Ядерные технологии
Article
10.1. Назначение системы технического водоснабжения
От многих агрегатов АЭС, как основных, так и вспомогательных, а также из отдельных ее помещений необходимо отводить в окружающий воздух большое количество теплоты. Для того чтобы охлаждающие поверхности и устройства в пределах главного корпуса были компактными, в качестве промежуточной охладительной среды для оборудования и помещений главного корпуса используют техническую воду, которую затем охлаждают вне главного корпуса. Отдельные системы охлаждения, объединенные в единую, называют системой технического водоснабжения. Для работы АЭС техническое водоснабжение имеет немаловажное значение, во многом определяя надежность и экономичность ее работы. Капиталовложения в систему технического водоснабжения составляют 5 — 10 % (в отдельных случаях и более) общей стоимости установленного киловатта. Поэтому необходимо уделять большое внимание выбору проектных решений для системы технического водоснабжения и учитывать их при выборе площадки для строительства (см. гл. 11).
Потребности отдельных агрегатов и помещений в расходах охлаждающей воды и необходимых ее напорах различны. Каждая система должна проектироваться отдельно с выбором трассировки и насосов для нее и с последующим рассмотрением всей системы в целом.
Расход в системе технического водоснабжения в наибольшей степени определяется потребностью в охлаждающей воде конденсационной установки. Для АЭС расход циркуляционной воды конденсаторов больше, чем на обычной тепловой электростанции, в связи с применением на АЭС турбины насыщенного пара невысокого давления, при котором в конденсаторы поступает существенно больший (в
1,6 раза) расход пара по сравнению, например, с турбиной закритических параметров, устанавливаемой на ТЭС.
Кроме конденсаторов турбины потребителями охлаждающей воды на АЭС являются: маслоохладители и газоохладители турбогенераторов; подшипники насосов и других вспомогательных агрегатов; теплообменники вентиляционных систем, бассейнов выдержки и перегрузки, расхолаживания реактора, автономных контуров главных циркуляционных насосов; спецводоочистка. Кроме того, техническая вода подается в систему водоподготовки и для санитарно-бытовых нужд.
Для потребителей, непосредственно связанных с реакторной системой, применяют, как обязательный при любом качестве воды технического водоснабжения, промежуточный контур. Необходимо соотношение давления в промежуточном контуре и сопряженных с ним системах, исключающее распространение радиоактивности на станции, а именно давление р1 в первом контуре всегда значительно выше давления р2 в промежуточном контуре, поэтому перетечка радиоактивной воды возможна. Если принять давление в промежуточном контуре меньшим, чем давление охлаждающей воды р3, то переток воды из промежуточного контура в основную охлаждающую воду будет невозможен.
Конденсаторы охлаждают изолированно от других систем, так как существуют режимы, при которых турбина выключена, а охлаждение отдельных систем необходимо. Охлаждение автономных контуров ГЦН и теплообменников САОЗ, рассмотрено в § 7.4. Техническая вода подается также в баки технической воды, снабженные аварийными насосами, автоматически включающимися при обесточивании.
IX. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
36. Каковы назначение и структура системы технического водоснабжения? Для каких целей используется техническая вода на ТЭС и АЭС?
Системой технического водоснабжения (СТВ) электростанции называют совокупность отдельных систем охлаждения, объединенных в одну СТВ. Технической водой называют химически неочищенную (сырую) воду, используемую для охлаждения. Другие ее названия – циркуляционная или охлаждающая вода.
На рис. 27 приведена принципиальная схема технического водоснабжения пылеугольной ТЭС.
Рис. 27. Принципиальная схема технического водоснабжения пылеугольной ТЭС (ЗШО – золошлакоотвал, СО – различные системы охлаждения, Н — насосы)
В состав СТВ входят:
— источник водоснабжения (река, озеро, водохранилище, море, артезианские скважины);
— водоводы (подводящие и отводящие трубопроводы или каналы);
— охладители воды (градирни, брызгальные бассейны, пруды-охладители), если они необходимы для данного типа СТВ.
При строительстве ТЭС и АЭС капиталовложения в СТВ могут достигать 5-10% от всей сметной стоимости электростанции.
