Тепловые сети ТЭЦ
Широкое применение систем теплоснабжения с непосредственным водоразбором вызывает необходимость деаэрации на ТЭЦ значительных по величине добавок подпиточной воды, которые исчисляются сотнями, а иногда и тысячами тонн воды в час. Требования к качеству этой воды ужесточаются, и в настоящее время остаточное содержание кислорода в подпиточной воде должно быть не выше 50 мкг/кг, а свободная углекислота должна отсутствовать. Вода для систем теплоснабжения с открытым водоразбором должна, кроме того, отвечать требованию санитарных норм ГОСТ 2374 - 54 «Вода питьевая, нормы качества», а источники водоснабжения должны отвечать требованиям ГОСТ 2761 - 57 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения».
Обеспечение глубокой деаэрации подпиточной воды позволяет защитить основные и пиковые подогреватели, водогрейные котлы и тепловые сети от интенсивной коррозии, устранить недопустимое повышение содержания окислов железа в воде и предотвратить повышение ее цветности.
Резкое повышение расходов подпиточной воды и упрощение схемы ее химического умягчения повысили удельный вес деаэратора как составной части системы водоподготовки, а применение теплофикационных турбин Т-100 и Т-250, имеющих ступенчатый подогрев сетевой воды, создали возможность для значительного повышения экономичности ТЭЦ при рациональной схеме включения термических деаэраторов.
В настоящее время на ТЭЦ широкое распространение получила схема деаэрации подпиточной воды в деаэраторах атмосферного давления. Вода из городского водопровода проходит последовательно охладитель выпара, водоводяные охладители деаэрированной воды, основные и пиковые подогреватели и с температурой 95 - 100° С поступает в деаэратор атмосферного давления, который питается отборным паром. Деаэрированная вода с температурой 104°С охлаждается до 70° в водоводяных охладителях и направляется в баки-аккумуляторы, а оттуда поступает на подпитку тепловой сети.
Схема с деаэраторами атмосферного давления имеет следующие недостатки:
1) большие потери конденсата, достигающие согласно данным В. С. Бунина (ВТИ) в зависимости от нагрузки на горячее водоснабжение 1,6 - 2,8% для Т-100-130 и 1,0 - 1,6% для Т-250-240 от годового расхода пара на турбоустановку;
2) снижение экономичности вследствие использования высокопотенциальных отборов турбин и усложнение тепловой схемы ТЭЦ при использовании турбин со ступенчатым подогревом сетевой воды;
3) необходимость установки подогревателей и водоводяных охладителей, работающих на недеаэрированной воде, что приводит к их интенсивной коррозии и снижает надежность и экономичность теплосиловой установки;
4) значительные габариты деаэрационной установки вследствие расположения под деаэрационной колонкой бака-аккумулятора, который при наличии группового аккумуляторного бака можно исключить из схемы;
5) отсутствие в настоящее время серийно выпускаемых отечественной промышленностью деаэрационных колонок атмосферного давления производительностью выше 300 т/ч и необходимость установки значительного числа таких колонок на одной станции;
6) незначительный подогрев воды в деаэраторе, что не позволяет обеспечить высокое качество деаэрированной воды.
Более экономичной является схема деаэрации воды в вакуумных деаэраторах. Применение вакуумных деаэраторов в схемах турбин Т-100 и Т-250 позволяет упростить тепловую схему турбины, сократить количество вспомогательного оборудования, ликвидировать потерю конденсата из питательной системы ТЭЦ, увеличить мощность турбины за счет снижения давления пара в отборах и значительно увеличить годовую выработку электроэнергии на тепловом потреблении.
Вода из городского водопровода подогревается последовательно во встроенном пучке конденсатора, предвключенном подогревателе и с температурой 75 - 81° С поступает в колонку горячею потока вакуумного деаэратора. Часть холодной воды, минуя подогреватель, направляется на охлаждение эжектора, а затем поступает в колонку холодного потока. Деаэрированная вода с температурой 70° С направляется в баки-аккумуляторы, откуда подается на подпитку тепловой сети.
