Источником образования отложений в водогрейных котлах и тепловых сетях прежде всего являются бикарбонаты кальция и магния. Для предотвращения отложений величина карбонатной жесткости подпиточной воды не должна превышать 750 мкг-экв/кг. Кроме того, в этой воде ограничиваются содержание взвешенных веществ (прозрачность по шрифту должна быть не менее 30 см), соединений железа (до 500 мкг/кг) и содержание нефтепродуктов (до 1 мг/кг).
Меры по ограничению коррозии металла сводятся к нормированию содержания растворенного кислорода (не > 30 мкг/кг) и величины рН (от 7 до 8,5).
Приведенные выше значения норм относятся к воде закрытых систем теплоснабжения при температуре воды 1500С. В зависимости от температуры подогрева воды и способа водоразбора из тепловых сетей показатели качества будут другими. При открытом водоразборе подпиточная вода должна также удовлетворять требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды.
Для обеспечения нормативных значений показателей качества воды в котельных в основном осуществляется докотловая обработка воды.
Подготовка воды для питания котлов происходит в несколько стадий - предварительную, которую еще называют предварительной очисткой, и окончательную - обработку ионами. Осветление воды, то есть, ее очистку от коллоидных крупнодисперсных примесей, достигается за счет использования коагуляции. Обычно сразу же стараются добиться снижения ее щелочности, некоторого умягчения и снижения количества кремнекислых соединений.
Для того чтобы этого добиться, вместе с коагуляцией используют магнезиальное обескремнивание и известкование. Суть коагуляции заключается во введении в воду для котлов сернокислого алюминия. В процессе его гидролиза образуется труднорастворимое соединение, которое затем в виде хлопьев выпадает в осадок и задерживает взвешенные частицы на своих поверхностях. Если степень щелочности высокая, то во время подготовки совмещают коагуляцию и известкование, то есть, добавляют гашеную известь.
После такой тщательной подготовки жесткость и щелочность воды существенно снижаются, взвешенные частицы удаляются, исчезают соединения железа и органических веществ. Для удаления из воды для котлов кремнекислых соединений, вместе с гашеной известью можно ввести обожженный доломит или магнезит и коагулянт. Образующаяся в результате химической реакции гидроокись магния вступает в реакцию с кремнекислыми соединениями, вследствие чего последние выпадают в виде хлопьев в осадок. Такие методы подготовки воды для питания котлов называются осаждающими, поскольку соли и взвешенные вещества удаляются как осадок. Следует помнить, что во время предварительной подготовки полностью удалить соли не удается.
Методы умягчения воды. Устранение из воды солей жесткости, т. е. умягчение ее, необходимо производить для питания котельных установок, причем жесткость воды для котлов среднего и низкого давления должна быть не более 0,3 мг.экв/л. Умягчать воду требуется также для таких производств, как текстильное, бумажное, химическое, где вода должна иметь жесткость не более 0,7-1,0 мг.экв/л.
Применяют следующие основные методы умягчения воды:
- реагентный - путем введения реагентов, способствующих образованию малорастворимых соединений кальция и магния и выпадению их в осадок;
- катионитовый, при котором умягчаемая вода фильтруется через вещества, обладающие способностью обменивать содержащиеся в них катионы
(натрия или водорода) на катионы кальция и магния, растворенных в воде солей. В результате обмена образуются натриевые соли, не придающие воде жесткость;
- термический, заключающийся в нагревании воды до температуры выше 100°, при этом почти полностью удаляются соли карбонатной жесткости.
Часто методы умягчения применяют комбинированно. Например, часть солей жесткости удаляют реагентным способом, а оставшуюся часть - с помощью катионного обмена. Из реагентных методов содово-известковый способ умягчения является наиболее распространенным. Сущность его сводится к получению вместо растворенных в воде солей Са Mg нерастворимых солей СаС03 и Mg(OH)2, выпадающих в осадок.
