Система подготовки подпиточной воды для контуров котельной или электростанции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии

Область техники
Полезная модель относится к области водоподготовки и может быть использована для подготовки подпиточной воды в котельных и на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии на паротурбинных или парогазовых энергетических (ПТУ, ПГУ) установках.
Уровень техники
Известна система раздельной подготовки подпиточной воды и очистки загрязненного возвратного конденсата для контуров котельной или электростанции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии (В. 2. Типичные схемы обращения воды в циклах ТЭС и АЭС / Энциклопедия по машиностроению, том XXI, 2015// http://twt.mpei.ac.ru/books/vve/intro_2_pg1.htm [1] - аналог).
Недостатком такой системы является необходимость создания отдельных технологических линий очистки подпиточной воды, компенсирующей потери возвратного турбинного конденсата, и возвратного загрязненного конденсата пара промышленного назначения, что существенно усложняет эксплуатацию системы, значительно увеличивает потребность в производственных площадях и капитальные затраты на оборудование двух независимых технологических линий.
Известна система интегрированной мембранной технологии, включающая установку механической (ультрафильтрационной) очистки (УМО), установку.
Известна система интегрированной мембранной технологии, включающая установку механической (ультрафильтрационной) очистки (УМО), установку обратноосмотического обессоливания (УОО) с двумя ступенями очистки (УОО-1 и УОО-2), установку электродеионизации (УЭД).
Указанная система интегрированной подготовки вырабатывает подпиточную воду на ТЭЦ для контуров котлов, системы теплоснабжения (СТС) и для циркуляционного охлаждения конденсаторов паровых турбин. В зависимости от требований к качеству подпиточной воды для указанных контуров очищенная вода отводится после УОО-1 или УОО-2 или УЭД.
Кроме того, к основным установкам очистки воды на ТЭЦ относится автономная обессоливающая установка (АОУ).
В аналоге [2] предусмотрен смесительный бак (СБ) конденсата после АОУ с исходной водой, установленный на тракте глубоко обессоленной воды после УЭД (Технологические решения современных водоподготовительных систем, часть 1. / А.А. Пантелеев, Б.Е. Рябчиков, О.В. Хорули, Е.Р. Календарев // http://www.medfilter.ru/kh32.html [2] - аналог).
Указанная АОУ включает бак сбора загрязненного конденсата (БЗК), теплообменник-охладитель загрязненного конденсата, фильтр механической очистки и фильтры ионообменного H-OH-обессоливания с линией подачи обессоленного конденсата в бак запаса конденсата.
Недостатком такой системы, также как и в аналоге [1], является необходимость создания отдельных технологических линий очистки подпиточной воды, компенсирующей потери возвратного турбинного конденсата и возвратного загрязненного конденсата.
Другим недостатком этой системы является использование товарной кислоты и щелочи для регенерации фильтров АОУ и соответственно необходимость создания кислотно-щелочного хозяйства и узла нейтрализации сбросных вод АОУ. Этот недостаток находится в явном противоречии с интегрированной мембранной технологией подготовки подпиточной воды на ТЭС, не использующей кислоту и щелочь.
Еще одним недостатком этой системы является необходимость охлаждения загрязненного конденсата с температурой 96-98°C до 35-40°C перед подачей на АОУ в связи с невозможностью работы анионообменной смолы при большей температуре.
3
3
3
К недостаткам аналога [2] следует отнести также необходимость по условиям работы АОУ установки БЗК большой емкости (650-1000 м) и ограничение качества поступающего на АОУ загрязненного конденсата по железу <300 мкг/дм и по кремнекислоте <300 мкг/дм, свыше которого конденсат сливается в канализацию.
Известна система подготовки подпиточной воды для контуров котельной или электростанции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии, включающая:
- отдельные УМО исходной воды и загрязненного возвратного конденсата;
- узел смешения (УС) исходной воды и загрязненного возвратного конденсата, оборудованный смесительным баком (СБ), расположенным после указанных установок механической очистки исходной воды и конденсата;
- УОО.
(Создание системы водоподготовки для парогазовой электростанции г. Ноябрьска (Ямало-Ненецкий АО) - первый пример использования интегрированной мембранной технологии в отечественной энергетике / НПК «Медиана-фильтр» 2010 http://www.medfilter.ru/kh32.html [3] - прототип).
