Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Форсирование теплопроизводительности ТЭЦ за счет отборов тепла от энергетических котлов

В.И.Щелоков А.У. Липец

Отбор тепла от энергетических котлов

Предлагаемый способ отбора тепла, разработан­ный заводом совместно с НПО ЦКТИ, требует мини­мальных капиталовложений и уменьшенных затрат на топливо по сравнению с производством тепла в во­догрейных котлах. По сравнению же с отбором от ТЭЦ он не вызывает потерь мощности турбиы и способ­ствует улучшению экологических характеристик котла по выбросам золы и оксидов азота.

Выработка электроэнергии на тепловом потребле­нии является наиболее дешевым и простым спосо­бом повышения эффективности паротурбинных энер­гоблоков. Если имеется потребность в тепле, напри­мер для теплоснабжения, то вместо того чтобы про­изводить его в специальных мазутных водогрейных котлах, можно получать его из турбины путем отбора вырабатываемого на дешевом топливе пара, который в противном случае сбрасывается в конденсатор. На этом принципе строятся ТЭЦ со специальными тур­бинами для отбора пара на подогрев воды в бойле­рах. Они были широко распространены в бывшем СССР, а ныне продолжают распространяться в Рос­сии.

Удельные расходы топлива ТЭЦ на производство в них электроэнергии составляют примерно 150....170 г.у.т./(кВт ч) вместо 340 г.у.т.(кВт ч) на конденсационных станциях,

Сравнительно небольшое распространение ТЭЦ во многих странах Запада объясняется в основном не тех­ническими причинами, а общественным укладом за­падного общества. Впрочем, есть и экономические причины, связанные главным образом с тепловыми сетями.

Казалось бы, преимущества теплофикации очевид­ны. Однако она имеет и определенные недостатки, о которых упоминают значительно реже, чем о досто­инствах:

• сезонность выработки тепла с получением соот­ветствующего эффекта и отсутствие эффекта в ос­тальное время года, даже некоторое ухудшение эко­номичности по сравнению с конденсационной станци­ей;

• заметное ухудшение, экономичности ТЭЦ при про­изводстве высокопотенциального тепла для дальнего теплоснабжения;

• снижение электрической мощности энергоблока при неизменной паропроизводительности котла в случае отбора пара от турбины и соответственно необходи­мость восполнения потерянной мощности в энерго­системе строительством новых электростанций.

Указанные недостатки не всегда полностью осоз­наются научно-технической общественностью. Поэто­му особого внимания заслуживает другой способ от­бора тепла от энергоблоков - не от турбин, а от кот­лов. Скорее, его можно рассматривать как способ от­бора дополнительного тепла, но иногда он может вы­ступать и как альтернативный.

Широко известен способ отбора тепла от котлов в низкотемпературных экономайзерах (НЭКО), когда за воздухоподогревателем котла устанавливается повер­хность нагрева НЭКО, где нагревается сетевая вода для теплоснабжения. Для этого способа характерно то, что тепло НЭКО является полностью утилизацион­ным, не требующее дополнительных затрат топлива; кроме того, отсутствуют потери электрической мощ­ности энергоблока.

Вместе с тем, НЭКО присущи и серьезные недостатки:

• количество вырабатываемого тепла невелико в пределах возможного снижения температуры уходящих газов;

• потенциал отбираемого тепла ограничен распола­гаемой температурой уходящих газов с учетом приемлемого температурного напора в НЭКО;

• поверхность нагрева непомерно велика из-за низкого температурного напора;

• надежность НЭКО,- и это главное, - низка, они склонны к коррозии, износу, забиванию.

Из-за указанных недостатков НЭКО мало распро­странены в мировом котлостроении: как правило, они не выдержали проверки временем

Решающий шаг, который сделал завод в вопросе отбора тепла от котлов, - это размещение поверхнос­ти нагрева для отбора тепла не за воздухоподогрева­телем, а перед ним. Эту поверхность можно назвать высокотемпературным теплофикационным экономайзе­ром (ВТЭ) или встроенным водогрейным котлом (ВВК) - рис. 1.

Установка ВТЭ перед воздухоподогревателем по­зволяет отобрать в нем значительно большее количе­ство тепла, чем в НЭКО, при одинаково глубоком сни­жении температуры уходящих газов. Его можно увели­чить, если одновременно сократить тепловосприятие водяного экономайзера, вплоть до его отключения на период потребления тепла.

