Разработка автоматизированного комплекса мониторинга и управления системой оборотного охлаждения тепловых электрических станций

Большинство тепловых электрических станций (ТЭС) работают с оборотными системами водоснабжения, использующими в качестве охладителей башенные испарительные градирни (БИГ). Охлаждение циркуляционной воды происходит за счет конвективного теплообмена с окружающим воздухом и её испарения. В таких системах в результате многократного использования (постоянной циркуляции при частичном уносе и упаривании через вытяжную башню градирни) охлаждающей воды происходит рост общей минерализации воды, что существенно влияет, с одной стороны, на интенсивность протекания коррозионных процессов, а с другой – на скорость накопления на трубных поверхностях различных отложений и, как следствие, на экономичность работы паротурбинных установок в целом.

Автоматизированные комплексы бывают как отвечающие за управление техническими характеристиками БИГ, так и обеспечивающие мониторинг и регулирование физико-химических процессов системы оборотного охлаждения.

Кафедрой тепловых электрических станций совместно с кафедрой химии Казанского государственного энергетического университета разработан автоматизированный комплекс мониторинга, и управления системой технического водоснабжения ТЭС позволяет определять размер продувки, расход добавочной воды и количество корректирующих добавок.

Программа для автоматизированного комплекса мониторинга и управления СОО написана в системе Microsoft Excel с помощью математической модели. Программа позволяет оценить фазовую стабильность циркулирующей охлаждаемой воды и с учетом этого выдает рекомендации по оптимальным размерам продувки, дозам корректирующих добавок и методу обработки воды для поддержания безосадкового режима, а также пути уменьшения расхода сырой воды при сохранении эффективности охлаждения конденсаторов турбин [1].

Рисунок 1. Интерфейс программного обеспечения КГЭУ.

Программа на основании показаний установленных датчиков уровня, расхода воды, электропроводности, температуры и результатов химического анализа в режиме реального времени определяет оптимальный режим работы системы. Кроме оперативного контроля программа дает прогноз состояния СОО на 10 суток вперед при выбранном режиме работы, а также информирует о начале процесса образования отложений, выдает рекомендации по экономии воды и реагентов в СОО. Помимо этого в программе архивируются все данные по системе, что позволяет по прошествии определенного времени проанализировать работу системы.

Данный автоматизированный комплекс управления системой оборотного охлаждения применяется на промышленной теплоэлектроцентрали, энергосистемы Республики Татарстан.

Автоматизация процессов производств получает всё большее распространение, в том числе и на ТЭС, где уровень автоматизации достигает наивысших результатов. Данный проект уникален по своему характеру, ведь на фоне автоматизации большинства процессов проходящих на ТЭС автоматизации системы оборотного охлаждения с градирнями уделялось мало внимания.

Система технического водоснабжения ответственный и один из важных элементов ТЭС, так как от температуры охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор зависит глубина вакуума в конденсаторе паровой турбины, глубина вакуума же в свою очередь влияет на конечные параметры пара. Чем меньше конечные параметры, тем больше теплоперепад на турбоустановку, и тем меньше расход топлива, подаваемого в парогенератор. Экономия топлива является одним из основных энерго и ресурсосберегающих мероприятий ТЭС.

Необходимо так же отметить, что в системах оборотного охлаждения с градирнями неизбежным фактором является частичный унос охлаждающей воды в атмосферу за счёт её испарения, что ведёт к повышению солесодержания оставшейся воды и к необходимости восполнения потерь до необходимого расхода, ведь для конденсации 1 килограмма пара необходимо от 50 до 100 килограмм охлаждающей воды. Количество испаряемой влаги из чаши градирни с учетом конвективного теплообмена составляет 1,5—2%. Вследствие этого становится очевидным, что для предотвращения этих неприятных факторов необходимо вводить корректирующие добавки для поддержания оптимального водно-химического режима СОО, а так же необходимость в заборе воды из природных источников (пруд, водохранилище и.т.д.), что крайне не дёшево.

Из-за некорректного ведения водно-химического режима СОО на стенках трубопроводов образуются различные отложения, а так же СОО является благоприятной средой для биологических обрастаний. Эти факторы вызывают повышение температурного напора и снижение коэффициента теплопередачи в конденсаторе паровой турбины. При росте толщины накипи на трубных поверхностях конденсаторов 0,3-0,5 мм/год коэффициент теплопередачи уменьшается более чем в 3,5 раза. При увеличении давления в конденсаторе на 1 кПа мощность энергоблоков на конденсационном режиме уменьшается на 0,8-0,9%, а для турбин низкого и среднего давления - на 1,21,5% . Всё это ведёт к пережогам топлива. Толщина накипи в 1 мм приводит к перерасходу топлива на ТЭС на 7%, а перерасход топлива по этой причине на электростанциях России в среднем составляет 2% и на некоторых ТЭС достигает 10%. При внедрении АСУ СОО ТЭС уменьшаются отложения вызывая сокращение гидравлического сопротивления, что в свою очередь уменьшает потребность электроэнергии на собственные нужды, т.е. на привод циркуляционных насосов, повышая К.П.Д. ТЭС нетто.

Общая экономия от внедрения автоматизированного комплекса составила более двух млн. рублей/год. Достигается она за счёт снижения затрат на химические реагенты и механическую очистку конденсатора, а так же за счёт исключения «сбоев» в работе СОО ТЭС.

Миннуллина А.Р.

«Казанский государственный энергетический университет»