К недостаткам прототипа [3] следует отнести использование раздельных УМО на линиях исходной воды и загрязненного возвратного конденсата.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является сокращение капитальных затрат на оборудование комбинированной системы подготовки подпиточной воды, а техническим результатом - полное объединение средств очистки исходной воды и загрязненного возвратного конденсата, обеспечивающее сокращение единиц установленного оборудования, упрощение эксплуатации установки и сокращение необходимых для нее производственных площадей.
Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что в системе подготовки подпиточной воды для контуров котельной или электростанции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии, включающей:
УМО исходной воды и загрязненного возвратного конденсата;
УС исходной воды и загрязненного возвратного конденсата, оборудованный СБ;
УОО,
согласно полезной модели указанная УМО исходной воды и загрязненного возвратного конденсата выполнена в виде единого блока, расположенного между указанными УС и УОО.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемой полезной модели и указанным техническим результатом заключается в том, что выполнение установки механической очистки исходной воды и загрязненного возвратного конденсата в виде единого блока, расположенного между узлом смешения и установкой обратного осмоса, обеспечивает упрощение эксплуатации установки и сокращение необходимых для нее производственных площадей.
Краткое описание фигур чертежа
На фиг. 1 изображена блок-схема системы подготовки подпиточной воды согласно примерам 1 и 2 осуществления полезной модели применительно к ТЭС с ПТУ; на фиг. 2 - то же для примера 3 осуществления полезной модели применительно к котельной.
Условные обозначения
АОУ - автономная обессоливающая установка;
БЗК - бак загрязненного конденсата;
БК - бак концентрата УОО или УЭД;
БП - бак пермеата УОО-1;
ВПУ - водоподготовительная установка;
Д - декарбонизатор;
ДТ - температурный датчик;
Ж - жесткость;
НИВ - нагреватель исходной воды;
ОСГ - орошение «сухих» градирен;
ПТУ - парогазовая установка;
ПК - паровой котел;
ПТУ - паротурбинная установка;
РК - регулирующий клапан;
РТ - регулятор температуры;
СБ - смесительный бак исходной воды с загрязненным возвратным конденсатом;
СГ - «сухая» градирня;
СТС - система теплоснабжения;
ТЭЦ - теплоэлектроцентраль;
УМО - установка механической очистки;
УС - узел смешения исходной воды и загрязненного возвратного конденсата;
УОО - установка обратного осмоса;
УЭД - установка электродеионизации;
Щ - щелочность
Перечень позиций чертежа
1 - УС; 2 - СБ; 3 - линия подачи в УС исходной воды; 4 - БЗК; 5 - УМО; 6 - УОО - 1; 7 - БП; 8 - линия подачи подпиточной воды в контур орошения СГ; 9 - линия подачи подпиточной воды в СТС; 10 - линия подачи пермеата УОО-1 в УОО-2; 11 - УОО-2; 12 - Д; 13 - УЭД; 14 - БК УОО-1; 15 - линия подачи концентрата УОО-1 на взрыхляющую промывку фильтрующего слоя фильтра УМО; 16 - РТ; 17 - ДТ; 18 - РК; 19 - НИВ; 20 - БК УОО-2; 21 - линия отвода концентрата из БК 20; 22 - БК УЭД; 23 - линия отвода концентрата из БК 22.
Осуществление полезной модели
Система подготовки подпиточной воды для контуров котельной или электростанции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии согласно полезной модели включает в себя (фиг. 1 и 2) узел смешения УС 1, оборудованный смесительным баком СБ 2, линией 3 подачи в УС 1 исходной воды и баком БЗК 4 для сбора и подачи в СБ 2 загрязненного возвратного конденсата пара промышленного назначения.
