этой зоне. Кроме того, повышается надежность и долговечность котельного агрегата (улучшение циркуляции, снижение среднего уровня давления и температуры в пароводяном тракте) и самой турбины (исключение значительных колебаний температуры элементов паровпуска и проточной части высокого давления, снижение осевого усилия, уменьшение “качания” системы регулирования и др.).

Уменьшение продолжительности эксплуатации турбин в наиболее эрозионно опасных режимах работы с частично открытыми РД возможно за счет соответствующего перераспределения тепловых и электрических нагрузок между турбоустановками ТЭЦ, при этом в большинстве случаев достигается и существенное улучшение техникоэкономических показателей ТЭЦ.

На Северо-Западной ТЭЦ впервые в России в 2001 г. введен в эксплуатацию парогазовый блок мощностью 450 МВт. Основное оборудование вклю- чает в себя две газотурбинные установки V-94.2 совместного производства ЛМЗ и Siemens, два котлаутилизатора производства Подольского машиностроительного завода и паровую турбину Т-150-77

2

4

1 – газотурбинная установка; 2 – котел-утилизатор; 3 – паровая турбина; 4 – конденсатор; 5 – блочная обессоливающая установка; 6 – теплофикационная установка; 7 – бак запаса конденсата; 8 – многоступенчатая испарительная установка; 9

– установка ХВО

ЛМЗ. Вследствие наличия в исходной воде специфических органических соединений для данной станции был принят термический метод водоподготовки. На ðèñ. 1 показана структурная схема энергоблока, а также схема подготовки и ввода добавочной воды.

Восполнение потерь пара и конденсата на ТЭЦ производится дистиллятом многоступенчатой испарительной установки (МИУ). Для питания установки используется химически очищенная вода, прошедшая коагуляцию и умягчение на натрий-ка- тионитных фильтрах химводоочистки (ХВО). Дистиллят МИУ собирается в баках запаса конденсата (БЗК) и подается в конденсатор паротурбинной установки.

По проекту норм ВНТП-Т-97 расчетную номинальную производительность ВПУ следует принимать для котлов любого типа (в том числе котловутилизаторов) равной 3% суммарной номинальной производительности котлов. При применении термического обессоливания установленная производительность принимается с коэффициентом 1,2 расчетной потребности в обессоленной воде. Таким образом, на блоке ПГУ-450 при производительности котлов-утилизаторов 575 т ч внутристанционные потери пара и конденсата составляют 17,3 т ч, потери с продувкой котлов – 2,9 т ч (0,5%). Установленная производительность МИУ составляет 23,6 т ч. Для крупной тепловой электростанции, состоящей из двух парогазовых блоков ПГУ-450, водоподготовительная установка (ВПУ) сооружается совместно с первой очередью строительства и ее установленная производительность составляет 47,2 т ч.

Качество добавочной воды котлов-утилизато- ров (КУ) по всем показателям [1], кроме удельной электропроводимости, соответствует качеству добавочной воды для энергетических котлов с естественной циркуляцией с давлением 13,0 МПа (из проектных документов Северо-Западной ТЭЦ). По удельной электропроводимости Н-катионирован- ной пробы требования к качеству добавочной воды котлов-утилизаторов соответствуют нормам качества для прямоточных котлов.

Основным элементом ВПУ ТЭЦ является многоступенчатая испарительная установка СеверноЗападной ТЭЦ, принципиальная схема которой показана на ðèñ. 2. Испарительная установка состоит из шести испарителей 1 типа И-600, включенных по пару последовательно, а по питательной воде – параллельно, деаэратора 2, двух расширителей конденсата испарителей 3, расширителя продувки 4, теплообменников, насосов, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры. По пару установка секционирована на две секции по три ступени.

Поступающая с ХВО химически очищенная вода подогревается в водо-водяных подогревателях 5, пароводяном подогревателе 6 и поступает в атмосферный деаэратор 2. Из бака деаэратора вода подается к испарительной установке. На первых трех корпусах МИУ для подогрева питательной воды и охлаждения конденсатов испарителей установлены регенеративные подогреватели 7.

Испарительная установка подключена по пару к коллектору собственных нужд (КСН) 1,4 МПа. Пар в КСН поступает из линии острого пара через редукционно-охладительную установку или от пусковой котельной. При пуске МИУ на деаэратор и пароводяной подогреватель 6 пар подается из КСН.

Испарители включены последовательно по пару, т.е. образовавшийся в первом корпусе вторичный пар направляется в греющую секцию второго корпуса и так далее. Вторичный пар из последнего (по схеме включения) корпуса направляется в коллектор 0,25 МПа, откуда пар подается в подогреватель 6, деаэратор питательной воды 2 испарителей и в конденсатор избыточного пара испарительной установки 8. Для утилизации избыточ- ного пара используется вода системы оборотного охлаждения.

