CC BY
71
УДК 621.311.22
АНАЛИЗ СХЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ВОДЫ НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОДУВКИ КОТЛОВ СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ БЕЗЫМЯНСКОЙ ТЭЦ
С.К. ЗИГАНШИНА
ГОУ ВПО "Самарский государственный технический университет" (г. Самара)
Выполнен анализ ведения водно-химического режима котлов среднего давления Безымянской ТЭЦ. Разработана методика определения потерь теплоносителя и теплоты с непрерывной продувкой барабанных котлов. Произведена оценка величины непрерывной продувки на экономичность Безымянской ТЭЦ. Предложен способ снижения потерь с непрерывной продувкой котлов среднего давления БТЭЦ.
Ключевые слова: паровой котел, непрерывная продувка, методика, энтальпия, теплота, вода, расширитель, экономичность, ТЭЦ.
С целью обеспечения безнакипного режима работы экранных труб котла и требуемого качества пара концентрация солей в котловой воде не должна превышать допустимого значения. Для поддержания такой концентрации солей производят непрерывную продувку котла из мест с наиболее высоким солесодержанием котловой воды. Однако значительные потери на ТЭС связаны с непрерывной продувкой барабанов котлов. Для уменьшения этих потерь на линиях продувочной воды устанавливают расширители непрерывной продувки. Применение находят схемы с одной и двумя ступенями расширения. В схеме продувки котла с одним расширителем пар из последнего направляется обычно в деаэратор основного конденсата турбины. Туда же поступает пар из первого расширителя при двухступенчатой схеме. Пар из второго расширителя направляется обычно в атмосферный или вакуумный деаэратор подпиточной воды тепловой сети или в станционный коллектор (0,12 - 0,25 МПа). Дренаж расширителя продувки подводится в охладитель продувки, где охлаждается водой, направляемой в химический цех (для подготовки добавочной и подпиточной воды), и затем сбрасывается. Таким образом, расширители продувки уменьшают потери продувочной воды и увеличивают тепловую экономичность установки за счет того, что большая часть содержащейся в воде теплоты при этом полезно используется [1].
По программам энергетических обследований предприятий ОАО "Самараэнерго" в 2004 г. выполнен анализ ведения водно-химического режима котлов среднего давления Безымянской ТЭЦ (БТЭЦ) (ст. №№ 1^5). На БТЭЦ установлены следующие котлоагрегаты среднего давления: два котла КО-Ш-200 (ст. №№ 1, 2), один ТКП-3-200 (ст. № 3) и два котла К8С-140 (ст. №№ 4, 5). Норма непрерывной продувки для котлов среднего давления БТЭЦ, установленная химслужбой ОАО "Самараэнерго", составляет 5 %.
Значения величины непрерывной продувки котлов среднего давления БТЭЦ, определенные по результатам измерений расходов продувочной воды и паропроизводительностей котлов, приведены в табл. 1.
© С.К. Зиганшина
Проблемы энергетики, 2011, № 7-8
Таблица 1
Величина непрерывной продувки котлов среднего давления БТЭЦ
Дата Станционный номер котла Дата Станционный номер котла
1 2 3 4 5 1 2 3 4
22.01.04 3,3 - 5,34 4,8 4,26 26.02.04 3,9 4,4 4,8 5,3
11.01.04 2,7 2,4 2,8 4,0 - 02.03.04 5,9 - 5,4 8,3
25.01.04 3,0 - 3,4 4,6 5,1 05.03.04 6,3 - 7,4 9,6
02.02.04 3,1 - 2,8 3,1 4,5 10.03.04 5,5 - 6,2 7,7
10.02.04 3,9 3,4 4,6 5,1 - 15.03.04 5,8 - 6,6 8,3
Примечание: величина непрерывной продувки р , %, котла определялась по формуле
р = (Спр/д)100,
где Сл
Б -
,пр ^ соответственно расход продувочной воды и
паропроизводительность котла, т/ч.
