Источники систем водоснабжения ТЭС
До последнего времени основным источником водоснабжения ТЭС служили реки. Однако расход воды реки, т.е. её дебет в течение года меняется: равнинные реки максимум расхода имеют весной и осенью, горные в период таяния снегов. Помимо рек источниками водоснабжения могут быть озёра, моря, артезианские скважины.
Системы циркуляционного водоснабжения подразделяют на прямоточные, смешанные и оборотные. Выбор источника и системы водоснабжения зависит от количества воды, потребляемой в различное время года, минимального расхода воды в реке в тот же период времени и её температуры.
Прямоточная система водоснабжения применяется только в том случае, если минимальный расход воды в реке не меньше потребности в воде ТЭС. Речная вода проходит через конденсатор один раз и после этого сбрасывается в реку. Сброс производится ниже по течению, чтобы исключить подмешивание сбросной воды к свежей. Расстояние между забором и сбросом определяется уклоном русла, скоростью течения реки, силой и направлением ветров в районе сброса и забора воды. В ряде случаев прямоточная схема требует создания искусственного подпора (плотины). При прямоточной системе нужно учитывать санитарные требования, требования рыбоохраны, наличие площадок для строительства ТЭС и возможность их использования.
Для прямоточной системы водоснабжения источником может служить озеро или море. В озере должно быть достаточное количество воды, и она должна быть проточной. При использовании морской воды должны предусматриваться мероприятия по защите оборудования от коррозии, в первую очередь конденсатора (электрохимическая защита, крепление трубок и т.д.).
Преимуществами прямоточной системы водоснабжения являются низкая температура воды, обеспечивающая глубокий вакуум, недорогие гидротехнические сооружения.
Оборотная система циркуляционного водоснабжения применяется, если по техническим или экономическим причинам нельзя использовать прямоточную. Она выполняется с прудами-охладителями, градирнями и брызгальными бассейнами.
Водохранилища (пруды) – охладители широко применяются в нашей энергетике. Они создаются на базе небольшой реки, с переменными расходами воды от максимума до нуля. При такой схеме для задержки воды устанавливается плотина и ложе пруда-охладителя за 2÷3 года заполняется водой. Из водохранилища вода подаётся на конденсатор, после конденсатора вода сбрасывается на расстояние, обеспечивающее ее охлаждение на 8÷12 °С. При большой глубине пруда забор воды может производиться из придонного слоя (глубиной 6÷8 м и более), а подогретую воду можно сливать и вблизи места забора. В этом случае перемешивание тёплой и холодной воды обеспечивается за счёт стратификации.
Условия создания прудов-охладителей: рациональная форма, достаточные площадь и средняя глубина водохранилища (3÷4 м); благоприятное геологическое строение долины реки и створа плотины; минимальная фильтрация плотины; возможность обеспечения рекой горизонта воды в водохранилище и её стока, а также восполнения потери воды (за счет фильтрации, испарения и др.); выполнение санитарных условий.
Строительство КЭС связано с положением по отношению к источникам водоснабжения: требуется максимальное приближение станции к источнику водоснабжения. В общем случае водохранилища-охладители могут сооружаться не только в поймах рек, но и в стороне от них (так называемые наливные водохранилища). Они могут заполняться из источников водоснабжения расположенных на десятки километров от КЭС. Источник водоснабжения должен компенсировать потери воды в водохранилище.
ТЭЦ сооружают максимально приближённо к тепловым потребителям. Так, промышленные ТЭЦ располагают на территории предприятия, отопительные ТЭЦ максимально приближают к жилым районам, но в определённых случаях, например, по санитарным условиям, возможно сооружение ТЭЦ на значительном расстоянии от места потребления тепловой энергии – до 20 км и более. В этих случаях использование водохранилищ для оборотного водоснабжения ограничено.
На современном уровне развития энергетики в ряде районов водные ресурсы исчерпаны. В этом случае на КЭС и ТЭЦ применяются системы оборотного водоснабжения с градирнями. Это более сложные и дорогостоящие сооружения, по сравнению с рассмотренными. Работают они на принципе испарительного охлаждения.
З. Прямоточная система циркуляционного водоснабжения
Прямоточная система водоснабжения в техническом и экономическом отношении наиболее совершенна. Однако в последнее время её применение ограничивается отсутствием технических и экономических возможностей (необходимого запаса воды, санитарных условий и др.).
При использовании прямоточной системы водоснабжения ТЭС размешается на берегу реки, территория ТЭС должна быть не затопляема, т.е. река должна иметь незначительные колебания уровня воды.
При применении прямоточной системы циркуляционные насосы размещают на береговой насосной станции. Обычно это центробежные насосы производительностью до 12÷15 тыс. м3/ч с высотой всасывания 4÷5 м, ось рабочего колеса насоса располагается не выше 3÷4 м минимального уровня воды. Применение береговой насосной станции целесообразно в случаях, когда уровень воды или его колебания не обеспечивают самотечную подачу воды на всас насоса. Установка насосов циркуляционного водоснабжения в турбинном отделении менее экономична: требуется заглубление каналов (трубопроводов) для подвода воды на всас циркуляционных насосов, фундаментов насосов и приемных колодцев. На крупных КЭС для циркуляционного водоснабжения применяются поворотно-лопастные осевые насосы и вертикальные центробежные насосы с подпором 2÷5 м.