По ходу технологического процесса патентуемая система содержит также установку механической очистки УМО 5 и двухступенчатую (фиг. 1) УОО с первой ступенью УОО-1 6 (фиг. 1 и 2), оборудованной баком очищенной воды (пермеата) БП 7. К последнему подключены три линии отвода из него указанного пермеата: линия 8 (фиг. 1) подачи подпиточной воды в систему орошения так называемых «сухих» градирен (СГ), в которых охлаждающая вода циркулирует внутри теплообменных труб; линия 9 (фиг. 1 и фиг. 2) подачи подпиточной воды в систему теплоснабжения (СТС) ТЭЦ или котельной и линия 10 (фиг. 1) подачи части указанного пермеата на более глубокое обессоливание во вторую ступень УОО-2 11 установки обратного осмоса. К выходу УОО-2 по пермеату подключены последовательно декарбонизатор Д 12 и установка электродеионизации УЭД 13, с выхода которой глубоко обессоленная вода (диллюат) поступает на подпитку контура с паровым котлом (ПК).
Согласно полезной модели УМО 5 исходной воды и загрязненного возвратного конденсата выполнена в виде единого блока, расположенного между УС 1 и УОО-1 6. В зависимости от качества исходной воды и загрязненного возвратного конденсата УМО 5 в виде единого блока для очистки смеси этих потоков может быть выполнена как ступень предочистки в составе:
механических осветлительных фильтров (насыпных, самоочищающихся сетчатых или дисковых);
осветлителей и механических фильтров (не показаны);
осветлителей и/или модулей ультрафильтрации (не показаны).
УОО-1 6 снабжена баком БК 14 сбора концентрата с линией 15 его подачи в нижнюю часть УМО 5 для взрыхляющей промывки фильтрующего слоя входящего в УМО 5 механического фильтра.
Система подготовки подпиточной воды согласно полезной модели предпочтительно может включать в себя также регулятор температуры РТ 16 смеси исходной воды и загрязненного возвратного конденсата с датчиком температуры ДТ 17 на входе указанной водяной смеси в УОО-1 бис двумя исполнительными органами, один из которых выполнен в виде регулирующего клапана РК 18 на линии 3 подачи в УС 1 исходной воды, а другой - в виде установленного на той же линии 3 нагревателя НИВ 19. Наличие РТ 16 очищаемой водяной смеси позволяет предохранить мембраны УОО от выхода за пределы допустимого по технологическим условиям значения температуры (обычно 30°C), а при недогреве воды, главным образом, в зимний период обеспечить ее подогрев в НИВ 19 до оптимальной для работы УМО 5 температуры 25-30°C.
УОО-2 11 снабжена БК 20 с линией 21 отвода концентрата на вход УОО-1 6. УЭД 13 снабжена БК 22 с линией 23 отвода концентрата в БП 7.
Пример осуществления 1
3
3
Система комбинированной подготовки подпиточной воды ПТУ работает следующим образом. На ТЭЦ с двумя блоками ПТУ исходная вода с расходом 6,4 м/ч с температурой 10°C поступает (фиг. 1) через РК 18 регулятора температуры РТ 16 в УС 1. Сюда же с расходом 2,8 м/ч с температурой 96°C непрерывно поступает загрязненный конденсат ТЭЦ.
3
3
3
3
3
3
3
Смесь этих потоков будет иметь температуру 35,8°C, что превышает допустимую для мембранных элементов температуру 30°C. Вследствие этого по сигналу ДТ 17 регулятор температуры РТ 16 увеличивает расход исходной воды через РК 18 до 9,4 м/ч. В результате смесь исходной воды и конденсата снизит свою температуру до приемлемого значения 29,5°C.Общий поток с расходом 12,2 м/ч и температурой 29,5°C поступает на УМО 5. Далее смесь исходной воды и конденсата поступает на УОО-1 6. На вход УОО-1 6 добавляется концентрат УОО-2 11 с расходом 0,8 м/ч. Всего на УОО-1 6 поступает для очистки 13 м/ч водяной смеси. Пермеат УОО-1 6 с расходом 9,5 м/ч подается в бак пермеата БП 7, а концентрат УОО-1 6 с расходом 3,5 м/ч отводится в бак сбора концентрата (БК) 14. В бак пермеата БП 7 подается также концентрат УЭД 13 с расходом 0,5 м/ч.