Естественно, что тепло, которое производится в ВТЭ, лишь частично утилизационное, а в остальном оно содержит тепло дополнительно сожженного топлива. При ограниченном количестве получаемого тепла и искусном проектировании эффективность отбираемо­го тепла (доля утилизационного тепла) в ВТЭ может составлять от 30 до 70 %.

По сравнению с отбором тепла от турбины, отбор тепла от котла в ВТЭ может быть не менее теплотех­нически эффективным, однако количество отбираемо­го тепла в нем безусловно уступает количеству тепла, которое можно получить от турбины.

На газовом котле СКД, работающем в блоке с теп­лофикационной турбиной Т-250, в ВТЭ можно отобрать до 100 Гкал/ч тепла, тогда как отбор тепла от турбины составляет примерно 360 Гкал/ч.

На аналогичном газовом котле СКД, работающем в блоке с конденсационной турбиной К-300, от котла уда­ется отобрать 50 Гкал/ч, используя в качестве ВТЭ часть поверхности котельного экономайзера.

Сжигание в котлах одного только газа позволяет ото­брать в них тепло со снижением температуры уходя­щих газов до Тух. == 80.....90 °С.

Сжигание в котлах низкокалорийных высоковлажных топлив, например лигнитов, сопряжено, особенно при высоких параметрах пара, с высокой температурой ухо­дящих газов, что позволяет обеспечить значительную тепловую эффективность отбора тепла.

Таким образом, при сжигании газа и низкокалорий­ных влажных топлив ситуация благоприятствует отбору тепла от котлов, которое при ограниченных потребно­стях в нем может быть конкурентоспособным с отбо­ром тепла от турбин по тепловой эффективности и пре­восходить его по отсутствию потерь электрической мощности.

Наиболее важным преимуществом отбора тепла от котлов по сравнению с его отбором от турбин является возможность электрической разгрузки энергоблока (пу­тем снижения паропроизводительности котла) практи­чески без потерь теплопроизводительности.

Что же касается сопоставления отборов тепла от энергетических котлов с отбором от специальных во­догрейных, то превосходство первых очевидно по сле­дующим причинам:

• тепло, отбираемое от энергетических котлов, зача­стую производится на дешевом твердом топливе, а не на мазуте;

• отбор тепла не требует строительства котельной со вспомогательным оборудованием и специального об­служивания;

• ВТЭ представляет собой дешевую конвективную по­верхность нагрева;

• отбор тепла от энергетических котлов обеспечива­ет снижение удельных расходов топлива на производ­ство электроэнергии.

Но работы завода выявили возможность отбора теп­ла не только от дымовых газов, но и от дутьевого воз­духа, а также от питательной воды.

Для всех вариантов отбора тепла завод располага­ет специальными высокоинтенсифицированными теплообменниками.

Ниже приведены некоторые примеры модерниза­ции котлов с целью отбора от них тепла. Из этих при­меров будет видно, что реализовать отбор тепла от котла достаточно просто.

Завод готов принять на себя проектирование и из­готовление оборудования для отбора тепла. Некото­рые разработки завода в этом направлении запатенто­ваны, другие содержат "ноу-хау" и подлежат патентованию.

Мы приглашаем коллег к совместным работам и совместному патентованию.

1. Березовская ГРЭС-1

Блок № =800 Мвт с котлом П-76, Д=2650 т/час

Основная цель - снижение температуры уходящих газов для повышения эффективности электрофильтров - уменьшение выбросов золы в 2 раза.

Этот вопрос решен путем отбора от избыточного воздуха тепла • =50 Гкал/ч для целей теплоснабжения. Это позволило сократить по одному водогрейному котлу на каждый энергоблок и снизить температуру уходящих газов до 140&•uot;С.

Модернизация котла заключается в оснащении трубчатого воздухоподогревателя системой избы­точного воздуха с встроенным в воздуховод воздухо-водяным теплообменником, который включен в тракт сетевой воды.

Затраты на установку - 160 тонн металла и вентиляторы воздушной рециркуляции.

Установкой оснащены 2 блока, головная установка работает более десяти лет.