Вода, поступающая в циркуляционную систему, проходит через механические решётки для очистки воды от крупногабаритных предметов (грубая очистка). Решетки очищают специальными решёткоочистительными машинами. Дополнительно очистка циркуляционной воды производится на вращающихся ситах или сетках. Они имеют промывочные струйные устройства, которые включаются автоматически при увеличении сопротивления сетки за счёт возрастания уровней на 15÷20 см.
От насосной станции вода подаётся на конденсаторы турбин по напорным трубопроводам (водоводам) (рис. 11.2), расположенным вдоль фронта машинного отделения под землей. Для большей надежности предусматривается установка не менее 2-х трубопроводов, работающих параллельно. Устанавливаются обратные клапаны, задвижки у насосов и перед конденсаторами.
Схема прямоточного водоснабжения с береговой насосной представлена на рис. 11.3.
Из водоприемника 3 вода циркуляционным насосом 4 подаётся в напорный трубопровод 5, по которому вводится в конденсатор 6. Из конденсатора 6 вода по сливным трубопроводам 7 сбрасывается в открытый отводящий канал 8, откуда через устройство поддержания уровня 9 поступает в открытый отводящий канал 10 и далее в водосбросное сооружение 11 (рис. 11.3).
На современных КЭС применяется блочная схема циркуляционного водоснабжения: один насос подаёт воду на конденсатор или его половину без арматуры.
На территории КЭС сливные каналы выполняются закрытыми, а за её пределами открытыми. Водоприёмное устройство в большинстве проектов сочетается с насосной.
При заборе воды из рек с большим количеством влекомых наносов или внутреннего льда (шуги) в отдельных случаях перед водоприемным устройством сооружают водозаборный ковш, который дамбой частично отгораживают от русла реки. В зимний период времени в водозаборный ковш подаётся часть нагретой в конденсаторах турбин воды, чтобы поддерживать в приёмнике температуру воды +5 °С.
Водоприёмники имеют сооружения для очистки воды. Первичная очистка воды производится решётками, задерживающими крупные плавающие предметы. Второй этап очистки – пропуск воды через решётки размером ячеек 2x2 и 4x4 мм. Конструктивное выполнение их различно.
При прямоточной схеме использование затопленного слива воды позволяет применить сифон и за счёт этого снизить расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов. Применение сифона снизит величину напора циркуляционного насоса на 7÷8 м. При пуске системы, циркуляционного водоснабжения имеющей сифон, из нее должен откачиваться воздух эжектором или вакуумнасосом.
11.4. Оборотное водоснабжение с прудами - охладителями
Оборотное водоснабжение применяется, если дебет (поступление) источника водоснабжения недостаточен, для прямоточной схемы или прямоточное водоснабжение не экономично из-за большого расстояния подачи воды или большой высоты подъёма. Для КЭС наиболее распространены в схемах оборотного водоснабжения пруды-охладители.
Применение прудов-охладителей предусматривает размещение главного корпуса вблизи пруда. Насосы размещаются в береговой насосной. Это связано со значительными колебаниями уровня воды в водоёме (до нескольких метров). Малые колебания уровня позволяют устанавливать насосы индивидуально у каждой турбины. Водоприёмник и насосная размещаются в наиболее глубоком месте, чаще у плотины.
Плотина выполняется земляной, каменнонабросной или бетонной. Длина плотины может составлять 3÷4 км, ширина по гребню до 10 м, высота - до 30÷40 м, устанавливаются сбросные устройства для выпуска паводковых вод и постоянного сброса воды. Места сброса и забора воды должны находиться на расстоянии, обеспечивающим необходимую глубину охлаждения воды. Создаются пруды-охладители на реках, озерах, а также на суходолах (наливные пруды). Пруд-охладитель дорогое и трудоёмкое сооружение, обеспечивающее малую фильтрацию через ложе. Заполняется пруд из верховьев реки и длительное время (до нескольких лет). Приток воды должен восполнять убыль воды за счёт испарения и фильтрации. Пруды-охладители в сравнении с другими оборотными системами водоснабжения наиболее экономичны, обеспечивают более низкие и устойчивые температуры охлаждающей воды, меньшие потери воды, отсутствие обмерзания, меньший расход электроэнергии на привод насосов.
Площадь водохранилища определяется по условиям охлаждения воды и зависит от мощности и тепловой нагрузки станции, климатических условий, формы пруда, величины акватории.
Наиболее распространены следующие формы прудов-охладителей: а) вытянутая, дающая наибольший эффект охлаждения (рис. 11.4 а); б) округлой формы (рис. 11.4 б); в) искусственно сооружаемое вне долины реки (рис. 11.4.в).
При вытянутой форме пруда расстояние между забором и сбросом достигает 8÷10 км. Более полное использование поверхности пруда-охладителя достигается сооружением струенаправляющих и струераспределительных сооружений при сбросе нагретой воды. Большая глубина пруда позволяет выполнять забор воды с глубины, а сброс - в верхние слои в месте забора. Это снижает протяжённость и стоимость каналов (водоводов).
Схема трубопроводов охлаждающей воды циркуляционной системы с водохранилищем − охладителем аналогична схеме при прямоточной системе (см. рис. 11.2).
Смешанная система циркуляционного водоснабжения (прямоточно-оборотная) выполняется с бесплотинным водозабором или с русловой плотиной и применяется на ТЭС в случаях, когда дебет источников в период малой воды недостаточен для прямоточного водоснабжения или, когда ТЭС располагается на высоких отметках и прямоточная система нецелесообразна. При смешанной схеме водоснабжения предусматриваются искусственные охладители или часть воды в районе водозабора смешивается со свежей речной водой.