Шуляк Г.А. | Система управления водоподготовкой

Водно-химический режим электростанции - это комплекс мероприятий по минимизации коррозионных процессов и процессов образования отложений в водопаровом тракте и основном оборудовании. К числу этих мероприятий относятся прежде всего мероприятия по кондиционированию состава теплоносителя. Для этого каждая электростанция располагает системой ВПУ, объединенных общей целью подготовки и поддержания состава питательной воды котлов и пара перед турбиной в соответствии с нормами Правил технической эксплуатации электростанций и сетей (ПТЭ). Как следует из норм ПТЭ, требования к качеству свежего пара перед турбиной одинаковы для всех типов электростанций с мощными энергоблоками. Требования к качеству питательной воды существенно различны для электростанций с прямоточными и барабанными котлами. Поступающая в прямоточный котел питательная вода полностью превращается в пар, и все содержавшиеся в этой воде примеси остаются на поверхностях нагрева котла, а также уносятся с паром в турбину. В связи с этим качество питательной воды прямоточных котлов должно быть достаточно высоким.

В барабанных котлах поступающие с питательной водой примеси концентрируются в котловой воде. Путем введения в котловую воду корректирующих добавок можно проводить ее доумягчение, переводя малорастворимые соединения в шлам. Накапливающийся шлам, а также и растворенные примеси удаляются из котловой воды с продувкой. Таким образом, в барабанных котлах имеется возможность регулировать состав котловой воды, что позволяет в определенной мере снизить требования к качеству питательной воды. Однако высокие требования к качеству пара современных энергоблоков как с прямоточными, так и с барабанными котлами обусловили необходимость повышения требований и к качеству питательной воды барабанных котлов.

Система ВПУ каждой современной электростанции включает: установку химводоочистки, предназначенную для химической очистки добавочной (исходной) воды, восполняющей потери в водопаровом тракте и теплосети, а также для очистки конденсата, возвращаемого с производства, и установку, предназначенную для коррекционной обработки конденсата турбин и питательной воды путем введения в конденсатно-питательный тракт корректирующих реагентов в соответствии с принятым водно-химическим режимом. Кроме того, на электростанциях с энергоблоками СКД имеется блочная обессоливающая установка (БОУ) для очистки турбинного конденсата, а на электростанциях с барабанными котлами - установка для коррекционной обработки котловой воды. Следует отметить, что на ряде зарубежных электростанций очистка турбинного конденсата производится и для энергоблоков с барабанными котлами.

Химводоочистка (ХВО) состоит из установки предварительной очистки воды и установки ее последующего химического обессоливания. Предварительная очистка заключается в осветлении исходной воды путем удаления из нее грубодисперсных и коллоидных примесей, а при определенном качестве воды и в ее декарбонизации, т. е. снижении и частичном удалении из этой воды солей жесткости и кремниевой кислоты.

Осветление воды производится методом коагуляции (слипания частиц под влиянием молекулярных сил притяжения) путем введения в обрабатываемую воду специального коагулянта. В качестве коагулянта используются соли алюминия или железа, образующие в воде вследствие гидролиза труднорастворимые гидроокиси, которые проходят сначала коллоидную форму, а затем превращаются в микро- и макрохлопья с сильно развитой поверхностью. Коагуляция коллоидных примесей обрабатываемой воды, а также сцепление грубодисперсных загрязнений завершается выделением хлопьев в осадок.

Декарбонизация производится при значении рН более 9, что достигается введением в исходную воду заданного количества извести в виде известкового молока. Для улучшения процессов хлопьеобразования при предварительной счистке в обрабатываемую воду часто добавляют флокулянт.

Образование и отделение хлопьев от обрабатываемой воды при ее предварительной очистке производится преимущественно в осветлителях с контактной средой из хлопьевидного осадка (шлама) и на механических фильтрах, а иногда (при обработке только путем коагуляции) - на механических фильтрах. В зависимости от этого установки предварительной очистки воды состоят из осветлителей и механических фильтров, реже только из механических фильтров. Для дозирования реагентов, используемых для обработки воды, применяются специальные дозировочные устройства.

Химическое обессоливание воды осуществляется методом ионного обмена путем пропуска ее через ряд последовательно включенных фильтров. Каждая установка химического обессоливания состоит из комбинаций Н-катионитных и ОН-анионитных фильтров I и II ступеней, где путем обмена на ионы Н и ОН из обрабатываемой воды удаляются катионы кальция, магния, натрия и анионы сильных (серная, соляная) и слабых (угольная, кремниевая) кислот. При истощении ионообменных материалов производится их восстановление путем пропуска через них регенерационных растворов кислоты (для катионитных фильтров) или щелочи (для анионитных фильтров). На электростанциях сверхкритических параметров на химводоочистке устанавливают катионитные и анионитные фильтры III ступени. При этом зачастую катионирование и анионирование производят одновременно в одном фильтре смешанного действия (ФСД).

