Оценка энергетической эффективности водоподготовки на ТЭС

Оценка энергетической эффективности водоподготовки на ТЭС

К.т.н. Е. В. Макарова, ОАО «Всероссийский теплотехнический институт» (ВТИ), г. Москва (Доклад на IV конференции «Современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования», 25−26 октября 2011 г., Москва) Эффективность водоподготовки во многом определяется температурой воды на разных стадиях ее обработки.

Основными этапами подготовки воды перед подачей в пароводяной тракт ТЭС являются предочистка, обессоливание, деаэрация.

Повышение температуры на этапе предварительной очистки воды способствует ускорению химических реакций, протекающих при известковании и коагуляции. Однако при выборе температурного режима предочистки следует учитывать определенные температурные ограничения последующего обессоливания воды на ионообменных или мембранных установках, в частности связанные с термостойкостью материалов.

В соответствии с [1], температуру обрабатываемой воды в осветлителях следует принимать в пределах:

¦ для технологии известкования и коагуляции — от 30 до 40 ОС;

¦ для технологии коагуляции и флокуляции — от 20 до 35 ОС.

Оптимальный интервал температур воды на входе в мембранную установку составляет от 20 до 30 ОС.

Противокоррозионная обработка добавочной воды, как правило, осуществляется в атмосферных или вакуумных деаэраторах. Применение вакуумных деаэраторов позволяет существенно повысить экономичность тепловых электростанций за счет эксплуатации вакуумных деаэрационных установок с пониженной температурой теплоносителя для обеспечения максимальной загрузки низкопотенциальных отборов пара турбин. Это невозможно в теплофикационных установках с атмосферными деаэраторами из-за высокой температуры деаэрированной воды.

Оптимальным температурным режимом подготовки добавочной воды, при котором обеспечивается требуемое качество и максимальная тепловая экономичность вакуумной деаэрации, является режим со следующими параметрами теплоносителя:

¦ температура обессоленной воды перед деаэраторами — 35−45 ОС;

¦ температура воды, используемой в качестве греющего агента в вакуумных деаэраторах, — 90−100 ОС (при использовании в качестве греющего агента пара из отборов турбины его параметры определяются характеристиками отбора турбины, из которого пар подается в деаэраторы);

¦ подогрев деаэрируемой воды в деаэраторах — 10−20 ОС.

Анализ показывает, что на многих ТЭС не уделяется достаточно внимания экономичности способов подогрева воды перед водоподготовительной установкой (ВПУ), и в схемах подготовки добавочной воды имеются значительные резервы повышения энергетической эффективности за счет применения для нагрева воды низкопотенциальных источников теплоты.

Так, на большинстве ТЭЦ для подогрева воды на всех стадиях водоподготовки используют пар производственного отбора. Использование в качестве греющей среды пара производственного отбора с давлением 0,6 МПа (6 кгс/см2) и более понижает экономичность работы станции из-за того, что тепло, полученное добавочной водой от пара высокого потенциала, вытесняет в регенеративных подогревателях низкого давления тепло низкопотенциальных регенеративных отборов турбины. Кроме того, при использовании мембранных установок значительная часть переданного тепла безвозвратно теряется с концентратом.

На современных парогазовых блоках нередко для нагрева исходной воды перед ВПУ применяют пар после редукционно-охладительной установки, что также нельзя признать экономически оправданным.

На рис. 1 представлены результаты оценки недовыработки тепловой мощности при использовании высокопотенциальных источников теплоты для нагрева исходной воды.

Таким образом, существующие схемы подогрева добавочной воды не позволяют в полной мере использовать возможности применения на ВПУ дешевых низкопотенциальных источников теплоты, в связи с чем назрела настоятельная необходимость в совершенствовании схем водоподготовки.

С этой целью разработаны схемы подогрева добавочной воды, основным отличием которых является использование теплоносителей возможно меньшего энергетического потенциала.

Способы вакуумной деаэрации разработаны и запатентованы автором под руководством профессора В. И. Шарапова [2].

В качестве греющей среды на разных этапах водоподготовки предложено использовать: основной конденсат турбины; конденсат регенеративных подогревателей; конденсат верхнего и нижнего сетевых подогревателей; конденсат пиковых подогревателей; пар регенеративных отборов турбины.

