Классификация вод по объектам их использования.

В зависимости от целевого назначения воды различают:

1. Хозяйственно-питьевую воду, а также воду, идущую для пищевой и бродильной промышленности.

2. Воду, используемую для животноводства и в сельском хозяйстве.

3. Воду для охлаждения (охлаждение элементов технологических агрегатов, охлаждение пара, жидких и газообразных продуктов в холодильниках и конденсаторах).

4. Воду для паросилового хозяйства (питания паровых котлов).

5. Воду для технологических целей промышленности.

6. Воду для заводнения нефтяных пластов.

1.5. Роль и задачи водоподготовки на ТЭС.

 

Надёжность, безотказность и экономичность работы теп­лоэнергетического оборудования во многом определяется водно-химическим режимом.

Под водно-химическим режимом в собственном смысле этого слова понимают химический состав воды, используемой в качестве теплоносителя, изменение во времени химического состава воды в процессе функционирования теплоэнергетиче­ской системы, способы и режимы продувки системы и подачи в систему подпиточной воды и корректирующих добавок.

Для поддержания (или, как говорят, ведения) водно-химического режима применяется совокупность различных технических ре­шений, как то:

очистка «сырой» (природной или отработанной производством) воды,

состав корректирующих добавок,

аппа­ратурное оформление и периодичность процесса их дозирования,

периодичность и методики аналитического контроля со­става воды,

способы и аппаратурное оформление очистки и использования продувочной воды и проч.

Все эти факторы вместе с собственно водно-химическим режимом образуют не­разрывное целое.

К водно-химическому режиму теплоэнергетических уста­новок предъявляют много требований, основные из которых следующие:

· обеспечение нормального гидродинамического режима теплоэнергетической системы;

· обеспечение интенсивной и надёжной теплопередачи во время эксплуатации;

· минимальную интенсивность образования отложений, на­рушающих гидродинамический режим или теплообмен;

· минимальная коррозия теплоэнергетического оборудова­ния;

· поддержание физико-химических характеристик теплоно­сителя в пределах, обеспечивающих нормальное функцио­нирование системы, включая испарение и сепарацию пара в паровом котле;

· отсутствие отрицательного воздействия на окружающую среду вследствие возможной утечки воды или сброса воды при продувке;

· безопасность и безвредность для потребителей тепловой энергии, пара и горячей воды.

Очевидно, что далеко не всякий химический состав воды и не любая совокупность устройств и способов её обработки мо­жет удовлетворить всем вышеперечисленным требованиям. В частности, идеально чистая вода не удовлетворяет этим требо­ваниям, так как она вступает в реакцию с железом:

2H₂O + Fe = H₂ + Fe(OH)₂,

что приводит к коррозионному повреждению стального тепло­энергетического оборудования.

Поэтому для безаварийной и экономичной работы теплоэнергетических систем необходимо поддерживать содержание примесей и корректирующих добавок в воде в заданных пределах.

Нарушение водно-химического режима может приводить к частичным (необеспечение заданной теплопроизводительности или экономичности) или полным отказам теплоэнергетического оборудования, а также к авариям и катастрофам.

Например, превышение допустимого содержания соединений щёлочноземельных металлов (кальция и магния) при недостатке необходимых противонакипных корректирующих добавок приводит к образованию слоя накипи на поверхностях теплопередачи, особенно в зонах высокого теплового напряжения, и к скоплению шламов в застойных зонах.

Во-первых, отложения на поверхностях нагрева вызывают ухудшение теплопередачи, что приводит к росту температуры уходящих из котельного агрегата продуктов сгорания органического топлива, следовательно к понижению КПД котла. Эти явления могут приводить к постепенному снижению коэффициента те­плопередачи, перерасходу топлива и повышению гидравлического сопротивления водяного тракта (частичный отказ).

Во-вторых, повышается температура металла труб, что может привести к их пережогу.

В-третьих, отложения в проточной части паровых турбин приводят к уменьшению КПД и мощности турбины.

Соответственно, наличие отложений в котлах и турбинах вызывает необходимость их очистки. А это трудоемкая и дорогостоящая операция, увеличивающая простои основных агрегатов станции.

Повышение содержания растворённых в воде агрессивных газов (углекислого газа и кислорода) приводит к коррозии теплоэнергетического оборудования. Так как про­дукты коррозии занимают больший объём и имеют более низ­кую теплопроводность, чем исходный металл, коррозия, также как и накипеобразование, приводит к постепенному снижению коэффициента теплопередачи и повышению гидравлического сопротивления водяного тракта. Однако коррозия приводит к утоньшению и изъязвлению металлических деталей теплоэнер­гетического оборудования и теплотрасс и к разрыву поверхно­стей нагрева котла.

являются:

1. Предотвращение образования отложений на внутренних поверхностях теплопередающих труб и в проточной части паровых турбин.

2. Защита от коррозии конструкционных материалов оборудования ТЭС и теплофикационных систем.

 

1.6. Источники поступления примесей в пароводяной тракт ТЭС.

1. Убыль пара и конденсата в цикле компенсируется добавочной водой, следовательно, нормальная организация водного режима невозможна без специальной очистки этой воды.

2. Примеси попадают в пароводяной тракт с присосами охлаждающей воды в конденсаторах турбин. Поскольку эта вода имеет значительное солесодержание, то даже незначительное количество воды может внести значительное количество примесей.

