Борьба с загрязнениями конденсата и обработка циркуляционной воды.

Испарение воды приводит к увеличению концентрации солей в циркуляционной воде. И это требует применения продувки или химической обработки воды, или оборотного водоснабжения с градирнями. Для конденсации уноса воды в циркуляционной системе вводится добавочная вода. Для поддержания необходимого качества циркуляционной воды производят механическую очистку воды от посторонних примесей и органических загрязнений. Для механической очистки применяют грубые решетки, а так же вращающиеся механические сетки со смывными устройствами.

При эксплуатации трубки конденсаторов забиваются накипью, илом, песком, обрастают микроорганизмами. Поэтому периодически в зависимости от степени загрязнения и солевого состава воды производится очистка трубок механическим, физическим или химическим методом.

Химическая очистка выполняется хлорированием и кислотной промывкой охлаждающей циркуляционной воды. Для борьбы с органическим обрастанием трубопроводов производят хлорирование, т.е. периодически вводят в воду свободный хлор или хлоровую известь. При кислотной промывке происходит взаимодействие слабых растворов соляной или серной кислоты с накипью. В результате трудно растворимые соли переходят в легкорастворимые соли и вымываются водой. При кислотной промывке при защите трубок от коррозии в кислотный раствор вводят ингибиторы. И производится периодический контроль проб воды на сливе из конденсатора. Резкое снижение ионов кальция и магния в сливной воде указывает на окончание процесса кислотной промывки.

Физические методы применяются для очистки конденсаторов от органических обрастаний. Производится промывка горячей водой при температуре 45 – 5 ⁰С.

Механический и химический методы очистки трубок от накипи не дают нужного эффекта и поэтому для борьбы с накипью необходимо предусматривать профилактические меры.

Основную массу низкотемпературной накипи 85 – 95 % составляет карбонат кальция СаСО₃. Отложение его солей на поверхностях нагрева обусловлено следующими причинами:

1. В оборотных системах за счет упаривания растет концентрация солей карбонатной жесткости;

2. В воде при нагревании снижается концентрация СО₂ и бикарбоната кальция Са(НСО₃)₂ переходит в карбонат кальция, который выпадает в осадок на стенках труб;

3. В результате повышения температуры циркуляционной воды происходит понижение растворимости солей временной жесткости.

Профилактические мероприятия, приводящие к снижению низкотемпературного накипеобразования в системе технического водоснабжения ТЭС:

• Продувка циркуляционной системы;

• Умягчение воды известкованием;

• Подкисление воды;

• Фосфотирование воды.

Стационарные газотурбинные установки.

Классическая ГТУ – это совокупность воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, а также вспомогательной системы, обеспечивающей ее работу.

Классическим вариантом ГТУ является ГТУ простого цикла, широко используемого в энергетике. Принципиальная схема приведена на рис.1.

Атмосферный воздух поступает на вход компрессора, где происходит сжатие воздуха. Отношение давления за компрессором к давлению перед компрессором называется степенью сжатия:

Ротор компрессора приводится в движение паровой турбиной. Они размещены на одном валу. Поток сжатого воздуха подается в одну, две или более камер сгорания. Как правило, поток воздуха из компрессора делится на два потока: первый идет к горелкам газовой турбины, куда так же подается топливо – это газ или жидкое топливо. В результате чего образуются продукты сгорания высокой температуры. К ним подмешивается относительно холодный воздух второго потока для того, чтобы получить газы с допустимой по условиям работы лопаток газовой турбины температурой. Далее эти рабочие газы подаются в проточную часть газовой турбины, где они расширяются практически до атмосферного давления, затем поступают в выходной диффузор, и затем либо в дымовую трубу, либо, например, в котел-утилизатор.

В результате расширения рабочих газов в газовой турбине, газовая турбина вырабатывает мощность, при этом весьма значительная ее часть, как минимум половина, тратится на привод компрессора, а остальная часть – на привод электрогенератора. Это и есть полезная мощность, которая указывается в маркировке.

Наряду с ГТУ простого цикла, существуют ГТУ сложного цикла (Рис.2.), которые могут содержать несколько компрессоров, турбин и камер сгорания, например, ГТУ-100-750 ЛМЗ выполнена по сложному циклу. В отличие от ГТУ на (Рис.1), она выполнена двухвальной. На одном валу расположен компрессор высокого давления (КВД) и приводящая его турбина высокого давления (ТВД). На втором валу расположена турбина низкого давления (ТНД)и компрессор низкого давления (КНД), а также электрогенератор (ЭГ).

Воздух поступает из атмосферы в КНД, сжимается в нем до давления примерно 4,3 атм., а затем подается в воздухоохладитель (ВО), где охлаждается водой со 175 ⁰С до 35 ⁰С. Это позволяет уменьшить работу, затрачиваемую на сжатие воздуха в КВД, где степень сжатия примерно 6,3.

