Об использовании пятого регенеративного отбора теплофикационных турбин в схемах подогрева подпиточной воды ТЭЦ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Э

НЕРГОСБЕРЕЖЕНИ

УДК 621.311.22

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПЯТОГО РЕГЕНЕРАТИВНОГО ОТБОРА ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБИН В СХЕМАХ ПОДОГРЕВА ПОДПИТОЧНОЙ ВОДЫ ТЭЦ

М.М. ЗАМАЛЕЕВ, Д.В. ЦЮРА, В.И. ШАРАПОВ

Ульяновский государственный технический университет

I

Рассмотрены новые технологии подогрева потоков подпиточной воды теплосети и добавочной питательной воды котлов с использованием пятого нерегулируемого отбора турбины Т-100-130.

Технологии подогрева и термической деаэрации потоков воды оказывают существенное влияние на надежность и экономичность тепловых электростанций.

Тепловые нагрузки водоподготовительных установок мощных промышленно-отопительных ТЭЦ составляют значительную долю тепловой мощности электростанций. Анализ показывает, что практически повсеместная недооценка необходимости совершенствования способов подогрева и последующей термической деаэрации подпиточной воды теплосети и добавочной питательной воды котлов приводит к снижению эффективности использования теплофикационных турбоустановок и к интенсивному коррозионному износу оборудования ТЭЦ и систем теплоснабжения.

Обследование схем подогрева потоков воды перед термическими деаэраторами показывает, что на многих ТЭЦ, построенных с конца 70-х до начала 90-х годов и не оборудованных турбинами типа ПТ-60-130/13 из-за снятия этих турбин с производства, широко применяется пар высокопотенциального производственного отбора. На ранее построенных ТЭЦ с турбинами типа ПТ-60130/13 или ее аналогами для подогрева подпиточной и добавочной питательной воды применяется регулируемый отопительный отбор, не связанный с сетевыми подогревателями. Этот способ подогрева обладает достаточно высокой экономичностью и надежностью, однако вследствие физического износа и выработки паркового ресурса турбинами типа ПТ-60-130/13 (доля турбин, отработавших 220 тыс. часов, составляет более 50%) вынужденно заменяется на менее экономичный. Как правило, используется пар производственного отбора.

Применение высокоэффективных схем подогрева потоков подпиточной воды теплосети [1] возможно только на наиболее крупных ТЭЦ с открытыми системами теплоснабжения при значительных расходах подпиточной воды.

В связи с этим актуальной задачей является разработка достаточно универсальных и высокоэкономичных технологий подогрева потоков подпиточной и добавочной питательной воды, применимых на большинстве отечественных ТЭЦ. Ограниченность инвестиций обусловливает поиск решений, не требующих значительных капитальных затрат на внедрение новых экономичных схем и режимов работы оборудования электростанций.

© М.М. Замалеев, Д.В. Цюра, В.И. Шарапов Проблемы энергетики, 2005, № 5-6

Одним из основных направлений работы НИЛ «Теплоэнергетические системы установки» (НИЛ ТЭСУ) Ульяновского государственного технического университета является оптимизация тепловых схем водоподготовительных установок, заключающаяся в обеспечении требуемого качества деаэрации подпиточной и добавочной питательной воды при максимальной тепловой экономичности.

В настоящей статье рассмотрены новые разработки НИЛ ТЭСУ, направленные на совершенствование схем подогрева потоков воды водоподготовительных установок с использованием регенеративных отборов наиболее распространенной на отечественных ТЭЦ турбины типа Т-100-130 и ее модификаций (выпущено более 240 шт.).

Одним из наиболее перспективных решений, позволяющих повысить экономичность и надежность водоподготовки на ТЭЦ, является использование пятого нерегулируемого отбора турбины типа Т-100-130.

Предлагаемые ниже решения рассматриваются применительно к турбоустановке Т-100-130, однако часть этих решений в той или иной степени может быть применима и на других типах теплофикационных турбин, например, на турбинах типа Т-175-130.

Как правило, на большинстве ТЭЦ возникают затруднения с организацией технологически необходимого и достаточно экономичного подогрева воды, используемой в качестве греющего агента для вакуумных деаэраторов. Для открытых систем теплоснабжения можно рекомендовать схему, представленную на рис. 1. Особенность заключается в применении пятого отбора пара для подогрева греющего агента перед подачей на вакуумный деаэратор подпиточной воды теплосети. Нагрев греющего агента осуществляется в пароводяном подогревателе до необходимой по условиям эффективной деаэрации температуры. Использование предложенной схемы позволяет обеспечить греющей средой два вакуумных деаэратора типа ДВ-800, что соответствует расходу подпитки 2300 м3 /ч.