Среднее значение величины непрерывной продувки для котлов ст. №№ 1, 3, 4 по результатам обследования, проводимого 02.03.04; 05.03.04; 10.03.04 и 15.03.04 г. (табл. 1), соответственно было равно: 6,53; 7,77; 6,47 и 6,9 %. Превышение среднего значения величины непрерывной продувки для котлов ст. №№ 1, 3, 4 в марте 2004 г. в среднем составляло 1,92 %. Повышенные значения величины непрерывной продувки барабанных котлов обусловлены большим невозвратом конденсата с производства.
С целью снижения потерь количества продувочной воды котлов среднего давления и теплоты на БТЭЦ установлены утилизаторы теплоты - УТ № 1 и УТ № 2, причем работают они поочередно. Схема утилизации продувочной воды котлов среднего давления БТЭЦ показана на рис. 1.
Котлы среднего давления
ХОВ в накопительный бак утилизаторов теплоты
Рис. 1. Схема утилизации продувочной воды котлов среднего давления БТЭЦ © Проблемы энергетики, 2011, № 7-8
Сначала продувочная вода от котлов среднего давления (ст. №№ 1^5) направляется в один из УТ, в котором поддерживается давление рут =0,15 МПа,
при этом давление в барабане котлов рд =3,4 МПа. В результате падения давления в УТ часть продувочной воды испаряется. Образующийся пар используется для нагрева поступающей в УТ химочищенной воды, расход которой равен 40 т/ч. Температура химочищенной воды на входе в УТ - 30 °С, на выходе из него - 80 °С. Несконденсировавшийся пар отводится из УТ в атмосферу, а оставшаяся часть продувочной воды сбрасывается в шлаковый канал. Нагрев химочищенной воды осуществляется во встроенной части УТ, на боковой поверхности которой имеются окна (рис. 2). Через эти окна проходит пар, выделяющийся из продувочной воды.
Пар в атмосферу
Химочищенная
Продувочная вода от котлов
среднего давления -
Отсепарированная продувочная вода в шлаковый канал
Л
я
н
вода
я
ч
Нагретая химочищенная вода
-----------1-----------
Рис. 2. Конструктивная схема утилизатора теплоты
Для оценки величины непрерывной продувки котлов среднего давления на экономичность БТЭЦ разработана методика определения суточной потери теплоносителей и теплоты в денежном выражении с непрерывной продувкой барабанных котлов [2].
Учитывая, что Б1 = Б2 = 180 т/ч, Б3 = 200 т/ч и Б4 = Б5 = 100 т/ч и
принимая р1 = р2 = р3 = р4 = р5 = р , формулу для определения общего расхода продувочной воды Спр.в, кг/ч, поступающей в УТ от котлов, можно записать в следующем виде:
С
пр.в
100
(2 Б1 + Б3 + 2 Б4 ).
Расход воды вут , кг/ч, теряемой с непрерывной продувкой котлов,
Сут =~р: (2 Б1 + Б3 + 2 Б4 Х1 - й),
100
(1)
где й - количество пара, выделяющегося из 1 кг продувочной воды в УТ, кг/кг. Величина й определяется по формуле [1]
й = (йпр - ^т V(^т - ^т ^ (3)
где Апр и Н^т - энтальпия кипящей воды, соответственно, при давлении в
барабане котла и в УТ, кДж/кг; й^Г - энтальпия сухого насыщенного пара при
давлении в УТ, кДж/кг.
Уравнение теплового баланса для встроенной части УТ в окончательном виде:
^ховй1 + Бп йут = (хов + Бп ) (4)
где Схов - расход химочищенной воды, поступающей в УТ, кг/ч; Бп - расход пара, конденсирующегося в УТ, кг/ч; й и Й2 - энтальпия химочищенной воды, соответственно, на входе в УТ и на выходе из него, кДж/кг.
