ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ В ПИКОВЫХ ТЕПЛОИСТОЧНИКАХ ТЭЦ
Одним из важнейших условий повышения надежности источников пиковой тепловой мощности является совершенствование противокоррозионной обработки подпиточной воды тепловых сетей.
Основным средством удаления коррозионно-активных газов (02 и С02) из воды на тепловых электростанциях и в котельных является термическая деаэрация.
В соответствии с классификацией термических деаэраторов по давлению [22] существуют три способа деаэрации в аппаратах вакуумного (ДВ) и атмосферного (ДА) типов и в деаэраторах повышенного давления (ДП). Наиболее часто для деаэрации подпиточной воды теплосети в пиковых теплоисточниках электростанций применяются вакуумная и атмосферная деаэрация. Деаэраторы повышенного давления применяются главным образом для деаэрации питательной воды паровых котлов. Сравним все три способа деаэрации применительно к пиковым теплоисточникам.
С физико-химической точки зрения, согласно закону Генри, чем выше температура, тем меньше растворимость газов в воде, и тем интенсивнее идет процесс десорбции. В соответствии с ГОСТ 16860-88 [22] наименьшее содержание 02 в деаэрированной воде обеспечивается после деаэратора повышенного давления (10 мкг/дм3), среднее - после атмосферного (20 мкг/дм3), наибольшее - после вакуумного (50 мкг/дм3).
Деаэраторы атмосферного типа имеют небольшую единичную производительность, поэтому для подготовки больших объемов подпиточной воды теплосети требуется установка большего количества аппаратов по сравнению с деаэраторами двух других типов. Недостатком деаэраторов повышенного давления является необходимость обеспечения высоких температурных параметров теплоносителей, подаваемых в деаэратор. В вакуумном деаэраторе, несмотря на мгновенное выделение некоторого количества газов при подаче воды в него, процесс дегазации воды из-за вакуума происходит труднее, поэтому для достижения такой же глубины дегазации, как и при атмосферном давлении, интенсивность обработки воды в вакуумном деаэраторе должна быть выше, чем в атмосферном.
Деаэрационные установки являются неотъемлемой частью оборудования электростанций, поэтому окончательный вывод о целесообразности применения того или иного типа деаэратора можно сделать лишь в том случае, когда деаэратор рассматривается не только как дегазационный аппарат, но и как элемент тепловой схемы электростанции. Решающим обстоятельством при выборе типа деаэратора чаще всего оказывается влияние способа дегазации на тепловую экономичность пикового теплоисточника и ТЭЦ в целом.
Рассмотрим характерные схемы дегазации подпиточной воды теплосети в источниках пиковой тепловой мощности электростанций (рис. 4.5-4.7). В качестве критерия при сравнении тепловой экономичности теплофикационных установок с деаэраторами удобно принять величину мощности Nmp турбоустановки, развиваемой на тепловом потреблении за счет отборов пара на подогрев теплоносителей, подаваемых в деаэратор. В общем случае Nmp, кВт, найдется как:
Типовая схема включения атмосферного деаэратора на ТЭЦ представлена на рис. 4.5. Умягченная (химически очищенная) вода перед поступлением в ДА 7 подогревается в водо-водяном теплообменнике 2 и пароводяном подогревателе 3. В деаэратор и подогреватель 3 подается пар теплофикационного отбора турбины 1. Деаэрированная вода подогревает умягченную воду в теплообменнике 2 и поступает в бак-аккумулятор 5, откуда подпиточным насосом подается в теплосеть.
Мощность Nm(i) для данной схемы определяется по формуле:
Для более полной оценки влияния типа деаэратора на тепловую экономичность паротурбинной установки необходимо также учитывать мощность Npee 1, кВт, вырабатываемую на тепловом потреблении за счет регенеративного подогрева конденсата подогревателя 3. Определить Npee] можно с помощью введения в схему условных эквивалентных регенеративных отборов, идея которых в 60-е годы XX в. предложена профессорами Е.Я. Соколовым и З.Ф. Немцевым [48]. Для схемы на рис. 4.5 принят один эквивалентный отбор с энтальпией для подогрева конденсата подогревателя 3 до температуры питательной воды tm.