3. Кроме образования отложений примеси вызывают коррозию оборудования, а процессы коррозии в свою очередь являются дополнительным источником поступления примесей в пароводяной тракт. При низких и средних давлениях в барабанных котлах примеси попадают в пар только вследствие уноса капелек котловой воды. При высоких давлениях примеси начинают растворяться в паре и тем интенсивнее, чем выше давление, и в первую очередь кремниевая кислота (H₂SiO₃). Поэтому с ростом давления значительно повышаются требования к качеству питательной, а следовательно, и добавочной воды.

Требования к надежности водного режима сформулированы в виде «Норм водного режима», и в правилах технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ).

Огромное разнообразие исходных природных вод и различие в требованиях к конечному продукту вызвали к жизни большое число методов и схем ВПУ.

 

 

Примеси природных вод.

 

Примеси природных вод по степени дисперсности подразделяют на:

1. Истинно растворенные (ионно- и молекулярно-дисперсные) находятся в воде в виде отдельных ионов, молекул или их небольших агломератов размером до 1 нм d_в < 10^-9 м.

2. Коллоидно-дисперсные, т.е. представляют собой агломераты из большого числа молекул, размером от 1 до 100 нм; 1нм < d < 100 н м; с течением времени не отстаиваются и не отфильтровываются обычными фильтровальными материалами.

3. Грубодисперсные примеси (ГДП) – взвешенные вещества; d > 100 нм; с течением времени либо отстаиваются, либо всплывают. Длительно оставаясь во взвешенном состоянии ГДП создают мутность воды.

Примеси природных вод по химическому составу подразделяют на: минеральные и органические.

Минеральные примеси природных вод:

1. растворенные в воде газы (образуются при контакте с воздухом) N, O, CO₂;

2. ионы: катионы и анионы

а) основные катионы природных вод: Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, в подземных водах Fe²⁺;

б) основные анионы природных вод: HCO₃^-; SO₄^2-, Cl^- и немного анионов HSiO₃^-, NO₃^-, NO₂^-, HCO₃^- во многом определяют поведение различных примесей в воде;

H₂CO₃ может находиться в трех формах:

1. CO₃^2- - связанная;

2. HCO₃^- - полусвязанная (бикарбонатион)

3. свободная угольная кислота H₂CO₃ ® CO₂ раствор CO₂ в воде.

 

Вещества, распадающиеся в растворах на ионы, называют электролитами. Электролитами являются соли, кислоты, основания, а также вода.

Чистая вода является слабым электролитом. Диссоциация ее молекул описывается уравнением

Константа диссоциации воды в соответствии с законом действующих масс при 25ºС

где , , - соответственно активность ионов Н⁺, ОН^- и молекул воды.

Активностью называется эффективная концентрация в растворе, которая в результате взаимодействия ионов (электростатического притяжения и отталкивания) имеет меньшее значение, чем фактическая. Активность ионов данного вида a_i связана с их фактической концентрацией C_i следующим соотношением:

где - коэффициент активности ионов данного вида, который зависит от концентраций и валентностей всех ионов, находящихся в растворе, и для разбавленных растворов (до 0,1 моль/дм³) определяется по формуле Дебая – Гюккеля:

,

где ; μ – ионная сила; z_i – валентность ионов данного вида; ε – относительная диэлектрическая проницаемость; Т – температура, К.

При температуре воды 298К ε = 78,5, а коэффициент А =0,508.

Ионная сила μ характеризует меру интенсивности электрического поля, возникающего в растворе из-за наличия в нем ионов, и определяется по выражению:

где C_i – концентрация данного вида ионов в растворе, моль/дм³.

Из формул видно, что в разбавленных растворах на значения ионной силы и коэффициента активности влияют не индивидуальный химический характер ионов, а лишь их концентрация, заряд и температура. Так, в одном и том же растворе коэффициент активности будет иметь одно значение для одновалентных ионов, другое для двухвалентных и т.д.

 

Органические примеси природных вод попадают из почвы и с бытовыми стоками, их объединяют под общим названием – гумусовые, образующиеся при этом кислоты называются гуминовые, их соли – гуматы. Na⁺, NН₄⁺ хорошо растворимы Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺- плохо растворимы. Органические вещества являются главной причиной ухудшения органолептических свойств воды, т.е. появление запахов и привкусов.

Гумусовые вещества природных вод условно разделяют на три группы:

1) гуминовые кислоты С₆₀Н₅₂О₂₄(СООН)₄, находящиеся обычно в водоемах в коллоидной форме;

2) коллоидные соединения фульвокислот;

3) истинно растворенные соединения фульвокислот.

Водород карбоксильных групп СООН гуминовых кислот может заменяться катионами с образованием гуматов. Гуматы щелочных металлов хорошо растворимы в воде, гуматы кальция и магния труднорастворимы. Гуминовые кислоты могут образовывать с гидроксидами железа комплексные соединения, частично представленные коллоидной формой.

Из-за сложности индивидуальной классификации органических примесей каждого типа в практике анализа используют общую способность органических примесей окисляться под действием специфических окислителей. Этот критерий не дает точного представления о реальной концентрации органических веществ в воде, однако позволяет приближенно характеризовать и сравнивать воды различного типа.

 

1.8. Показатели качества воды,

определяющие ее пригодность в теплоэнергетике.