Эффективность:

• снижение температуры уходящих газов на   20 °;

• уменьшение выбросов золы из электрофильтров в 2 раза;

• уменьшение затрат топлива на производство теп­ла более чем в 2 раза

2. Омская ТЭЦ-5

Котел БКЗ-420 работает на экибастузском угле 0= 3450 ккал/кг.

Модернизация заключается в замене гладкотрубного экономайзера второй ступени на оребренный, исключении гладкотрубного экономайзера первой ступени из гидравлической схемы котла и замене его оребренным высокотемпературным теплофикационным экономайзером с предвключенным воздушным подо­гревателем сетевой воды, а также в повышении температуры предварительного подогрева воздуха.

Израсходовано - 240 тонн металла.

Результаты:

• рекордное (до 97 'С) снижение температуры уходящих газов;

• уменьшение выбросов золы из электрофильтров в 2,7 раза;

• получение 14,3 Гкал/ч тепла для теплоснабжения пои затрате тепла топлива

• = (В-Во) • Орн • h = (73.70 - 71,54) • 3450 •0,938 = 7,0 Гкал/час

• повышение надежности работы экономайзеров по условиям золового износа.

Модернизированный котел эксплуатируется свыше 6 лет.

Снижение температуры газов на выходе из котла привело к существенному повышению его КПД (около 2,5%), росту эффективности электрофильтров (за счет уменьшения объема и скорости газов и улучшения элек­трофизических свойств золы), выработке большого ко­личества дополнительной тепловой энергии (свыше 14 Гкал/ч) только за счет утилизации низко потенциального тепла.

Основой данной системы является использование теплообменников из труб с приварным спирально-ленточным оребрением, успешно изготавливаемых ОАО "ЗиО-Подольск", а также современные методы проек­тирования котлов.

4. Отборы тепла от газовых котлов Сургутских ГРЭС-1 и ГРЭС-2

На Сургутской ГРЭС-1 сетевая вода греется отбор­ным паром турбин до 1120. Догрев воды до 1500 осу­ществляется в водогрейных котлах городских газовых котельных.

Удовлетворение растущих потребностей города в тепле тривиальными методами требует увеличение расхода сетевой воды, прокладки нового трубопровода и реконструкции турбин с увеличением отбора от них пара при соответствующем снижении электрической мощности.

Разработанное предложение (см. рисунок) решает эту задачу по-другому.

- В котле перед РВП устанавливается дополни­тельная оребренная поверхность нагрева - высоко­температурный теплофикационный экономайзер - ВТЭ, в котором байпас сетевой воды нагревается от 1120 до 1600, после чего он смешивается с основным потоком сетевой воды, повышая ее температуру до 1330.

• При указанных в схеме величинах теплопроизводительность станции возрастает в –1,35 раза без увеличения расхода сетевой воды и без уменьшения электропроизводительности.

• Отбор тепла от котла осуществляется с тепловой эффективностью ~ 35%, на производство допол­нительного тепла расходуется только 65% требуемого по балансу газа.

• Соответственно, в водогрейных котельных расход природного газа сокращается на 35%, что является чистой эксплуатационной экономией.

• Затраты на ВТЭ существенно меньшие, чем затраты на дополнительные трубопроводы. Да и сама стоимость ВТЭ во много раз меньше стоимости необходимых дополнительных водогрейных котлов.

По нашим расчетам окупаемость затрат не превышает 3-х месяцев.

Разработанные заводом схемы отбора тепла для Сургутской ГРЭС-2 (рис. 1,2,3) предусматривают воз­можности отбора тепла от дымовых газов, от дутьево­го воздуха, от питательной воды.

Новые схемы отбора тепла от котлов обладают ря­дом достоинств.

• Тепловая эффективность отбора тепла достаточ­но высока и составляет обычно 30-50%.

• Капитальные затраты на отбор тепла от котлов в 5-10 раз ниже, чем затраты на водогрейные котлы.

• Температурный потенциал отбираемого от котлов тепла может быть сколь угодно высок.

• Отбор тепла от котлов позволяет поддерживать теплопроизводительность станции при снижении элек­трической нагрузки.

• Отбор тепла от котлов обычно сопровождается экологическими эффектами: снижением выбросов ок­сидов азота в газомазутных котлах, повышением эф­фективности электрофильтров в угольных котлах.

Окупаемость затрат обычно не превышает 1-2-х лет.