Рис. 1. Схема подогрева греющего агента для вакуумного деаэратора подпиточной воды теплосети: 1 - турбина типа Т-100-130; 2 - пятый отбор пара; 3 - подогреватель греющего агента; 4 - трубопровод греющего агента;

5 - вакуумный деаэратор подпиточной воды теплосети

Аналогичное решение подогрева греющего агента применимо и для схем подготовки добавочной питательной воды в вакуумных деаэраторах.

Наиболее экономичным и надежным решением является использование пятого отбора пара непосредственно в качестве греющей среды в вакуумном деаэраторе добавочной питательной воды (рис. 2). Нормативное качество деаэрации обеспечивается за счет подачи греющей среды - пара пятого отбора, параметры которого достаточны для подогрева обрабатываемой воды до температуры насыщения.

Применение предлагаемых решений возможно как для схем водоподготовительных установок с использованием вакуумных деаэраторов, так и для технологий с атмосферной деаэрацией подпиточной и добавочной питательной воды.

На рис. 3 представлена схема предварительной деаэрации добавочной питательной воды в атмосферном деаэраторе типа ДА. По данному решению подогрев обессоленной воды перед атмосферным деаэратором производится в пароводяном подогревателе, подключенном по греющей среде к трубопроводу пятого отбора пара.

Рис.2. Схема подачи греющего агента для вакуумного деаэратора добавочной питательной воды: 1 - турбина типа Т-100-130; 2 - пятый отбор пара;

3 - трубопровод греющего агента;

4 - вакуумный деаэратор добавочной питательной воды

Рис.3. Схема подогрева обессоленной воды перед атмосферным деаэратором добавочной питательной воды: 1 - турбина типа Т-100-130; 2 - пятый отбор пара;

3 - пароводяной подогреватель;

4 - трубопровод обессоленной воды;

5 - атмосферный деаэратор добавочной питательной воды

Для закрытых систем теплоснабжения с небольшими расходами подпиточной воды, для деаэрации которой используются атмосферные деаэраторы, также применим способ с использованием пятого отбора для предварительного подогрева исходной воды перед деаэратором.

Все предлагаемые решения обеспечивают требуемый уровень нагрева потоков подпиточной и добавочной питательной воды и нормативное качество термической деаэрации и, тем самым, позволяют повысить надежность работы основного и вспомогательного оборудования электростанции.

Основным преимуществом новых технологий с использованием пятого отбора является возможность повышения экономичности ТЭЦ за счет несложных изменений в тепловых схемах электростанций, не требующих значительных материальных затрат. Использование этого отбора позволяет значительно снизить расход пара высокопотенциального производственного отбора, применяемого на большинстве ТЭЦ в качестве основного источника теплоснабжения при подготовке подпиточной и добавочной питательной воды. К преимуществам описываемого источника низкопотенциальной теплоты относится также то, что экономический эффект достигается без снижения располагаемой мощности, надежности и маневренности турбоустановок. По техническим условиям завода-изготовителя допускается дополнительный отбор пара в количестве до 50 тонн в час из пятого отбора на ПНД-3 сверх отбора на этот подогреватель без снижения надежности работы проточной части турбины.

Очень важно, что использование для подогрева теплоносителей водоподготовительных установок пятого отбора позволяет полностью исключить сезонные ухудшения качества деаэрации, которые наблюдаются при использовании для этой цели отопительных отборов и встроенных пучков конденсаторов турбин [1].

Целесообразность использования предлагаемых решений подтверждается расчетом, проведенным по методике ВИШ, разработанной в НИЛ ТЭСУ [2], предусматривающей сравнение тепловой экономичности по величине удельной выработки электроэнергии V тф на тепловом потреблении за счет отборов пара на

подогрев теплоносителей водоподготовительной установки.

