Оборотное водоснабжение ТЭЦ

В России на теплоэлектроцентралях часто внедряются системы оборотного водоснабжения. Они позволяют использовать нагретую воду в конденсаторе турбинных устройств. Оборотное водоснабжение на ТЭЦ применяется, когда нет возможности создать прямоточную циркуляционную сеть по экономическим или техническим причинам.

Варианты оборотных систем водоснабжения ТЭЦ

Оборотное водоснабжение теплоэлектроцентрали может быть выполнено с водохранилищем-охлодителем и градирнями. Первый вариант системы уже давно широко используется в российской энергетике. Второй вид оборотного водоснабжения ТЭЦ применяется чаще в районах, где отсутствуют водные ресурсы. Такие системы имеют более сложное исполнение. Для их реализации требуется существенное количество средств, значительная часть которых уходит на создание сооружений в виде башни, предназначенных для снижения температуры горячей воды по принципу испарительного охлаждения.

В качестве прудов-охладителей используются небольшие реки. Такие водоемы могут иметь переменный расход воды. В этом случае она задерживается с помощью плотины. Из источника вода поступает на теплообменный аппарат, где конденсируется пар, который уже отработал в турбине. Потом водная среда сбрасывается обратно в водоем, но на расстоянии, обеспечивающим снижение ее температуры от 8 до 12 градусов. Если источник имеет большую глубину, тогда слив воды может осуществляться рядом с забором. Однако в этом случае водная среда должна поступать на конденсатор из придонного слоя.

При организации циркуляционного оборотного водоснабжения ТЭЦ с градирнями не требуется использовать водоисточник, который находится рядом с теплоэлектроцентралью. Сегодня выполняется строительство открытых, вентиляторных и башенных сооружений. В них могут образовываться брызгальные, капельные или пленочные охлаждающие поверхности. При организации оборотного водоснабжения выполняется строительство смешанных, поперечноточных и противоточных градирен. Самый большой перепад температур создается в противоточных сооружениях. Однако в таких градирнях наблюдается существенный капельный унос.

Пример системы оборотного водоснабжения ТЭЦ

Вода в оборотной системе водоснабжения теплоэлектроцентрали используется для следующих целей:

• снижения температуры рабочей среды в системе маслоснабжения паротурбины и турбинных агрегатов;
• охлаждения воздушных масс в системе, которая охлаждает турбинный генератор;
• обмыва конвективных (тепловоспринимающих) поверхностей котельной установки;
• понижения температуры питательных насосных агрегатов.

При расчете общего количества воды на устройства, охлаждающие масло, принимается во внимание количество маслоохлодителей, которыми оснащен каждый турбинный агрегат. При этом учитывается резервное оборудование, использующееся в крайних случаях, например, когда работающие охладители масла не справляются с поставленными задачами. Другими словами, устройства не могут обеспечить требуемую температуру рабочей среды.

Насосные агрегаты для оборотного водоснабжения ТЭЦ подбираются с учетом сопротивления трубопроводной арматуры, труб и оборудования. При этом забор оборотной водной среды может выполняться из напорного водопровода, проложенного от охлаждающих сооружений (градирен). Использующиеся насосы предназначены для повышения давления воды, а также ее прокачки по трубопроводам. Обязательно нужно предусмотреть в системе резервный насосный агрегат.

Вода внутри теплоэлектроцентрали после подачи к котельному оборудованию собирается в коллекторе и по трубопроводу движется в цех с турбинами, где соединяется с циркуляционной средой, сливаемой из турбинных конденсаторов. После этого она перемещается в градирни. В системе также предусматривается резервная подача воды, очищенной механическим способом.

Методы решения проблем в системе оборотного водоснабжения ТЭЦ

Недостатком оборотного водоснабжения теплоэлектроцентрали является потеря воды. Для ее компенсации осуществляется подача добавочной водной среды. Она поступает из наземного водоема. При этом такая вода не очищается. Этот способ подпитки выгоден с экономической стороны. Однако нужно учитывать, что на поверхностях турбинных конденсаторов появляется накипь в виде отложений веществ, которые практически не растворяются. Если толщина этого слоя равна 1 мм, тогда расход топлива на станции увеличивается на 7%.

Такая проблема решается путем уменьшения солевой нагрузки на систему охлаждения, которая является частью оборотного водоснабжения ТЭЦ. Снижение количества соли достигается с помощью обработки добавочной водной среды на специальных установках. Решить проблему также позволяют мероприятия, которые препятствуют загрязнению турбинных конденсаторов органическими и минеральными отложениями.