Техническая вода может использоваться в следующих целях:
— охлаждение конденсаторов турбин; эта составляющая расхода технической воды является наиболее значительной, например, на ГРЭС в конденсаторы турбин поступает до 90-95%, а на АЭС – примерно 90% от всего расхода воды СТВ;
— на газоохладители электрогенераторов;
— на маслоохладители турбин;
— на химводоподготовку для восполнения потерь пара и конденсата;
— на гидрозолошлакоудаление (на пылеугольных ТЭС);
— на охлаждение устройств газоочистки;
— на системы охлаждения вспомогательных устройств и механизмов.
На АЭС важными потребителями воды являются также бассейны выдержки и перегрузки отработавшего топлива.
37. Какие существуют типы систем технического водоснабжения, каковы их достоинства и недостатки? Сравните охладители различных оборотных СТВ по глубине вакуума в конденсаторе турбины и расходу электроэнергии на привод циркуляционных насосов. Как выбираются циркуляционные насосы?
Бывают два основных типа СТВ:
— прямоточная; в такой СТВ охлаждающая вода проходит через агрегаты станции однократно;
— оборотная; здесь вода используется многократно.
Общее правило, как отличить эти два типа СТВ, состоит в следующем: СТВ может считаться прямоточной, если дебит (поступление свежей воды в единицу времени) используемого водоисточника не менее чем в 2-3 раза превышает потребности электростанции в охлаждающей воде.
В свою очередь, оборотные СТВ различаются по охладителю воды:
— с прудами-охладителями (естественными или искусственными);
— с брызгальными бассейнами.
Среднегодовая температура охлаждающей воды в средней полосе европейской части России существенно зависит от типа СТВ:
— 8-12 о С для прямоточных систем;
— 10-14 о С для оборотных систем с прудом-охладителем;
— 18-22 о С для оборотных систем с градирнями или брызгальными бассейнами.
Это говорит о том, что прямоточные СТВ обеспечивают более глубокий вакуум в конденсаторе турбины по сравнению со всеми типами оборотных систем.
Кроме того, прямоточная система в 2-4 раза дешевле оборотной по капитальным затратам.
Главным достоинством оборотных СТВ с градирнями является то, что они занимают мало места и умещаются на площадке электростанции. Градирни рассеивают теплоту в атмосферном воздухе, а не в водоемах, что с экологической точки зрения также является их преимуществом. В маловодных регионах могут применяться сухие градирни (градирни Геллера) с теплообменной поверхностью из алюминия.
Градирни являются предпочтительным вариантом для городских ТЭЦ, где важна экономия площади застройки, да и расход пара в конденсаторы теплофикационных турбин меньше, чем на КЭС.
Искусственные пруды-охладители могут сооружаться с наименьшей высотой подъема воды циркуляционными насосами (ЦН) – примерно 2-8 м, в то время как для прямоточных систем – 8-12 м, а при использовании градирен – 18-20 м. Чем меньше высота подъема, тем ниже расход электроэнергии на привод ЦН.
Если охлаждающая вода забирается из реки, пруда или моря, то насосная станция располагается на берегу и имеет несколько циркуляционных насосов (обычно не менее четырех), суммарная производительность которых равна расчетной. Резерв может предусматриваться только для морской воды ввиду частого ремонта насосов.
Для СТВ с градирнями или брызгальными бассейнами на каждый блок или турбину берутся два ЦН, которые размещаются непосредственно в турбинном отделении или пристрое к нему. Каждый из этих насосов рассчитан на 60% от суммарного расчетного расхода воды.
Системы технического водоснабжения промышленных предприятий (ствс пп) Назначение ствспп
Техническая вода является одним из наиболее распространенных видов энергоносителей. Она используется в технологических процессах и в хозяйственно-бытовых целях практически на всех предприятиях. Расходы технической воды на производственные нужды сильно колеблются в зависимости от назначения и мощности предприятия, а также характера технологически процессов.
Например, для производства 1т чугуна расходуется 1200-1600 м 3 /час воды, 1т меди 760-800 м 3 /час, а для производства редкоземельных металлов – 2000-2500 м 3 /час.
