Д.т.н. В.И.Шарапов, профессор, заведующий кафедрой;
к.т.н. О.В. Пазушкина, доцент,
Е.В. Кудрявцева, инженер, кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»,
Ульяновский государственный технический университет (УлГТУ), г. Ульяновск
Противокоррозионная обработка питательной воды котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения на тепловых электростанциях и котельных установках производится путем физической десорбции растворенных коррозионно-агрессивных газов в декарбонизаторах и термических деаэраторах. Десорбирующим агентом в декарбонизаторах служит атмосферный воздух, а в деаэраторах — греющий пар.
Недостатком традиционных технологий декарбонизации является пониженная экономичность из-за необходимости затрат энергии на подачу вентилятором воздуха в аппарат. Кроме того, нагретый в декарбонизаторе воздух выбрасывается в атмосферу, что также понижает экономичность. Наличие в воздухе, применяемом в качестве десорбирующего агента, удаляемого газа (СО2) приводит к снижению массообменной эффективности, а значит и качества декарбонизации воды.
Термическая деаэрация является наиболее энергоемким процессом подготовки воды в теплоэнергетических установках. Технологии деаэрации существенно влияют на экономичность тепловых электростанций. Для повышения энергетически эффективной выработки электроэнергии на тепловом потреблении за счет отборов пара на подогрев потоков деаэрируемой и деаэрированной воды деаэрацию воды следует проводить при минимально возможной температуре этих теплоносителей [1, 2]. Особенно актуально это положение для открытых систем теплоснабжения с большими расходами подпиточной воды.
Тем не менее, считается, что резервы повышения энергетической эффективности ТЭЦ с дегазацией питательной воды котлов и подпиточной воды теплосети далеко не исчерпаны. В частности, одна из возможностей повышения тепловой экономичности связана с применением новых технологий низкотемпературной деаэрации подпиточной воды.
Рассмотрим одно из таких запатентованных решений [3-5], позволяющих повысить экономичность тепловой электрической станции путем исключения затрат пара на деаэрацию и нагнетаемого воздуха на декарбонизацию, а в качестве десорбирующего агента использовать природный газ (рис. 1).
Главная особенность изображенной на рис. 1 схемы в том, что в качестве десорбирующего агента в деаэраторе используют не пар или перегретую воду, а газ, подаваемый в горелки котла. Природный газ после редуцирующих установок имеет весьма низкую, часто — отрицательную температуру. В то же время он практически не содержит коррозионно-агрессивных газов (О2 и СО2), благодаря чему может успешно использоваться в качестве десорбирующего агента при деаэрации и декарбонизации воды. Благодаря этим факторам деаэрацию и декарбонизацию производят при относительно низких температурах (10-30 ОС).
Отмечу, что применение газа в качестве десорбирующего агента в деаэраторах не влияет на его дальнейшее использование в качестве котельного топлива. Так, количество переходящего в газ растворенного в воде кислорода не превышает 2 г на 1 м3 газа, участвовавшего в деаэрации. Влажность газа также существенно не изменяется, поскольку деаэрация происходит при низкой температуре, без вскипания воды.
Смешение холодной деаэрированной подпиточной воды с обратной сетевой водой приводит к существенному понижению температуры обратной сетевой воды перед нижним сетевым подогревателем, возрастанию выработки электроэнергии на тепловом потреблении и, как следствие, к повышению экономичности работы тепловой электрической станции.
Результаты расчета процесса деаэрации, выполненного при разных значениях концентрации кислорода в воде на входе в атмосферный деаэратор и приведенных в ГОСТ [6] значениях содержания растворенного кислорода в деаэрированной воде, представлены на рис. 2.
В реальных аппаратах массообмен протекает при ограниченной поверхности контакта фаз и в течение ограниченного времени, поэтому принятое при расчете равновесие между водой и паром не может быть достигнуто. Однако, это то количество, к которому следует стремиться при организации процесса деаэрации.
Аналогичным образом выполнена оценка теоретически необходимой величины расхода природного газа для подачи в декарбонизатор. Результаты расчета представлены на рис. 3.
При проектировании и эксплуатации аппаратов, использующих в качестве десорбирующего агента природный газ с относительно низкой температурой после редуцирующих устройств, следует иметь ввиду, что коэффициенты массопереноса, как правило, сильно зависят от температуры. Вследствие этого реальный расход газа на эти аппараты будет в 3-5 раз больше теоретически необходимого. Обеспечение такого расхода на ТЭЦ и котельных не представляет каких-либо проблем, поскольку расход газа на котлы во много раз превышает расход его на деаэраторы.
Проведем оценку экономичности работы предложенной технологии при внедрении на ТЭЦ по методике [2, 7].
Расчет произведен для котла паропроизводительностью 500 т/ч и теплофикационной турбины Т-100-130. Расход сетевой воды через сетевые подогреватели турбины принят 3600 т/ч, расход подпиточной воды 800 т/ч. Температура подпиточной воды в традиционном режиме принята 60 ОС, при деаэрации газом 30 ОС. Удельный расход газа на деаэрацию принят 3-5 м3 на 1 т деаэрированной воды, т.е. в 3-5 раз больше теоретически необходимого.
Исследования показали, что применение новой технологии позволяет увеличить электрическую мощность, развиваемую на тепловом потреблении, почти на 1 МВт. При этом достигается экономия около 1250 т у.т./год. При стоимости условного топлива в Ульяновске 3700 руб./т годовая экономия при использовании деаэрации природным газом для принятых в расчете условий составляет в денежном выражении более 4,6 млн руб.
Литература
1. Шарапов В.И. Подготовка подпиточной воды систем теплоснабжения с применением вакуумных деаэраторов. — М.: Энергоатомиздат. 1996. 176 с.
2. Шарапов В.И. Справочно-информационные материалы по применению вакуумных деаэраторов для обработки подпиточной воды систем централизованного теплоснабжения. — М.: СПО ОРГРЭС. 1997. 20 с.
3. Патент № 2537656 (Россия). МПК F 01 К 17/00. Способ работы тепловой электрической станции / В.И. Шарапов, О.В. Пазушкина, Е.В. Кудрявцева// Открытия. Изобретения. 2015. № 1. Заявл. 19.07.2013, № 2013134087.
4. Патент № 2538000 (Россия). МПК F 01 К 17/00. Тепловая электрическая станция/ В.И. Шарапов, О.В. Пазушкина, Е.В. Кудрявцева, А.С. Курочкина//Открытия. Изобретения. 2015. № 1. Заявл. 02.08.2013, № 2013136439.
5. Патент № 2548962 (Россия). МПК С 02 F 1/20. Способ деаэрации воды для тепловой электрической станции / B.И. Шарапов, О.В. Пазушкина, Е.В. Кудрявцева, А.С. Курочкина // Открытия. Изобретения. 2015. № 11. Заявл. 26.07.2013, №2013135390.
6. ГОСТ 16860-88. Деаэраторы термические. Типы, основные параметры, приемка, методы контроля. — М.: Изд-во стандартов. 1989.
7. Шарапов В.И., Пазушкин П.Б., Цюра Д.В., Макарова Е.В. Методика расчета энергетической эффективности технологий подготовки воды на тепловых электростанциях // Проблемы энергетики. Известия вузов. 2002. № 7-8. C. 22-35.