Конденсат греющего пара испарителей направляется в расширители конденсата 3. В расширители поступает также конденсат пара из подогревателя 6. Конденсат избыточного пара МИУ подается на всас конденсатных насосов, где смешивается с основным потоком дистиллята. Пар от расширителей направляется в коллектор 0,25 МПа. Дистиллят (конденсат из расширителей конденсата МИУ) подается в баки запаса конденсата. Охлаждение дистиллята происходит в подогревателях исходной (сырой) воды 9 и водо-водяных подогревателях 5.

Отвод неконденсирующихся газов из греющих секций испарителей осуществляется по общему коллектору в атмосферу. Непрерывная и периоди- ческая продувка испарителей направляется в расширители продувки 4 и далее в канализацию.

В данной статье приводятся результаты наладки теплового и водно-химического режима испарительной установки, проведенной в 2001 г. Во время испытаний испарительная установка вклю- чалась по трех-, четырех- и шестиступенчатой схеме. Испарительная установка надежно обеспечи- вала восполнение потерь пара и конденсата в паротурбинном блоке и общестанционные потери,

Давление греющего пара (изб), МПа

& 2 , + %

1 – производительность в сентябре 2001 г. при полностью открытом РК на охлаждающей воде КИ; 2, 3, 4 – при избыточном давлении вторичного пара соответственно 0,10 – 0,13 МПа; 0,16 – 0,18 МПа; 0,21 – 0,23 МПа

) 2 : , + %

1 – производительность в ноябре 2001 г. при полностью открытом РК на охлаждающей воде КИ; 2, 3, 4 – при избыточном давлении вторичного пара соответственно 0,10 МПа; 0,14 – 0,15 МПа; 0,19 МПа

производительность ее колебалась в пределах 20 – 100 т ч. Качество дистиллята МИУ в целом удовлетворяло нормативным значениям. Результаты наладки водно-химического режима рассмотрены далее.

Тепловой режим испарительной установки. Одним из документов, составляемых по результатам испытаний, является режимная карта МИУ (зависимость производительности МИУ от давления греющего пара при определенных давлениях вторичного пара). Штатной схемой включения МИУ при работе одного блока является трехступенчатая схема. На ðèñ. 3 показана режимная карта трехступенчатой испарительной установки (ИУ) Северо-Западной ÒÝÖ.

Режимная карта представляет область нагрузок, в которой требуемой производительности МИУ и давлению вторичного пара соответствует определенное давление греющего пара. По ðèñ. 3 можно определить, при каких давлениях греющего и вторичного пара может быть обеспечена требуемая производительность. Например, производительность 25 т ч может быть достигнута при давлении вторичного пара 0,11 МПа и давлении греющего пара 0,24 МПа или при давлении вторичного пара 0,21 МПа и давлении греющего пара 0,39 МПа, а также при промежуточных соответствующих значениях давлений греющего и вторич- ного пара.

Èç ðèñ. 3 видно, что диапазон производительности трехступенчатой ИУ составляет 20 – 35 т ч. Степень открытия регулирующего клапана (РК) по греющему пару на нагрузке 34 т ч составила око-

ким образом, с одной стороны, максимальная производительность определяется степенью открытия РК и давлением в КСН блока. С другой стороны, максимальная производительность ограничивается теплопередающей способностью конденсатора испарительной установки (КИ). С июня по ноябрь 2001 г. за время проведения наладочных работ

теплопередающая способность КИ значительно уменьшилась и если в июне регулирующий клапан охлаждающей воды КИ на максимальной нагрузке был открыт на 50%, уже в сентябре в режимную карту пришлось внести кривую, показывающую производительность МИУ при полностью открытом РК. В этом случае максимальная нагрузка не может быть достигнута при низких давлениях вторичного пара из рабочего диапазона.

Режимная карта охватывает диапазон нагрузок, при которых обеспечивается требуемый уровень качества дистиллята МИУ и достаточно высокие

тем, что циркуляция становится более вялой, падают коэффициенты теплопередачи, а также возможно ухудшение качества получаемого дистиллята вследствие нарушения работы сепаратора, провала паропромывочного слоя на дырчатом листе и возрастающей неравномерности выбросов пароводяных струй из труб греющих секций испарителей.