Значение V тф, кВт, для схемы, изображенной на рис. 1, определяется по

формуле

V

тф

°,278(/дв г'ховХг‘га /сет>)'Пэ'Пм (. . ) + (/пв /пГА )/(| , грег)

‘'°\гдв 1ховД1га ‘сет/ЧэЧм /. гпв , ПГА Л о „

( —/ ) ( )+ (.3 _ . )

\гга 1 дв^5отб гПГА /Л то I ^рег гпв/

(1)

где /дв - энтальпия деаэрированной воды после вакуумного деаэратора, кДж/кг; /хов - энтальпия воды после химического умягчения, кДж/кг; /га - энтальпия греющего агента, подаваемого в вакуумный деаэратор, кДж/кг; /сет - энтальпия сетевой воды, подогреваемой в подогревателе греющего агента, кДж/кг; /о -

энтальпия перегретого пара перед турбиной, кДж/кг; /рег - энтальпия условного регенеративного отбора, кДж/кг; г*5отб - энтальпия пара пятого нерегулируемого отбора, кДж/кг; /Ига - энтальпия конденсата греющего пара после подогревателя греющего агента, кДж/кг; /пв - энтальпия питательной воды, кДж/кг; пто - КПД подогревателя греющего агента; ПэПм - электромеханический КПД турбогенератора.

Переход к новой схеме подогрева греющего агента с использованием пара пятого отбора вместо схем с применением в качестве греющей среды в подогревателе греющего агента пара производственного отбора позволяет ежегодно экономить более 12000 тонн условного топлива в расчете на

водоподготовительную установку производительностью 2000 м3/час.

Экономичность схемы, представленной на рис. 2, иллюстрируется

диаграммой (рис. 4). Значение удельной выработки электроэнергии V тф при

использовании пара пятого отбора увеличивает в 1,6 раза в сравнении со схемой, где греющей средой служит пар производственного отбора.

V тф, кВт-ч/м3 10 8

6

4 2

0

Рис.4. Удельная выработка электроэнергии утф за счет отборов пара для различных схем подачи греющего агента в вакуумные деаэраторы:

1 - пар производственного отбора; 2 - пар пятого отбора

Ощутимый выигрыш в тепловой экономичности позволяет получить переход к схеме, предусматривающей подогрев исходной подпиточной или добавочной питательной воды паром пятого отбора перед атмосферным деаэратором. Так, для водоподготовительной установки (рис. 3) с расходом добавочной питательной воды 400 м3/час годовая экономия в денежном выражении составит 8 163 383 руб. при цене топлива 1046 руб/т.у.т.

Необходимо обратить внимание на то, что возможность реализации высказываемых предложений о реконструкции тепловых схем водоподготовительных установок ТЭЦ должна рассматриваться применительно к условиям каждого конкретного объекта. Кроме того, следует обеспечить выполнение предписаний завода-изготовителя, связанных с использованием пятого отбора:

а) исключить возможность одновременной подачи пара к потребителю из пятого отбора и других источников;

б) ограничить средствами автоматики и защиты расход пара пятого отбора величиной 50 т/час.

Выводы

1. На большинстве отечественных ТЭЦ для обеспечения тепловых нагрузок водоподготовительных установок применяется пар высокопотенциального производственного отбора, что приводит к значительному снижению экономичности тепловых электростанций.

2. В связи с дефицитом инвестиций при модернизации тепловых схем водоподготовительных установок предпочтение следует отдавать мероприятиям с относительно небольшими капитальными затратами, направленным на максимальное использование низкопотенциальных источников теплоты.

8,95

5,38

1 2 Варианты подачи греющей среды

3. Весьма перспективным решением является использование низкопотенциального пятого отбора пара наиболее распространенной на ТЭЦ турбины типа Т-100-130 и ее модификаций. Разработанные технологии, основанные на применении этого отбора, позволяют обеспечить нормативное качество обрабатываемой воды при высокой энергетической эффективности подготовки воды и минимальных капитальных затратах на реконструкцию схемы тепловой электростанции.

Summary

New technologies of the heating makeup water heat-supply systems and additional nutritious water of boiler are considered with using the fifth unadjusted heat extraction of the turbine T-100-130.

Литература

1. Шарапов В. И. Подготовка подпиточной воды систем теплоснабжения с применением вакуумных деаэраторов. - М.: Энергоатомиздат, 1996.- 176 с.

2. В.И. Шарапов, П.Б. Пазушкин, Д.В. Цюра, Е.В. Макарова. Методика расчета энергетической эффективности технологий подготовки воды на тепловых электростанциях// Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2002. - № 7-8.-С. 22-35.

Поступила 03.05.2005