Вода на промышленном предприятии используется по трем основным направлениям:
1. Производственно-техническое водоснабжение. Вода расходуется на:
— охлаждение технологических аппаратов и установок для обеспечения необходимого температурного уровня производственных процессов;
— для выработки пара в паровых котлах, системах испарительного охлаждения и в утилизационных установках;
— на промывку, мокрую очитку различных материалов, деталей, газов, выбросов и т.д.;
— на гидротранспорт, гидроудаление отходов, обогащение материалов;
— для приготовления растворов, электролитов и других смесей.
2. Хозяйственно-питьевое водоснабжение. Вода расходуется на:
— приготовление пищи, организации питьевого режима, мытье посуды и т.д.;
— обеспечение работы душевых и умывальников;
— на хозяйственные нужды в прачечных, влажную уборку помещений и т.д.;
— на полив проездов, тротуаров и зеленых насаждений.
3. Пожарное водоснабжение. Вода расходуется на:
— тушение пожаров и возгораний;
— для организации работы систем автоматического и полуавтоматического тушения пожаров;
— для резервного хранения в хранилищах и резервуарах.
Требования, предъявляемые к качеству воды для трех основных направлений применения ее на промышленных предприятиях существенно различаются.
Для потребителей первой группы требования, предъявляемые к качеству воды (степень жесткости, мутности, наличие минеральных солей и т.д.) определяются условиями технологического процесса.
Наиболее жесткие условия к качеству воды предъявляются потребителями второй группы.
Самые низкие требования к качеству воды предъявляются потребителями системы пожарного водоснабжения. Допустимы запах, мутность, взвеси и т.п.
Исходя из основных показателей природных источников, затрат на подготовку и транспортировку воды и требований, предъявляемых к воде потребителями большинство предприятий используют для систем водоснабжения воду поверхностных источников с простейшей предварительной очисткой (фильтр на всасывании) или без очистки. В самом простом варианте схема водоснабжения предприятия может выглядеть следующим образом:
В связи с возможностью резкого ухудшения экологической обстановки в регионе, вызванной развитием и модернизацией промышленных предприятий их очистные сооружения должны развиваться вместе с ростом и развитием предприятий. На первом этапе модернизации системы технического водоснабжения промышленных предприятий дополняются несколькими станциями очистки СО.
Следующим этапом модернизации системы технического водоснабжения промышленных предприятий является организация ее работы по замкнутой схеме.
Состав систем технического водоснабжения
Системы технического водоснабжения – это комплекс сооружений, предназначенный для забора воды из природных источников, повышение ее качества до необходимого уровня, транспортировки потребителю, обеспечение у потребителей необходимого давления, а также для очистки сточных и сбрасываемых вод.
В состав схемы водоснабжения могут входить следующие элементы:
1 — Водозаборное сооружение (предназначено для отбора воды из природного источника.
2 — Насосная станция первого подъема (предназначена для подачи воды в пруд-отстойник или непосредственно в систему водоснабжения).
3 — Пруд-отстойник (служит для предварительной очистки воды; в случае необходимости дополняется установками для осветления воды и т.д.).
4 — Резервуар чистой воды (предназначен для хранения определенного количества воды и создания напора у ряда потребителей в случае отключения системы).
5 — Пруд-накопитель (предназначен для накопления и хранения воды).
6 — Насосная станция второго подъема (предназначена для создания дополнительного напора).
7 — Насосная станция третьего подъема (предназначена для подъема воды в бак-накопитель водонапорной башни).
8 — Водонапорная башня (назначение – обеспечение необходимого напора у потребителей).
9 — Установка ХВО (химводоочистки).
10 — Водоводы промышленного предприятия.
Кроме того, в состав системы водоснабжения могут входить:
— водопроводы и транспортные сети, предназначенные для передачи воды на большие расстояния;
— запорная и регулирующая аппаратура, предназначенная для обеспечения переключений в сети, регулирования давлений и проведения измерений параметров;
— аккумулирующие сооружения (резервуары, емкости, аккумулирующие баки и пруды-накопители).
