Открытые системы теплоснабжения, выработка электроэнергии на базе нагрузки ГВС

Котельные с атмосферными деаэраторами. В схеме № 1 (рис. 1а) пар после турбины 2 направляется в теплообменники (ТО) подогрева подпиточной воды 9 и в деаэраторы подпиточной воды 5, используемые в котельной до ввода в работу мини-ТЭЦ. Расчетное абсолютное давление пара для ТО котельной равно 0,7 МПа, абсолютное давление пара на входе в деаэраторы не ниже 0,12 МПа. Подогрев подпиточной воды в зимних условиях в котельной до ввода в работу мини-ТЭЦ от 5 до 42 ^ОС происходит в охладителях деаэрированной воды (ОДВ) 7, от 42 до 70 ^ОС — в пароводяных подогревателях котельной 9, от 70 до 104 ^ОС — в подпиточных деаэраторах 5. При вводе в работу паровой турбоустановки пар в пароводяные ТО и в деаэраторы поступает с выхлопа турбины. При снижении противодавления турбины менее 0,7 МПа температурный напор в пароводяных ТО падает, тепловая мощность и расход пара уменьшаются. Соответственно увеличивается расход пара на деаэраторы, перераспределяется нагрев подпиточной воды между ТО и деаэраторами. Для атмосферных деаэраторов в соответствии с ГОСТ 16 860–88 «Деаэраторы термические» подогрев деаэрируемой воды в атмосферном деаэраторе при изменении его нагрузки от 30 до 120% составляет от 10 до 40 ^ОС. При 100% нагрузке номинальный нагрев воды в деаэраторе равен 34 ^ОС.

Зависимости удельной электрической мощности от абсолютного противодавления турбины приводятся на рис. 2 для наиболее распространенных начальных параметров свежего пара: абсолютном давлении 1,3 МПа, температуре 191 ^ОС; 1,3 МПа, 250 ^ОС; 2,3 МПа, 250 ^ОС; 3,4 МПа, 435 ^ОС.

После ввода в работу мини-ТЭЦ тепловая мощность пароводяных ТО котельной при противодавлении турбины 0,12 МПа падает в 1,9 раза, нагрев воды в них снижается с 28 до 14 ^ОС, соответственно нагрев воды в деаэраторах возрастает с 34 до 48 ^ОС. Исходя из основной характеристики деаэратора [2], при его работе на нагрузке, близкой к номинальной, в деаэраторе можно допустить нагрев воды до 48 ^ОС с обеспечением нормативного качества деаэрации.

Возможна реконструкция теплообменной группы котельной с увеличением поверхности теплообмена, исходя из сохранения величины подогрева подпиточной воды в пароводяных ТО на уровне 28 ^ОС и в деаэраторах на уровне 34 ^ОС. Максимальное увеличение поверхности теплообмена в 2,2 раза независимо от начальных параметров пара имеет место при противодавлении 0,12 МПа. Повышение температуры подпиточной воды на выходе из теплообменной группы до 95 ^ОС приведет к перераспределению потоков пара между деаэратором и подогревателями и слабо изменит расход свежего пара через турбину и электрическую мощность мини-ТЭЦ. Поэтому при реконструкции теплообменной группы целесообразно сохранить подогрев подпиточной воды на уровне 28 ^ОС. Соответствующие зависимости удельной электрической мощности от противодавления приведены на рис. 3.

Реконструкция пароводяных подогревателей котельной приводит к слабому повышению расхода свежего пара через турбину и электрической мощности мини-ТЭЦ, достигающему 4%, что обусловлено увеличением расхода пара через подогреватели. Приведенные зависимости на рис. 3 справедливы также для варианта установки пароводяных ТО в машзале при выводе из работы подогревателей котельной и подаче пара с выхлопа турбины на ТО машзала и деаэраторы.

Аналогичные зависимости приведены на рис. 4 и 5 для тепловых схем № 2 (рис. 1 б) и № 3 (рис. 1 в) с применением пароводяных ТО в машзале мини-ТЭЦ. В этих схемах отсутствует подача пара с выхлопа турбины на деаэраторы, что обычно обусловлено трудностями трассировки паропроводов значительного диаметра в условиях существующих котельных. Паропроводы пара с выхлопа турбины в этом случае имеют минимальную протяженность, т.к. пароводяные ТО машзала располагаются вблизи турбоагрегата.

Для схемы № 2 температура воды на входе в подогреватель машзала 9 определяется необходимостью охлаждения деаэрированной воды от 104 до 70 ^ОС в ОДВ 7 и равна 42 ОС. Температура воды на выходе из подогревателя может быть выбрана в пределах от 70 до 95 ^ОС. В диапазоне противодавлений 0,12−0,7 МПа при изменении температуры воды на выходе из подогревателя от 70 до 95 ^ОС электрическая мощность возрастает практически в 2 раза независимо от начальных параметров пара, площадь поверхности подогревателя увеличивается в 3,4−2,4 раза.

