Технологии подогрева добавочной питательной воды котлов промышленных ТЭЦ

ТЕХНОЛОГИИ ПОДОГРЕВА ДОБАВОЧНОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ КОТЛОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЭЦ

ADDITIONAL HEATING TECHNOLOGIES FEEDWATER INDUSTRIAL CHP

А.В. Кузьмин, В.И. Шарапов A. Kuzmin, V. Sharapov

Ульяновский ГТУ

В статье даются сведения о новых технологиях подогрева подпиточной воды теплосети и добавочной питательной воды котлов ТЭЦ; приводится методика, по которой была рассчитана энергетическая эффективность новых технологий.

The article contains information about new technologies, heating up water heating system and boiler feed water added TEC, is a technique which has been calculated the energy efficiency of new technologies.

Экономичность промышленных ТЭЦ существенно зависит от технологии подготовки добавочной питательной воды, которой восполняют потери отпускаемого пара на промышленные нужды.

Авторами статьи, являющимися одновременно сотрудниками научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» (НИЛ ТЭСУ) Ульяновского государственного технического университета постоянно ведутся работы по совершенствованию технологических процессов на электростанциях, направленные на повышение их эффективности и экономичности.

В итоге ряда исследований выявлены большие резервы повышения тепловой экономичности ТЭЦ за счёт совершенствования технологий подогрева потоков добавочной питательной воды котлов электростанций [2, 3].

Оптимальное использование низкопотенциальных источников теплоты позволяет повысить экономичность электростанции за счёт дополнительной выработки электрической энергии на тепловом потреблении.

Как известно, существует множество способов использования низкопотенциальных источников теплоты с помощью теплонасосных установок или турбодетандеров, внедрение которых требует больших капитальных затрат. В данной статье предложены технологии использования низкотемпературных источников теплоты путём прямого теплообмена в схеме подготовки добавочной питательной воды. Внедрение этих технологий не требует больших капитальных вложений и установки сложного и дорого оборудования.

В соответствии с предложенными технологиями, основной конденсат турбины перед его подачей в подогреватели низкого давления охлаждают в поверхностном теплообменнике исходной водой, которую перед подачей на водоподготовительную установку или непосредственно в вакуумный деаэратор добавочной питательной воды подогревают основным конденсатом турбины. Кроме того, особенность этих технологий

7/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

состоит в том, что трубы добавочной питательной воды подключены к трубам основного конденсата.

На рис. 1 представлена принципиальная схема тепловой электрической станции, работающей по одной из предложенных технологий.

1

1

1 \13

Рис. 1. Тепловая электрическая станция: 1 - паровая турбина ПТ-135/165-130/15; 2 - конденсатор; 3 - трубы основного конденсата; 4 - деаэратор питательной воды (повышенного давления); 5 - подогреватели низкого давления; 6 - деаэратор добавочной питательной воды; 7 - трубы добавочной питательной воды; 8 - водоподготовительная установка; 9 - трубопровод исходной воды; 10 - поверхностный теплообменник-охладитель (ПТО); 11 - конденсат -ный насос; 12 - бак-аккумулятор; 13 - энергетический котел

Произведем расчёт энергетической эффективности нового решения подготовки и подачи добавочной питательной воды при номинальном режиме работы ТЭЦ по методике ВИШ, разработанной в НИЛ ТЭСУ [1, 4]. Экономичность предложенной технологии оценим по величине годовой экономии условного топлива.

Годовая экономия условного топлива, вэк, т/г., на ТЭЦ при использовании новой технологии может быть представлена как:

Вэк =АВ - ВАО

где: АВ - изменение расхода условного топлива при изменении выработки электроэнергии на тепловом потреблении, т/г.; 5до - изменение расхода условного топлива

при изменении выработки пара в котле, т/г.

Примем следующие исходные данные: температура исходной воды перед поверхностным теплообменником-охладителем ^исх в —10 °С; температура исходной воды после поверхностного теплообменника-охладителя —15 °С; температура основного конденсата турбины перед поверхностным теплообменником-охладителем

^осн.к ~ 35 °С; температура основного конденсата турбины перед его смешением с добавочной питательной водой ?'01'нк = 73 °С; температура добавочной питательной воды ?добе = 55 °С; расход исходной (добавочной питательной) воды Оисхе = 300 т/ч; расход основного конденсата турбины Оасн к —100 т/ч.

Дополнительная выработка электрической энергии на тепловом потреблении при работе электростанции по предложенной нами технологии достигается за счёт снижения давления и энтальпии греющего пара регенеративных отборов турбины.

Рассчитаем увеличение А\увэтптф для подогрева питательной воды перед ВПУ

основным конденсатом турбины в ПТО, включённом перед ПНД № 1, в которой деаэрированная питательная вода подаётся в трубах основного конденсата перед ПНД № 2 турбины (см. рис. 1).