Подготовка подпиточной воды осуществляется в несколько этапов. Сначала выполняется ее приготовление, чтобы в дальнейшем можно было провести обессоливание путем изменения жесткости с помощью едкого натрома, подкисления, катионирования, декарбонизации.

Осуществляется также приготовление обессоленной водной среды, которая используется для восполнения конденсата и пара. Этот процесс выполняется с помощью обратного осмоса и электрической деонизации. Еще проводится обеззараживание воды. В результате из нее удаляются бактерии и микроорганизмы. Для этого в системе оборотного водоснабжения используется

Работаем по всей России

Контакты. Тел/ф + 7(812) 627-93-38; info@dc-region.ru

Автор G+

Связаться с нами вы можете с 9.00 – 18.00 (пнд — пят). Наш специалист всегда ответит на Ваши вопросы и проконсультирует по возможным решениям тех или иных задач по телефону или по запросу на почту market@dc-region.ru.

+7 (931) 350 04 34 +7 (911) 088 95 67 +7 (963) 306 04 27

по номеру +7 (911) 130 08 19 Наш Skype: dc-region Наш Telegram по номеру: +7 (911) 130 08 19

Мы в социальных сетях

Системы охлаждения и технического водоснабжения на ТЭЦ

Дата публикации: 18.11.2016 2016-11-18

Статья просмотрена: 2351 раз

Библиографическое описание:

Власова, Е. Р. Системы охлаждения и технического водоснабжения на ТЭЦ / Е. Р. Власова, Н. В. Комарова, Е. О. Реховская. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 24 (128). — С. 135-136. — URL: https://moluch.ru/archive/128/35495/ (дата обращения: 20.04.2021).

Обеспечение водой промышленных предприятий является одной из важных народнохозяйственных задач. В подавляющем большинстве отраслей промышленности вода используется в технологических процессах производства. Требования к количеству и качеству подаваемой воды определяются характером технологического процесса. Большая стоимость систем водоснабжения крупных промышленных предприятий вызывает необходимость весьма глубокого технико-экономического анализа возможных вариантов решения этой проблемы для выбора оптимального варианта.

Ключевые слова: системы водоснабжения, конденсатор, оросительное устройство, охлаждение воды

Водоснабжение тепловой электростанции может быть прямоточным или оборотным.

Прямоточные системыпредполагают однократное использование воды с последующей очисткой загрязненных сточных вод перед сбросом в городскую канализацию или поверхностные водоемы. Такая технология использования воды, является не только расточительной, но и потенциально опасной для больших контингентов населения. Прямоточное использование воды для технического водоснабжения можно допускать только при обосновании нецелесообразности систем оборотного водоснабжения или невозможности их оборудования [1].

Оборотные системы технического водоснабжения (СТВ) различаются поохладителю воды:

– с прудами-охладителями (естественными или искусственными);

– с брызгальными бассейнами.

Оборотная система водоснабжения характеризуется многократным использованием технической воды. Ее применяют в тех случаях, когда в районе сооружения электростанции нет источника с достаточным расходом воды или ее ресурсы исчерпаны другими потребителями.

Главным достоинством оборотных СТВ с градирнями является то, что они занимают мало места и умещаются на площадке электростанции. Градирни рассеивают теплоту в атмосферном воздухе, а не в водоемах, что с экологической точки зрения также является их преимуществом. Градирни являются предпочтительным вариантом для городских ТЭЦ, где важна экономия площади застройки, да и расход пара в конденсаторы теплофикационных турбин меньше, чем на КЭС.

По способу перемещения воздуха градирни разделяются на башенные, вентиляторные и открытые, а по способу образования поверхности охлаждения — на плёночные, капельные, брызгальные.

В башенных градирнях движение воздуха создаётся вытяжной башней, в вентиляторных — вентилятором, а в открытых — естественным движением воздуха (ветром) [2].

Для увеличения контакта воды с воздухом применяются оросительные устройства, которыми вода, подаваемая из конденсатора, разделяется на струи или капли и стекает вниз по щитам. Охлаждение воды происходит за счёт испарения и контакта с воздухом, поступающим в оросительные устройства через окна. Нагретый и насыщенный водяным паром воздух отводится из градирни.

В плёночных градирнях оросительное устройство выполняется в виде щитов, выполненных из досок, асбоцементных листов или пластмассовых элементов, выполненных в форме сот [3]. Устанавливаются они вертикально или с небольшим уклоном. Плёнки нагретой в конденсаторах турбин воды стекают по листам и при соприкосновении с воздухом охлаждаются. Воздух движется между листами.

