Глава 5. Комплексное использование вторичных энергоресурсов в газифицированных тгу
Важной составляющей энергетических затрат при эксплуатации тепло-генерирующих установок являются затраты на восполнение потерь теплоты с покидающим декарбонизаторы и деаэраторы выпаром Qebm. Традиционным способом снижения Qebm является использование в котельных поверхностных теплообменников для подогрева воздуха, сырой или химически очищенной воды. Однако этот способ имеет недостаток, заключающийся в необходимости установки теплообменника-утилизатора с достаточно большой поверхностью теплообмена. Эффективное решение, позволяющее одновременно с упрощением котельной установки обеспечить полное использование выпара, заключается в направлении выпара атмосферного деаэратора в газоход перед конденсационным теплоутилизатором поверхностного типа. Утилизация выпара позволяет дополнительно интенсифицировать теплообмен в КТ за счет повышения плотности орошения и использования скрытой теплоты конденсации выпара. Экспериментальные исследования и опыт эксплуатации КТ на паровом котле № 2 Ульяновской ТЭЦ-3 показывают перспективность комплексного использования теплоты уходящих газов и выпара термического деаэратора в КТ поверхностного типа. Такое решение обладает конструктивными и эксплуатационными достоинствами, обеспечивает высокую степень утилизации выпара и теплоты, уходящих продуктов сгорания, что повышает эффективность использования топлива в котельных установках и одновременно сокращает выбросы в окружающую среду.
Защита оборудования и трубопроводов котельных и тепловых сетей от внутренней коррозии является одной из актуальных проблем теплоэнергетики. Решающую роль в предупреждении внутренней коррозии играет противокоррозионная обработка подпиточной воды, которой восполняются потери в системах теплоснабжения и в пароводяных циклах теплоэнергетических установок. Совершенным способом водоподготовки является использование в -системе теплоснабжения котельной конденсата продуктов сгорания, охлажденных ниже точки росы. Продукты сгорания природного газа содержат до 20 % по объему водяных паров, использование конденсата продуктов сгора-
ния сокращает производительность химводоочистки, а в отдельных случаях и вообще можно отказаться от химводоочистки. В настоящей главе представлена схема котельной без химводоочистки, в которой подпитка осуществляется конденсатом водяных паров из уходящих газов, охлажденных в КТ [20,48].
5.1. Утилизация выпара атмосферного деаэратора в конденсационном теплоутилизаторе поверхностного типа
С целью повышения параметров работы КТ и степени очистки газов, а также комплексного использования теплоты уходящих газов и выпара атмосферного деаэратора разработана схема котельной, в которой выпар деаэратора утилизируется в КТ поверхностного типа [19] (см. рис. 5.1). Эта схема реализована на паровом котле ДЕ-10-14 ГМ №2 Ульяновской ТЭЦ-3.
Котельная установка содержит: паровой котел 1; водяной экономайзер 2; термический деаэратор 3 питательной воды, патрубок отвода выпара которого подключен трубопроводом 16 к основному газоходу 15 перед конденсационным поверхностным теплообменником-теплоутилизатором 6 теплоты
продуктов сгорания; кожухотрубные теплообменники 4 и 12; систему 5 химводоочистки; сборный конденсатный бак И; дымосос 10; редукционную установку 13; байпасный газоход 14. В основном газоходе дополнительно установлены сборник 7 конденсата продуктов сгорания с гидравлическим затвором 8 и сепарационное устройство - каплеуловитель 9.
Котельная установка работает следующим образом. Продукты сгорания природного газа после котла 1 проходят водяной экономайзер 2, охлаждаются до температуры 135-=-150 °С и затем разделяются на две части. Основная часть (около 80 %) продуктов сгорания по основному газоходу 15 поступает в конденсационный теплоутилизатор поверхностного типа 6, остальная часть (около 20 %) направляется в байпасный газоход 14. В конденсационном теп-лоутилизаторе 6 осуществляется глубокое охлаждение продуктов сгорания до температуры 35^-40 °С , при этом происходит конденсация части содержащихся в Них водяных паров. Таким образом полезно используются как физическая теплота дымовых газов, так и скрытая теплота конденсации части содержащихся в них водяных паров. Затем охлажденные продукты сгорания проходят сепарационное устройство - каплеотделитель 9, где от газов отделяется капельная влага, смешиваются с проходящими по байпасному газоходу 14 неохлажденными продуктами сгорания и при температуре 65н-70 °С дымососом 10 отводятся через дымовую трубу в атмосферу.
