Испарительные установки для ТЭЦ

Создание термических водоподготовительных установок для природных и сбросных вод позволяет наиболее просто решать проблему водопользования на ТЭС с ограниченным сбросом сточных вод.

Так, на Саранской ТЭЦ-2 с 1980 г. находится в промышленной эксплуатации многоступенчатая испарительная установка (МИУ) номинальной производительностью 100 т/ч дистиллята, используемого для питания котлов давлением 13,8 МПа. В состав МИУ входят пять испарителей типа И-600, соединенных последовательно по пару и параллельно по питательной воде. С июля 1991 г. МИУ была переведена на питание сбросными водами ТЭЦ (продувочной водой циркуляционной системы, куда в качестве добавочной воды помимо исходной воды р. Инсар подаются промливневые воды). Кроме того, в деаэратор МИУ подаются продувочные воды барабанных котлов в количестве до 20% производительности МИУ. Схема подготовки питательной воды включает известкование с коагуляцией в осветлителе, механическую фильтрацию и двухступенчатое натрий-катионирование.

Утилизация продувочной воды МИУ и отработанного регенерационного раствора натрий-катионирования осуществлялась в узле приготовления регенерационного раствора. Продувочная вода МИУ с солесодержанием 60−80 г/м собиралась в баке. Концентрированная часть отработанного регенерационного раствора направлялась в отдельный бак для стабилизации по содержанию сульфата кальция. Стабилизация осуществлялась путем перемешивания раствора сжатым воздухом, подаваемым в нижнюю часть бака. Смешение продувки и стабилизированного отработанного регенерационного раствора проводилось в определенной пропорции для получения смеси с минимальными значениями щелочности и остаточной жесткости. Полученный раствор перемешивался до получения постоянных значений этих показателей. После отстаивания в течение 10−12 ч образовавшийся осадок, состоящий в основном из карбонатов, гидратов, кремнекислых и органических соединений кальция, магния и желез, сбрасывался на шламоотвал, а готовый раствор использовался для регенерации натрий-катионитных фильтров. При необходимости корректировка состава смеси осуществлялась кислотой. Результаты работы опытно-промышленной установки на сточных водах показали:

• * полученный дистиллят соответствует нормам ПТЭ для питания котлов 14 МПа;
• * рабочая обменная емкость катионита КУ-2−8 сохранилась на прежнем уровне и составляет 600−700 г-экв/м3;
• * соединения кальция и магния выводятся в стабилизаторе в виде шлама на гипсовой основе (~85% CaSO4, 2−3% СаСОз и 12−13% Mg (OH)2).

Выполненный на Саранской ТЭЦ-2 комплекс работ позволяет использовать эти результаты для утилизации сточных вод химцеха.

Большая работа по оптимизации схем химических водоподготовительных установок проделана МЭИ (ТУ), ЗАО «Центр природоохранных технологий электростанций», ОАО «Экотех» на Казанской ТЭЦ-3, где первоначально подготовка добавочной воды котлов осуществлялась путём химического ионообменного обессоливания воды из р. Волга после её известкования и коагуляции. Сточные воды от регенерации фильтров обессоливания и умягчения воды после разбавления продувочной водой системы оборотного охлаждения (СОО) сбрасывались в р. Волга.

Первым этапом работ стала частичная замена установок химического обессоливания (ХОУ) добавочной воды котлов на термические (ТОУ). Для этой цели впервые в отечественной практике были сооружены две комбинированные многоступенчатые испарительные установки (КМИУ).

Каждая из них включает шестиступенчатую испарительную установку (МИУ) с испарителями типа И-600 производства ЭМАльянс (ОАО ТКЗ, г. Таганрог) и шестнадцатиступенчатую испарительную установку мгновенного вскипания (ИМВ) ЗАО НПГ «Прессмаш-Экотех-99». В качестве питательной воды используется продувочная вода СОО после известкования, коагуляции и натрий-катионитного умягчения. Часть умягчённой воды обессоливается в ИМВ, продувка которого смешивается с другой её частью и доупаривается в МИУ. Питание МИУ по воде осуществляется по параллельной схеме, а по пару — по последовательной схеме. В результате тепло первичного пара используется вначале в шести ступенях МИУ, а затем в шестнадцати ступенях ИМВ, что обеспечивает низкие удельные расходы тепла на термическое обессоливание. Общий вид ТОУ производительностью 320 м3/ч приведен на фото (рис. 1).