3
3
3
3
3
Из БП 7 пермеат с расходом 10 м/ч подается на вход УОО-2 11. В этом примере пермеат из БП 7 не подается в СТС и на орошение СГ. Пермеат УОО 2 11 с расходом 9,2 м/ч подается на УЭД 13, а концентрат с расходом 0,8м/ч подается на вход УОО-1 6. Диллюат УЭД 13 с расходом 8,7 м/ч направляется в баки запаса конденсата (не показаны) для подачи в ПК (не показан), а концентрат с расходом 0,5 м/ч отводится в БК 22 УЭД.
В таблице 1 представлено изменение качества исходной воды и загрязненного конденсата по ступеням системы комбинированной подготовки подпиточной воды.
Пример осуществления 2
На большинстве ТЭС необходима подготовка подпиточной воды не только для пароводяных трактов контуров энергетических паровых котлов-утилизаторов, но и для контуров системы теплоснабжения СТС, а для ТЭС с «сухими» градирнями - для контуров орошения градирен.
Патентуемая система обеспечивает возможность подготовки подпиточной воды для всех трех упомянутых типов контуров. Следует учитывать, что в такой системе общий расход подпиточной воды и, соответственно, расход исходной воды будут значительно изменяться в зависимости от сезона года. В связи с этим ниже представлен пример исполнения 2 для двух режимов работы (зимнего и летнего) системы водоподготовки на ТЭС с двумя блоками ПТУ мощностью по 235 мВт.
Условно летний режим
3
3
В эксплуатационный период при температуре наружного воздуха tн.в.≥+28°C наряду с подачей подпиточной воды в пароводяные контуры ПТУ и в контуры систем теплоснабжения необходима подача обессоленной воды в контура орошения «сухих» градирен. В этом режиме в УС 1 поступает исходная вода с расходом 85 м/ч и температурой 17°C. Сюда же с расходом 6 м/ч с температурой 95°C непрерывно поступает загрязненный конденсат пара промышленного назначения.
3
Смесь этих потоков будет иметь температуру 22°C, что ниже оптимальной для реагентной обработки в осветлительной установке, входящей в состав УМО 5. Вследствие этого по сигналу датчика температуры ДТ 17 увеличивается подача греющего пара в НИВ 19 повышения температуры смеси исходной воды и конденсата до заданного приемлемого значения 25°C. Общий поток с расходом 91 м/ч и температурой 25°C поступает на установку механической очистки УМО 5. При необходимости можно обеспечить повышение температуры смеси до более высоких значений в диапазоне до 30°C.
3
3
3
3
Далее осветленная вода с расходом 91м/ч подается на УОО-1 6. Из этого количества пермеат с расходом 69 м/ч поступает в бак пермеата БП 7, а концентрат с расходом 22 м/ч, отводится в бак концентрата БК 14. В БК 22 также поступает концентрат УЭД 13 с расходом 2 м/ч.
3
Общий расход пермеата из БП 7 в количестве 71 м/ч распределяется следующим образом:
3
- на подпитку контуров системы орошения «сухих» градирен 35 м/ч;
3
- на подпитку контуров СТС частично обессоленной (умягченной) воды 6 м/ч;
3
3
3
- на УОО-2 11 30 м/ч. Из этого расхода 27 м/ч через установку декарбонизации Д 12 подается на УЭД 13, а 3 м/ч - концентрат УОО-2 11, направляется в бак осветленной воды (не показано).
3
3
3
На УЭД 13 поступает 27 м/ч. Из этого расхода глубоко обессоленный диллюат 25 м/ч подается на подпитку пароводяных контуров ПГУ и концентрат 2 м/ч отводится в БП 7 УОО-1 6.
3
3
3
В этом режиме в работе находятся 2 модуля УОО-1 6 общей производительностью 70 м/ч, 2 модуля УОО-2 11 общей производительностью 27 м/ч и 2 модуля УЭД 13 общей производительностью 25 м/ч.
В таблице 2 представлено изменение показателей качества воды для данного примера по ступеням ее очистки в технологической схеме.
Условно зимний режим
3
3
В эксплуатационный период при температуре наружного воздуха tн.в.<+28°C обеспечивается подача подпиточной воды в пароводяные контуры ПГУ и в СТС, но отпадает необходимость подачи обессоленной воды на орошение СГ. В этом режиме в УС 1 поступает исходная вода с расходом 37,5 м/ч и температурой 10°C. Сюда же с расходом 6 м/ч с температурой 95°C непрерывно поступает загрязненный возвратный конденсат.