Из КВД воздух поступает в камеру сгорания высокого давления (КСВД) и продукты сгорания с температурой 750 ⁰С направляется в ТВД. Из ТВД газы, содержащие значительное количество кислорода, поступают в КСНД, в которой сжигается дополнительное топливо, а затем в ТНД. Отработавшие газы с температурой 390 ⁰С выходят либо в дымовую трубу, либо в теплообменник для использования теплоты уходящих газов.

ГТУ не отличаются высокой экономичностью из-за высокой температуры уходящих газов. Усложнение схемы ГТУ позволяет повысить экономичность, но при этом существенно увеличиваются капитальные вложения, и усложняется эксплуатация.

Степень сжатия в типичном компрессоре составляет 13 ÷ 17, следовательно, давления в тракте ГТУ не превышает 13 ÷ 17 атм., что значительно меньше, чем в паровой турбине. Малое давление рабочей среды обуславливает малую толщину стенок корпусов, а соответственно, и легкость их прогрева, именно это и делает ГТУ очень маневренной, т.е. способной к быстрым пускам и остановам.

Если для пуска паровой турбины нам требуется минимум от одного часа до нескольких часов, то газовую турбину можно ввести в работу за 10 – 15 минут.

При сжатии в компрессоре воздух нагревается, при степени сжатия 15 ÷ 17 этот нагрев составит примерно 300 ⁰С. Воздух движется к горелочному устройству, куда подается топливный газ.

Поскольку давление в камере сгорания составляет порядка 1,3 ÷ 1,7 МПа, то и давление газа тоже должно быть большим. Для возможности регулирования его расхода давление газа примерно в 2 раза больше, чем в камере сгорания. Если в подающем газопроводе нет такого давления, то устанавливают специальный дожимной газовый компрессор.

Продукты сгорания имеют высокую температуру. После подмешивания вторичного воздуха она несколько снижается, но составляет в ГТУ не менее 1300 ÷ 1400 ⁰С. Из камеры сгорания рабочие газы поступают в проточную часть турбины и далее могут быть использованы в цикле ГТУ.

В первом приближении температуру газов за турбиной можно оценить:

, тогда при температуре газов перед турбиной порядка 1300 ⁰С температура за газовой турбиной составит порядка 560 ⁰С.

Таким образом, в современных ГТУ температура газов за ГТУ достаточно высока, в связи с чем, при автономной работе ГТУ ее КПД для типичных ГТУ составляет 35 ÷ 36 %.

Повышение начальной температуры дает выигрыш в экономичности. Например, повышение температуры с 1100 до 1450 ⁰С дает увеличение КПД с 32 до 40 %, т.е. приводит к экономии топлива на 25 %. И сегодня есть турбины 1500 ⁰С а в Японии - 1600⁰С, и планируют еще более высокую температуру.

Для обеспечения длительной работы ГТУ необходимо обеспечить использование материалов, выдерживающих действие высоких механических нагрузок и высокой температуры. Если для паровой турбины используют для лопаток сталь с содержанием хрома, то для газовых турбин используют сплавы на никелевой основе и другие, более современные стали.

Кроме того, необходимо обеспечить охлаждение наиболее горячих деталей системы охлаждения ГТУ, пожалуй, самой сложной системы, которая во многом определяет срок службы ГТУ. Она обеспечивает не только поддержание необходимых температур рабочих и сопловых лопаток, но и корпусных элементов, дисков и.т.д.

Система охлаждения должна обеспечить не только необходимый уровень температуры детали, но и равномерность их прогрева, чтобы исключить появление опасных температурных напряжений, т.к. цикличное действие таких напряжений приводит к появлению трещин.

Ввиду исключительной сложности обработки никелевых сплавов для производства жаропрочных лопаток газовой турбины в основном используется точное литье по выплавляемым моделям. Перспективным направлением является производство монокристаллических лопаток, которые изготавливаются из отдельного кристалла. Это связано с тем, что наличие гранул зерен при длительном пребывании при высоких температурах приводит к ухудшению свойств металлов.

В настоящее время в России производится серийно ГТЭ-110, имеющая КПД порядка 36 %, однако она имеет недостаточно высокую температуру на выходе примерно 517 ⁰С, что не позволяет осуществлять экономичный парогазовый цикл.

Еще одна турбина – ГТЭ-150. Она имеет более низкий уровень начальной и конечной температуры и ее КПД примерно 31,5 %.

На ЛМЗ на основе долгосрочной лицензии производится турбина ГТУ V94.2 (Сименс): ГТЭ-160. Эта турбина имеет начальную температуру 1100 ⁰С, но ее КПД 34,5 %, а температура уходящих газов – 538 ⁰С.