Промышленная эксплуатация ТОУ подтвердила эффективность использования термического обессоливания для условий Казанской ТЭЦ-3. Качество дистиллята испарителей соответствует нормам ПТЭ для котлов давлением 14 МПа, а производительность ТОУ достигает 320 м /ч. Пуск и наладка работы ТОУ были осуществлены специалистами Казанской ТЭЦ-3, ОАО «Татэнерго», Московского энергетического института, ЗАО «Центр природоохранных технологий электростанций» и ЗАО НПГ «Прессмаш-Экотех-99».

Так как текущие затраты, расход реагентов и количество сточных вод при термическом обессо-ливании меньше, чем при химическом, ТОУ эксплуатируется в номинальном базовом режиме, а на ХОУ вырабатывается недостающее количество обессоленной воды.

На базе опыта эксплуатации испарительных установок Казанской ТЭЦ-3 и Саранской ТЭЦ-2, МЭИ разработаны предложения по реконструкции водоподготовительной установки Тобольской ТЭЦ с заменой основного оборудования.

Предлагается провести реконструкцию (либо новое строительство) выпарных установок Тобольской ТЭЦ.

Предлагается высокотемпературные корпуса одной цепочки существующей установки (6 корпусов, производительность -200 т/ч) заменить на 7 корпусов испарителей кипящего типа «И» производства компании «ЭМАльянс» (ОАО ТКЗ, г. Таганрог) той же суммарной производительности.

Вакуумные испарители с принудительной циркуляцией (3 корпуса) заменить на два параллельно работающих испарителя мгновенного вскипания (ИМВ) ЗАО НПГ «Прессмаш-Экотех-99» производительностью по 50 т/ч. Суммарная производительность МИУ и ИМВ после реконструкции 300 т/ч. На полное развитие необходимо установить три цепочки предлагаемой термической водоподготовки. Общая производительность термической водоподготовки на полное развитие — 900 т/ч. Аналогом описываемой испарительной установки является действующая МИУ Казанской ТЭЦ-3 производительностью 150 т/час.

Основные преимущества предлагаемой термо-водоподготовительной установки.

• 1. Низкая металлоемкость из-за повышенного перепада температур на установку (150−40 -110 °С)
• 2. Основной конструкционный материал Ст. 20.
• 3. Отсутствие интенсивной коррозии и отложений на поверхностях нагрева.
• 4. Срок службы испарительной установки — 30 лет.
• 5. Качество дистиллята без доочистки удовлетворяет требованиям для котлов 24 МПа (до 15 мкг/дм3 по катиону Na+).
• 6. Может быть интегрирована с установкой по переработке сточных вод ТЭЦ.
• 7. Низкая топливная составляющая стоимости дистиллята из-за высокой степени трансформации тепла (соотношение расхода греющего пара и продуктового дистиллята 1:7,5).
• 8. Ограниченное количество единиц вспомогательного оборудования. Простота в обслуживании.
• 9. Наличие длительного опыта промышленной эксплуатации на Казанской ТЭЦ-3 и Саранской ТЭЦ-2.
• 10. Эффективная система автоматизация и управления.

МИУ состоит из 7 испарителей типа И-1000, которые производятся на котлостроительном заводе в г. Таганроге. Общая производительность по дистилляту МИУ — 200 т/ч. МИУ питается греющим паром из коллектора 1,5 МПа. Образующийся в первом корпусе вторичный пар является греющим для второго корпуса, и т. д. по ступеням до последнего. Питание корпусов МИУ химочищенной деаэрированной водой — параллельное. Для подачи питательной воды в корпуса предусмотрены питательные насосы МИУ. Для поддержания концентрации солей в питательной воде корпусов из каждого корпуса организован отвод продувки, которая собирается в расширителе продувки. Конденсат греющего пара первого корпуса отводится в станционный деаэратор высокого давления. Конденсат греющего пара второго-седьмого корпусов (дистиллят) подается в расширители дистиллята. Вторичный пар последнего 7-го корпуса отводится в коллектор 0,2 МПа. Из коллектора 0,2 МПа пар отводится в подогреватель химочищенной воды и деаэратор химочищенной воды. Остаток греющего пара (избыток) отводится на испарители мгновенного вскипания (ИМВ).