В теплофикационной установке с вакуумным деаэратором, схема которой изображена на рис. 4.6, подогрев умягченной воды перед ДВ 7 осуществляется во встроенных пучках 9 конденсатора турбины 1. В качестве греющего агента используется деаэрированная вода, отбираемая после подпиточного насоса 6. Для ее подогрева в подогревателе 3 используется пар теплофикационного отбора турбины 1. Из деаэратора вода самотеком сливается в бак-аккумулятор 5 и из него насосом 6 подается в теплосеть.
Для определения Npecl, кВт, в схему введены условные регенеративные подогреватели 4 и 8. Мощности Мтф2 определяются по формулам:
Деаэраторы повышенного давления применяются для подготовки подпиточной воды теплосети сравнительно редко. Однако деаэратор повышенного давления может быть использован для подготовки подпиточной воды замкнутого контура пиковых водогрейных котлов, который подключен к теплосети через поверхностные водо-водяные теплообменники
Принципиальная схема включения деаэратора повышенного давления представлена на рис. 4.7. Греющей средой в деаэраторе является пар регенеративного отбора турбины с давлением 1,1 МПа, который перед поступлением в деаэратор 7 проходит через редукционно-охладительную установку 8, где параметры пара понижаются до рабочего давления в деаэраторе 0,6 МПа. Деаэрированная вода с температурой 158 °С проходит через водо-водяной подогреватель 2 и нагревает умягченную воду, а затем поступает в бак-аккумулятор 5, откуда подпиточным насосом 6 подается в теплосеть. Для дополнительного нагрева умягченной воды используется пароводяной подогреватель 3, на который подают пар регенеративного отбора турбины. Для более полного учета электрической мощности, развиваемой турбиной на тепловом потреблении, предполагается, что конденсат пароводяного подогревателя догревается до температуры пи?ательной воды в условном регенеративном подогревателе 4.
Приняв среднюю разницу между удельными расходами топлива на выработку электроэнергии по конденсационному и теплофикационному циклам Д/э ~ 250 г/(кВт ч), определим, что в установке с вакуумным деаэратором экономия топлива составит: по сравнению с атмосферным деаэратором 2157 т условного топлива в год, а по сравнению с деаэратором повышенного давления 2820 т условного топлива в год. При цене условного топлива 2000 руб./т экономия составит соответственно 4,3 и 5,6 млн рублей в год.
Следует отметить, что само по себе применение вакуумного деаэратора взамен атмосферного или деаэратора повышенного давления не гарантирует увеличения тепловой экономичности ТЭЦ. При проектировании и эксплуатации ТЭЦ с вакуум-деаэрационными установками важно использовать возможность работы вакуумного деаэратора с пониженной температурой теплоносителей, чтобы обеспечить загрузку низкопотенциальных отборов пара турбин.
Величина экономии топлива пропорциональна производительности сравниваемых деаэраторов. Из расчета следует, что при наиболее выгодных схемах экономия топлива АВ на крупных ТЭЦ может составлять несколько тысяч тонн в год. Вместе с тем на ТЭЦ нередко встречаются предусмотренные проектами схемы установок с вакуумными деаэраторами, в которых подогрев теплоносителей перед деаэратором осуществляется паром высокопотенциальных (производственных) отборов турбин. Тепловая экономичность ТЭЦ при таких схемах включения вакуумных деаэраторов даже ниже, чем в установках с атмосферными аппаратами.
Другим фактором, определяющим преимущество вакуумных деаэраторов перед другими в схемах подготовки подпиточной воды теплосети, является возможность применения в качестве греющего агента перегретой относительно давления в деаэраторе воды. Как известно, используемый в атмосферных деаэраторах и деаэраторах повышенного давления греющий пар конденсируется и с подпиточной водой поступает в теплосеть, т.е. происходят потери конденсата из цикла питательной воды ТЭЦ. Эти потери компенсируются добавкой в цикл химически очищенной воды.
С другой стороны, производительность водоподготовительной установки для подпитки теплосети сокращается на величину, равную расходу греющего агента. Поскольку стоимость подготовки добавочной питательной воды паровых котлов значительно больше, чем стоимость подготовки подпиточной воды теплосети, то потери конденсата греющего пара снижают экономичность ТЭЦ.