3
Смесь этих потоков будет иметь температуру 21,7°C, что ниже оптимальной для реагентной обработки в осветлительной установке. Вследствие этого по сигналу ДТ 17 увеличивается подача греющего пара в НИВ 19 до повышения температуры указанной водяной смеси до заданного приемлемого значения 25°C. Общий поток с расходом 43,5 м/ч и температурой 25°C поступает на УМО 5. При необходимости можно обеспечить повышение температуры смеси до более высоких значений в диапазоне до 30°C.
3
3
3
3
Осветленная вода с расходом 43,5 м/ч подается на УОО-1 6. Из этого количества пермеат с расходом 34 м/ч поступает в БП 7, а концентрат с расходом 11 м/ч, отводится в БК 14. Часть концентрата УЭД 13 с расходом 2 м/ч поступает в БП 7.
3
Из общего расхода 36 м/ч пермеата:
3
- на подпитку контуров СТС частично обессоленной (умягченной) воды 6 м/ч;
3
3
3
- на УОО-2 11 30 м/ч. Из этого расхода 27 м/ч через установку декарбонизации Д 12 подается на УЭД 13, а 3 м/ч - концентрат УОО-2 11, направляется в бак осветленной воды (не показано).
3
3
3
На УЭД 13 поступает 27 м/ч. Из этого расхода глубоко обессоленный диллюат 25 м/ч подается на подпитку пароводяных контуров ПТУ, а концентрат 2 м/ч отводится в БП 7 УОО-1 6.
3
3
3
В этом режиме в работе находятся 1 модуль УОО-1 6 производительностью 34 м/ч, 2 модуля УОО-2 11 общей производительностью 27 м/ч и 2 модуля УЭД 13 общей производительностью 25 м/ч.
В таблице 3 представлено изменение показателей качества воды для данного примера по ступеням ее очистки в технологической схеме.
Как видно из приведенных таблиц 2 и 3, качество частично обессоленной воды после УОО-1 6 удовлетворяет требованиям ПТЭ к подпиточной воде теплосети, требованиям к воде на орошение градирен, а качество глубоко обессоленной воды после УЭД 13 удовлетворяет требованиям к качеству подпиточной воды энергетических паровых котлов-утилизаторов ПТУ.
Пример исполнения 3
В этом примере рассмотрим режим работы водоподготовительной системы крупной промышленной котельной нефтеперерабатывающего завода с паровыми котлами давлением 1,3-4,0 МПа. Система включает СБ, УМО (осветлители и механические фильтры), УОО, БП (чертеж 2). При недостаточно высоком качестве обессоленной воды по показателю жесткости пермеат УОО дополнительно умягчается на натрий-катионитных фильтрах (на чертеже не показаны).
3
3
Система работает следующим образом. Исходная вода с расходом 520 м/ч с температурой 13°C поступает в узел смешения. Сюда же с расходом 100 м/ч с температурой 97°C непрерывно поступает загрязненный конденсат.
3
3
3
3
Смесь этих потоков будет иметь температуру 26,5°C, что ниже оптимальной для реагентной обработки (известкование с коагуляцией сернокислым железом) в осветлительной установке. Вследствие этого по сигналу ДТ 17 увеличивается подача греющего пара в НИВ 19 исходной воды для повышения температуры смеси исходной воды и конденсата до приемлемого значения 30°C. После осветлительной установки осветленная вода с расходом 600 м/ч подается на УОО-1 6 (20 м/ч составляет продувка осветлителя). После УОО-1 6 пермеат с расходом 500 м/ч поступает в БП 7. А концентрат УОО-1 6 с расходом 100 м/ч отводится в БК 14 с целью последующего использования для взрыхляющих промывок механических фильтров УМО 5.
Для глубокого доумягчения пермеата он дополнительно обрабатывается на натрий-катионитных фильтрах (на чертеже 2 не показаны).
В таблице 4 представлено изменение показателей качества воды по ступеням ее очистки в технологической схеме.
Промышленная применимость
Система подготовки подпиточной воды согласно полезной модели отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и фигурах чертежа достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области водоподготовки.