара. В результате соли оста­ются в воде, а полученный дистиллят является обессоленным. Терми­ческое обессоливание осуществляется в испарителях и паропреобразователях.

Коррозионно-агрессивные газы (О₂, СО₂, NH₃) удаляют с помощью термических деаэраторов. Принцип действия термических деаэраторов основан на том, что растворимость газов в кипящей воде приближается к нулю. Поэтому растворимые в воде газы выводятся из нее при температуре кипения.

Внутрикотловую обработку воды организуют путем введения коррекционных добавок: фосфатированием или трилонированием.

Для удаления накапливающихся загрязнений применяют промывку оборудования и продувку котлов с естественной циркуляцией.

Газотурбинные установки

Газотурбинная установка (ГТУ) – силовая установка, состоящая из газовой турбины и механизмов, обеспечивающих ее работу.

Схема ГТУ открытого типа со сгоранием при постоянном давлении приведена на рис.3.36.

Рис.3.36. Схема газотурбинной установки

Компрессор засасывает из атмосферы воздух, сжимает его до требуемых параметров и подает в камеру сгорания. Туда же с помощью топливного насоса  непрерывно впрыскивается через форсунку топливо, которое смешивается с воздухом и сгорает. Образовавшиеся газообразные продукты направляются в газовую турбину. В газовой турбине так же, как и в паровой, потенциальная энергия газов преобразуется в механическую на валу. Мощность, развиваемая турбиной, частично (до 70 %) затрачивается на привод компрессора и вспомогательных механизмов, а оставшаяся часть передается потребителю, например преобразуется в электрическую энергию генератором. Запуск ГТУ производится пусковым электродвигателем.

Особенности ГТУ:

1) высокая маневренность (время запуска от 3 до 60 мин);

2) имеют КПД от 35 до 60%.

По назначению ГТУ делятся на стационарные, транспортные и авиационные. Стационарные энергетические ГТУ служат для выработки электрической энергии и теплоты на электростанциях и промышленных предприятиях, привода компрессоров и насосов на газо- и нефтепроводах, подачи воздуха в котлы и др. Диапазон единичных мощностей энергетических ГТУ от 1 до 150 МВт.

Парогазовые установки

К парогазовым установкам (ПГУ) относят установки с комбинированным парогазовым циклом. Это цикл с двумя рабочими телами: в области высоких температур рабочим телом являются продукты сгорания топлива, а в области низких температур – вода. В качестве топлива для ПГУ используют как природный газ, так и жидкое топливо.

Принцип действия. Устройство состоит из двух блоков: газотурбинного (ГТУ) и паросилового (рис. 3.37).

В ГТУ вращение вала турбины обеспечивается образовавшимися продуктами сгорания топлива – газами. Вал, в свою очередь, вращает ротор генератора Г1. Воздух, сжатый в компрессоре до 6,7 кгс/см², подается в камеру сгорания, где при сжигании топлива генерируется пар для паровой турбины. Газы с температурой около 770 °С из парогенератора поступают в газовую турбину, после которой они имеют температуру 450°С и используются, для подогрева конденсата и питательной воды в экономайзерах и подогревателях. В первом, газотурбинном, цикле КПД редко превышает 38%. Во втором, паросиловом, цикле используется еще около 20% энергии сгоревшего топлива. В сумме КПД всей установки достигает 58%.

Мощность  паросиловых установок сос­тавляет от 50 до 200 МВт.