Из уравнения (4) выразим расход конденсирующегося в УТ пара Бп, кг/ч:
Бп = ехов -п-—. (5)
йут - Й2
Расход пара , кг/ч, выделяющегося из продувочной воды в УТ,
Бут = 100 (2 Б + Б + 2 Б )й. (6)
Расход пара Бут, кг/ч, отводимого в атмосферу из УТ,
Бут = бПт - Бп = (2Б + Б3 + 2Б4 )й - Схов Й • (7)
й ут й2
По формулам (1), (2) и (7) определены, соответственно расход продувочной воды, поступающей в УТ от котлов; расход воды, теряемой с непрерывной продувкой котлов; и расход пара, отводимого в атмосферу из УТ: Спр.в = 7600 р
кг/ч; Оут = 5638 р кг/ч; Бут = 1962 р - 3549 кг/ч. Из последнего выражения следует, что при р <1,81 % количества пара, выделяющегося из продувочной воды в УТ, будет недостаточно для нагрева поступающей в него химочищенной воды с 30 до 80 °С, то есть, в таком случае химочищенная вода будет нагреваться в УТ до температуры ¿2 <80 °С, а Бут =0.
Суточный расход воды 6уГт, кг/сут, теряемой с непрерывной продувкой котлов,
О^ = ОутТ = 100 (2 Б + Б + 2 Б4 )(1 - й), (8)
где Т=24 ч/сут.
На станции потеря воды с непрерывной продувкой котлов восполняется химочищенной (добавочной) водой. Суточная потеря воды в денежном выражении Пв1, руб/сут, с непрерывной продувкой котлов составляет
Пв1 = сутт ^в = ^^( + В3 + 2 Б )(! - 4 (9)
где $в - себестоимость 1 кг химочищенной воды, руб/кг; $в =0,0103 руб/кг (по ценам 2004 г.).
Количество теплоты Qв, Гкал/сут, теряемое с отводимой из УТ продувочной водой за сутки,
10-6 = 24^ р10-6
¿ъ- "ут "ут 4,18б8 = 418,68
2в = Сутт ^т ТТ^ =-( + Бз + 2^4 )1 - й). (10)
Суточная потеря теплоты в денежном выражении Пв2, руб/сут, с продувочной водой, отводимой из УТ,
24йвтр10-6 $ т/ ч/ ч
Пв2 = йв $ т =-Щ68-(2^1 + Бз + 2 Б4 )(1 - й), (11)
где $т - себестоимость тепловой энергии, руб/Гкал; $т =136,843 руб/Гкал (по ценам 2004 г.).
По формулам (9) и (11) определены, соответственно, Пв1 и Пв2, руб/сут: Пв1 = 1394 р; Пв2 = 2066 р.
Суточный расход пара БуГт , кг/сут, отводимого в атмосферу из УТ, равен
Буут = ТБут = 24
Г \
(12)
(2Б1 + Б3 + 2Б4 )й - Схов Нг >Ц
100 4 1 3 4 хов дп - , у "ут "2
Количество теплоты йп, Гкал/сут, теряемое с отводимым в атмосферу паром из УТ за сутки,
^ "-6 ( р. . д - д "I
(13)
,, - ъ-
'ут
йп = = ( + Б + 2А )- ^в,^1
ут ут 4,1868 4,1868
ШТ * - - "" дут - ,2
Суточная потеря выбрасываемого в атмосферу из УТ пара в денежном выражении Пп1 , руб/сут, составляет
Пп1 = Буут $в = 24 $в
-0- ( + Б3 + 2Б4 ) - ахов-,:-Д1-100 ип -,
у ут я2 у
(14)
Суточная потеря теплоты в денежном выражении Пп2, руб/сут, с отводимым в атмосферу паром из УТ равна
24й?т 10-6 Я-
Л
24йут 10 Лт ( р . . к _ к
ПП2 = йп$т = У' „ Т 7^(2^1 + Б3 + 2^4/ _
4,1868
100
куТ _ ^2
По формулам (14) и (15) определены, соответственно, ПП1 и ПП2, руб/сут: Пп1 =485р-877; Пп2=4145р-7496.
Суточная потеря теплоносителей в денежном выражении Щ, руб/сут, с непрерывной продувкой котлов равна П1 = Пв1 + Пп1 = 1879 р _ 877.
