8.8. Втрати пари і конденсату та їх заповнення

Внаслідок утворення нещільностей у фланцях трубопроводів, арматурі, запобіжних клапанах і іншим обладнанням ТЕС мають місце деякі втрати робочого тіла циклу у вигляді пари або води. Є також втрати через лабіринтові ущільнення валів турбіни в процесі пуску і прогрівання трубопроводів і устаткування установки. Безповоротно втрачається пара, що використовується в мазутовому господарстві станції для прогрівання і розпилення мазуту в топкових форсунках, пари, що використовується для обдування поверхонь нагріву котлів від золи і шлаку і т.д. Такі втрати робочого тіла називають внутрішніми втратами або втратами витоків D_ут. Нарешті багато котельної води втрачається з періодичним і безперервним продуванням котлів. Для ТЕЦ разом з внутрішніми втратами виникають зовнішні втрати D_вн. Це втрати пари або його конденсату в технологічних установках теплового споживача. Такі втрати характерні для відкритих схем ТЕЦ (див. мал. 8.5). Цю втрату робочого тіла станції можна виключити, застосовуючи закриту схему ТЕЦ, що приводиться на мал. 8.20.

В закритих схемах добірна пара турбіни не потрапляє безпосередньо до теплового споживача. За допомогою добірної пари в теплообмінниках - пароперетворювачів одержують вторинну пару, яка потім використовується тепловим споживачем. Конденсат добірної пари з пароперетворювача за допомогою дренажного насоса (ДН) повертається в основний потік живильної води. Зовнішні втрати пари і конденсату відносяться до вторинного контура, матеріально не пов'язаному з потоками пари і води станції.

Якщо зовнішнє теплоспоживання задовольняється гарячою водою для опалювання і іншої мети, то замість пароперетворювача встановлюються пароводяні підігрівачі, так звані бойлери, або мережні підігрівачі.

Для зменшення внутрішніх втрат (витоків теплоносія) D_ут фланцеві з'єднання трубопроводів і арматури часто замінюють зварними з'єднаннями, а також пред'являють великі вимоги до густини запобіжних клапанів, арматури, в більшій мірі використовують збір дренажів трубопроводів і устаткування і т.д.

За правилами технічної експлуатації втрати від внутрішніх витоків для КЕС не повинні перевищувати 0,8-1,1%, а для ТЕЦ - 1,5-1,8%.

Втрати котельної води з безперервним продуванням D_пр супроводяться втратою теплоти. Зниження цих втрат, тобто в першу чергу зниження розміру продування, досягається поліпшенням якості живильної води, застосуванням східчастого випаровування в котлах до критичнкого тиску. Величина продування визначається сольовим балансом котла і дорівнює

(8.35)

де с_п.в, с_пр, с_п - вміст домішок (мкг-екв/кг або мкг/кг) в живильній, продувочній воді і в парі відповідно.

Якість живильної води нормується правилами технічної експлуатації по жорсткості води, вмісту в ній кремнієвої кислоти, заліза і міді залежно від типу котла і електростанції, від тиску пари.

Мал. 8.20. Закрита схема ТЕЦ з пароперетворювачем (ПП).

Вміст домішок в продувочній воді відповідає допустимому вмісту їх в котельній воді за умов роботи поверхонь нагріву і паросепараційних пристроїв котла. Цей допустимий вміст домішок водного теплоносія визначається конструкцією котла, наявністю східчастого випаровування, конструкцією сепараційних пристроїв і встановлюється теплохімічними випробуваннями. Вмістом домішок в парі при визначенні величини безперервного продування можна нехтувати. Величина безперервного продування котлів не повинна перевищувати 0,5-1%, якщо втрати води заповнюються дистилятом випарників або знесоленою водою, і 0,5-3%, при заповненні втрат хімічно обчищеною водою.

Для зниження матеріальних і теплових втрат з продувочною водою для котлів з природною циркуляцією передбачається установка розширювача і охолоджувача продування по схемі, зображеній на мал. 8.21.

Розширювач продування є циліндровою судиною, в яку вводиться продувочна вода, що має високу температуру, рівну температурі кипіння в котлі при робочому тиску пари t_пр=t^н_к .За допомогою редуктора (дросельного клапана) тиск в розширювачі р підтримується значно менше тиску пари в паровому котлі. При цьому тиску продувочна вода виявляється перегрітою по відношенню до температури кипіння, відповідного тиску в розширювачі t^н_р  t_пр. В результаті, поступаюча в розширювач продувочна вода кипітиме, виділяючи пару в кількості D'_п, еквівалентному різниці ентальпії t_пр=t^н_р .

Розчинні домішки, що містяться в продувочній воді, в парі, що утворюється, майже не переходять, тому пар цей використовується в тепловій схемі станції в регенеративних підігрівачах. Тепловий баланс розширювача дозволяє виявити як кількість утвореної пари D'_п , так і концентрат, що залишився, продувочної води D'_пр

Враховуючи також, що D_пр=D'_п+D’ , визначаємо

(8.36)

де i'_п- ентальпія що утворюється в розширювачі насиченої пари при тиску р_р; t_пр - ентальпія води при t_пр = t^н_р.