Обычно установка подготовки воды состоит из катионитовых и механических фильтров и вспомогательного оборудования. В катионитовых фильтрах происходит замена катионов Са и Мg на ненакипеобразующие катионы натрия, содержащиеся в катионитовых материалах. В качестве таковых применяют сульфоуголь, глауконит и синтетические смолы. Наиболее распространен сульфоуголь, который получают обработкой бурого или каменного угля крепкой серной кислотой.
Проведение Nа-катионирования приводит к повышенной щелочности, а также к образованию углекислого газа СО2, который вызывает коррозию оборудования. Поэтому Nа-катионирование применяется при низкой щелочности или совместно с Н-катионированием, т.к. Н- катионирование дает увеличение кислотности воды.
Вода для нагрева ее в водогрейных или парогенераторных установках освобождается от солей кальция и магния, растворенных в ней кислорода и углекислого газа, и доводится до определенной щелочности. Соли кальция и магния при нагреве выпадают в осадок и образуют слой накипи на стенках труб, что резко ухудшает коэффициент теплопередачи и процесс нагрева воды.
1-бак исходной воды; 2-центробежный насос; 3-механический фильтр;4, 5-натрийкатионитовые фильтры; 6-бак умягченной воды; 7, 8-вспомогательные мерные баки.
На парогенераторной установке исходная вода подается из бака 1 насосом 2 в механический фильтр 3 в котором происходит осветление воды. Осветленная вода далее поступает в катионитовые фильтры 4-5, которые могут работать последовательно или паралельно. От этих фильтров подготовленная вода поступает в бак умягченной воды 6. В фильтрах имеются многоходовые краны, позволяющие включать установку на рабочий режим, регенерацию катионитовых фильтров, отмывку и взрыхление катионитового материала струями воды. В системе подготовки воды имеются баки с солью для регенерации катионита в фильтрах, вспомогательные мерные баки 7 и 8, бак с регулятором уровня и вспомогательный насос. Механический фильтр 3 обычно заполняется дробленым антрацитом, а при повышенной мутности воды - внизу на 45 см кварцем с зернами размером 0,5 - 1 мм. Это стальной цилиндрический бак диаметром 700 мм и высотой 1850 мм рассчитан на давление 0,6 МПа.
6. Паровые турбины
В теплотехнике под турбиной понимают ротативный тепловой двигатель, который способен беспрерывно преобразовывать тепловую энергию рабочего вещества в механическую. В лопаточном аппарате паровой турбины потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь преобразуется во вращение вала турбины. Такая турбина состоит из подвижной части - ротора с лопатками и неподвижной части - статора с соплами. Паровая турбина является одним из элементов паротурбинной установки (ПТУ). Вместе паровая турбина и электрогенератор составляют турбоагрегат.
Чтобы работа турбины была возможна необходимо, чтобы соблюдалось одно главное условие - наличие разности в давлениях между рабочими лопатками и сопловым аппаратом.
В современных энергетических системах турбины с противодавлением работают параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии. Использование этого типа оборудования совместно с конденсационным связано с тем, что работая изолированно, турбины с противодавлением не могут обеспечить одновременно потребителя электроэнергией и теплом. При совместной работе ответственность за электроэнергию в большей степени берет на себя компенсационное оборудование. В этом случае турбина противодавления вырабатывает то количество энергии, которое определяется расходом пара. К сожалению, мощность турбины с противодавлением определена нагрузкой потребителя, что существенно ограничивает область их использования.
Давление пара приходится всё время поддерживать постоянным. Оно будет неизменным лишь тогда, когда количество пара прошедшего через турбин, равно количеству пара поступающему к потребителю. Можно сделать так, чтобы турбина противодавления во время работы автоматически поддерживала расход пара. Для этого её необходимо оснастить регуляторами скорости и давления.
Промышленная безопасность требует подбирать конструкцию турбин в соответствии с объемом пропуска пара, с которым должно справляться оборудование. Принимают во внимание и график нагрузки.