Режимная карта шестиступенчатой ИУ Севе- ро-Западной ТЭЦ показана на ðèñ. 4, из которого видно, что диапазон производительности шестиступенчатой ИУ составляет 55 – 100 т ч. При полностью открытом клапане на потоке охлаждающей воды КИ давление вторичного пара составило 0,3 МПа, а максимальная нагрузка ИУ – 105 т ч.

Поскольку количество избыточного пара для шестиступенчатой схемы значительно меньше, чем для трехступенчатой схемы, ограничение производительности МИУ теплопередающей способностью КИ отмечено только на заключительном этапе испытаний в конце ноября 2001 г.

При эксплуатации установки, включенной по шестиступенчатой схеме, на нагрузках ниже 45 т ч справедливо замечание, относящееся к работе трехступенчатой ИУ на низких нагрузках.

Фактическая потребность блока в добавочной воде во время наладочных работ составляла около

40 т ч. В результате производительности трехступенчатой ИУ было недостаточно для покрытия потребности, а производительность шестиступенча- той установки значительно превосходила требуемое значение. Были проведены испытания четырехступенчатой испарительной установки. Рабо- чий диапазон нагрузок составил 30,0 – 50,0 т ч.

Водно-химический режим испарителей. Состав исходной воды и схема подготовки питательной воды МИУ приведены в [2]. При проведении наладочных работ состав концентрата испарителей определялся по содержанию сульфатов, хлоридов, щелочности, удельной электрической проводимости (УЭП), значению рН; состав конденсата – по значениям рН, УЭП и периодически – по углекислоте, аммиаку и натрию. Измерения проводились лабораторными приборами: ðÍ-ìåòð òèïà È-150; кондуктометр ÝÊÀ-2 (диапазон измерений до 20 000 мкСм см); фотоколориметр ÊÔÊ-3.

Во время испытаний зафиксированы следующие показатели качества получаемого на МИУ дистиллята (конденсата расширителей после смешения с конденсатом КИ):

при стабильном режиме работы МИУ (без переключений схемы) содержание иона натрия в пробах дистиллята составило менее 15 мкг дм3, что значительно меньше нормативного значения для ИУ (100 мкг дм3). Измерения содержания натрия проводились на пламенном анализаторе жидкости на Северной ТЭЦ Ленэнерго и в лаборатории Ленэнерго;

при корректировке рН питательной воды МИУ едким натром УЭП в дистилляте изменялась в диапазоне 4,5 – 6,0 мкСм см. Содержание углекислоты в дистилляте МИУ составляло 5,8 – 8,0 мг дм3, а рН дистиллята – 6,2 – 6,7;

остальные показатели состава дистиллята из-

менялись в диапазоне: Æ = 0,5 1,0 ìêã-ýêâ äì3; Fe = 20 50 ìêã äì3; SiO2 = 8 20 ìêã äì3.

На всех этапах испытаний отмечено временное ухудшение качества дистиллята, имеющее место после пуска МИУ или при переключениях схемы. Значения УЭП изменялись от 15 – 20 до 4,5 – 6,0 мкСм см через 1,5 – 2,5 дня после пуска испарителей, заполненных концентратом. Опыт эксплуатации ИУ на ряде других ТЭЦ показал, что при

Ò à á ë è ö à 1

опорожнении испарителей после останова и заполнении их перед пуском деаэрированной питательной водой время стабилизации качества дистиллята сокращается до нескольких часов.

Качество дистиллята практически не зависит от минерализации концентрата в эксплуатационном диапазоне. При солесодержании концентрата 5,5 – 12,0 г дм3 показания УЭП конденсатов испарителей составили 4 – 6 мкСм см. Коэффициент упаривания воды изменялся от 55 до 120. Нагрузка МИУ в этот период составляла 25 – 35 т ч для трехступенчатой схемы и 57 – 75 т ч для шестиступенчатой схемы.

В процессе испытаний были проведены исследования влияния уровня концентрата в корпусе испарителя на качество конденсата следующего по ходу пара испарителя. На ТЭЦ установлены испарители, в которых нижний импульс измерения уровня берется из опускной щели на уровне нижней трубной доски греющей секции. Показания датчика в этом случае будут зависеть от паросодержания в барботажном слое и в опускной щели, а также от уровня пароводяной смеси над греющей секцией. Измерения показали, что в диапазоне уровня в опускной щели 1,7 – 3,5 м от нижней трубной доски греющей секции удельная электри- ческая проводимость конденсатов следующих по ходу пара испарителей составляла 2,5 – 4,6 мкСм см и не зависила от уровня концентрата.

При низком весовом уровне в опускной щели значительная ее часть заполнена пароводяной смесью, что приводит к снижению движущего напора контура циркуляции; при высоком уровне возрастает гидравлическое сопротивление на верхнем участке контура циркуляции. Поэтому по результатам испытаний была сделана рекомендация о поддержании уровня концентрата в диапазоне 2,5 – 3,0 м от уровня нижней трубной доски испарителя.