Исходная сырая вода подогревается в конденсационном теплоутилиза-торе 6, после чего последовательно проходит систему химводоочистки 5, ко-жухотрубный теплообменник 4, термический деаэратор 3, водяной экономайзер 2 и подается на подпитку в паровой котел 1. Часть подогретой в тепло-утилизаторе 6 воды может направляться к внешнему потребителю (на рис. 5.1 не показан).
Основной поток пара, вырабатываемого в котле 1, поступает в кожухот-рубный теплообменник 12, где в процессе теплообмена конденсируется, конденсат отводится в сборный конденсатный бак 11. Часть пара направляется в редукционную установку 13 и после понижения давления подается в кожу-хотрубный теплообменник 4 для подогрева химически очищенной воды и в деаэратор 3 для деаэрации подпиточной воды и конденсата, поступающего в деаэратор из бака 11.
Выпар термического деаэратора 3 по трубопроводу 16 поступает в основной газоход 15 к теплообменнику-утилизатору 6. На наружной поверхности теплоутилизатора 6 выпар совместно с уходящими продуктами сгорания охлаждается и конденсируется, при этом дополнительно интенсифицируется теплообмен за счет конденсации выпара и орошения поверхности теплообменника. Затем выпар совместно с конденсатом продуктов сгорания поступа-
ет в сборник 7 и через гидравлический затвор 8 непрерывно отводится в сборный конденсатный бак 11.
Осенью 1998 г. была произведена реконструкция паровой котельной Ульяновской ТЭЦ-3, содержащей три котлоагрегата ДЕ-10-14 ГМ и два атмосферных деаэратора ДСА-25. Выпары деаэраторов были направлены в газоход перед КТ поверхностного типа, выполненного на базе биметаллического калорифера КСк-4-11. В марте 1999 г. были произведены предварительные натурные испытания котла с КТ и атмосферных деаэраторов.
Испытания проводились на производительности котла 8 т/ч, в двух режимах работы КТ. В первом режиме выпар деаэраторов направлялся в атмосферу, а во втором режиме - в конденсационный теплоутилизатор.
Целью испытаний являлось выявление возможности утилизации выпа-ров двух деаэраторов ДСА-25 в КТ на базе калорифера КСк-4-11 и установление параметров работы атмосферных деаэраторов, КТ и котельной в целом.
В результате предварительных натурных испытаний было установлено, что КТ на базе калорифера КСк-4-11 позволяет охлаждать продукты сгорания ниже точки росы и полностью утилизировать выпар двух деаэраторов ДСА-25. При этом за счет утилизации выпаров двух деаэраторов ДСА-25 производительность установки повышается на 5-ь10 %, а количество конденсата дымовых газов увеличивается в среднем на 15 -=-20 %. Направление вы-пара деаэратора в КТ позволяет уменьшить содержание кислорода в подпи-точной воде за счет разрежения в трубопроводе, отводящем выпар. Экспериментальные исследования показали, что при работе ДСА-25 в обычном режиме содержание кислорода в подпиточной воде составляет 0,020 мкг/л, а при направлении выпара деаэратора в КТ это значение может быть снижено до 0,015 мкг/л, однако при этом увеличивается расход выпара.
В апреле 1999 г. были вновь проведены натурные испытания котла с КТ и атмосферных деаэраторов. Испытания проводились по специально разработанной программе на трех паропроизводительностях котла ДЕ-10-14ГМ 8, 9 и 10 т/ч. На каждой производительности котла испытания проводились два раза. Вначале испытания проводились для случая, когда выпар деаэраторов направлялся в атмосферу, а затем эти же опыты выполнялись для случая, когда выпар деаэраторов направлялся в теплоутилизатор. Каждый раз испытания производились в четырех режимах работы теплоутилизатора. Результаты испытаний представлены в таблицах П2.1-^П2.6 приложения 2. После проведения экспериментальных исследований была произведена математическая обработка результатов испытаний по формулам, представленным в п. 4.3 настоящей монографии. Результаты математического анализа представлены в таблицах П2.7-ЯТ2.12 и на рис. 5.2-^5.5.