Испаритель мгновенного вскипания (ИМВ) -многоступенчатая установка для получения чистого дистиллята, основанная на адиабатном вскипании перегретой воды. Такие испарители разработаны ООО «Экотех» и поставляются в модульном исполнении заводом ЗАО «ИКСА» (г. Екатеринбург). Для них в последние годы был отработан технологический процесс получения пригодного для питания котлов ТЭС дистиллята. На Казанской ТЭЦ-3 находятся в промышленной эксплуатации две установки ИМВ производительностью по 50 т/ч, подключенное к двум МИУ по шесть корпусов И-600.

В конструкцию испарителя заложен ряд оригинальных решений, позволивших организовать процесс кипения жидкости в камерах высотой всего 0,6 — 0,7 м (размер, определяющий высоту ступени испарителя и модуля ИМВ) с получением высококачественного пара и обеспечить самоподдержание уровня жидкости в камерах расширения.

Технологические и экологические преимущества технологии подготовки воды на ИМВ:

• — применение в качестве источника тепла отработанного низкопотенциального пара давлением 0,12−0,2 МПа;
• — генерация пара в условиях вакуума (низкие температуры) в свободном пространстве;
• — энергетические затраты составляют всего 3 кВт на одну тонну обессоленной воды;
• — срок службы — не менее 30 лет при окупаемости 2−3 года.

Стоимость получаемой обессоленной воды на ИМВ более чем в два раза меньше стоимости обессоленной воды, полученной по традиционной технологии химического обессоливания.

Суммарная стоимость одной цепочки комбинированной испарительной установки на базе испарителей «И» и ИМВ производительностью 300 т/ч составляет 288 млн руб. без НДС. Предложенный вариант реконструкции термоводоподготовки Тобольской ТЭЦ на базе применения энергетических испарителей (вариант МИУ +ИМВ) даже при условии отнесения на него всех затрат на переработку стоков химцеха является коммерчески привлекательным (срок окупаемости капитальных затрат составляет 4,5 ¦± 5,36 лет, что является ниже нормативных).

Испарительная установка по предлагаемому варианту отличается высокой тепловой экономичностью (расход греющего пара на 30 -^ 40% ниже, чем у известных аналогов), что объясняется высоким числом преобразования тепла.

Узел переработки сточных вод химцеха хорошо адаптируется с испарительной установкой, что позволяет свести затраты на переработку стоков к минимуму. Испарительная установка и узел переработки стоков отработана в условиях длительной (более 10 лет) промышленной эксплуатации в условиях Казанской ТЭЦ-3 и Саранской ТЭЦ-2.

Заключение

• 1. Применение многоступенчатых испарительных установок на ТЭЦ для восполнения потерь пара и конденсата в котлотурбинном цикле, а также внешних потерь у потребителя технологического пара, вполне оправдано как с экономической, так и с экологической точки зрения.
• 2. Освоенное в последние годы совмещение установок по водоподготовке с установками по переработке сточных вод ТЭЦ позволяет наиболее эффективно решать проблему сокращения водопотребления на ТЭЦ и защиту водоемов от вредных сбросов ТЭС.
• 3. Наиболее высокой технико-экономической и экологической эффективностью отличаются комбинированные многоступенчатые испарительные установки с технологией дистилляции как в области высоких давлений (до 1,3 МПа), так и в области глубокого вакуума.

• 1. Холщев В. В. Сравнение надежности работы экранных поверхностей нагрева барабанных котлов при подпитке их химически обессоленной водой и дистиллятом испарителей // Тр. Междунар. научно-практической конференции «Экология энергетики-2000». М., 2000. С. 189−190.
• 2. Опыт создания комплексной малоотходной системы водопользования на Казанской ТЭЦ-3 / И. Ш. Фардиев, И. А. Закиров, И. Ю. Силов и др. // Новое в Российской электроэнергетике. Ежемесячный электронный журнал. 2009. № 3. С. 30−37.
• 3. Опыт освоения малоотходной технологии водоподготовки на Саранской ТЭЦ-2 / А. С. Седлов, В. В. Шищенко и др. // Электрические станции. 2000. № 4. С. 33−37.