ПИКОВЫЕ СЕТЕВЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ
До разработки пиковых водогрейных котлов пиковая тепловая нагрузка обеспечивалась за счет подогрева сетевой воды в пиковых пароводяных подогревателях, питаемых острым паром [81].
Пиковые подогреватели, работающие обычно незначительный период времени при низких температурах наружного воздуха, предназначены для нагрева сетевой воды сверх температуры, получаемой в основных подогревателях. Принципиальная схема подогревательной установки ТЭЦ с пиковым сетевым подогревателем представлена на рис. 1.20.
Теплопроизводительность пиковых подогревателей (при отсутствии пиковых водогрейных котлов) равна разности между максимальной потребностью теплоты и теплопроизводительностью основных сетевых подогревателей при минимальной расчетной температуре наружного воздуха.
Пиковые подогреватели имеют маркировку ПСВ с указанием теплообменной поверхности в м2 и давлений пара и сетевой воды в кгс/см2, например, ПСВ-315-14-23. Подогреватели изготовляются обычно в виде вертикальных пароводяных теплообменников с прямыми латунными трубами диаметром 19x17,5 мм, допустимое давление греющего пара в них составляет 0,5-1,5 МПа [77]. Основные технические характеристики пиковых сетевых подогревателей вертикального типа представлены в прил. 5.
На рис. 1.21 показан пиковый вертикальный пароводяной подогреватель.
В этом подогревателе разделительные перегородки в водяных камерах делят трубную систему на ряд сегментов. При такой схеме распределения ходов температуры трубок в смежных ходах близки между собой, поэтому в них не возникает больших термических напряжений. В подогревателе вода идет по трубам, а пар - в межтрубном пространстве.
Теплоотдача пара при всех скоростях достаточно высока и всегда больше теплоотдачи воды, а площадь сечения трубок в подогревателе всегда меньше площади сечения межтрубного пространства, поэтому для повышения эффективности теплообмена воду пропускают в трубах.
Подвод греющего пара производится в верхнюю часть корпуса, а отвод конденсата осуществляется из нижней. Направление движения пара в межтрубном пространстве организуется с помощью специальных перегородок (рассечек), которые предотвращают образование толстой пленки конденсата на трубах, снижающей коэффициент теплоотдачи от пара к металлу, и препятствуют повреждению трубок от вибрации [82]. Нагреваемая сетевая вода подводится и отводится из верхней водяной камеры, разделенной перегородками, которые делят трубный пучок на несколько частей по числу ходов.
Трубный пучок состоит из прямых трубок, развальцованных в верхней и нижней трубных досках. Плоскости соприкосновения разделительных перегородок с трубными досками и верхней водяной камеры с корпусом подогревателя уплотняются асбестовыми или свинцовыми прокладками для предотвращения перетекания воды мимо трубок и утечек пара. Нижняя трубная камера крепится к нижней трубной доске и может перемещаться вдоль стенок корпуса подогревателя при температурных деформациях. На входе пара в подогреватель перед фронтом трубок устанавливается отбойный лист для гашения кинетической энергии струи, а в нижней части - специальные штуцера для отвода воздуха и спуска воды из парового и водяного пространства и присоединения регулятора уровня конденсата. Крепится подогреватель на опорах, приваренных к корпусу.
Несмотря на проведенные в последние годы работы по совершенствованию конструкции сетевых подогревателей с целью интенсификации теплообмена, кожухотрубные теплообменники являются довольно громоздкими и металлоемкими.
В последнее время все большее распространение получают более компактные, простые в обслуживании и эффективные по теплообменным характеристикам пластинчатые теплообменники, которые также могут использоваться в качестве пиковых сетевых подогревателей [28]. Пластинчатые теплообменники представляют собой аппараты, поверхность теплообмена которых образована тонкими штампованными пластинами с гофрированной поверхностью.
Рабочие среды в пластинчатом теплообменнике движутся в щелевых каналах между соседними пластинами. Каналы для греющего и нагреваемого теплоносителей чередуются между собой. Простейший теплообменник состоит не менее чем из трех пластин, которые образуют два канала: один для греющего агента, второй - для нагреваемого. Гофрированная поверхность пластин усиливает турбулизацию потоков рабочих сред и повышает коэффициент теплоотдачи. Размеры, формы и профили поверхности пластин разнообразны.
Пластинчатые теплообменники выпускаются трех модификаций - разборные, полуразборные и неразборные:
в разборных теплообменниках пластины разделены резиновыми прокладками;
в полуразборных - сварены попарно и сдвоенные пластины разделены прокладками;
в неразборных теплообменниках соединения всех пластин сварные, прокладки отсутствуют.
Подробное описание различных типов пластинчатых теплообменников, а также схем и режимов их работы приводится в [9, 28]. В [70] отмечается, что по сравнению с кожухотрубными теплообменниками одинаковой производительности пластинчатые занимают в 6 раз меньше места, а коэффициент теплопередачи у них в 3-5 раз выше. Применение разборных пластинчатых теплообменников позволяет при увеличении нагрузки теплоисточника легко и быстро увеличить поверхность теплообмена подогревателя на расчетное количество пластин. Очистка внутренней поверхности такого теплообменника также не является трудоемкой.
Принципиальная тепловая схема ТЭЦ среднего давления с кожухотрубным пиковым сетевым подогревателем приведена в [76] (рис. 1.6 а). Основная тепловая нагрузка обеспечивается в основном сетевом подогревателе, питаемом паром теплофикационного отбора турбины, а пиковая нагрузка - в пиковом подогревателе, подключенном к паропроводу энергетического котла среднего давления (4 МПа) через РОУ, в которой происходит снижение давления до 0,5 МПа и охлаждение пара, после чего пар подается на пиковый подогреватель.