Увеличение величины удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении:

».,,УВЭТП (\..УВЭТП .7.отб . Л , УВЭТП .6.отб\ л

Ду тф = \АУтф +^Утф

УВЭТП,б.отб\ А уУВЭТП.3.отб

Увеличение величины удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении при включении ПТО в трубопровод основного конденсата перед ПНД № 1:

0,2778(?// -?' )Г/ ч (Г -Т7 йУ0,5г -0,5г7 ,) АР"

__У исх.в. исх.в. } |. _. \ У п.в 7ото. Л ' о_- 7ото. 1__

{.7 отб. ~ ^7отб.) _ (0,5г'о + 0'5Ь отб. ~ ¡п.в.) "Пн _

Увеличение величины удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении при включении труб деаэрированной воды в трубы основного конденсата перед ПНД № 2:

д УВЭТП тф.1отб.

Д УВЭТП 0,2778

тф.ботб.

^ -1 ^

оор.е._см ^ 1

? — ?

V см 7отб. /

(те _ ? \ (?доб.в. ?см )(? V ботб. см ' Т-- -

>и - Т

см /V, ботб. 7 отб.

? - ?

ч см 7отб.

Ау УВЭТП тф.3отб.

"уботб. ? б отб. }

\го гботб. ) Л /„ , . ^ ^

(0,Я + 0,51ботб. - ?п,. ) Ли,

Уменьшение величины удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении при подаче в деаэратор повышенного давления нагретой добавочной питательной воды:

_ 0,2И8(^4еотб. -е?)Г/. _ . ^ (*,,,. Ч^. )(0,5г'о - 0,5^.) ^ АР

~ Т Г7~д 1 13отб.)Н Т— 05 Т? 1

\13отб. ~ ? 3отб.) \_ \°' о + 0,513отб. ~ ? п.в.) 'Пн _

где: ?м/схв. - энтальпия исходной воды перед ПТО, кДж/кг; Т/^. - энтальпия исходной воды после ПТО, кДж/кг; г7отб - энтальпия пара седьмого регенеративного отбора, кДж/кг; ?7йотб - энтальпия конденсата пара седьмого регенеративного отбора, кДж/кг; ?7вотб - энтальпия основного конденсата после ПНД №1, кДж/кг; ?яе -энтальпия питательной воды, кДж/кг; 16отб - энтальпия пара шестого регенеративного отбора, кДж/кг; - энтальпия конденсата пара шестого регенеративного отбора,

кДж/кг; ?б^тб. - энтальпия основного конденсата после ПНД №2, кДж/кг; 1СЖ - энталь-

7/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

пия смешанного потока основного конденсата и питательной воды перед ПНД № 2, кДж/кг; е - энтальпия добавочной питательной воды после вакуумного деаэратора,

кДж/кг; ¡Ъот6 - энтальпия пара третьего регенеративного отбора, кДж/кг; 13дот6 - энтальпия конденсата пара третьего регенеративного отбора, кДж/кг; ^"отб - энтальпия основного конденсата после деаэратора питательной воды, кДж/кг.

Аналогичным образом рассчитаны показатели энергетической эффективности для схемы, где поверхностный теплообменник-охладитель включён в трубы основного конденсата турбины перед ПНД № 2, а смешение потоков деаэрированной питательной воды и основного конденсата происходит перед ПНД № 3; и схемы, где поверхностный теплообменник-охладитель подключён к трубам основного конденсата турбины перед ПНД № 3, а смешение потоков деаэрированной питательной воды и основного конденсата происходит перед ПНД № 2.

Для сравнения предложенных решений, основанных на использовании теплоты основного конденсата турбину ПТ-135/165-130/15 для нагрева исходной воды перед водоподготовительной установкой, между собой использована величина прироста удельной выработки электроэнергии на 1 м3 питательной воды.

Изменение величины удельной выработки электроэнергии при модернизации схемы подготовки добавочной питательной воды иллюстрируется диаграммой (рис. 2).

1—~— ..,9,99 ^

¡¡¡¡¡¡Р

Рис. 2. Увеличение величины удельной выработки электроэнергии для новых технологий с использованием теплоты основного конденсата:

1 - поверхностный теплообменник-охладитель подключён к трубам основного конденсата турбины перед ПНД № 1, а смешение потоков деаэрированной питательной воды и основного конденсата происходит перед ПНД № 3 (см. рис. 1); 2 - поверхностный теплообменник-охладитель

включён в трубопровод основного конденсата турбины перед ПНД №2, а смешение потоков деаэрированной питательной воды и основного конденсата происходит перед ПНД № 3; 3 - поверхностный теплообменник-охладитель подключён к трубам основного конденсата турбины перед ПНД № 3, а смешение потоков деаэрированной питательной воды и основного конденсата

происходит перед ПНД № 2

Предложенные технологии подогрева подпиточной воды теплосети на ТЭЦ, по которой исходная вода перед водоподготовительной установкой нагревается в поверхностном теплообменнике-охладителе основным конденсатом турбины, позволяет:

- понизить температуру основного конденсата;

- обеспечить технологически необходимый нагрев исходной воды перед водоподготовительной установкой и вакуумным деаэратором путём использования низкопотенциальных потоков основного конденсата турбины;

- обеспечить дополнительную выработку электроэнергии на тепловом потреблении в каждой электрической схеме при подготовке 300 т/ч добавочной питательной воды годовая экономия условного топлива составит 4340 т/г.;

- уменьшить затраты на водоподготовку и расходы топлива на внутристанцион-ные нужды, при этом уменьшить количество выбросов парниковых газов в атмосферу.