Несколько опытных одноступенчатых вакуумных деаэраторов были изготовлены Черновицким машиностроительным заводом, и в настоящее время имеется опыт их эксплуатации, который показал следующие недостатки этой схемы:
1) отсутствие устойчивого удаления кислорода в широком диапазоне изменения производительности деаэратора;
2) слабое удаление свободной углекислоты и вследствие этого интенсивная коррозия тепловых сетей и теплосилового оборудования и повышенное содержание окислов железа в сетевой воде;
3) интенсивная коррозия пред включенных подогревателей и конденсаторов при их работе на ухудшенном вакууме;
4) сложность регулирования работы одноступенчатых вакуумных деаэраторов, вызванная необходимостью поддержания строгого соотношения холодного и горячего потоков, и трудность автоматизации поддержания этого соотношения.
Для устранения указанных недостатков ЦКТИ совместно с институтами «Теплоэлектропроект» и «Промэнергопроект» разработана новая схема деаэрации подпиточнои воды с двухступенчатыми вакуумными деаэраторами системы ЦКТИ. Вода из питьевого водопровода насосами подается на химводоочистку, предварительно нагреваясь во встроенном в конденсатор пучке турбоустановки. После химводоочистки вода поступает в вакуумный деаэратор, рассчитанный на среднюю величину подпитки. В качестве греющей среды используется прямая сетевая вода из всасывающей линии сетевых насосов. Из деаэратора вода с температурой 40-45°С подпиточными насосами подается в обратную магистраль и поступает во всасывающий патрубок подпорных насосов. Затем вода нагревается в основных бойлерах турбоустановки и сетевыми насосами подается в прямую магистраль. Часть воды, необходимая для дегазации подпиточнои воды, поступает в деаэратор, вакуум в котором создается пароструйным эжектором.
Поддержание постоянной температуры деаэрированной воды осуществляется с помощью регулятора, установленного на подводе греющей сетевой воды с импульсом по давлению в вакуумном деаэраторе. Этот расход является переменным в течение года, достигая максимального значения (33%) в конце отопительного периода. Это объясняется уменьшением температуры сетевой воды при повышении температуры наружного воздуха при постоянных расходах и температуре подпиточнои воды на входе в деаэратор. Это приводит к необходимости выбора насосов, подающих деаэрированную воду в обратную магистраль на расход, определяемый величиной средней подпитки, суммированной с максимальным расходом греющей воды. Греющая вода циркулирует по замкнутому контуру: деаэратор - обратная магистраль - основные бойлеры турбин - деаэратор.
Соответствие производительности подпиточных насосов поступлению в деаэратор достигается с помощью регулятора, установленного на напорном трубопроводе от насосов, с импульсом по уровню в коллекторе, в который подводится деаэрированная вода из секций вакуумного деаэратора. Этот коллектор представляет собой горизонтальную трубу диаметром 1200 мм, установленную под деаэраторами.
Все секции деаэратора соединяются между собой по подводу и отводу воды и воздушному пространству, что позволяет рассматривать их как один сосуд, с единой точкой замера уровня и единой защитой от переполнения.
Защита деаэратора от переполнения обеспечивается гидрозатвором, установленным на всасывающей линии подпиточных насосов. Необходимо различать два режима работы схемы:
1. Расход воды на горячий водоразбор равен или больше среднего.
2. Расход воды на горячий водоразбор меньше среднего.
При работе в первом режиме обратная сетевая вода после смешения с деаэрированной водой поступает на подпорные насосы, последовательно нагревается в обеих ступенях подогрева и подается во всасывающую линию сетевых насосов. Из всасывающей линии часть воды поступает в деаэратор для деаэрации подпиточнои воды, а остальная - сетевыми насосами подается в сеть. В случае необходимости эта вода дополнительно нагревается в пиковых источниках тепла. Необходимая сверх средней подпитка теплосети осуществляется подпиточными насосами теплосети из аккумуляторных баков.
