Анализ схемы утилизации воды непрерывной продувки котлов среднего давления Безымянской ТЭЦ

УДК 621.311.22

АНАЛИЗ СХЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ВОДЫ НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОДУВКИ КОТЛОВ СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ БЕЗЫМЯНСКОЙ ТЭЦ

С.К. ЗИГАНШИНА

ГОУ ВПО "Самарский государственный технический университет"

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

где й - количество пара, выделяющегося из 1 кг продувочной воды в УТ, кг/кг. Величина й определяется по формуле [1]

й =

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 =

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-—.

йут - Й2

Расход пара , кг/ч, выделяющегося из продувочной воды в УТ,

Бут = 100

Расход пара Бут, кг/ч, отводимого в атмосферу из УТ,

Бут = бПт - Бп =

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

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 = ^^

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^ =-

Суточная потеря теплоты в денежном выражении Пв2, руб/сут, с продувочной водой, отводимой из УТ,

24йвтр10-6 $ т/ ч/ ч

Пв2 = йв $ т =-Щ68-

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 \

(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

,, - 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

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

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.

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.

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.