В капельных градирнях оросительное устройство выполняется из горизонтальных брусков треугольного или прямоугольного сечения, размещаемых в несколько рядов по высоте [3]. Расположение брусков может быть коридорное, шахматное или каскадное. Капли воды падают с бруска на брусок и при соприкосновении с воздухом охлаждаются.

В брызгальных градирнях вода распыливается соплами и в струях фонтанов охлаждается движущимся над брызгальном устройством воздухом [3]. Охлажденная вода собирается в бассейне. Пленочные градирни имеют лучшие технические и экономические показатели благодаря большей поверхности охлаждения воды, стекающей в виде пленок по щитам и меньшему аэродинамическому сопротивлению.

1. МУ 2.1.5.1183–03 «Санитарно-эпидемиологический надзор за использованием воды в системах технического водоснабжения промышленных предприятий».

2. Пономаренко В. С., Арефьев Ю. И. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие/ Под. общ. ред. В. С. Пономаренко. — М.: Энергоатомиздат: 1998. — 376 с.

3. Лаптев А. Г., Ведьгаева И. А. Устройство и расчет промышленных градирен: Монография. — Казань: КГЭУ, 2004. — 180 с

Техническое водоснабжение ТЭЦ и АЭС: баланс энергетических и экологических решений возможен

Существуют две системы охлаждения оборудования ТЭЦ – прямоточная и замкнутая. И прямоточные, и замкнутые системы технического водоснабжения широко используются в России и за рубежом.

Инженерный подход отражен в приказе Росстандарта № 1882 от 15.12.2011, которым прямоточные системы отнесены к лучшим доступным технологиям. Этим же приказом утвержден справочник «Промышленные системы охлаждения», в котором указано, что прямоточные системы обеспечивают наилучшие условия охлаждения генерирующего оборудования. Руководствуясь этим приказом, энергетики России должны приоритетно применять прямоточные системы технического водоснабжения.

С другой стороны, в п. 4 ст. 60 Водного кодекса говорится: «Проектирование прямоточных систем технического водоснабжения не допускается». Таким образом, экологи России законодательно запретили инженерам проектировать современные, используемые во всем мире эффективные системы. Вероятно, этот казус будет преодолен в процессе долгих межведомственных согласований.

Пути модернизации

Однако сегодня тарифная политика государства в сфере водопотребления такова, что стоимость водопользования за ближайшие 10 лет должна вырасти в 4,5 раза. Согласно постановлению правительства № 1509 от 26.12.2014, рост ставки водопользования водными объектами федеральной собственности составляет около 15 % в год до 2025 г.

При сохранении тарифной политики по топливу и по закупочным ценам на энергию такой рост расходов на водопотребление для станций неприемлем, а глубокая модернизация существующих станций не всегда рациональна. Стоимость модернизации станции увеличит себестоимость электроэнергии, согласно экспертным оценкам, на 2,5 %. Также следует учитывать, что далеко не всегда есть техническая возможность применения систем оборотного водоснабжения.

Государство ищет компромиссные решения. Минэнерго РФ подготовило поправки в Водный кодекс, снимающие запрет на строительство ТЭС и АЭС с прямоточными системам водоснабжения. Кроме того, министерство разработало поправки, вводящие понижающие коэффициенты при расчете водных платежей для ТЭС и АЭС с прямоточными системами. Но со «скидками» не согласны в Минприроды. Обсуждение продолжается.

Для поиска логических решений по существующим ТЭЦ и АЭС требуется выполнение всеми участниками энергетического рынка серьезной аналитической работы.

Начало этой работы должно заключаться в типизации эксплуатируемых станций по важнейшим признакам, таким, как:
1. Тепловая схема и оборудование станции;

2. Наличие ограничений по применению систем оборотного водоснабжения;

3. Статистика выработки энергетических продуктов и удельных затрат на их производство;

4. Статистика затрат на пользование природной водой, в том числе экологические платежи и штрафы.

Далее для каждого типа станции следует разработать простую методику оценки расходов на создание замкнутой системы. С использованием этих методик для каждого типа станции и при согласованных и утвержденных сценарных условиях следует оценить удельные затраты на модернизацию станции и соотнести эту стоимость с плановыми платежами за водопотребление.

Максимальные сроки окупаемости должны быть согласованы заранее. На основании типизации станций выделяются те, модернизация которых возможна, выгодна генерирующей компании, а срок окупаемости не превышает утвержденной максимальной величины.

Важнейший фактор успешной модернизации – наличие источника и достаточных объемов финансирования, это сфера для государственных решений. Но к государственной поддержке нужно прибегать там, где в заданное время будет получен (согласно типу станции) положительный эффект.