Суточная потеря теплоты в денежном выражении П2, руб/сут, с непрерывной продувкой котлов равна П 2 = Пв2 + Пп2 = 6211 р _ 7496.
Таким образом, суточная потеря теплоносителей и теплоты в денежном выражении П, руб/сут, с непрерывной продувкой котлов составляет: П = П1 + П2 = 8090 р _ 8373. Значения Щ, П2 и П в зависимости от величины непрерывной продувки показаны на рис. 3.
Результаты выполненного расчета показывают, что при рнорм = 5 %
суточная потеря П=32,1 тыс. руб/сут (рис. 3). При одновременной наработке котлов среднего давления, равной 5000 ч/год, годовая потеря с непрерывной продувкой пяти котлов при рнорм составляет 32100-5000/24=6,7 млн.руб/год. Превышение
Рнорм, например, на 0,5 % приводит к дополнительной потере 4 тыс.руб/сут (833 тыс.руб/год).
С целью снижения суточной потери П целесообразно выходящий из УТ пар подавать в атмосферный деаэратор, а продувочную воду, отводимую из УТ, направлять в теплообменник - охладитель продувки, в котором она будет охлаждаться водой, используемой в цикле станции, например, до 40 °С.
Суточная потеря теплоты с отводимой из УТ продувочной водой после
охладителя продувки в денежном выражении Пвп, руб/сут, составит
Пвп = 24к°4',р{',086Л'т (2А + Б + 2^4/ _ d) = 741 р, (16)
где Иоп - энтальпия продувочной воды после охладителя продувки, кДж/кг.
В таком случае суточная потеря количества воды и ее теплоты с непрерывной продувкой котлов в денежном выражении Пвп, руб/сут, равна:
\
= 2135 р. (17)
Пвп = Пв1 + Пвп = 24 р(2Б1 + Б3 + 2Б4/1 _ d+ коп 10 6 в в1 в2 1 3 4Л \ 100 418,68
/
Значения Пвп, Пв1 и Пвп в зависимости от величины непрерывной продувки показаны на рис. 4.
П], П2, П, тыс.руб/сут
5«
40
30
20
10
3
__.
Пв2, Пв1, П, 16
14
12
10
тыс.руб/сут
-
-
- 3\
2
.1——*
--1- -1- -1-
5
р,%
Рис. 3. Графики зависимости суточной потери, в денежном выражении, теплоносителей (1), теплоты (2) и общей суточной потери (3) с непрерывной продувкой котлов от величины непрерывной продувки
3 4 5 6 р,%
Рис. 4. Графики зависимости суточной потери, в денежном выражении, теплоты с продувочной водой после охладителя продувки (1), количества воды с непрерывной продувкой котлов (2) и суммарной суточной потери (3) от величины непрерывной продувки
Определена величина ДП, руб/сут, на которую уменьшится суточная потеря П с непрерывной продувкой котлов при подаче выходящего из УТ пара в атмосферный деаэратор и охлаждении отводимой из УТ продувочной воды до 40 °С в охладителе продувки:
ДП = П - Пвп = 5955 р - 8373.
(18)
Значения ДП в зависимости от величины непрерывной продувки показаны на рис. 5.
Рис. 5. График зависимости ДП от величины непрерывной продувки
По представленному на рис. 5 графику можно определить, что при Рнорм =5% АП =21,4 тыс.руб/сут, то есть, если выходящий из УТ пар направлять
в атмосферный деаэратор, а отводимую из УТ продувочную воду охлаждать до 40 °С потеря с непрерывной продувкой котлов при рнорм уменьшится на 4,5
млн.руб/год при одновременной наработке котлов среднего давления 5000 ч/год и будет составлять 6,7-4,5=2,2 млн.руб/год.