Таким образом, разработанные технологии позволяют повысить экономичность, надёжность и экологическую безопасность комбинированного производства тепловой и электрической энергии, т.е. существенно повысить эффективность ТЭЦ [5-7].

Литература

1. Шарапов, В.И. Методика расчета энергетической эффективности технологий подготовки воды на тепловых электростанциях [Текст] / В.И. Шарапов, П.Б. Пазушкин, Д.В. Цюра и др. // Проблемы энергетики. Известия вузов. - 2002. - № 7-8. - с. 22-35.

2. Шарапов В.И. Схемы подогрева добавочной питательной воды на ТЭЦ с большим отпуском технологического пара // Промышленная энергетика. 1988. № 11. - с. 35-37.

3. Шарапов, В.И. Подготовка подпиточной воды систем теплоснабжения с применением вакуумных деаэраторов [Текст] / В.И. Шарапов. - М.: Энергоатомиздат, 1996. - 176 с.

4. Шарапов, В.И. Расчет энергетической эффективности технологий подготовки воды на ТЭЦ [Текст]: Учебное пособие / В.И. Шарапов, П.Б. Пазушкин, Д.В. Цюра, Е.В. Макарова. -Ульяновск: УлГТУ, 2003. - 120 с.

5. Шарапов В.И., Кузьмин A.B. Один из способов повышения эффективности ТЭЦ за счёт использования низкопотенциальных источников теплоты путём прямого теплообмена // VII Школа-семинар по проблемам тепломассообмена и гидродинамики в электромашиностроении. Сборник аннотаций докладов. Казань: КазРАН, 2010. - 385-387 с.

6. Шарапов В.И., Кузьмин A.B. Повышение эффективности ТЭЦ за счёт использования низкопотенциальных источников теплоты путём прямого теплообмена // Новые технологии в теплоснабжении и строительстве: Сборник работ аспирантов и студентов - сотрудников научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ. Выпуск 8. Ульяновск: УлГТУ, 2010. - 201-209 с.

7. Шарапов В.И., Кузьмин A.B. Повышение эффективности ТЭЦ за счёт использования низкопотенциальных теплоносителей в тракте основного конденсата // Новые технологии в теплоснабжении и строительстве: Сборник работ аспирантов и студентов - сотрудников научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ. Выпуск 8. Ульяновск: УлГТУ, 2010. - 197-200 с.

References

1. Sharapov V.I. Methods of calculating the energy efficiency of water treatment technologies in thermal power plants [Text] / V. Sharapov, P.B. Pazushkin, D.V. Tsyura, etc. / / Problems of Energy. Izvestiya VUZ. - 2002. - № 7-8. - . 22-35.

2. Sharapov V.I. Heating schemes added to feed water to the CHP release large industrial steam / / Industrial power. 1988. № 11. p. 35-37.

3. Sharapov V.I. Preparation of feed water heating systems using vacuum deaerator [Text] / V. Sharapov. - Moscow: Energoatomizdat, 1996. - 176 p.

7/)П11 ВЕСТНИК _^/2OTT_МГСУ

4. Sharapov V.I. The calculation of energy efficiency technologies of water treatment at the CHP [Text]: Tutorial / V.I. Sharapov, P.B. Pazushkin, D.V. Tsyura, etc.. - Ulyanovsk: UlSTU, 2003. - 120.

5. Sharapov V.I., Kuzmin A.V. One way to increase the efficiency of CHP through the use of low-grade heat sources by direct heat exchange / / VII Workshop on Heat and Mass Transfer and Hydrodynamics in electrical engineering. The collection of abstracts. Kazan: KazRAN, 2010. - 385387 p.

6. Sharapov V.I., Kuzmin A.V. Increased efficiency through the use of CHP low-grade heat sources by direct heat exchange / / New technologies in the heating and construction: A collection of papers and students - personnel research laboratory "Heat and power system and install" UlSTU. Issue

8. Ulyanovsk: UlSTU, 2010. 201-209 p.

7. Sharapov V.I., Kuzmin A.V. Increased efficiency through the use of CHP low-grade heat-transfer agents in the path of the main condensate / / New technologies in the heating and construction: A collection of papers and students - personnel research laboratory "Heat and power system and install" UlSTU. Issue 8. Ulyanovsk: UlSTU, 2010. 197-200 p.

Ключевые слова: ТЭЦ, подогрев, схема подготовки, подогреватели, основной конденсат, исходная вода.

Keywords: CHP, heating, circuit training, heaters, main condensate, the source water.

e-mail: antochka1987@yandex.ru, vlad-sharapov2008@yandex.ru