Исключение составят те станции, где модернизация невозможна, например, в силу расположения объекта среди жилых кварталов, отсутствия пространства для установки градирен и т. п., при этом эксплуатация такой станции необходима в силу сложившихся особенностей энергетической инфраструктуры. Такие станции выделяются в отдельный список, исключаются из списка модернизации и изыскиваются меры для поддержки их работы.

Прочие станции подлежат модернизации в порядке, определяемом их типом, и в первую очередь те, которые характеризуются минимальным сроком окупаемости или особыми условиями безопасности.

Подобная типизация исключает волюнтаризм при принятии решений, увеличивает эффективность финансовых затрат на модернизацию, позволяет объективно оценивать плановые и достигнутые результаты. Такая работа в том числе позволяет дифференцировать понижающие коэффициенты по оплате водопотребления ТЭЦ и АЭС согласно объективной необходимости.

Разработка типовых решений для прямоточных систем охлаждения с целью сокращения затрат на водопользование

Если слив загрязняющих веществ в природный водоем можно исключить или уменьшить многими способами, то тепловое воздействие прямоточной системы исключить нельзя никак. На каждой станции существует договор водопользования, по которому, по действующим нормативам, ограничивается величина нагрева сливаемой воды относительно температуры на входе в станцию. Если наличие вредных загрязнений тщательно отслеживается экологами, то температура слива практически не контролируется. Поэтому температурное воздействие станции является лишь гипотетическим риском для станции, и эти нормативы часто безнаказанно нарушаются. Введение практики штрафов за тепловое загрязнение, с одной стороны, – неиспользованный ресурс наполнения госбюджета, а с другой стороны, – неиспользованный рычаг для модернизации ТЭЦ.

Замкнутая система оборотного водоснабжения также оказывает тепловое воздействие, но не на вод­ный, а на воздушный бассейн. Мощные градирни способны изменить климат отдельных территорий как по температуре, так и по количеству солнечных дней в году. Это также неиспользуемый ресурс наполнения госбюджета, но это не является задачей настоящей статьи.

В рамках типизации станций следует рассматривать возможность создания гибридной системы охлаждения оборудования ТЭЦ, где часть оборудования включается в замкнутую схему, а часть охлаждается по существующей прямоточной схеме.

Вероятнее всего, охлаждение конденсаторов в таких типах станций по‑прежнему будет производиться по прямоточной схеме, а охлаждение вспомогательного оборудования будет организовано по замкнутой.
Традиционно отказ от прямоточной системы и переход к замкнутой осуществляется путем применения градирен или брызгальных бассейнов. Это открытые замкнутые системы, в которых потребление природной воды снижается на 95 % (5 % теряется за счет испарения, продувки и капельного уноса).

Применение открытых замкнутых испарительных систем позволяет снизить тепловое воздействие на водный источник, исключить загрязнение, но тепловая энергия в них безвозвратно теряется. Кроме того, в открытых системах встает вопрос утилизации отходов (засоленной продувочной воды). Возникает задача водоподготовки, поскольку химический состав теплоносителя должен сохраняться в определенных пределах, чтобы обеспечить эксплуатационную надежность охлаждаемого оборудования.

Применение открытых испарительных систем, как показано выше, экологически несовершенно и не решает задачи снижения потерь в холодный источник.

В последнее время обсуждается возможность применения закрытых замкнутых воздушных систем охлаждения. Это решение экологически безопасно (за исключением теплового воздействия на воздушный бассейн), но является дорогостоящим, требует существенного пространства и, главное, приводит к безвозвратному сбросу утилизированной энергии в атмосферу.

До сих пор за скобками всех дискуссий и законодательных актов остается вопрос эффективности использования топлива ТЭЦ. И прямоточные, и замкнутые системы «сбрасывают» тепловую энергию, она безвозвратно теряется.

Во многих странах в энергетике используются системы, возвращающие существенную часть этой энергии в теплофикационный цикл, – это закрытые замкнутые системы оборотного водоснабжения на базе абсорбционных тепловых насосов (АБТН).

Применение АБТН решает все экологические и эксплуатационные проблемы, поскольку тепловую энергию, взятую от охлаждаемого оборудования, АБХМ возвращает в теплофикационный контур – нагревает подпиточную или обратную сетевую воду. В этом случае контур носит замкнутый, закрытый характер. Циркулирующая вода не испаряется, ее качество и температура стабильны. Это идеальный способ охлаждения.