Выводы
1. Произведено обследование и выполнен анализ ведения водно-химического режима энергетических котлов Безымянской ТЭЦ ст. №№ 1, 2 типа KO-III-200; ст. № 3 типа ТКП-3-200 и ст. №№ 4, 5 типа KSG-140. Установлено, что водно-химический режим этих котлов в части состояния питательной воды в основном соответствует нормативным требованиям. Однако имеются превышения величины непрерывной продувки р котлов ст. №№ 1, 3, 4 в среднем на 1,92 % (по результатам обследования в марте 2004 г.). Максимальное превышение р для котла ст. № 4 составляет 5,19 %. Установлено, что повышение р котла среднего давления паропроизводительностью 180+200 т/ч на 1 % увеличивает расход добавочной воды и, соответственно, производительность химводоочистки на 1,8+2,0 т/ч. С учетом работы расширителя непрерывной продувки котла эта величина составит 1,26+1,4 т/ч или 5670+6300 т/год при наработке котла 4500 ч/год.
2. Выполнен анализ схемы утилизации воды непрерывной продувки котлов среднего давления Безымянской ТЭЦ. Для оценки влияния величины непрерывной продувки барабанных котлов на экономичность ТЭЦ разработана методика определения потерь теплоносителя и теплоты с непрерывной продувкой котлов. Произведена оценка величины непрерывной продувки котлов среднего давления на экономичность БТЭЦ. Установлено, что при одновременной наработке котлов 5000 ч/год потеря с непрерывной продувкой пяти котлов за год при рнорм составляет 6,7 млн.руб. Превышение рнорм, например, на 0,5 %
приводит к дополнительной потере 4 тыс.руб/сут (833 тыс.руб/год). Для снижения потери с непрерывной продувкой котлов целесообразно пар, выходящий из утилизатора теплоты, направлять в атмосферный деаэратор, а отводимую из утилизатора теплоты продувочную воду охлаждать до 40°С в охладителе продувки. В таком случае потеря с непрерывной продувкой котлов при рнорм
составит 2,2 млн.руб/год, то есть уменьшится на 4,5 млн.руб/год. Данные значения потерь с непрерывной продувкой котлов рассчитаны при себестоимостях химочищенной воды и тепловой энергии по ценам 2004 г. (£в =0,0103 руб/кг; £т =136,843 руб/Гкал). Значения указанных себестоимостей по ценам 2010 г. составляют: £в =0,05306 руб/кг; S т =780,5 руб/Гкал. Поэтому при одновременной наработке котлов 5000 ч в 2010 году потеря с непрерывной продувкой пяти котлов при рнорм составит 37,136 млн.руб, то есть увеличится в 5,5 раза по сравнению со
значением потери с непрерывной продувкой котлов за 2004 г.
3. Если пар из утилизатора теплоты направить в деаэратор, а неиспарившуюся в утилизаторе теплоты воду охлаждать до 40 °С в охладителе продувки, то потеря с непрерывной продувкой котлов при рнорм за 2010 г.
составит 11,883 млн.руб, то есть уменьшится на 25,253 млн.руб.
Summary
The analysis of water chemistry medium pressure boilers Bezymyanskaya CHP. A method for determining loss of coolant and heat with continuous blowdown drum boilers. Assessed value of continuous blowdown to cost Bezymyanskaya CHP. A method for reducing the losses from the continuous blowdown medium pressure BTETS.
Key words: steam boiler continuous blowdown, method, enthalpy, heat, water, extender, efficiency, CHP.
Литература
1. Буров В.Д. Тепловые электрические станции: учебник для вузов. / В.Д. Буров, Е.В. Дорохов, Д.П. Елизаров и др.; под ред. В.М. Лавыгина, А.С. Седлова, С.В. Цанева. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Издательский дом МЭИ, 2007. 466 с. ISBN 978-5-903072-86-6.
2. Кудинов А.А., Зиганшина С.К. Расчет потерь с непрерывной продувкой на котлах Безымянской ТЭЦ // Энергетик. 2009. № 12. С. 32-35.
Поступила в редакцию 14 февраля 2011 г.
Зиганшина Светлана Камиловна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Самарского государственного технического университета (СамГТУ). Тел.: 8 (846) 333-65-77. E-mail: tes@samgtu.ru.