При реализации мини-ТЭЦ по схеме № 3 на ОДВ котельной 7 поступает поток подпиточной воды, подогретой в ТО машзала 9. В связи с этим ОДВ котельной необходимо реконструировать. Температура подпиточной воды, поступающей в деаэраторы, на выходе из ОДВ может находиться в пределах 70−95 ^ОС, на входе в ОДВ определяется необходимостью охлаждения деаэрированной воды и составляет 33−60 ^ОС. При повышении температуры воды на выходе из ОДВ до 70−95 ^ОС, площадь его поверхности должна быть увеличена в 1,8−6,4 раза по отношению к площади поверхности ОДВ котельной. При изменении температуры воды на выходе из ОДВ от 70 до 95 ^ОС электрическая мощность мини-ТЭЦ возрастает в 2 раза независимо от начальных параметров пара и величины противодавления турбины.

Для схем № 2 и № 3 возможно снижение абсолютного противодавления до 0,04 МПа (температура пара 75,9 ^ОС, ухудшенный вакуум, степень сухости пара на выходе из турбины более 0,85). В этом случае необходимо использовать эжекторы для отсоса паровоздушной смеси из ТО и подавать пар в деаэраторы от парового коллектора котельной через редуцирующие устройства. При низком противодавлении турбины температура воды на выходе из подогревателя ограничена значением температуры конденсации пара с учетом минимального температурного напора, принятого равным 5 ^ОС. Для схемы № 2 при обеспечении максимально возможного нагрева воды в ТО машзала имеет место максимум электрической мощности при абсолютном противодавлении 0,1 МПа, что объясняется перераспределением расхода пара между ТО машзала и деаэратором при низком противодавлении. Оптимальное противодавление определяется давлением насыщения, соответствующим температуре подпиточной воды на выходе из подогревателя машзала с учетом минимального температурного напора в ТО, принятого в расчетах равным 5 ^ОС.

Сравнение схем № 1−3 показывает, что в диапазоне противодавлений 0,12−0,7 МПа максимальная удельная электрическая мощность обеспечивается схемой № 1 при проведении реконструкции пароводяных ТО котельной. Величина удельной электрической мощности в зависимости от противодавления изменяется от 0,128 до 0,037 МВт (э)/МВт (т) при начальных параметрах пара 1,3 МПа, 191 ^ОС и от 0,209 до 0,116 МВт (э)/МВт (т) при начальных параметрах пара 3,4 МПа, 435 ^ОС. Уменьшение электрической мощности в схемах № 2 и № 3 в сравнении со схемой № 1 составляет не более 10% при подаче подпиточной воды в деаэраторы при температуре 95 ^ОС и около 50% - при температуре 70 ОС. В диапазоне противодавлений 0,04−0,12 МПа максимальная электрическая мощность обеспечивается схемой № 3 при проведении глубокой реконструкции ОДВ котельной с увеличением площади поверхности теплообмена в 6,4 раза.

Котельные с вакуумными деаэраторами. В котельных с вакуумными деаэраторами в соответствии с ГОСТ 16 860–88 подогрев деаэрируемой воды в вакуумном деаэраторе при изменении нагрузки от 30 до 120% должен составлять от 15 до 25 ^ОС. При нагрузке деаэратора 100% нагрев воды в деаэраторе равен 20 ^ОС. Подогрев подпиточной воды в зимних условиях до ввода в работу мини-ТЭЦ происходит от 5 до 50 ^ОС за счет смешения с греющим потоком деаэрированной воды, подогретой в теплообмен-ном оборудовании котельной до 130−150 ^ОС. При наличии химводоподготовки подпиточной воды ее подогрев производится в 2 этапа: от 5 до 20−30 ^ОС в рекуперативных подогревателях и далее до 50−60 ^ОС за счет смешения с греющим потоком.

При вводе в работу паровой турбоустановки (рис. 1г) подогрев исходной водопроводной воды до температуры 50 ОС производится в пароводяных ТО машзала 9. В связи с этим существенно снижается «паразитный» циркуляционный поток, с помощью которого готовится греющий поток деаэрированной воды в системе приготовления подпиточной воды котельной. Зависимости удельной электрической мощности от противодавления турбины с учетом начальных параметров пара приводятся на рис. 6. Вырабатываемая электрическая мощность для схемы с вакуумными деаэраторами ниже в сравнении со схемами с атмосферными деаэраторами приблизительно на 25%. Конкуренция схемы № 4 со схемами № 1 -3 возможна лишь при температуре подпиточной воды, подаваемой в атмосферные деаэраторы, равной 70−85 ^ОС.