Другим примером использования пиковых сетевых подогревателей является тепловая схема Мурманской ТЭЦ [62], согласно которой базовая тепловая нагрузка покрывается в основных сетевых подогревателях за счет отборов пара противодавленческих турбин типа Р и ПР и пара после РОУ. За основными сетевыми подогревателями установлены пиковые сетевые подогреватели, питаемые паром энергетических паровых котлов через РОУ, и три пиковых водогрейных котла (рис. 1.22).
Пароводяные теплообменники менее подвержены коррозионному износу и в них невозможен пережог труб, но, несмотря на отсутствие этих недостатков, свойственных водогрейным котлам, пиковые сетевые подогреватели на многих ТЭЦ были заменены пиковыми водогрейными котлами.
Замена пиковых подогревателей водогрейными котлами произошла из-за необходимости уменьшить малоэффективный расход пара высоких давлений. Пиковые теплофикационные подогреватели включаются в работу на непродолжительное время, и чтобы обеспечить эту кратковременную потребность пара, необходимо было устанавливать котлы с большим запасом паропроизводительности, который длительное время не используется.
При этом увеличивается стоимость оборудования ТЭЦ, так как энергетические парогенераторы значительно дороже пиковых водогрейных котлов [69]. С повышением начальных параметров пара на ТЭЦ его применение в пиковых подогревателях, подключенных к паропроводам котлов через РОУ, становится неэкономичным ввиду непроизводительного редуцирования и охлаждения острого пара перед пйковыми сетевыми подогревателями. Однако тепловая схема станции, где установлены паровые котлы с пиковыми сетевыми подогревателями, является более надежной по сравнению с последовательной схемой включения водогрейных котлов.
В настоящее время при проектировании источников пиковой тепловой мощности возвращаются к использованию пиковых сетевых подогревателей. На ТЭЦ может быть применена тепловая схема, представленная в [144] (рис. 1.6 б). Согласно данной схеме пиковый сетевой подогреватель соединен с помощью паропровода отборного пара с частью высокого давления турбины. На паропроводе отборного пара установлено регулирующее устройство, которое позволяет при колебаниях нагрузки высокопотенциального отбора использовать излишки пара для дополнительной выработки электроэнергии. Такая схема используется на некоторых тепловых электростанциях.
Например, на Ново-Свердловской ТЭЦ предполагается смонтировать пиковую бойлерную установку производительностью 300 Гкал/ч с использованием имеющихся на станции резервов пара [25]. Часть пара на пиковые сетевые подогреватели предполагается подавать из отборов турбин Т-110/120-130. Уральский турбомоторный завод устанавливает на отборах защитно-регулирующие клапаны, которые снижают давление до 13 кгс/см2, расход пара в отборе составит около 70 т/ч. Два запроектированных водогрейных котла КВ-ГМ-180 решено не устанавливать, т.к. по карбонатному индексу для условий Ново-Свердловской ТЭЦ максимальная температура сетевой воды на выходе из котла не должна превышать 125 °С.
На Серовской ГРЭС проведена реконструкция конденсационных турбин с организацией у них теплофикационных отборов. Отпуск теплоты от станции в количестве 314 МВт осуществляется от турбин типа К-100-90-2, модернизированных по проекту бывшего Харьковского филиала ЦКБэнерго с организацией регулируемого теплофикационного отбора на давление 0,24-0,39 МПа с расходом до 270 т/ч, и РОУ 100/15 (в перспективе от противодавленческой турбины). Пар из отборов турбин поступает на основные сетевые подогреватели типа ПСВ-500-3-23, в которых сетевая вода подогревается до 123 °С. Дальнейший нагрев до 150 °С осуществляется в пиковых сетевых подогревателях типа ПСВ-500-14-23 редуцированным паром [89].
Применение для снижения потенциала пара вместо РОУ турбины с противодавлением является более выгодным техническим решением, позволяющим вырабатывать дополнительное количество электроэнергии на тепловом потреблении. Пиковый подогреватель может быть подключен и к промышленному отбору пара противодавленческой паровой турбины типа ПР [148] (рис. 1.7). При такой схеме конденсат после пикового сетевого подогревателя направляется в основной‘сетевой подогреватель, который по греющей среде подключен к паропроводу противодавления. Общий конденсат после основного и пикового сетевых подогревателей отводится в деаэратор питательной воды паровых котлов.
Технологии обеспечения пиковой тепловой мощности с помощью пиковых сетевых подогревателей, работающих от различных источников пара, являются более надежными, чем традиционная технология покрытия пиковой тепловой нагрузки с помощью водогрейных котлов. Недостатками при использовании пиковых сетевых подогревателей являются необходимость в дополнительной паровой мощности, срабатывание высокого потенциала пара в РОУ, высокая металлоемкость подогревателей, сложность очистки внутренней поверхности. В связи с этим необходимо четко определить сферы применения пиковых сетевых подогревателей на ТЭЦ, доли базовой и пиковой нагрузки, покрываемой от сетевых подогревателей, требуемый температурный и водно-химический режим для поддержания поверхностей нагрева в безнакипном состоянии. Необходимо совершенствовать схемы включения пиковых сетевых подогревателей на ТЭЦ с целью максимального использования преимуществ теплофикации и повышения экономичности станции.
