В настоящее время за пределами паркового ресурса работает более 50 % оборудования электростанций, а для покрытия растущей электрической нагрузки требуется прирост мощности в 6 млн кВт. Прогнозируемое отставание ввода новых мощностей в Центре России уже через 2–3 года может достигнуть пороговой черты возможности покрытия максимумов суточных нагрузок и привести к сдерживанию развития экономики.
Ограниченность финансовых средств и возможностей ввода более совершенных энергоустановок требует поиска путей продления ресурса действующих блоков на основе их модернизации. Одним из быстрореализуемых путей модернизации оборудования является создание блоков повышенной эффективности (БПЭ).
БПЭ представляет собой блок «котел-турбина», в котором увеличен отпуск электроэнергии относительно проектного значения при пониженном удельном расходе топлива. Добиться повышения эффективности блока удается путем размещения в тракте дымовых газов котла специального теплообменника для охлаждения дымовых газов частью потока питательной воды системы регенерации турбины. Таким теплообменником может являться турбинный экономайзер (ТУЭ), включенный в байпас регенерации турбины. Реализация этой идеи позволяет добиться увеличения мощности энергоблока до 8 % и снижения удельного расхода топлива на 0,5–2 %.
Однако реализация этого технического решения требует существенных капитальных затрат, так как возникает необходимость высвобождения пространства для установки ТУЭ в конвективной шахте котла, при этом необходимо сохранить тепловосприятие основного котлового экономайзера. Решить эти задачи можно только путем комплексной модернизации всей конвективной шахты котлоагрегата с применением интенсифицированных поверхностей нагрева. Такой подход может быть оправдан в случае совпадения сроков штатной замены конвективных поверхностей нагрева и предлагаемой модернизации.
В настоящей работе рассмотрен энергоблок мощностью 110 МВт с котлоагрегатом ТГМЕ-464 и турбиной Т-110/120-130 Саратовской ТЭЦ-5, для которого предлагается наиболее простая схема реализации идеи БПЭ, позволяющая получить аналогичный эффект с минимальными капитальными затратами на модернизацию блока.
Модернизация котла ТГМЕ-464 не затрагивает конвективную шахту и осуществляется путем установки турбинного экономайзера в воздуховоде котла на линии горячего воздуха. В результате подогрев воды осуществляется теплом воздуха, идущего на горение после регенеративного вращающегося воздухоподогревателя (РВП). Турбинный экономайзер изготавливается из труб с поперечным спирально-ленточным оребрением и имеет минимальные аэродинамические сопротивления, не приводящие к существенному возрастанию мощности дутьевого вентилятора.
Энергоблок «котел-турбина» может функционировать в обычном режиме, так как существует обводной воздуховод в обход ТУЭ, а может переходить на работу в режиме повышенной эффективности. Для этого производится байпасирование части основного потока питательной воды из системы регенеративного подогрева на участке перед ПВД. Нагрев байпасируемой части потока питательной воды происходит в ТУЭ за счет отбора тепла у дутьевого воздуха, нагретого за счет теплоты отходящих дымовых газов. После прохождения через ТУЭ байпасируемая часть потока подмешивается к основному потоку питательной воды и направляется на вход в основной котловой экономайзер. В этом случае расход пара из отборов турбины на обогрев ПВД уменьшается пропорционально уменьшению расхода питательной воды через ПВД, а высвободившийся пар направляется в конденсатор турбины, вырабатывая при этом дополнительную электрическую мощность. Таким образом, повышение мощности блока достигается без увеличения расхода пара на турбину, т.е. при неизменной паропроизводительности котла. Однако увеличение сброса пара в конденсатор ведет к некоторому снижению экономичности (КПД) турбины, тогда как снижение температуры уходящих дымовых газов повышает КПД котлоагрегата. Чем это повышение КПД котла больше снижения КПД турбинной установки, тем выше экономичность работы блока в целом при одновременном увеличении его электрической мощности. Поэтому важно выбрать оптимальный расход питательной воды в байпасной линии и количество байпасируемых ПВД, которые бы давали максимальное увеличение КПД блока при возрастании отпуска электроэнергии.
Размещение ТУЭ в воздуховоде котла неизбежно приведет к снижению температуры горячего воздуха, поступающего в горелки, что вызовет ухудшение процесса горения и увеличение расхода топлива на котел. Поэтому возникает задача подогрева воздуха в РВП до более высокой температуры за счет теплоты уходящих газов. Эту цель можно достичь путем интенсификации теплообмена и повышения тепловосприятия РВП за счет установки в нем интенсифицированной набивки.
Таким образом, модернизация котлоагрегата будет включать замену набивки РВП и установку ТУЭ в воздуховоде. Такой объем работ может быть выполнен в сроки одного капитального ремонта с минимальными затратами.
Для определения технических и экономических показателей работы модернизированного энергоблока были выполнены расчеты тепловой схемы на характерных режимах работы турбоустановки с применением турбинного экономайзера, а также проведен поверочный тепловой расчет котлоагрегата ТГМЕ-464 с турбинным экономайзером, размещенным в воздуховоде котла, при использовании в РВП интенсифицированной набивки из чередующихся дистанционирующих гофрированных листов и заполняющих листов, выполненных с просечно-вытяжной перфорацией. Особенность способа изготовления дистанционирующих листов теплообменной набивки состоит в том, что исходный лист до вырезки из него заготовок подвергают эспандированию по известной технологии. Площадь поверхности теплообмена и количество проходов для газов и воздуха увеличивается из-за наличия в набивочных листах перфорации. Проведены аэродинамический и гидравлический расчеты котла в новых условиях работы.
Выделены ограничительные факторы, не позволяющие бесконечно наращивать величину расхода байпасируемой питательной воды: геометрические размеры воздуховода; мощность дутьевых вентиляторов; температура горячего воздуха перед горелками.
С целью выявления оптимального варианта с точки зрения затрат на проект и эффекта от его реализации выполнен расчёт технико-экономических показателей проекта перевода энергоблока 110 МВт Саратовской ТЭЦ-5 в блок повышенной эффективности. На основании расчетных данных можно сделать вывод о том, что наибольший экономический эффект за 10 лет при величине 53,37 млн руб./год достижим при 30 % байпасе по питательной воде группы ПВД1 + ПВД2 + ПВД3.
В результате предлагаемой модернизации энергоблока будут достигнуты следующие показатели: КПД котла возрастет на 1,092 %, расход топлива увеличится на 0,013 м3/с, температура уходящих газов уменьшится со 129 до 108 °С, электрическая мощность блока увеличится на 0,83 МВт. Количество полезно использованной теплоты возрастет на 4,45 МВт при неизменном отпуске пара от котлоагрегата. Все это приведет к снижению себестоимости вырабатываемой тепловой энергии на 0,76 руб./ГДж и к снижению себестоимости вырабатываемой электрической энергии на 3 коп./кВт∙ч. Срок окупаемости капиталовложений в модернизацию с момента пуска объекта в эксплуатацию составит 1 год 9 месяцев.
Библиографическая ссылка
Пономарева Н.В. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ БЛОКА 110 МВТ С КОТЛОАГРЕГАТОМ ТГМЕ-464 // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 10-1. – С. 32-33;URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=8495 (дата обращения: 19.04.2024).