Если учитывать конструкционные особенности этого типа оборудования, то можно откинуть все сложности с проектированием лопаток для больших объемом пропуска пара. Даже агрегаты, которые используют для массового расхода высота лопаток умеренная. Стоит помнить, что чем больше будет отношение давлений Р2/Р0>0, где Р0 - давление свежего пара, Р2 - давление в выходном патрубке, тем сильнее сказывается потеря пара в регулирующем клапане при недогрузке оборудования. Поскольку в турбине с противодавлением отношение Р2/Р0 велико, дроссельное парораспределение применять не рекомендуется. Чем выше Р2/Р0, тем большее число клапанов необходимо устанавливать.
Вопрос обеспечения необходимого уровня промышленной безопасности на промышленных объектах с турбинами противодавления стоит остро. Первое, что требуется от руководства - это разработка местных инструкций по эксплуатации оборудования, с подробным изложением правил остановки, пуска, ввода в ремонт. Персонал проходит аттестацию по предотвращению и устранению возможных аварий в момент использования агрегата.
В рамках требований промышленной безопасности есть несколько дефектов, которые в обязательном порядке устраняются перед запуском турбины. Среди них можно назвать:
- неисправность или полное отсутствие основных приборов, отвечающих за контроль теплового процесса. Сюда входят: термометры, манометры, тахометры и другое оборудование;
- если неисправна система смазки, то есть перед запуском обязательно проводится полный осмотр маслоблока;
- неисправности в системе защиты по контурам, отвечающим за прекращение подачи пара в турбину. Важно проверять перед запуском всю цепочку, начиная от датчиков и заканчивая запорной арматурой;
- если неисправна система регулирования.
- в случае, если валоповоротное устройство не работает. При подаче пара на ротор, который не двигается, может произойти его изгиб.
По правилам промышленной безопасности особое внимание уделяется технологии запуска турбины. Она будет зависеть от ее температурного состояния. Если оно меньше 150 градусов, то принято считать, что агрегат запускается из холодного состояния. Требуется не меньше трех суток после остановки.
Пуск из горячего состояния производится, когда температура 400 °C и выше. Если температура 150 - 400 °C, такое состояние называют неостывшее. Основной принцип безопасности, который важно использовать при пуске паровой турбины - «не навреди».
Использование, ремонт, запуск и иные действия относительно турбин с противодавлением должны производиться в соответствии с имеющимся законодательством и нормативами. Обязательно принимают во внимание следующие документы:
- Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" №116-ФЗ;
- ГОСТ 3618-2016 Турбины паровые стационарные для привода турбогенераторов. Типы и основные размеры;
- ГОСТ 23269-78 (с последним изменением от 12.09.2018) Турбины стационарные паровые. Термины и определения.
В процессе пуска обязательно должны соблюдаться три этапа:
- подготовительный;
- период разворота с повышением числа оборотов до 3000 в минуту (данного значения хватает для подходящей работы генераторов электротока);
- синхронизация между электросетью и электрогенератором, включение генератора в сеть и последующее нагружение турбогенератора. Производится в соответствии с графиком-заданием на пуск блока, не допуская превышения разрешаемой скорости прогрева турбины. На третьем этапе при первом нагружении турбины основное внимание обращают на относительное удлинение ротора. Продолжается прогрев турбины до рабочих температур всех ее узлов.
На подготовительном этапе проверяется состояние всего имеющегося оборудования, состояние и положение пароводяной арматуры, исправность и наличие контрольно-измерительных приборов и защит, отсутствие видимых дефектов, нарушений герметичности. Особое внимание уделяется работе сигнализирующих устройств. Также проверяют связь между рабочими местами.
Паропровод подогревается в течение 1,5 часа, в это время подготавливают раствор в конденсатор и проверяют маслонасос. После обращают внимание на системы защиты и регулировки, в том числе задвижки. Важно, чтобы перед стопорным клапаном не было давления пара. После набора вакуума вводится в эксплуатацию автомат безопасности, происходит открытие дренажей.
В зависимости от конструкции, параметров и от исходного теплового состояния турбины общая длительность всех трёх этапов может составить 4 - 8 ч.