Горячим источником для работы АБТН может являться пар с отборов турбин или горячая вода. Отбор пара увеличивает к.п.д. ГРЭС в целом, при этом электропотребление собственных нужд снижается.

К сожалению, в 99 % случаев всю тепловую энергию утилизировать нельзя. Ограничением является тот факт, что тепловой насос только тогда способен охлаждать теплоноситель, когда утилизированная им тепловая энергия и используемая им энергия горячего источника суммарно могут быть переданы в теплофикационный цикл. В теплое время года это совершенно невозможно, а в холодное очень затруднительно.

По этим причинам строится гибридная схема технического водоснабжения.

1. Закрытой замкнутой системы охлаждения вспомогательного оборудования (и, возможно, части конденсаторов), на базе АБТН;

2. Открытой замкнутой системы (градирня, брызгальный бассейн) или прямоточной системы охлаждения конденсаторов.

Система на базе АБТН обладает производительностью согласно графику загрузки основного оборудования и графику потребления и температуры подпиточной воды (вероятнее всего, за встроенными пучками).

Закрытая замкнутая система охлаждения обслуживает маслоохладители, газоохладители и питательные электронасосы. Какую часть тепловой энергии можно снять с конденсаторов, зависит от сезонного графика подпиточной и обратной сетевой воды, а также от тепловой схемы станции.

К сожалению, применение градирни или прямоточной системы для охлаждения конденсатора неизбежно, особенно летом, когда нет достаточного объема теплоносителя, способного принять тепловую мощность конденсатора.

Поэтому и строится ГИБРИДНАЯ схема (см. рис.).

Экономия состоит в 40‑процентной экономии пара, который раньше использовался для подогрева подпиточной воды. Если для этих целей применялись пиковые котлы, то отказ от них приводит к прямой экономии топлива.

Если подогрев обеспечивается встроенными пучками полностью, то надо искать другие приемники тепловой энергии или «сбрасывать» высвободившийся пар «в голову» турбины. В этом случае производство электроэнергии возрастает при сохранении потребления топлива.

Каждая ТЭЦ индивидуальна как по оборудованию, так и по тепловым схемам и графикам загрузки. Единого решения нет. Но на рисунке – типовое решение, которое обрастает подробностями после проведения НИОКР.

Авторы имеют опыт выполнения таких расчетов и опыт внедрения АБТН на ТЭЦ. Разработаны математические модели, позволяющие учесть влияние АБТН на эффективность работы ТЭЦ в целом. Выполнены многовариантные расчеты, позволяющие оптимизировать мощности, состав и режимные параметры оборудования.

Внедрение системы снижает удельные затраты топлива на производство электрической и тепловой энергии, снижает водопотребление ТЭЦ, снижается даже собственное электропотребление ТЭЦ, улучшаются ее экологические характеристики, улучшаются условия эксплуатации газо-маслоохладителей, питательных насосов и пр. Расчетный дисконтированный срок окупаемости не превышает семи лет.

Мировой опыт

Китай – страна с самой быстро развивающейся промышленностью и, как следствие – энергетикой. Но развитие сдерживается дефицитом и высокой стоимостью энергетических ресурсов. Так, стоимость газа в Китае примерно в 5,5 раза выше, чем в России. При таких условиях вопрос энергосбережения встает особенно остро. На законодательном уровне в стране запрещена эксплуатация ТЭЦ без применения абсорбционных тепловых насосов.

Крупнейший производитель АБТН в мире также находится в Китае: в 200 км от Шанхая расположена площадка завода Shuangliang Eco-Energy Co. В год компания производит примерно 2500‑3000 абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов и холодильных машин, которые поставляются в основном на внутренний рынок КНР. За более чем 35 лет работы предприятия на китайских ТЭЦ установлено несколько тысяч АБТН разной мощности. Максимальная единичная мощность такой машины – 98 МВт. На одной из ТЭЦ Китая работает четыре такие машины производства Shuangliang общей мощностью почти 400 МВт.

В среднем мощности АБТН на ТЭЦ Китая меньше. В качестве примера можно рассмотреть муниципальную угольную станцию в городе Янгкванг. На ней установлены шесть АБТН мощностью 30 МВт каждая, в общей сложности 180 МВт. Они утилизуют бросовую воду с градирен с параметрами 30 / 40° С. В качестве греющего источника применяется пар с избыточным давлением в 5 бар. АБТН дают горячую воду 90 / 70° С, которая поступает потребителям. Таким образом, станция дополнительно зарабатывает около 5 млн долл. США, не учитывая экономию топлива в 49 300 тонн ежегодно. Окупаемость проекта составила менее двух лет.