При работе во втором режиме избыток подпиточнои воды направляется в аккумуляторный бак через регулятор, работающий по импульсу давления в обратной магистрали. Температура воды, подаваемой в аккумуляторные баки, должна строго соответствовать температуре воды горячего водоразбора, так как в противном случае при колебании расхода воды на горячий водоразбор будет колебаться и нагрузка, покрываемая из отборов турбин с соответствующим недоотпуском тепла и, следовательно, недовыработкой электроэнергии на тепловом потреблении.
Постоянство температуры воды, поступающей в аккумуляторные баки, обеспечивается с помощью регулятора подмешиванием холодной сетевой воды, забираемой до нижнего бойлера турбоустановки.
Новая схема позволяет:
1. Обеспечить работу всех подогревателей на деаэрированной воде и значительно повысить надежность работы тепловой сети, снизить содержание окислов железа и цветность воды горячего водоразбора.
2. Упростить тепловую схему и схему автоматизации системы подпиточной воды.
3. Значительно повысить качество деаэрированной воды.
4. В ряде случаев повысить экономичность станции. Технико-экономические расчеты, выполненные В. С. Буниным (ВТИ), показывают, что применение двухступенчатых вакуумных деаэраторов взамен деаэраторов атмосферного давления в системе теплоснабжения с непосредственным водоразбором дает годовую экономию топлива 4,7 тыс. т условного топлива или 14 г условного топлива на каждую присоединенную гига-калорию тепла.
Технико-экономические расчеты, выполненные Ленинградским отделением института «Промэнергопроект», показывают, что применение схемы деаэрации подпиточной воды с двухступенчатыми вакуумными деаэраторами обеспечивает экономический эффект по сравнению со схемой с одноступенчатыми вакуумными деаэраторами в размере 29 тыс. руб. в год для турбоустановки Т-100-130 при установке на ТЭЦ трех и более таких агрегатов. При установке меньшего количества агрегатов обе схемы экономически равноценны.
В настоящее время институты «Теплоэлектропроект» и «Промэнергопроект» применяют в проектах электростанций двухступенчатые вакуумные деаэраторы для подпиточной воды тепловых сетей в соответствии с приведенной выше тепловой схемой.
Для глубокой деаэрации подпиточной воды тепловых сетей ТЭЦ весьма целесообразна замена декарбонизаторов вакуумными деаэраторами в системах умягчения воды по методу Н-катионирования. Такая схема осуществлена ЦКТИ на Рижской ТЭЦ. Исходная вода после механических фильтров проходит последовательно системы охлаждении двухступенчатого парового эжектора, охладителя выпара и направляется в Н-катионитовые фильтры. Затем вода, содержащая 80 - 100 мг/кг свободной двуокиси углерода, по старой схеме направляется в декарбонизатор, откуда насосами подается в деаэраторы атмосферного давления. Остаточное содержание двуокиси углерода за декарбонизатором составляет 8-10 мг/кг, а содержание кислорода - 9 - 11 мг/кг. В этих условиях имеет место интенсивная коррозия трубопроводов до деаэратора атмосферного давления и увеличение содержания окислов железа в подпиточной воде.
Согласно новой схеме вакуумный деаэратор подключен к коллектору до декарбонизатора, который при работе деаэратора отключается. В этом случае вода поступает в вакуумный деаэратор, деаэрируется, а затем направляется в аккумуляторный бак декарбонизатора. Для предотвращения заражения деаэрированной воды воздухом в бак декарбонизатора подается пар, создающий в нем паровую подушку.
На напорной липки насосов установлен поверхностный подогреватель, в котором осуществляется перегрев определенного количества деаэрированной воды, направляемой затем в деаэратор в качестве греющей среды.