Для використовування теплоти концентрату продування останній прямує в охолоджувач продування (ОП), в якому продувочна вода охолоджується хімічно обчищеною водою, призначеною для покриття втрат робочого тіла в контурі станції.

Розширювач продування дозволяє скоротити втрати робочого тіла з продувочною водою на 15- 30%.

Мал. 8.21. Схема установки розширювача з охолоджувачем продування на ТЕС.

Р - розширювач; ОП – охолоджувач продування; Р_д - редуктор.

Втрати робочого тіла, що складаються з витоків і продувочної води, що видаляється, заповнюються додатковою водою. Для забезпечення високої якості живильної води необхідна попередня підготовка додаткової води. Застосовується або хімічна, або термічна підготовка додаткової води.

Термічна підготовка додаткової води на відміну від хімічної вносить деякі структурні зміни в теплову схему ТЕС і тому вимагає більш детального розгляду. Термічна підготовка є дистиляцією додаткової води, тобто складається з двох процесів: перетворення початкової води в пару (паротворення) і подальшої конденсації пари, що утворилася, - отримання дистиляту. Що містяться в початковій воді розчинні мінеральні домішки в пару (при низькому тиску), що утворюється, майже не переходять, тому конденсат цієї пари вільний від домішок початкової води. Перетворення додаткової води в пару відбувається в теплообмінниках, званих в цьому випадку випарниками.

Конденсація пари, що утворилася, відбувається або в регенеративних підігрівачах турбінної установки, або в самостійних конденсаторах випарників. Гріючим агентом у випарниках є відбірна пара турбіни. Включення випарників в теплову схему станції здійснюється або без конденсатора випарника (мал. 8,22, а), або з самостійним конденсатором випарника (мал. 8.22,б). Початкова додаткова вода перед випарником повинна пройти спрощену (содово-вапняну) хімічну обробку для попередження сильного накипу на поверхнях нагріву випарника.

Випарники аналогічно енергетичним котлам обладнуються безперервним продуванням, щоб концентрація розчинних домішок у водяному об'ємі випарника підтримувалася на допустимому рівні відповідно до робочого тиску вторинної пари.

Включення випарника по схемі мал.8.22,а дещо знижує економічність турбоустановки. Зниження економічності відбувається в результаті витіснення вторинною парою випарника деякої кількості пари, що поступає в нижній регенеративний підігрівач з другого відбору. Таке витіснення зменшує вироблення електроенергії добірною парою (на внутрішньому тепловому споживанні) на величину, пропорційну теплоперепаду i=i₁-i₂ на 1 кг витісненої пари. Такого витіснення не відбувається, якщо випарник має власний конденсатор вторинної пари, розташований між першим і другим підігрівачами (рис. 8.22,б). Підігрів живильної води парою першого відбору здійснюється в двох теплообмінниках. Початковий підігрів відбувається в конденсаторі випарника вторинною парою, отриманою за рахунок еквівалентної кількості добірної пари. Завершення підігріву відбувається в регенеративному підігрівачі цього відбору. Сумарна величина відбору пари в цьому випадку майже не змінюється. Таким чином, економічність турбоустановки з випарником, що має самостійний конденсатор вторинної пари, не знижується.

Проте при остаточному виборі схеми включення конденсатора випарника необхідно враховувати, що реалізація схеми на мал. 8.22,б вимагає додаткового апарату (конденсатора випарника), що дещо ускладнює і підвищує вартість установки. Проте використовування конденсатора випарника для підігріву живильної води дає можливість відповідно зменшити поверхню нагріву зв'язаного з ним регенеративного підігрівача (П1).

Рис. 8.22. Схема включення випарника.

а - без спеціального конденсатора; б - з самостійним конденсатором вторинної пари; І - випарник; П - регенеративні підігрівачі; КВ - конденсатор випарника; ПрН - перекачуючий насос; ПР - продування котла і випарника; Ут-витоки (втрати) робочого тіла.

Таким чином, кількість одержуваного дистиляту складає деяку частку витрати пари на регенеративний попередньовключенй підігрівач, приблизно рівну _ки/₀.

Для збільшення кількості дистиляту необхідно збільшити підігрів води в конденсаторі випарника _ки . Для цього необхідно збільшувати тиск вторинної пари, а отже, зменшити температурний натиск у випарнику, збільшувати його поверхню нагріву, тобто підвищувати вартість випарника і одержуваного дистиляту. Випарник з самостійним конденсатором забезпечує отримання додаткової води у розмірі 3-4% витрати пари на турбоустановку. Випарники без самостійного конденсатора мають дещо велику продуктивність, але, як мовилося вище, знижують економічність установки.