Во время испытаний проводились измерения СО2 в конденсатах испарителей и дистилляте. Результаты некоторых измерений приведены в òàáë. 1.

В потоке дистиллята после расширителя углекислота отсутствует, а рН составляет 8,4 – 9,1, что обусловлено поступлением в расширитель конденсата первичного пара, содержащего аммиак. После

смешения конденсата МИУ с конденсатом КИ содержание углекислоты составляет 5,8 – 8,0 мг дм3, рН – около 6,5.

Таким образом, появление углекислоты в дистилляте объясняется наличием последней в конденсате КИ. В конденсаторе избыточного пара не был организован отвод неконденсирующихся газов и уровень в нем не регулировался. Переохлаждение конденсата в этих условиях приводит к дополнительному насыщению его углекислотой. Наличие углекислоты в конденсате КИ приводит к резкому снижению рН дистиллята и относительно высокому значению УЭП.

В случае добавления продувки котлов в питательную воду испарителей происходило связывание углекислоты аммиаком и повышение рН конденсата МИУ, при этом содержание СО2 уменьшалось до нормативного (менее 2 мг кг). Результаты измерений приведены в òàáë. 2.

Из анализа данных, приведенных в òàáë. 1 è 2, можно сделать вывод, что повышенная УЭП дистиллята обусловлена повышенным содержанием в нем аммиака и углекислого газа и не связана с высоким содержанием солей натрия. Нормами ПТЭ предписано проводить измерение удельной электрической проводимости Н-катионированной пробы добавочной воды прямоточных котлов и котлов с естественной циркуляцией. Значение УЭП дистиллята МИУ при проведении такого анализа снижается более чем в 2 раза и составляет 1,7 – 2,5 мкСм см.

Узел утилизации избыточного вторичного пара МИУ. Испытания показали, что основной проблемой эксплуатации МИУ Северо-Западной ТЭЦ является вопрос утилизации избыточного вторичного пара. В проекте было предусмотрено использование пара в теплофикационном подогревателе, но в связи с тем, что теплосеть на ТЭЦ не была подведена, избыточный пар сбрасывался в теплообменник, охлаждаемый технической водой. Такая схема не экономична и приводит к потерям тепла в холодном источнике. Кроме того, при избыточном давлении в подогревателе и высокой температуре охлаждающей воды на выходе из КИ на теплообменных трубках образуются отложения солей жесткости, что приводит к ухудшению теплообмена.

Анализ результатов наладочных работ показал необходимость корректировки проекта и реконст-

Ò à á ë è ö à 2

рукции узла утилизации избыточного пара МИУ. На Северо-Западной ТЭЦ уже после испытаний были реализованы технические решения, позволяющие организовать отвод неконденсирующихся газов и осуществлять регулирование уровня в конденсаторе, однако теплопередающая способность КИ даже после проведения очисток недостаточна для достижения максимальной производительности.

Одним из способов уменьшения температуры охлаждающей воды на выходе из теплообменника при сохранении высокого коэффициента теплопередачи является организация работы конденсатора в условиях вакуума. Другим способом уменьшения образования отложений является применение для охлаждения КИ вместо технической воды более мягкой невской воды, используемой для подпитки системы оборотного охлаждения.

Решить проблему утилизации вторичного пара можно, если повысить потенциал вторичного пара в компрессоре и направить его в качестве греющего в первую ступень МИУ.

Сжатый в компрессоре вторичный пар вытесняет используемый ранее пар из КСН. Вытесненный пар поступает в турбину и вырабатывает дополнительную электроэнергию. Дополнительная выработка значительно превышает затраты электроэнергии на привод компрессора. При среднем расходе вытесненного греющего пара 9,0 т ч (производительность МИУ равна 30 т ч) и себестоимости электроэнергии 0,33 руб (кВт ч) прибыль составит 4,3 млн. руб год. Срок окупаемости парового компрессора составит примерно 0,65 года.

Выводы

1. Производительность МИУ 100 т ч, достигнутая во время испытаний, обеспечивает потребность в добавочной воде двух блоков ТЭЦ и накопление технологического резерва. Эксплуатационный диапазон нагрузок, отработанный во время испытаний, составляет 20 – 100 т ч.

2. Качество дистиллята МИУ соответствует нормам ПТЭ в эксплуатационном диапазоне режимов работы установки. Использование продувки котлов-утилизаторов для питания МИУ приводит к повышению рН дистиллята и отсутствию свободной углекислоты.