Расположение элементов системы водоснабжения на схеме, варианты их конструктивного исполнения, а также мощность зависят от характеристик предприятия и природного источника. Идеальным вариантом организации водоснабжения промышленного предприятия является внедрение бессточных схем (работа по замкнутому циклу) с минимальным потреблением внешних ресурсов и максимальным использованием ВЭРов и отходов производства.
Прямоточные системы водоснабжения
и их характеристики
Прямоточные схемы СТВСПП могут быть выполнены по схеме, изображенной на рис. 1, где:
1–Источник. 2–Водозаборное сооружение. 3.1–Насосная станция первого подъема. 3.2–Насосная станция второго подъема. 4.1–Очистные сооружения природной воды. 4.2–Очистные сооружения сточных вод ПП. 5–Резервуар чистой воды. 6–Водоводы. 7–Напорная регулирующая емкость (водонапорная башня). 8–Водонапорная сеть ПП. 9.1-9.4–Потребители воды на предприятии. 10–Сеть для продувок и сброса отработанной воды. 11–Транспортная сеть к устройствам охлаждения и очистки. 12–Устройства охлаждения технической воды. 13–Линия сбросных вод ПП. 14–Ливневая канализация.
Вода из источника 1 через водозаборное сооружение 2 и насосную станцию 3.1 поступает в очистные сооружения 4.1, где осуществляется предварительная очистка воды до уровня, соответствующего технологическому процессу. Далее вода собирается в резервуаре чистой воды 5, конструкция и размеры которого определяются суммарной мощностью водопотребления предприятия (бак, башня, пруд и т.д.). Другое назначение РЧВ заключается в том, что с его помощью сглаживаются пиковые нагрузки в период наибольшего водопотребления. Далее по водоводам 6 с помощью насосной станции второго подъема 3.2 вода поступает в водопроводную сеть предприятия 8. Направление перетоков воды в схеме и коммутационные возможности сети зависят от технологии производства и могут быть различны для различных предприятий. По напорной сети предприятия вода направляется потребителям 9.1-9.4. Для поддержания необходимого напора и давления в сети служит водонапорная башня 7. Отработанная вода и ливневые воды, проходя через очистные сооружения 4.2 по сбросной линии 13 сбрасываются в источник.
СТВС реального предприятия малой и средней мощности, выполненная по прямоточной схеме может быть дополнена другими элементами, исходя из условий технологического процесса (установки ХВО, напорные, насосные станции, пруды-отстойники т.д.).
При построении СТВС ПП по прямоточной схеме учитываются следующие соображения:
Мощность природного источника. Она должна быть достаточной для сохранения экологической обстановки в регионе.
Удаленность предприятия от источника воды. С увеличением расстояния растут дополнительные расходы на транспортировку.
Степень предварительной очистки воды и затраты на содержание очистных установок определяется условиями технологического процесса. С точки зрения экологической безопасности прямоточные схемы являются наиболее “грязными”.
Характеристики и особенности СТВС ПП
с повторным использованием воды
Схема с повторным использованием воды применяется в том случае, если в состав предприятия входит хотя бы один потребитель, удовлетворяющий двум условиям:
Суммарное водопотребление этого потребителя равно или превышает потребление воды всех оставшихся потребителей.
Качество сбросных вод крупного потребителя удовлетворяет технологическим требованиям оставшихся.
Структура схемы при этом принципиально не изменяется, но из природного источника забирается количество воды, необходимое только для обеспечения водопотребления потребителя 9.1. Потребители 9.2–9.4 используют сбросную воду потребителя 9.1. Схема в сравнении с предыдущей имеет следующие преимущества:
Уменьшение количества воды, забираемой из природного источника.
Снижение количества сбрасываемых сточных вод.
Снижение стоимости отдельных элементов схемы обусловлено снижением их мощности.
Стоимость эксплуатационных расходов у данной схемы меньше, чем у прямоточной.
Недостатками данной схемы являются:
Узкий диапазон применения. Далеко не все производства предприятия позволяют использовать сточные воды.
Необходимость наличия разветвленных сетей.
Внедрение подобных схем на предприятиях в предельном случае дает возможность уменьшения водопотребления в два раза.