Применение охлаждающей воды конденсаторов турбин, холодильников пробоотборных линий в качестве исходной на ВПУ позволяет не только полезно использовать сбросное тепло, но и снизить воздействие на водные объекты за счет уменьшения объема забираемой природной воды.

На рис. 2 представлен один из вариантов использования низкопотенциальных теплоносителей. Подогрев обрабатываемой воды осуществляется конденсатом нижнего и верхнего сетевых подогревателей, в качестве греющей среды в вакуумный деаэратор подается основной конденсат турбины.

подготовка вода деаэрация турбина.

Оценку тепловой экономичности теплофикационных турбоустановок с вакуумными деаэраторами целесообразно производить по величине удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении Vтф (кВт.ч/м3), получаемой за счет отборов пара на подогрев 1 м³ обрабатываемой воды [2]:

где Gдоб — расход обрабатываемой добавочной воды, м3/ч; Nгасн — мощность, затрачиваемая на привод насосов, которые перекачивают в контуре установки воду, используемую в качестве греющего агента, кВт; - сумма мощностей, развиваемых теплофикационной турбоустановкой на тепловом потреблении за счет отборов пара на подогрев теплоносителей, кВт;

Npег.i, — мощность, вырабатываемая на тепловом потреблении за счет отбора пара на регенеративный подогрев конденсата пара, кВт.

Значение Нтф (кВт) определяется по формуле:

где Di, ii — расход (кг/с) и энтальпия (кДж/кг) пара соответственно, используемого в качестве греющего агента на i-м участке схемы; i0 — энтальпия свежего пара, кДж/кг; зэ, и зм — электрический и механический КПД турбогенератора соответственно.

Для определения Npег реальную схему регенеративного подогрева конденсата заменяем условной схемой, состоящей из одного регенеративного подогревателя. В этот регенеративный подогреватель поступает часть добавочной воды и нагревается в нем от своей начальной температуры до температуры питательной воды.

где Dрег — расход пара на регенерацию, кг/с; iрег=0,5(i0+ii) — энтальпия условного эквивалентного регенеративного отбора, кДж/кг; ii — энтальпия i-го отбора, кДж/кг Мощность NH (кВт), затрачиваемая на привод насосов, вычисляется по формуле:

где p — давление, создаваемое насосом, Па; G — расход воды, используемой в качестве греющего агента, кг/с; зЗ — КПД насоса.

Проведена оценка энергетической эффективности разработанных схем с использованием в качестве греющей среды на различных стадиях водоподготовки низкопотенциальных источников теплоты.

Необходимым условием при сравнении схем подогрева добавочной воды является равная или близкая эффективность обработки воды.

Значения удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении для некоторых схем приведены на рис. 3.

Результаты расчета энергетической эффективности рассмотренных решений показали, что типовая схема с применением пара производственного отбора на ВПУ является наименее экономичной в сравнении с предложенными вариантами.

Для тепловых электростанций с относительно небольшим расходом воды для подпитки паровых котлов 100−500 т/ч может быть рекомендовано использование в качестве греющей среды в вакуумном деаэраторе и в подогревателе исходной воды пара нижнего отопительного отбора. Применение этого варианта на ТЭЦ с расходом добавочной воды 100 т/ч дает годовую экономию условного топлива более 2500 т.

Выводы

• 1. Энергетической эффективности схем водоподготовки на тепловых электростанциях не уделяется достаточно внимания.
• 2. Разработана серия технических решений по подогреву воды на этапах водоподготовки, основным отличием которых является использование низкопотенциальных источников теплоты на ВПУ
• 3. Применение новых схем подогрева добавочной воды на ВПУ со средним годовым расходом воды 100 т/ч позволяет сэкономить более 2500 т у.т. в год.

Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ МК-4052.2011.8.

• 1. Водоподготовительные установки и водно-химический режим ТЭС. Условия создания. Нормы и требования. СтандартНП «ИНВЭЛ» СТО 70 238 424.27.100.013−2009.
• 2. Шарапов В. И., Макарова Е. В. Защита от коррозии питательной воды ТЭЦ. Ульяновск: УлГТУ. 2004. — 208 с.