Очистка турбинного конденсата производится с целью удаления из него примесей, поступивших с присосами охлаждающей воды в конденсатор, и продуктов коррозии конструкционных материалов. Установка состоит из фильтров для обезжелезивания и фильтров для полного химическою обессоливания поды. На электростанциях с блоками сверхкритических параметров производится очистка всего турбинного конденсата. При этом каждый энергоблок имеет отдельную конденсатоочистку - БОУ.

Коррекционная обработка питательной воды и конденсата производится для обеспечения антикоррозионных свойств теплоносителя. Это достигается введением в него специальных корректирующих реагентов, в качестве которых традиционно используются аммиак и гидразин. Аммиак нейтрализует свободную угольную кислоту, образующуюся в воде при термическом распаде бикарбонатов и карбонатов, и обусловливает необходимую щелочность среды (рН = 9,1±0,1). При введении гидразина происходит связывание растворенного в воде кислорода. Кроме того, гидразин взаимодействует с окислами железа и меди и способствует образованию устойчивой защитной пленки на поверхностях нагрева.

В последние годы на электростанциях с энергоблоками СКД и подогревателями низкого давления со стальными трубками получил распространение новый вид корректирующего реагента - кислород и кислородосодержащие соединения. В сочетании со слабым аминированием теплоносителя (рН = 7,5÷8,5) введение в тракт энергоблока кислорода способствует минимизации коррозионных процессов в конденсатно-питательном тракте и вследствие этого снижению концентрации железа и его соединений на входе в котел.

Коррекционная обработка котловой воды на электростанциях с барабанными парогенераторами осуществляется преимущественно растворами фосфатов, подаваемыми в барабан котла насосами-дозаторами. Исследования нового метода коррекционной обработки питательной воды барабанных котлов с применением нелетучей щелочи и комплексона показали перспективность этого метода для создания высокостабильных защитных пленок на поверхностях нагрева котла.

Основные объекты и задачи автоматизации контроля и управления ВПУ и ВХР

Основной задачей при автоматизации контроля и управления ВПУ и ВХР является поддержание химического состава и теплофизических параметров обрабатываемой среды. Исходя из этого и в соответствии с технологическими признаками задачу контроля и управления комплексом мероприятий по кондиционированию состава теплоносителя можно решить в двух направлениях: контроль и управление оборудованием и процессами химической обработки добавочной (исходной) воды, т. е. установкой химводоочистки; контроль и управление оборудованием и процессами химической обработки основного потока теплоносителя в конденсатно-питательном тракте энергоблока, т. е. водно-химическим режимом электростанции.

Решение задач по этим направлениям обеспечивается соответствующей аппаратурой, поэтому еще одним направлением работ по автоматизации контроля и управления оборудованием водоприготовления и водно-химическим режимом электростанции является создание и использование соответствующей аппаратуры автоматики, а также средств и приборов контроля состава обрабатываемых водных сред.

В соответствии с этим различаются следующие объекты автоматизации контроля и управления ВПУ и ВХР: оборудование установки химводоочистки; оборудование установок по ведению водно-химического режима; конденсатно-питательный тракт энергоблока.

К оборудованию установки химводоочистки относятся: осветлители, дозирующие устройства и механические фильтры установки предварительной очистки воды, ионообменные фильтры и устройства для приготовления и подачи регенерационных растворов установки химического обессоливания воды.

К оборудованию установок по ведению ВХР относятся: ионообменные, обезжелезивающие фильтры и устройства для приготовления и подачи регенерационных растворов установки очистки турбинного конденсата; устройства для приготовления и дозирования реагентов установки коррекционной обработки питательной воды и конденсата, а на электростанциях с барабанными котлами для коррекционной обработки котловой воды, а также устройства регулирования продувки.

Задачи автоматизации комплекса ВПУ определяются основными условиями, обеспечивающими надежность и оптимальное протекание процессов водоприготовления, а также необходимостью снижения себестоимости обработанной воды путем сокращения затрат на эксплуатацию и обслуживание установки.

Автоматизация комплекса ВПУ должна ускорить и улучшить прежде всего следующие рабочие процессы:

- при предварительной очистке воды - контроль и регулирование температуры обрабатываемой воды, производительности установки, шламовый режим осветлителей, дозирование реагентов, а также контроль за качеством обрабатываемой воды, режимом работы и восстановления механических фильтров;

- при химическом обессоливании добавочной воды и умягчении подпиточной воды теплосети - контроль и регулирование производительности установки, приготовление и подачу регенерационных растворов; контроль за качеством обрабатываемой воды, режимом работы и восстановления ионообменных фильтров; регулирование процессов нейтрализации сбросных вод;

- при очистке турбинного конденсата - те же, что и при химическом обессоливании добавочной воды, а также контроль за эксплуатацией фильтров для обезжелезивания конденсата;

- при коррекционной обработке питательной и котловой воды - контроль и регулирование дозирования реагентов и контроль за качеством обрабатываемой воды;

- при регулировании продувки барабанных котлов - контроль за размером продувки и качеством котловой воды.