Графики зависимости снижения потерь конденсата греющего пара деаэраторов AGK, т/ч, от расхода подпиточной воды при использовании вакуумных деаэраторов изображены на рис. 4.8 и описываются формулой:
Капитальные затраты на вакуумные деаэрационные установки КДВ ниже, чем на установки с атмосферными аппаратами КДА или деаэраторами повышенного давления КДП- Существенное влияние на капитальные затраты оказывает единичная производительность деаэраторов: крупные вакуумные деаэрационные установки комплектуются обычно из аппаратов производительностью 800 т/ч, а максимальная производительность атмосферных деаэраторов не превышает 300 т/ч. Производительность деаэраторов повышенного давления изменяется в широких пределах от 6 до 2000 т/ч, однако удорожание установки с деаэраторами повышенного давления связано с особенностями их конструкции, предназначенной для работы при повышенном давлении (0,6-1,0 МПа) и высоких температурах теплоносителей.
К удорожанию установок с деаэраторами повышенного давления и атмосферными аппаратами приводит необходимость монтажа для них индивидуальных баков-аккумуляторов и громоздкого коллектора пара одного из отборов турбины. Кроме того, при определении капитальных затрат на установку с деараторов повышенного давления и атмосферных следует учитывать затраты на увеличение производительности обессоливающей установки для восполнения потерь конденсата греющего пара АК0 и на строительство сопутствующих природоохранных сооружений.
Оборудование деаэрационных установок с вакуумными и атмосферными деаэраторами сопоставимо по стоимости. Так, деаэратор ДВ-400 в комплекте с эжектором ЭП-3-25/75 стоит около 340 тыс. рублей, а установка той же производительности с двумя деаэраторами ДА-200, оборудованными баками-аккумуляторами емкостью по 75 м3 и охладителями выпара ОВА-16, от 300 до 400 тыс. рублей. Количество и стоимость подогревателей в установках с вакуумными и атмосферными деаэраторами примерно одинаковы.
Таким образом, экономия капитальных затрат АК при использовании вакуумных деаэраторов в общем виде определится как:
Так как в целом капитальные затраты на деаэраторы разных типов отличаются не столь существенно, а доля их приведенных затрат намного меньше, чем размер эксплуатационных затрат, то размер капитальных затрат не является определяющим при выборе типа деаэратора на пиковых теплоисточниках ТЭЦ.
К определяющим факторам относятся: обеспечение требуемой глубины деаэрации и эксплуатационные затраты на деаэрационные установки (выработка электрической мощности на тепловом потреблении, сокращение потерь конденсата на ТЭЦ). По этим факторам на ТЭЦ вообще, и в пиковых теплоисточниках в частности, наиболее экономически выгодно применение вакуумных деаэраторов, использующих для подогрева теплоносителей низкопотенциальные отборы пара турбин. Вакуумные деаэраторы на ТЭЦ должны применяться прежде всего там, где пиковые источники тепловой мощности включены последовательно с сетевыми подогревателями.
Если пиковая мощность обеспечивается с помощью пиковых сетевых подогревателей, питаемых паром от паровых котлов низкого давления, при малых расходах подпитки возможно применение деаэраторов атмосферного типа.
Применение деаэраторов повышенного давления возможно только в очень ограниченных случаях, например, когда требуется глубокая дегазация воды для повышения надежности работы оборудования или при отсутствии низкопотенциальных источников теплоты в пиковых паровых котельных. В таких случаях с целью повышения экономичности пиковых теплоисточников может применяться схема, приведенная в [150]. На ТЭЦ при работе пиковых водогрейных котлов на замкнутый контур, подключенный к теплосети через водо-водяные теплообменники, требуется высокое качество подпиточной воды замкнутого контура. При минимальных расходах подпитки (около 1% от количества воды в контуре) применение деаэратора повышенного давления, в котором обрабатывается питательная вода паровых котлов, для подпитки замкнутого контура не наносит ощутимого экономического ущерба ТЭЦ, а способствует снижению повреждаемости пиковых теплоисточников от коррозии и повышению надежности обеспечения пиковых тепловых нагрузок [155, 156, 158, 159]. Подробнее эти технологии рассмотрены в третьей главе.
Рекомендации по выбору типа термических деаэраторов для различных источников пиковой тепловой мощности приведены в табл. 4.1.
Для пиковых водогрейных котельных, расположенных отдельно от ТЭЦ и не имеющих источников пара, вакуумная деаэрация с использованием в качестве греющего агента перегретой сетевой воды, а в качестве газоотводящих устройств механических вакуумных насосов или водоструйных эжекторов - по существу единственный эффективный способ удаления из воды коррозионно-агрессивных газов.
Основные эксплуатационные характеристики термических деаэраторов различных типов представлены в [121] и прил. 16-19.
